可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂的製作方法
2023-06-01 00:01:16 2
專利名稱：可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種樹脂，特別涉及可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂。
背景技術：
紫外光固化塗料的優點之一是其不含溶劑，從而消除了有機揮發物對環境的傷 害。但是所用的主體樹脂一般黏度較高，在使用時必須加入稀釋劑調節其使用黏度，才能正 常使用。所加入的稀釋劑包括可以參與光固化的反應性活性單體和有機溶劑，其中的有機 溶劑因為比較常見，而且性能為大家所熟悉，因此很多塗料用戶會選擇使用有機溶劑作為 稀釋劑，在塗料固化的過程中就不可避免的會有有機揮發物釋放出來，對環境造成汙染。另 外反應性活性單體對眼睛有較強的刺激作用，皮膚接觸也易導致過敏，影響操作者的身體 健康，而且大多數反應性活性單體在紫外光固化過程中難以完全固化，使這部分單體具有 可萃取性及毒性，不適合食品衛生產品的包裝材料印刷和塗裝。為了解決諸如此上的問題， 水性紫外光固化塗料應運而生。水性塗料對環境無汙染、對人體健康無影響、不易燃燒、安全性好。使用時可以用 水調節黏度，原料方便易得。但普通的水性塗料存在抗鹼性差、抗乙醇性差、耐水性差、乾燥 慢、光澤度差、易引起基材特別是紙張收縮等問題。水性紫外光固化的塗料在保持水性塗料的優點的基礎上，提高了塗料的抗鹼性、 抗乙醇性、耐水性好、表面光澤高，解決了在紙張上的收縮問題，但現在的水性紫外光固化 塗料的光固化速度、水的揮發速度相對較慢，難以滿足紙張印刷行業高速印刷的要求。
發明內容
本發明的目的是為了解決水性紫外光固化塗料在紙品印刷行業的局限性，極大地 提高生產效率，同時又不會對環境和操作人員的身體造成傷害的可快速光固化的水性環氧 丙烯酸樹脂。本發明的目的是通過如下技術方案實現的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹 脂，包含以下質量百分比的原料環氧丙烯酸樹脂20-50%
異氰酸酯10-40%
含羥基的有機酸5-15%
丙烯酸酯類單體5-20%
中和劑5-20%
水20-50%
催化劑0. 1-5%
阻聚劑0. 01-2%
將上述配比的環氧丙烯酸樹脂、異氰酸酯、含羥基的有機酸、分次投入反應釜中，控制好溫度，反應一定時間後，再將丙烯酸酯類單體、催化劑、阻聚劑加入反應釜中通過測
4定NCO的量，監控反應進行的程度，當NCO的量彡0. 1時，再加入中和劑、水、進行中和反應， 得到黏度合適的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂。其中所述的環氧丙烯酸樹脂由如下質量份的原料合成而得環氧樹脂50-180份不飽和單羧酸 30-90份催化劑0.5-4份阻聚劑0. 03-3份所述的環氧丙烯酸樹脂的合成過程如下將上述量的原料加入反應釜中溫度緩慢升至100-120°C，在此溫度下反應6-12小 時，檢測酸酯，直到酸酯< 5以下，將反應釜降溫到80°C以下，補入適量的阻聚劑，再繼續降 溫，得到黏度為500-2000pa. s/25°C的環氧丙烯酸樹脂。所述的環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、氫化雙酚 A環氧樹脂、甲基酚醛環氧樹脂和雜環環氧樹脂，優選雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、氫 化雙酚A環氧樹脂、(甲基)酚醛環氧樹脂其中的一種或者一種以上組合。更優選雙酚A環 氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、氫化雙酚A環氧樹脂其中的一種或者一種以上組合。其質量份優 選70-160份，更優選90-130份。所述的不飽和單羧酸為丙烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸、巴豆酸、山梨糖酸、α -氰 基肉桂酸和苯乙烯基丙烯酸等，優選丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯基丙烯酸其中的 一種或者一種以上組合，更優選丙烯酸、甲基丙烯酸或兩者的組合。其質量份優選25-80 份，更優選40-60份。所述的催化劑為N，N- 二甲基苯胺、N, N- 二甲基苄胺、三乙胺、DBU、吡啶、TBAC、 TBAB、TBAI (寫出中文)、三苯基膦、三苯基銻、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰及有機錫化合物其中 的一種或者一種以上組合，優選N，N-二甲基苄胺、DBU、ΤΒΑΒ、三苯基膦、溴化鋰、碘化鋰及 有機錫化合物其中的一種或者一種以上組合，更優選DBU、ΤΒΑΒ、碘化鋰及有機錫化合物的 混合物其中的一種或者一種以上組合。其質量份優選0. 3-3份，更優選0. 5-2份。所述的阻聚劑為對苯二酚、2，6_ 二叔丁基對甲酚、對羥基苯甲醚、間苯二酚、兒 茶酚、氫醌、蒽醌其中的一種或者一種以上組合，優選2，6_ 二叔丁基對甲酚、對羥基苯甲 醚、氫醌其中的一種或者一種以上組合，更優選2，6_ 二叔丁基對甲酚、對羥基苯甲醚、間苯 二酚、氫醌其中的一種或者一種以上組合，其質量份優選0. 05-1份。在所述的環氧丙烯酸樹脂的質量百分比優選20-40%，更優選25-35%。所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸 酯、異佛二酮二異氰酸酯、4，4』_ 二環己基二異氰酸酯)和間_ 二甲苯二異氰酸酯其中的一 種或者一種以上組合。優選甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛二酮二異氰酸酯其 中的一種或者一種以上組合，更優選甲苯二異氰酸酯、異佛二酮二異氰酸酯或兩者組合，其 質量百分比優選10-40%，更優選15-30%。所述的含羥基的有機酸為酒石酸、檸檬酸、乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、二羥甲基丁 酸和扁桃酸其中的一種或者一種以上組合。優選酒石酸、乳酸、羥基乙酸、二羥甲基丁酸其 中的一種或者一種以上組合，更優選乳酸、羥基乙酸、二羥甲基丁酸其中的一種或者一種以 上組合，其質量百分比優選6-12%，更優選7-11%。
