CN101585904A - 一种水性油墨用连接料树脂的制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性油墨用连接料树脂的制备方法及应用，方法包括：将聚酯和/或聚醚多元醇、离子化试剂、二异氰酸酯反应制备成NCO含量为4％～5％的预聚体；将扩联剂在冷水中溶解，在搅拌状态下加入到所述预聚体中，得聚氨酯乳液；将所述得到的聚氨酯乳液、28％的氨水、去离子水与增稠剂搅拌均匀，得水性乳液；将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、过硫酸钾与所述水性乳液混合，即得水性油墨用树脂。该方法在合成丙烯酸改性的水性聚氨酯，利用聚氨酯的耐温性，柔韧性同时在分子结构中引进丙烯酸链段，使得到的连接料树脂制备的水性油墨可用于多种塑料基材，针对极性、非极性基材均有优异的附着牢度，良好的润湿性能。

Description

一种水性油墨用连接料树脂的制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种树脂的制备技术，尤其涉及一种水性油墨用聚氨酯连接料树脂。

背景技术

现有普通凹版印刷油墨在制备及印刷时要加入有机溶剂(VOC)进行稀释，但加入的有机溶剂(VOC)易挥发、有气味，不但对环境会造成污染，而且对印刷操作人员的身体也会造成损害。而且有机溶剂属易燃烧易爆液体，由于静电及电线短路等原因易引起火灾。这种凹版印刷油墨在印品中也会造成相应的溶剂残留，若用在食品包装的印刷上，不但会有污染食品危险，而且这种包装袋丢弃后对环保也会造成一定的影响。

塑料水性油墨由于用水作为溶剂，在印刷过程中无有机溶剂(VOC)挥发，没有气味。对环境、对印刷操作人员的身体均无任何的污染及损害。水性油墨产品自身不会燃烧，更不会由于静电及电线短路等原因引起火灾，采用水性油墨印刷，印品无任何的溶剂残留，符合世界上任何国家与地区对食品包装及其它包装的环保要求，因此水性油墨得到广泛的应用。

发明人发现，现有的水性油墨通过连接料树脂与色料制备而成，但由于现有的连接料树脂多采用单纯丙烯酸体系或单纯聚氨酯体系，存在针对基材的适应性问题，也就是说极性材料、非极性材料通用性问题。因此制备一种适用于多种极性基材表面的水性连接料树脂是制备水性油墨的关键问题。

发明内容

本发明实施方式提供一种水性油墨用连接料树脂的制备方法与应用，解决了在印刷过程中使用传统油墨用有机溶剂(VOC)稀释时，有机溶剂挥发污染，有气味、危害环境及使用者，而现有的水性油墨常由于没有合适的用于水性油墨的树脂，导致油墨使用效果不好的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供水性油墨用连接料树脂的制备方法，该方法包括：

将40～70质量份的聚酯和/或聚醚多元醇与1～10质量份离子化试剂混合加热至100～110℃，冷却至50～60℃后加入10～30质量份的二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)的预聚体；

将1～10质量份的扩联剂溶解于40～70质量份的5～10℃冷水中，在搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液；

将30～60质量份的所述聚氨酯乳液、1～5质量份的28％的氨水、20～40质量份的去离子水与1～5质量份的增稠剂搅拌混合均匀，得到固含为20％～30％(质量)的水性乳液；

将1～5质量份的甲基丙烯酸甲酯、5～10质量份的丙烯酸丁酯、5～10质量份的丙烯酸、0.1～0.5质量份的丙烯酰胺、0.1～0.5质量份的十二烷基硫酸钠、0.1～0.3质量份的过硫酸钾与60～90质量份的所述水性乳液混合，即得到固含为25％～35％(质量)、粘度为100～300mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用连接料树脂。

所述聚酯和/或聚醚多元醇采用聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、聚氧化丙烯二醇中的至少一种。

所述异氰酸酯采用异佛尔酮二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、三甲基-1，6六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

