参与UV固化交联反应的有机硅聚氨酯改性Irgacure⁃2959大分子UV引发剂的制备与性能

doi:10.7503/cjcu20230221

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 20230221.doi: 10.7503/cjcu20230221

参与UV固化交联反应的有机硅聚氨酯改性Irgacure⁃2959大分子UV引发剂的制备与性能

袁红萍, 朱虹宇, 孙娜娜, 陈婕, 黄传霞, 李美江(), 李文清, 来国桥(), 杨雄发()

杭州师范大学材料与化学化工学院, 有机硅化学及材料技术教育部重点实验室, 浙江省有机硅材料技术重点实验室, 杭州 311121

收稿日期:2023-04-30 出版日期:2023-11-10 发布日期:2023-07-06
通讯作者: 李美江 E-mail:limeijiang@hznu.edu.cn;gqlai@hznu.edu.cn;yangxiongfa@hznu.edu.cn
作者简介:来国桥, 男, 博士, 教授, 主要从事有机硅化学技术及材料方面的研究. E⁃mail: gqlai@hznu.edu.cn
杨雄发, 男, 博士, 副教授, 主要从事UV固化有机硅高分子材料方面的研究. E-mail: yangxiongfa@hznu.edu.cn
基金资助:
浙江省‘尖兵’和‘领雁’研发攻关计划项目(2023C01188)

Fabrication and Performance of UV⁃curable Silicone Modified Polyurethane UV Curing Macroinitiators from Irgacure⁃2959

YUAN Hongping, ZHU Hongyu, SUN Nana, CHEN Jie, HUANG Chuanxia, LI Meijiang(), LI Wenqing, LAI Guoqiao(), YANG Xiongfa()

College of Material，Chemistry and Chemical Engineering，Key Laboratory of Organosilicon Chemistry and Material Technology of Ministry of Education，Key Laboratory of Silicone Materials Technology of Zhejiang Province，Hangzhou Normal University，Hangzhou 311121，China

Received:2023-04-30 Online:2023-11-10 Published:2023-07-06
Contact: LI Meijiang E-mail:limeijiang@hznu.edu.cn;gqlai@hznu.edu.cn;yangxiongfa@hznu.edu.cn
Supported by:
the “Pioneer” and “Leading Goose” Research and Development Program of Zhejiang Province, China(2023C01188)

摘要/Abstract

摘要：

针对小分子紫外光(UV)引发剂存在的有一定毒性、有气味、易黄变及易从UV固化材料中迁移出来等缺点, 以及为解决UV固化在工业生产中难以避免的氧阻聚现象, 遴选生物相容性良好的小分子UV引发剂 2⁃羟基⁃4'⁃(2⁃羟乙氧基)⁃2⁃甲基苯丙酮（Irgacure⁃2959）、生物基原料蓖麻油、羟烃基硅油、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟丙酯为原料, 设计合成了可参与UV固化交联反应的有机硅改性大分子UV引发剂. 随后, 用其引发丙烯酸酯基聚氨酯预聚物UV固化, 制备了高透明UV固化材料. 研究结果表明, 所得UV引发剂用量（质量分数）为3%, 固化时间为70 s时, 制备的UV固化材料铅笔硬度可达2H~4H, 透光率可达80%, 拉伸强度26.4 MPa, 断裂伸长率从18%增加至42%. 小分子UV引发剂Irgacure⁃2959的迁移率为7.2%，用其制备的UV固化材料经UV老化4 min就显著变黄；而所得参与UV固化交联反应的有机硅改性大分子UV固化引发剂的迁移率低至2.1%, 所制备的UV固化材料经UV老化14 min才略微变黄. 因此, 研制参与UV固化交联反应的有机硅改性大分子UV引发剂是降低UV引发剂迁移率、改善UV固化材料的耐UV辐射性能和柔韧性的有效途径.

