季戊四醇三丙烯酸酯的应用与制备

简述

季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)，也被称为纯单体Pentaerythritol triacrylate，是一种常见的多官能团丙烯酸酯类化合物。其化学式为C₁₄H₁₈O₇，分子量为298，表现为无色透明液体，具有低粘度和良好的可溶性。季戊四醇三丙烯酸酯具有良好的耐热性、耐化学性和耐光性，常温下比较稳定，能够与其他单体有效地共聚。具体过程为：利用季戊四醇三丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的碳碳双键与多巴胺中胺基上的活泼氢进行迈克尔加成反应实现聚合。本发明制备方法简单，材料来源广泛，生产效率高，引入了超支化聚合物的结构，并且多巴胺带来粘附性，为制备导电粘合剂提供聚合物母体[1]。

应用

季戊四醇三丙烯酸酯具有多个丙烯酸酯官能团，这使得它在聚合反应中具有良好的交联性能。它可以通过自由基聚合反应进行聚合，形成交联聚合物网络。这种聚合物网络具有优异的物理性能，如高强度、耐磨性、耐化学性等，因此被广泛应用于涂料、油墨、胶黏剂等领域。下面是季戊四醇三丙烯酸酯作为活性单体的一些应用实例介绍：

利用多官能度活性稀释剂，将具有3个碳碳双键的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)引入到自乳化型紫外光(UV)固化蓖麻油改性的水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)乳液中，增加体系的交联密度，可以提高漆膜的力学性能，固化效率和硬度等，解决蓖麻油改性的WPUA木器涂料固化时间长，漆膜机械性能欠佳，乳液储存稳定性不良等缺点。研究表明：随着PETA添加量(质量分数)从2.3%增加至4.6%，水性聚氨酯丙烯酸酯乳液粒径变化范围为39.7～132.5 nm，乳液粒径分散指数(PDI)变化范围为0.072～0.289。随着PETA添加量的增加，涂膜质量损失率逐渐减小，而涂膜力学性能，硬度，耐水及耐化学品性能均逐渐增加。当PETA添加量为4.6%时，涂膜的拉伸强度最大为7.45 MPa，弹性模量最高为113.61 MPa，断裂伸长率最小为6.23%，涂膜硬度最高4H，光泽度最高为57.2，耐化学品，耐水性能最优；储存稳定性较佳，但是附着力由0级降至2级。因此，多官能度活性稀释剂PETA的引入对蓖麻油改性水性聚氨酯丙烯酸酯木器漆膜在力学性能，硬度，耐水及耐化学品等方面的性能优化可起到关键作用[2]。

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，新戊二醇(NPG)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)等为主要原料，采用溶液聚合法合成PUA(聚氨酯丙烯酸酯)低聚物；然后以此为基体树脂，通过探讨低聚物，活性稀释剂，光引发剂和助剂含量等对涂膜性能的影响，优选出制备UV(紫外光)固化PUA涂料的最佳工艺条件。研究结果表明：当w(PUA低聚物)=57%，w(活性稀释剂)=35%和w(光引发剂)=6%(均相对于涂料质量而言)时，该涂料具有相对较好的综合性能，其UV辐照50 s后即可固化，相应胶膜的硬度为3H，柔韧性为3 mm，附着力为1级且具有较高的耐热性[3]。

以松节油为原料合成萜烯基不饱和聚酯，将合成的不饱和聚酯与异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应，并以2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水中间体，季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为封端剂，三乙胺为中和剂可以合成水性萜烯基聚氨酯丙烯酸酯(WTPUA)。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和热分析仪(TGA)对预聚物及涂膜进行表征，考察固化方式，光固化因素和热固化因素对涂膜性能的影响。结果表明：选择1-羟基环己基苯甲酮(Irgacure 184)作为光引发剂，用量为配方总质量的4%，固化机的履带速率为18 m/min，3次辐射过机进行光固化。Bayhydur305为水性固化剂，且n(-NCO)/n(-OH)=1.1，热固化温度为80℃，热固化150 min。光-热双固化涂膜的硬度，附着力，抗冲击性，拉伸强度均较光固化和热-光双固化的好[4]。

由于PET3A具有多个丙烯酸酯官能团，它还可以作为功能化试剂在化学合成中发挥重要作用。该物质不仅可以与其他官能团化合物发生反应，引入丙烯酸酯基团，从而改变化合物的性质和功能；还可作为活性稀释剂，参与辐射固化过程。这使得季戊四醇三丙烯酸酯在有机合成中被广泛应用，用于合成具有特定性质和用途的化合物。

制备

酰氯法可以合成季戊四醇三丙烯酸酯，该法原理简单，易操作，产品收率大于96%，纯度大于97%，反应过程温度低，不需使用阻聚剂，大大简化了后处理工艺[5]。

除此之外，将季戊四醇，丙烯酸，催化剂，阻聚剂以及溶剂放入反应釜中经充分混合搅拌形成混合液；打开反应釜蒸汽阀门缓慢加热，使温度控制在70-90℃并在此温度维持20-40分钟反应；继续加热混合液，待温度上升到80-115℃时回流反应3-5h，反应结束；向混合液中加入纯碱水溶液以及氯化钠水溶液，洗涤取上层有机相；将上层有机相脱去溶剂；压滤即得成品。本方法的工艺简单，质量好，收缩率及色度低，活性和柔韧性较好，生成副产物及废水量较少，收率高[6]。

参考文献

[1]王玮,梁爽,刘文广,等.基于季戊四醇三丙烯酸酯的聚合物及其制备方法:CN201610839124.8[P].CN107840958A.

[2]蔡兆宇,朱昊鑫,王鹏,等.UV固化蓖麻油改性水性聚氨酯丙烯酸酯木器涂料的性能优化[J].林业科技开发, 2020, 005(003):89-95.

[3]何明俊,胡孝勇,柯勇.UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的合成及性能研究[J].中国胶粘剂, 2017, 26(5):4.DOI:10.13416/j.ca.2017.05.013.

[4]徐海波,谢晖,黄莉,等.光-热双固化水性聚氨酯丙烯酸酯的涂膜性能[J].南京工业大学学报（自然科学版）, 2016, 038(001):39-44.

[5]夏泽斌.酰氯法合成季戊四醇三丙烯酸酯[J].化学工程师, 1994(6):2.DOI:CNKI:SUN:HXGC.0.1994-06-000.

[6]牟国光.季戊四醇三丙烯酸酯的制备方法:CN 200710151070[P].CN 101462953 A.