所述离子化试剂采用二羟甲基丙酸(DMPA)、5-磺基间苯二酸(5-SSIPA)中的至少一种。

所述扩联剂采用1，4丁二醇、乙二醇、乙二胺、异佛尔酮二胺中的至少一种。

所述增稠剂采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、ASE-60增稠剂、T-17A水性增稠剂中的至少一种。

所述将1～10质量份的扩联剂溶解于40～70质量份的5～10℃冷水中，在搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液包括：将溶解在40～70质量份的冷水中的1～10质量份的扩联剂，在涡轮式搅拌机的搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液。

本发明实施方式还提供一种基于上述方法制备得到的连接料树脂在油墨中的应用，包括：将40～70质量份的连接料树脂、10～20质量份得蒸馏水、5～10质量份的色料、1～5质量份的乙醇、0.1～0.8质量份的磷酸三丁酯在高速分散机中分散2～3小时，制得水性印刷油墨，油墨粘度在(50～105)×10-3Pa·s，初干性(25℃)10～20mm/15s，彻干性(25℃)≤160s/100μm。

由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式通过先合成丙烯酸改性的水性聚氨酯，再利用聚氨酯的耐温性，柔韧性，同时在分子结构中引进丙烯酸链段，使得到的连接料树脂制备的水性油墨可适用于多种塑料基材，针对极性、非极性基材均有优异的附着牢度，良好的润湿性能。制备得到的连接料树脂对各种填料具有良好的润湿分散性，用该连接树脂制成的油墨，稳定性良好，具有良好的耐酸、耐碱、耐光和耐水性；且该连接料树脂不含有机溶剂，在印刷过程中不存在有机溶剂排放问题，是制备环保型印刷油墨的有益材料。

具体实施方式

本发明实施方式提供一种水性油墨用连接料树脂的制备方法与应用，具体包括下述步骤：将40～70质量份的聚酯和/或聚醚多元醇与1～10质量份离子化试剂混合加热至100～110℃，冷却至50～60℃加入10～30质量份的二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)的预聚体；

将1～10质量份的扩联剂溶解于40～70质量份的5～10℃冷水中，在搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液；

将30～60质量份的制得的所述聚氨酯乳液、1～5质量份的浓度为28％的氨水、20～40质量份的去离子水与1～5质量份的增稠剂搅拌混合均匀，得到固含为20％～30％(质量)的水性乳液；

将1～5质量份的甲基丙烯酸甲酯、5～10质量份的丙烯酸丁酯、5～10质量份的丙烯酸、0.1～0.5质量份的丙烯酰胺、0.1～0.5质量份的十二烷基硫酸钠、0.1～0.3质量份的过硫酸钾与60～90质量份的所述水性乳液混合，即得到固含为25％～35％(质量)、粘度为100～300mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用树脂。该方法通过在合成丙烯酸改性的水性聚氨酯，在利用聚氨酯本身耐温性，柔韧性的特点同时，在分子结构中引进了丙烯酸链段，使得用该树脂制备出来得水性油墨适用于多种塑料基材。

实际制备过程中，所述的聚酯和/或聚醚多元醇可以采用聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、聚氧化丙烯二醇中的一种或一种以上的混合物；

所述的二异氰酸酯可以采用异佛尔酮二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、三甲基-1，6六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物；

所述的离子化试剂可以采用二羟甲基丙酸(DMPA)、5-磺基间苯二酸(5-SSIPA)中的一种或一种以上。所述扩联剂可以采用1，4丁二醇、乙二醇、乙二胺、异佛尔酮二胺中的一种或一种以上的混合物；

所述的增稠剂可以采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、ASE-60增稠剂、T-17A水性增稠剂中的一种或一种以上的混合物。