关键词: 紫外光固化材料, 大分子引发剂, 有机硅, 聚氨酯

Abstract:

To overcome the disadvantages of small molecule ultraviolet（UV） initiators such as toxicity， having an unpleasant odor， easy to turn yellow and migrate from UV cured materials and to solve the oxygen resistance in UV curing industry， UV⁃curable silicone modified polyurethane UV curing macroinitiators were synthesized from 2⁃hydroxy⁃4'⁃（2⁃hydroxyethoxy）⁃2⁃methylacetone（Irgacure⁃2959）， castor oil， hydroxyhydrocarbon silicone oil， isophorone diisocyanate and hydroxypropyacrylate. Subsequently， it was adopted to prepare highly transparent UV⁃curable materials by UV⁃curable polyurethane acrylate prepolymers. The results showed that when the amount of UV initiator obtained was 3%（mass fraction） and the curing time was 70 s， the UV⁃curable materials prepared exhibited fairly good performance with pencil hardness of 2H—4H， transmittance above 80%， tensile strength about 26.4 MPa， elongation increased from 18% to 42%. The migration rate of Irgacure⁃2959 was 7.2% and the UV⁃curable material prepared with it turned significantly yellow after UV aging for 4 min. By contrast， the migration rate of the UV⁃curable silicone modified polyurethane UV curing macroinitiators was as low as 2.1%， and the UV⁃curable material prepared with it turned slightly yellow even after UV aging for 14 min. It can be convinced that fabrication of UV⁃curable silicone modified UV curing macroinitiators is an effective strategy to reduce the migration rate of UV initiators and improve the UV resistance and flexibility of UV⁃curable materials.

Key words: UV?curable material, Macroinitiator, Silicone, Polyurethane

中图分类号:

O634.4

TrendMD:

袁红萍, 朱虹宇, 孙娜娜, 陈婕, 黄传霞, 李美江, 李文清, 来国桥, 杨雄发. 参与UV固化交联反应的有机硅聚氨酯改性Irgacure⁃2959大分子UV引发剂的制备与性能. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230221.

YUAN Hongping, ZHU Hongyu, SUN Nana, CHEN Jie, HUANG Chuanxia, LI Meijiang, LI Wenqing, LAI Guoqiao, YANG Xiongfa. Fabrication and Performance of UV⁃curable Silicone Modified Polyurethane UV Curing Macroinitiators from Irgacure⁃2959. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(11): 20230221.

图/表 11

Fig.1 1H NMR spectra of macroinitiator⁃5 and raw materials

Fig.2 FTIR spectra of Macroinitiator⁃5(a) and Irgacure⁃2959(b)

Fig.3 SEC curve of Macroinitiator⁃5

Fig.4 TGA curves of the macroinitiators

Table 1 Effect of UV curing time on the performance of UV⁃curable materials*

UV curing time/s	Pencil hardness	Degree of curing content（%）	UV curing time/s	Pencil hardness	Degree of curing content（%）
20	6B	19.2	60	HB	90.7
40	5B	84.8	70	2H	94.1
50	2B	84.3	80	4H	94.1

Table 2 Effect of the amounts of UV initiator on the performance of UV-curable materials

Mass fraction of UV initiator（%）	Pencil hardness	Degree of curing content（%）	Mass fraction of UV initiator（%）	Pencil hardness	Degree of curing content（%）
0.5	3B	59.8	5	2H	97.8
1	4B	45.1	7	2H	90.2
3	2H	94.1

Fig.5 Transmittance of the UV⁃curable materials

Table 3 Effect of different macroinitiators on the performance of the UV-curable materials*

Macroinitiator	Pencil hardness	Degree of curing content（%）	Macroinitiator	Pencil hardness	Degree of curing content（%）
Macroinitiator⁃1	5B	81.6	Macroinitiator⁃5	2H	94.1
Macroinitiator⁃2	4H	79.1	Macroinitiator⁃6	4B	61.2
Macroinitiator⁃3	2H	82.1	Macroinitiator⁃Non	F	81.6
Macroinitiator⁃4	2H	81.1	Irgacure⁃2959	3H	99.1

Fig.6 UV spectra of the acetone solution after the UV⁃curable materials prepared with different UV⁃curing initiators being immersed for 24 h

Fig.7 Tensile⁃stress curves of the UV⁃curable materials

Fig.8 The photos of UV resistance test（A） Fresh coatings；（B） aged for 4 min；（C） aged for 8 min；（D） aged for 12 min；（E） aged for 14 min；（F） aged for 16 min. From left to right， the samples were prepared by adding macroinitiator-Non， macroinitiator-1， macroinitiator-2， macroinitiator-3， macroinitiator-4， macroinitiator-5， macroinitiator-6， Irgacure-1173 and Irgacure-2959， respectively.

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参与UV固化交联反应的有机硅聚氨酯改性Irgacure⁃2959大分子UV引发剂的制备与性能

Fabrication and Performance of UV⁃curable Silicone Modified Polyurethane UV Curing Macroinitiators from Irgacure⁃2959

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