所述的丙烯酸酯類單體為丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、季戊四醇二丙烯酸 酯、三羥甲基丙烷二丙烯酸酯和基戊四醇三丙烯酸酯(其中的一種或者一種以上組合。優 選丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、季戊四醇二丙烯酸酯其中的一種或者 一種以上組合，更優選丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯，其質量百分比優選7-17%，更優 選 9-14%。所述的中和劑為甲胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、正丙胺、一乙醇胺、二乙醇胺和三 乙醇胺等，優選二乙胺、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺，更優選二乙胺、三乙胺、三乙醇胺其中 的一種或者一種以上組合，其質量百分比優選7-17%，更優選9-14%。所述的水為去離子水。本發明的有益效果是在保持普通的紫外光固化樹脂抗鹼性、抗乙醇性、耐水性好、 表面光澤高，解決了在紙張上的收縮問題的前提下，提高了水性紫外光固化樹脂的光固化 速度和水的揮發速度，使水性紫外光固化塗料可以滿足紙品印刷高速的要求。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進行說明。實施例一雙酚F環氧樹脂200克，丙烯酸85克，混合催化劑Al. 8克，氫醌0. 16克，在攪拌的 狀態下將物料的溫度緩慢升至112°C，保溫反應7小時，取樣測定酸值，直到酸值≤5，再降 溫到95°C (與前面所說的80°C不吻合，為什麼)以下得到環氧丙烯酸樹脂，然後加入異佛 二酮二異氰酸酯210克，乳酸90克，保溫反應一定(說明是多少時間)時間後，再加入甲基 丙烯酸羥乙酯105克，混合催化劑B 6.0克(與A是否相同，)，對羥基苯甲醚0.7克，緩慢 升溫到102°C，反應一定時間後測定NC0(是什麼)的含量，當NCO的量≤0. 1時，加入三乙 醇胺103克，水305克，降溫到40°C以下，出料，得到黏度合適的水性紫外光固化樹脂。(實 施例二、三有相同問題)實施例二 雙酚A環氧樹脂220克，丙烯酸90克，混合催化劑A 1. 9克，氫醌0. 17克，在攪拌 的狀態下將物料的溫度緩慢升至115°C，保溫反應8小時，取樣測定酸值，直到酸值≤ 5，再 降溫到95°C以下，加入TDI218克，羥基乙酸92克，保溫反應一定時間後，再加入甲基丙烯酸 羥乙酯97克，混合催化劑B 6. 3克，對羥基苯甲醚0. 8克，緩慢升溫到108°C，反應一定時間 後測定NCO的含量，當NCO的量≤0. 1時，加入三乙胺105克，水310克，降溫到40°C以下， 出料，得到黏度合適的水性紫外光固化樹脂。實施例三氫化雙酚阿A環氧樹脂200克，丙烯酸81克，混合催化劑A 1. 8克，氫醌0. 14克， 在攪拌的狀態下將物料的溫度緩慢升至110°C，保溫反應6小時，取樣測定酸值，直到酸值 ≤5，再降溫到95°C以下，加入IPDI212克，二羥甲基丁酸93克，保溫反應一定時間後，再 加入丙烯酸羥乙酯(HEA) 110克，混合催化劑B 6.5克，對羥基苯甲醚0.65克，緩慢升溫到 105°C，反應一定時間後測定NCO的含量，當NCO的量≤0. 1時，加入二乙胺108克，水312 克，降溫到40°C以下，出料，得到黏度合適的水性紫外光固化樹脂。將以上各實施例所得產品作對比實驗如下
對比例一普通紫外光固化環氧丙烯酸樹脂對比例二 國產水性紫外光固化樹脂對比例三進口水性紫外光固化樹脂紫外光固化塗料配比如下 單位克塗料製備方法將計量好的不同的樹脂與BP、活性胺按比例混合好，高速分散溶解完全即可。對比測試結果如下 在同樣的紙張上，塗敷10 μ厚的塗料，用3KW的紫外燈一支，固化一次後要求在室 溫下不粘手，手劃不破。上述結果表明本發明的水性紫外光固化樹脂有很快的光固化速度。
權利要求
可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，包含以下質量百分比的原料環氧丙烯酸樹脂20 50％異氰酸酯 10 40％含羥基的有機酸5 15％丙烯酸酯類單體5 20％中和劑5 20％水20 50％催化劑0.1 5％阻聚劑0.01 2％將上述配比的環氧丙烯酸樹脂、異氰酸酯、含羥基的有機酸、分次投入反應釜中，控制好溫度，反應一定時間後，再將丙烯酸酯類單體、催化劑、阻聚劑加入反應釜中通過測定NCO的量，監控反應進行的程度，當NCO的量≤0.1時，再加入中和劑、水、進行中和反應，得到黏度合適的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂。
2.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的環氧 丙烯酸樹脂由如下質量份的原料合成而得環氧樹脂50-180份不飽和單羧酸 30-90份催化劑0. 5-4份阻聚劑0. 03-3份所述的環氧丙烯酸樹脂的合成過程如下將上述量的原料加入反應釜中溫度緩慢升至100-120°C，在此溫度下反應6-12小時， 檢測酸酯，直到酸酯< 5以下，將反應釜降溫到80°C以下，補入適量的阻聚劑，再繼續降溫， 得到黏度為500-2000pa. s/25°C的環氧丙烯酸樹脂。