本发明实施方式制备得到的水性连接料树脂为制备水性印刷油墨的关键组分之一，是油墨中的流体组成部分，它的作用首先是作为色料的载体，使粉末状的色料、填料等固体物质混合连接起来，其次是使油墨能在承印物表面上干燥、固着并成膜。得到的连接料树脂在很大程度上决定了油墨的粘度、粘性、干燥性及流动性。

为便于理解，下面结合具体实施例对本发明的实施过程作进一步说明。

实施例一

首先，按下表配比取各原料：

制备方法如下：

(1)将40质量份的聚酯/聚醚多元醇与2质量份离子化试剂二羟甲基丙酸混合加热，冷却后加入10质量份的二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)预聚体；

(2)将2质量份的扩联剂乙二胺溶解于40质量份的冷水中，在涡轮式搅拌机搅拌条件下加入到52质量份的上述得到的预聚体中，水化充分得到聚氨酯乳液；

(3)将所述得到的94质量份的聚氨酯乳液与1质量份的28％的氨水、38质量份的去离子水、2质量份的ASE-60增稠剂搅拌混合均匀，得到水性乳液；

(4)将2质量份的甲基丙烯酸甲酯、5质量份的丙烯酸丁酯、5质量份的丙烯酸、0.2质量份的丙烯酰胺、0.2质量份的十二烷基硫酸钠、0.2质量份的过硫酸钾与所述得到的135质量份的水性乳液混合，得到固含25％、粘度控制在150mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用树脂。

实施例二

本实施例提供一种采用另一种配比原料制备水性油墨用的树脂的方法，按下表配比取各原料：

制备方法如下：

(1)将45质量份的聚碳酸酯二醇和22质量份的聚丁二烯二醇与2质量份离子化试剂5-磺基间苯二酸混合加热至100～110℃，待溶解并混合充分后冷却至50～60℃后加入28质量份的异佛尔酮二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)预聚体；

(2)将8质量份的扩联剂乙二醇溶解于70质量份的5～10℃冷水中，在涡轮式搅拌机搅拌条件下加入到97质量份的上述得到的预聚体中，水化充分得到聚氨酯乳液；

(3)将所述得到的175质量份的聚氨酯乳液与5质量份的28％的氨水、22质量份的去离子水、5质量份的T-17A水性增稠剂搅拌混合均匀，得到水性乳液；

(4)将5质量份的甲基丙烯酸甲酯、9质量份的丙烯酸丁酯、9质量份的丙烯酸、0.5质量份的丙烯酰胺、0.5质量份的十二烷基硫酸钠、0.3质量份的过硫酸钾与所述得到的207质量份的水性乳液混合，得到固含35％、粘度控制在300mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用树脂。

实施例三

首先，按下表配比取各原料，

制备方法如下：

(1)将30质量份的聚碳酸酯二醇和25质量份的聚氧化丙烯二醇与5质量份离子化试剂二羟甲基丙酸混合加热至100～110℃，待溶解并混合充分后，冷却至50～60℃后加入20质量份的二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)预聚体；

(2)将5质量份的扩联剂溶解于55质量份的5～10℃冷水中，在涡轮式搅拌机搅拌条件下加入到80质量份的预聚体中，水化充分得到聚氨酯乳液；

(3)将得到的140质量份的聚氨酯乳液与3质量份的28％的氨水、30质量份的去离子水、2质量份的增稠剂聚丙烯酸钠搅拌混合均匀，得到水性乳液；

(4)将3质量份的甲基丙烯酸甲酯、3质量份的丙烯酸丁酯、8质量份的丙烯酸、0.3质量份的丙烯酰胺、0.3质量份的十二烷基硫酸钠、0.2质量份的过硫酸钾与175质量份的水性乳液混合，得到固含30％、粘度控制在200mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用树脂。

