CN102174165A - 水性聚氨酯连结料及制备方法 - Google Patents

水性聚氨酯连结料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种水性聚氨酯连结料，将20-50份二异氰酸酯、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份亲水扩链剂、10-30份助溶剂和0.01-0.1份催化剂，在氮气保护下，75-90℃反应2-4小时；再加入10-30份端氨基聚醚扩链，在70-80℃反应2-3小时；降温至30-40℃后，加入3-6份中和剂反应5-7分钟；室温下加入200-500份分散剂高速搅拌下分散10-20分钟；加入1-2份小分子扩链剂反应1-2小时后，即可得水性聚氨酯连结料。本发明具有更好的机械性能、耐水性和附着力，低温性能、高光泽、保光性能良好，用于水性油墨，取得了优异的效果。

Description

水性聚氨酯连结料及制备方法
技术领域
本发明属于水性油墨用连结料领域，涉及一种水性聚氨酯连结料及制备方法。
背景技术
水性油墨是由水溶性或水分散性高分子树脂连结料、颜料、溶剂(水)和相关助剂组成。水性油墨与溶剂型油墨的主要区别在于，溶剂型油墨以甲苯、醋酸乙醋等多种有机溶剂为溶剂，而水性油墨则是以水为溶剂的。水性油墨由于不含挥发性有机溶剂，大大减少了有机挥发物(VOC)的排放，从而减轻了大气污染，改善了印刷操作人员的工作环境，特别适用于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求比较严格的包装印刷产品。此外，水性油墨不仅可以减少印刷品表面残留的毒性，对印刷设备清洗方便，而且可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患，因此水性油墨被称着是一种新型的“绿色”印刷材料。但是，随着印刷工业的迅速发展，人们对水性油墨的性能要求也越来越高，如低温性能、高光泽度、耐水性、耐热性、极端环境的印刷适性等。而作为油墨“核心”的连结料在水性油墨中起着至关重要的作用，它是油墨制造中研磨色粉的基料、主要的流动相和油墨干燥后的成膜物质,直接决定着油墨的使用性能和印刷效果，如粘度、附着力、光泽度和干燥性。可以说连结料的技术创新直接引起油墨的技术革新。目前,水性油墨普遍采用马来松香脂、聚丙烯酸树脂及改性丙烯酸乳液等作为连结料，但是松香、马来酸改性树脂在光泽度、抗水性和稳定性上存在较多问题；丙烯酸共聚物树脂在光泽度和印刷适性上与溶剂型油墨仍然有差距。
水性聚氨酯作为新型环境友好型材料，具有极好的粘结性能，耐磨性、耐擦伤性和良好的低温性能，高光泽、保光性能，在水性油墨领域具有广阔的应用前景，替代传统的树脂粘结料，通过添加适量助剂，进行水性油墨的制备试验，取得了优异的效果。
发明内容
本发明旨在提供一种具有极好的粘结性能、耐磨性、耐擦伤性和良好的低温性能、高光泽、保光性能的水性聚氨酯连结料，并提供该水性聚氨酯连结料的制备方法。
本发明的解决方案是：
一种水性聚氨酯连结料，由下述原料按重量份数配比制备而成：二异氰酸酯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，亲水扩链剂4-10份，催化剂0.01-0.1份，助溶剂10-50份，中和剂3-6份，分散剂200-500份，小分子扩链剂1-2份。
其中，所述的二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
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、聚四氢呋喃醚类多元醇、己二酸己二醇聚酯多元醇、聚己内酯二元醇或聚碳酸酯二元醇，数均分子量为400-8000，优选1000-4000。
所述的端氨基聚醚是一类氨基封端的聚烷氧烯烃化合物，有分子量为2000的二元胺和分子量为5000的三元胺和分子量为300的三元胺。
所述的三元醇是丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷和1，2，6-己三醇中的一种或两种以上的混合物。
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-己二醇中的一种或两种以上的混合物。
所述的亲水扩链剂是二羟基半酯或二羟甲基丙酸，优选二羟甲基丙酸。
所述的催化剂是有机叔胺类或有机金属化合物类，优选二月桂酸二丁基锡。
所述的助溶剂是N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和丁酮的一种或两种以上的混合物。
所述的中和剂是三乙胺、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种或两种以上的混合物。
所述的分散剂是去离子水。
所述的小分子扩链剂是乙二胺、肼和二乙烯三胺的一种或几种。
本发明水性聚氨酯连结料的制备方法，包括以下步骤：
第一步、聚氨酯预聚体的制备：制备前先将聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脱水处理（使其含水量低于0.03%）；在装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的玻璃烧瓶内，加入二异氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同时加入亲水扩链剂、助溶剂和催化剂，在氮气保护下， 75-90℃保温反应2-4小时；再加入端氨基聚醚扩链，在70-80℃保温反应2-3小时；
第二步、水性聚氨酯连接料的制备：降温至30-40℃后，加入中和剂成盐，中和反应5-7分钟；室温下加入20-30℃的分散剂，在高速（3000转/分钟）搅拌下分散10-20分钟；加入小分子扩链剂反应1-2小时后，即可得水性聚氨酯连结料。
所述的水性聚氨酯连结料的固含量为20-40%。
采用上述方案后，本发明的优点是使用了端氨基聚醚作为扩链剂合成了水性聚氨酯，首先，由于氨基活性较大，可以与浓度相对较低的异氰酸酯基在较低的温度下发生反应；其次，端氨基聚醚相对于小分子扩链剂，可使聚氨酯的分子量做得更大，更容易包覆颜料；再次，端氨基聚醚上的氨基与异氰酸酯基反应生成脲基，这样形成了脲基与氨基甲酸酯基均匀分布的聚氨酯，具有更好的机械性能（耐磨性、耐擦伤性）、耐水性和附着力，粘结性能极好，低温性能、高光泽、保光性能良好，将其用于水性油墨，取得了优异的效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
制备前先将聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脱水处理。在装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的玻璃烧瓶内，加入二异氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同时加入亲水扩链剂、助溶剂和催化剂，在氮气保护下， 80℃保温反应3小时；再加入端氨基聚醚扩链，在75℃保温反应2.5小时； 降温至40℃后，加入中和剂成盐，中和反应6分钟；室温下加入25℃的去离子水，在高速搅拌下分散10分钟；加入小分子扩链剂反应1小时后，即可得水性聚氨酯连结料。
具体配比如下：
Figure 586969DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：
制备前先将聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脱水处理。在装有温度计，搅拌器和回流冷凝管的玻璃烧瓶内，加入二异氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同时加入亲水扩链剂、助溶剂和催化剂，在氮气保护下， 85℃保温反应2.5小时；再加入端氨基聚醚扩链，在75℃保温反应2.5小时； 降温至40℃后，加入中和剂成盐，中和反应6分钟；室温下加入25℃的去离子水，在高速搅拌下分散10分钟；加入小分子扩链剂反应1小时后，即可得水性聚氨酯连结料。
具体配比如下：
Figure 705229DEST_PATH_IMAGE002
实施例3
制备前先将聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脱水处理。在装有温度计，搅拌器和回流冷凝管的玻璃烧瓶内，加入二异氰酸酯，聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同时加入亲水扩链剂、助溶剂和催化剂，在氮气保护下， 80℃保温反应3小时；再加入端氨基聚醚扩链，在78℃保温反应2小时； 降温至40℃后，加入中和剂成盐，中和反应6分钟；室温下加入25℃的去离子水，在高速搅拌下分散10分钟；加入小分子扩链剂反应1小时后，即可得水性聚氨酯连结料。
具体配比如下：
Figure 884538DEST_PATH_IMAGE003
对实施例1-3的水性聚氨酯连结料的性能进行了测试，并与现有的丙烯酸酯连结料的性能作对比，结果见下表：
Figure 284295DEST_PATH_IMAGE004
从表可以看出，本发明的水性聚氨酯连结料比现有的丙烯酸酯连结料具有稳定性好，干燥速度快，附着牢度强，光泽度好，抗水性强等优点，满足现代水性印刷要求，为一种综合性能优异的高档水性油墨连结料。