3.如權利要求2所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的環氧 樹脂為雙酚A環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、氫化雙酚A環氧樹脂、甲基酚 醛環氧樹脂和雜環環氧樹脂，優選雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、氫化雙酚A環氧樹脂、 (甲基)酚醛環氧樹脂其中的一種或者一種以上組合。
4.如權利要求2或3所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於環氧樹 脂質量份為90-130份。
5.如權利要求2所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的不飽 和單羧酸為丙烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸、巴豆酸、山梨糖酸、a -氰基肉桂酸和0 -苯乙烯 基丙烯酸等，優選丙烯酸、甲基丙烯酸、0 -苯乙烯基丙烯酸其中的一種或者一種以上組合。
6.如權利要求2或5所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於其不飽 和單羧酸質量份為40-60份。
7.如權利要求2所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的催化 劑為N，N- 二甲基苯胺、N，N- 二甲基苄胺、三乙胺、DBU、吡啶、TBAC、TBAB、TBAI、三苯基膦、 三苯基銻、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰及有機錫化合物其中的一種或者一種以上組合。
8.如權利要求2或7所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於其催化 劑質量份為0. 5-2份。
9.如權利要求2所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的阻聚 劑為對苯二酚、2，6_ 二叔丁基對甲酚、對羥基苯甲醚、間苯二酚、兒茶酚、氫醌、蒽醌其中 的一種或者一種以上組合。
10.如權利要求2或9所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於阻聚劑 質量份為0. 05-1份。
11.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的環 氧丙烯酸樹脂的質量百分比為25-35%。
12.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛二酮二異 氰酸酯、4，4』 - 二環己基二異氰酸酯)和間-二甲苯二異氰酸酯其中的一種或者一種以上 組合。
13.如權利要求1或12所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於異氰 酸酯質量百分比為15-30%。
14.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的含 羥基的有機酸為酒石酸、檸檬酸、乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、二羥甲基丁酸和扁桃酸其中的 一種或者一種以上組合。
15.如權利要求1或14所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於含羥 基的有機酸質量百分為7-11%。
16.如權利要求1或14所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述 的丙烯酸酯類單體為丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、季戊四醇二丙烯酸酯、三羥甲基 丙烷二丙烯酸酯和基戊四醇三丙烯酸酯其中的一種或者一種以上組合。
17.如權利要求1或16所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於丙烯 酸酯類單體質量百分比為9-14%。
18.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的中 和劑為甲胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、正丙胺、一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺等，優選二 乙胺、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺，更優選二乙胺、三乙胺、三乙醇胺其中的一種或者一種 以上組合。
19.如權利要求1或18所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於中和 劑質量百分比為9-14%。
20.如權利要求1所述的可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，其特徵在於所述的水 為去離子水。全文摘要
本發明公開了可快速光固化的水性環氧丙烯酸樹脂，包含以下質量百分比的原料環氧丙烯酸樹脂20-50％；異氰酸酯10-40％；含羥基的有機酸5-15％；丙烯酸酯類單體5-20％；中和劑5-20％；水20-50％；催化劑0.1-5％；阻聚劑0.01-2％。本發明的有益效果是在保持普通的紫外光固化樹脂抗鹼性、抗乙醇性、耐水性好、表面光澤高，解決了在紙張上的收縮問題的前提下，提高了水性紫外光固化樹脂的光固化速度和水的揮發速度，使水性紫外光固化塗料可以滿足紙品印刷高速的要求。
文檔編號D21H19/24GK101928374SQ2009100404
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者彭忠, 王和文, 袁繼偉 申請人:東莞市新大發行塗料有限公司