水性聚氨酯連結料及製備方法
2023-06-29 19:00:26
專利名稱：水性聚氨酯連結料及製備方法
技術領域：
本發明屬於水性油墨用連結料領域，涉及一種水性聚氨酯連結料及製備方法。
背景技術：
水性油墨是由水溶性或水分散性高分子樹脂連結料、顏料、溶劑(水)和相關助劑組成。水性油墨與溶劑型油墨的主要區別在於，溶劑型油墨以甲苯、醋酸乙醋等多種有機溶劑為溶劑，而水性油墨則是以水為溶劑的。水性油墨由於不含揮發性有機溶劑，大大減少了有機揮發物(VOC)的排放，從而減輕了大氣汙染，改善了印刷操作人員的工作環境，特別適用於煙、酒、食品、飲料、藥品、兒童玩具等衛生條件要求比較嚴格的包裝印刷產品。此外，水性油墨不僅可以減少印刷品表面殘留的毒性，對印刷設備清洗方便，而且可以降低由於靜電和易燃溶劑引起的失火危險和隱患，因此水性油墨被稱著是一種新型的「綠色」印刷材料。但是，隨著印刷工業的迅速發展，人們對水性油墨的性能要求也越來越高，如低溫性能、高光澤度、耐水性、耐熱性、極端環境的印刷適性等。而作為油墨「核心」的連結料在水性油墨中起著至關重要的作用，它是油墨製造中研磨色粉的基料、主要的流動相和油墨乾燥後的成膜物質，直接決定著油墨的使用性能和印刷效果，如粘度、附著力、光澤度和乾燥性。可以說連結料的技術創新直接引起油墨的技術革新。目前，水性油墨普遍採用馬來松香脂、聚丙烯酸樹脂及改性丙烯酸乳液等作為連結料，但是松香、馬來酸改性樹脂在光澤度、抗水性和穩定性上存在較多問題；丙烯酸共聚物樹脂在光澤度和印刷適性上與溶劑型油墨仍然有差距。水性聚氨酯作為新型環境友好型材料，具有極好的粘結性能，耐磨性、耐擦傷性和良好的低溫性能，高光澤、保光性能，在水性油墨領域具有廣闊的應用前景，替代傳統的樹脂粘結料，通過添加適量助劑，進行水性油墨的製備試驗，取得了優異的效果。
發明內容
本發明旨在提供一種具有極好的粘結性能、耐磨性、耐擦傷性和良好的低溫性能、 高光澤、保光性能的水性聚氨酯連結料，並提供該水性聚氨酯連結料的製備方法。本發明的解決方案是
一種水性聚氨酯連結料，由下述原料按重量份數配比製備而成二異氰酸酯20-50份， 聚合物多元醇80-140份，端氨基聚醚10-30份，三元醇0. 5-2份，二元醇0. 5-2份，親水擴鏈劑4-10份，催化劑0. 01-0. 1份，助溶劑10-50份，中和劑3_6份，分散劑200-500份，小分子擴鏈劑1-2份。其中，所述的二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、1，6_六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、環己烷二異氰酸酯和二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。所述的聚合物多元醇是聚氧化乙烯二元醇、聚氧化丙烯二元醇、聚四氫呋喃醚類多元醇、己二酸己二醇聚酯多元醇、聚己內酯二元醇或聚碳酸酯二元醇，數均分子量為 400-8000，優選 1000-4000。
所述的端氨基聚醚是一類氨基封端的聚烷氧烯烴化合物，有分子量為2000的二元胺和分子量為5000的三元胺和分子量為300的三元胺。所述的三元醇是丙三醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷和1，2，6_己三醇中的一種或兩種以上的混合物。所述的二元醇是新戊二醇、2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2，4- 二乙基_1，5_戊二醇和2-乙基-1，3-己二醇中的一種或兩種以上的混合物。所述的親水擴鏈劑是二羥基半酯或二羥甲基丙酸，優選二羥甲基丙酸。所述的催化劑是有機叔胺類或有機金屬化合物類，優選二月桂酸二丁基錫。所述的助溶劑是N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲醯胺、丙酮和丁酮的一種或兩種以上的混合物。所述的中和劑是三乙胺、三丙基胺、二甲基乙基胺、二乙醇胺、三乙醇胺和二甲基乙醇胺的一種或兩種以上的混合物。所述的分散劑是去離子水。所述的小分子擴鏈劑是乙二胺、胼和二乙烯三胺的一種或幾種。本發明水性聚氨酯連結料的製備方法，包括以下步驟
第一步、聚氨酯預聚體的製備製備前先將聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脫水處理 (使其含水量低於0. 03%)；在裝有溫度計、攪拌器和回流冷凝管的玻璃燒瓶內，加入二異氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同時加入親水擴鏈劑、助溶劑和催化劑，在氮氣保護下，75-90°C保溫反應2-4小時；再加入端氨基聚醚擴鏈，在70-80°C保溫反應2-3 小時；
第二步、水性聚氨酯連接料的製備降溫至30-40°C後，加入中和劑成鹽，中和反應5-7 分鐘；室溫下加入20-30°C的分散劑，在高速(3000轉/分鐘)攪拌下分散10-20分鐘；加入小分子擴鏈劑反應1-2小時後，即可得水性聚氨酯連結料。所述的水性聚氨酯連結料的固含量為20-40%。採用上述方案後，本發明的優點是使用了端氨基聚醚作為擴鏈劑合成了水性聚氨酯，首先，由於氨基活性較大，可以與濃度相對較低的異氰酸酯基在較低的溫度下發生反應；其次，端氨基聚醚相對於小分子擴鏈劑，可使聚氨酯的分子量做得更大，更容易包覆顏料；再次，端氨基聚醚上的氨基與異氰酸酯基反應生成脲基，這樣形成了脲基與氨基甲酸酯基均勻分布的聚氨酯，具有更好的機械性能(耐磨性、耐擦傷性)、耐水性和附著力，粘結性能極好，低溫性能、高光澤、保光性能良好，將其用於水性油墨，取得了優異的效果。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明做進一步說明。實施例1
製備前先將聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脫水處理。在裝有溫度計、攪拌器和回流冷凝管的玻璃燒瓶內，加入二異氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同時加入親水擴鏈劑、助溶劑和催化劑，在氮氣保護下，80°C保溫反應3小時；再加入端氨基聚醚擴鏈，在75°C保溫反應2. 5小時；降溫至40°C後，加入中和劑成鹽，中和反應6分鐘；室溫下加入25°C的去離子水，在高速攪拌下分散10分鐘；加入小分子擴鏈劑反應1小時後，即可得水性聚氨酯連結料。