实施例四

将上述实施例一至三中制备得到的水性连接料树脂应用于制备凹版塑料印刷油墨中，具体使用方法如下：首先，按下表取制备油墨的各原料，

使用方法：将水性树脂液、蒸馏水、5～10质量份的色料、1～5质量份的乙醇、0.1～0.8质量份的磷酸三丁酯在高速分散机中分散2～3小时，制得水性印刷油墨，油墨粘度在(50～105)×10-3Pa·s，初干性(25℃)10～20mm/15s，彻干性(25℃)≤160s/100μm。

从应用结果可以看出，本发明实施例制备得到的连接料树脂各种极性与非极性薄膜(BOPP、PET、PA等)上具有初干性良好、着色力优异、细度好、附着牢度佳等诸多优点。同时以蒸馏水为主要溶剂，不存在有机溶剂排放的任何问题，是环保型印刷油墨主要载体。且在印刷过程中，它不会因为粘度的变化而引起颜色的变化，更不会像油墨那样，因印刷途中需加入稀释剂时所产生的废品，这就大大提高了印品的合格率，节省了溶剂的成本，减少了废品的出现这便是水性油墨成本优势之一。

综上所述，本发明实施例中制备方法得到的连接料树脂应用在塑料水性油墨中，由于用水作为溶剂，在印刷过程中无有机溶剂(VOC)挥发，没有气味。对环境、对印刷操作人员的身体均无任何的污染及损害。水性油墨产品自身不会燃烧，更不会由于静电及电线短路等原因引起火灾，采用水性油墨印刷，印品无任何的溶剂残留，符合世界上任何国家与地区对食品包装及其它包装的环保要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1、一种水性油墨用连接料树脂的制备方法，其特征在于，该方法包括：

将40～70质量份的聚酯和/或聚醚多元醇与1～10质量份离子化试剂混合加热至100～110℃，冷却至50～60℃后加入10～30质量份的二异氰酸酯，升温至70～80℃反应3～4小时制备成NCO含量为4％～5％(质量)的预聚体；

将1～10质量份的扩联剂溶解于40～70质量份的5～10℃冷水中，在搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液；

将30～60质量份的所述聚氨酯乳液、1～5质量份的28％的氨水、20～40质量份的去离子水与1～5质量份的增稠剂搅拌混合均匀，得到固含为20％～30％(质量)的水性乳液；

将1～5质量份的甲基丙烯酸甲酯、5～10质量份的丙烯酸丁酯、5～10质量份的丙烯酸、0.1～0.5质量份的丙烯酰胺、0.1～0.5质量份的十二烷基硫酸钠、0.1～0.3质量份的过硫酸钾与60～90质量份的所述水性乳液混合，即得到固含为25％～35％(质量)、粘度为100～300mpa·s的丙烯酸改性水性油墨用连接料树脂。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酯和/或聚醚多元醇采用聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、聚氧化丙烯二醇中的至少一种。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二异氰酸酯采用异佛尔酮二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、三甲基-1，6六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或一种以上。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子化试剂采用二羟甲基丙酸(DMPA)、5-磺基间苯二酸(5-SSIPA)中的至少一种。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩联剂采用1，4丁二醇、乙二醇、乙二胺、异佛尔酮二胺中的至少一种。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增稠剂采用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、ASE-60增稠剂、T-17A水性增稠剂中的至少一种。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将1～10质量份的扩联剂溶解于40～70质量份的5～10℃冷水中，在搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液具体包括：将溶解在40～70质量份的5～10℃冷水中的1～10质量份的扩联剂，在涡轮式搅拌机的搅拌状态下加入到10～30质量份的所述预聚体中，得到聚氨酯乳液。

8、一种权利要求1～7任一项中制备得到的连接料树脂在油墨中的应用，包括：将40～70质量份的连接料树脂、10～20质量份的蒸馏水、5～10质量份的色料、1～5质量份的乙醇、0.1～0.8质量份的磷酸三丁酯在分散机中分散2～3小时，制得水性印刷油墨，油墨粘度在(50～105)×10-3Pa·s，初干性(25℃)10～20mm/15s，彻干性(25℃)≤160s/100μm。