Claims (10)

1.一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：由下述原料按重量份数配比制备而成：二异氰酸酯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，亲水扩链剂4-10份，催化剂0.01-0.1份，助溶剂10-30份，中和剂3-6份，分散剂200-500份，小分子扩链剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：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、聚四氢呋喃醚类多元醇、己二酸己二醇聚酯多元醇、聚己内酯二元醇或聚碳酸酯二元醇，数均分子量为400-8000。
4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的端氨基聚醚是一类氨基封端的聚烷氧烯烃化合物，有分子量为2000的二元胺和分子量为5000的三元胺和分子量为300的三元胺。
5.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的三元醇是丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷和1，2，6-己三醇中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：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-己二醇中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的亲水扩链剂是二羟基半酯或二羟甲基丙酸；所述的小分子扩链剂是乙二胺、肼和二乙烯三胺的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的催化剂是有机叔胺类或有机金属化合物类；所述的助溶剂是N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和丁酮的一种或两种以上的混合物；所述的中和剂是三乙胺、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种或两种以上的混合物；所述的分散剂是去离子水。
9.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于制备方法包括以下步骤：
第一步、聚氨酯预聚体的制备：制备前先将聚合物多元醇及端氨基聚醚真空脱水处理；在装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的玻璃烧瓶内，加入二异氰酸酯、聚合物多元醇、三元醇和二元醇的混合物，同时加入亲水扩链剂、助溶剂和催化剂，在氮气保护下， 75-90℃保温反应2-4小时；再加入端氨基聚醚扩链，在70-80℃保温反应2-3小时； 
第二步、水性聚氨酯连接料的制备：降温至30-40℃后，加入中和剂成盐，中和反应5-7分钟；室温下加入20-30℃的分散剂，在高速搅拌下分散10-20分钟；加入小分子扩链剂反应1-2小时后，即可得水性聚氨酯连结料。
10.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯连结料，其特征在于：所述的水性聚氨酯连结料的固含量为20-40%。
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Inventor before: Duan Qiyong

Inventor before: Sun Xuewu

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