具體配比如下
4J_
編號原料名稱重量份數1眾氧化丙烯二元醇(PPG220)1002最;IJ5Jl二異氰酸酯(IPDI)333三羥甲基丙烷(TMP)0. 894新戊二醇(NPG)0. 865二羥甲基丙酸(DMPA)5.916二月桂酸二丁基錫(DBTDL)0. 057N-甲基吡咯烷酮(麗P)188丁酮(MEK)209端氨基聚醚(D2000)1310三乙胺(TEA)4.4611去離子水31812乙二胺(EDA)1, 6
實施例2
製備前先將聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脫水處理。在裝有溫度計，攪拌器和回流冷凝管的玻璃燒瓶內，加入二異氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同時加入親水擴鏈劑、助溶劑和催化劑，在氮氣保護下，85°C保溫反應2. 5小時；再加入端氨基聚醚擴鏈，在75°C保溫反應2. 5小時；降溫至40°C後，加入中和劑成鹽，中和反應6分鐘；室溫下加入25°C的去離子水，在高速攪拌下分散10分鐘；加入小分子擴鏈劑反應1小時後， 即可得水性聚氨酯連結料。
具體配比如下
權利要求
1.一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於由下述原料按重量份數配比製備而成二異氰酸酯20-50份，聚合物多元醇80-140份，端氨基聚醚10-30份，三元醇0. 5-2份，二元醇 0. 5-2份，親水擴鏈劑4-10份，催化劑0. 01-0. 1份，助溶劑10-30份，中和劑3_6份，分散劑 200-500份，小分子擴鏈劑1-2份。
2.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、1，6_六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、環己烷二異氰酸酯和二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的聚合物多元醇是聚氧化乙烯二元醇、聚氧化丙烯二元醇、聚四氫呋喃醚類多元醇、己二酸己二醇聚酯多元醇、聚己內酯二元醇或聚碳酸酯二元醇，數均分子量為400-8000。
4.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的端氨基聚醚是一類氨基封端的聚烷氧烯烴化合物，有分子量為2000的二元胺和分子量為5000的三元胺和分子量為300的三元胺。
5.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的三元醇是丙三醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷和1，2，6_己三醇中的一種或兩種以上的混合物。
6.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的二元醇是新戊二醇、2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2，4- 二乙基-1，5-戊二醇和2-乙基-1，3-己二醇中的一種或兩種以上的混合物。
7.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的親水擴鏈劑是二羥基半酯或二羥甲基丙酸；所述的小分子擴鏈劑是乙二胺、胼和二乙烯三胺的一種或幾種。
8.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的催化劑是有機叔胺類或有機金屬化合物類；所述的助溶劑是N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲醯胺、丙酮和丁酮的一種或兩種以上的混合物；所述的中和劑是三乙胺、三丙基胺、二甲基乙基胺、二乙醇胺、三乙醇胺和二甲基乙醇胺的一種或兩種以上的混合物；所述的分散劑是去離子水。
9.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於製備方法包括以下步驟第一步、聚氨酯預聚體的製備製備前先將聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脫水處理； 在裝有溫度計、攪拌器和回流冷凝管的玻璃燒瓶內，加入二異氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同時加入親水擴鏈劑、助溶劑和催化劑，在氮氣保護下，75-90°C保溫反應2-4小時；再加入端氨基聚醚擴鏈，在70-80°C保溫反應2-3小時；第二步、水性聚氨酯連接料的製備降溫至30-40°C後，加入中和劑成鹽，中和反應5-7 分鐘；室溫下加入20-30°C的分散劑，在高速攪拌下分散10-20分鐘；加入小分子擴鏈劑反應1-2小時後，即可得水性聚氨酯連結料。
10.根據權利要求1所述的一種水性聚氨酯連結料，其特徵在於所述的水性聚氨酯連結料的固含量為20-40%。
全文摘要
本發明公開一種水性聚氨酯連結料，將20-50份二異氰酸酯、80-140份聚合物多元醇、0.5-2份三元醇、0.5-2份二元醇、4-10份親水擴鏈劑、10-30份助溶劑和0.01-0.1份催化劑，在氮氣保護下，75-90℃反應2-4小時；再加入10-30份端氨基聚醚擴鏈，在70-80℃反應2-3小時；降溫至30-40℃後，加入3-6份中和劑反應5-7分鐘；室溫下加入200-500份分散劑高速攪拌下分散10-20分鐘；加入1-2份小分子擴鏈劑反應1-2小時後，即可得水性聚氨酯連結料。本發明具有更好的機械性能、耐水性和附著力，低溫性能、高光澤、保光性能良好，用於水性油墨，取得了優異的效果。
文檔編號C08G18/50GK102174165SQ201010608829
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者劉潤林, 呂建平, 孫學武, 李彬, 段啟勇 申請人:東莞市英科水墨有限公司, 合肥工業大學