CN102587200A - 一种水性聚氨酯纸板吸塑涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水性聚氨酯纸板吸塑涂料及其制备方法。本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其原料包括如下重量百分含量的组分：异氰酸酯12-22%，二羟甲基丁酸2.5-5.0%，聚酯二醇15.5-22%，亲水性溶剂10-17%，催化剂0.001-0.004%，中和氨2.5-4%,扩链剂1.5-2.5%，去离子水50-60%，消泡剂0.02-0.05%，润湿剂0.2-0.5%。本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料不含有害溶剂，其主溶剂为水，生产应用环保，且其粘合强度高，涂布在纸质印刷品的高温高湿返粘性优异，尤其适用于纸质印刷品与PET、PVC塑料片材的热压粘合。
Description
技术领域
本发明涉及水性聚氨酯合成应用技术领域，尤其涉及一种水性聚氨酯纸板吸塑涂料及其制备方法。
背景技术
目前随着我国市场经济的不断发展，商品包装日益多元化，人们对包装的要求越来越高，除了内在质量以外，对外型也有特殊的要求。目前在超市的商品展示架上所展示的小商品一般放在PET/PVC吸塑罩壳内粘接在卡纸上做成单面吸塑吊卡，由于该形式的塑壳与印刷纸板上吸塑涂料热压粘接在纸板上的，其吸塑牢度主要是由印刷品上的吸塑涂料的特性决定的。目前该类吸塑吊卡所涂布的吸塑涂料一般为溶剂型的，该类涂料中含有苯类、酮类、酯类等对人体危害较大的溶剂，损害现场涂布人员的身体健康；少部分吸塑吊卡采用水性丙烯酸类吸塑油，但该类吸塑油的高温高湿返粘性较差，在夏季高温季节，在未吸塑包装之前，单张吊卡之间的叠放易粘连，出现印刷品上印刷图文斑剥，造成产品的大量报废，浪费了社会资源。本发明的水性涂料就是适用于PET/PVC塑料罩壳与纸张的热压吸塑，不含有害溶剂，其主溶剂为水，生产应用环保，且其高温高湿返粘性优异，避免了吸塑吊卡叠放粘连的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯纸板吸塑涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本发明通过特殊的水性聚氨酯合成配方和与其相匹配的特定制备方法，能够生产出亮度高、热压印刷品与PET/PVC的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其吸塑牢度高，在高温高湿环境中返粘性好，并消除了涂布过程中有害溶剂的挥发，而且所述水性聚氨酯纸板吸塑涂料在高温、高湿环境中的返粘性等指标均达到使用要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其原料包括如下重量百分含量的组分：
聚酯二醇 12-22％；优选为12-20％；
二羟甲基丁酸 2.0-5％；优选为2.0-4.0％；
异氰酸酯 10-22％；优选为11-15％；
亲水性溶剂 10-17％；优选为12-15％；
催化剂 0.001-0.004％；
扩链剂 1.0-3.5％；
中和氨 1.5-5％；
去离子水 45-60％；优选为50-58％；
消泡剂 0.02-0.05％；
润湿剂 0.2-0.5％。优选为0.25-0.4％；
较佳的，所述异氰酸酯为异佛尔酮-二异氰酸酯(IPDI)。
较佳的，所述聚酯二醇为聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇，其分子量为2000，羟值为50-60(mgKOH/g)，酸值小于1.0(mgKOH/g)。上述羟值的mgKOH/g代表1g样品中的羟基所相当的氢氧化钾(KOH)的毫克数；上述酸值的mgKOH/g代表中和1g试样所需氢氧化钾的毫克数。
较佳的，所述亲水性溶剂为N-甲基吡硌烷酮(NMP)。
较佳的，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、马来酸二丁基锡(DBTM)和双十二烷基硫醇二丁基锡中的一种。
较佳的，所述中和氨为三乙胺(TEA)。
较佳的，所述扩连剂为乙二醇和丙二醇中的一种或两种。
较佳的，所述消泡剂为无硅酮类的消泡剂；如美国气体化工Surfynol DF-110L消泡剂，Surfynol DF-110消泡剂。
较佳的，所述润湿剂为通用型水性润湿剂；如美国气体化工Surfynol 104润湿剂、Surfynol 440润湿剂。
本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照水性聚氨酯纸板吸塑涂料的原料配比，将聚酯二醇、二羟甲基丁酸、异氰酸酯和亲水性溶剂依次加入反应釜中；
2)将加入反应釜中的混合物搅拌均匀并升温至65-70℃，保温1-1.5小时后加入催化剂，再升温至90-95℃并保温1-2小时后开始降温；
3)将步骤2)获得的体系降温至60-70℃，加入扩链剂，在65-70℃下保温1.5-2小时；
4)将步骤3)获得的体系降温至40-50℃时加入中和氨进行中和反应15-30分钟，然后自然降温至30-35℃，得到预聚体；
5)将去离子水加入到分散釜中，并将获得的预聚体加入到去离子水中，在1500-2500rmp的高速下搅拌分散10-20分钟，获得分散液；
6)在步骤4)获得的分散液中加入消泡剂与润湿剂并搅拌分散均匀；
7)采用滤网过滤包装，得到所述水性聚氨酯纸板吸塑涂料。
较佳的，步骤7)中，所述滤网的目数为150目。
与现有的吸塑涂料相比，本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，具有以下优点：
(1)环保性优越：本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料的主体溶剂为水，不含有苯类、酮类、酯类等对人体危害较大的溶剂，在减少有害溶剂挥发的同时减少了对涂料涂布应用环境的污染。
(2)吸塑牢度好：该水性聚氨酯纸板吸塑涂料涂布在纸质印刷品表面完全干燥后，在该涂料层上与PET/PVC罩壳热压吸塑牢度好，完全达到产品吸塑吊卡的吸塑牢度要求。
(3)涂层的返粘性能优越：该水性聚氨酯纸板吸塑涂料涂布在纸质印刷品表面完全干燥后，在60℃、85％HR湿度环境下不粘连、不倒光，能适应高温冲压和高温高湿环境下的涂层涂布产品的储存与运输。
本发明的水性聚氨酯纸板吸塑涂料不含有害溶剂，其主溶剂为水，生产应用环保，且其粘合强度高，涂布在纸质印刷品的高温高湿返粘性优异，避免了吸塑吊卡叠放粘连的发生，尤其适用于纸质印刷品与PET、PVC塑料片材的热压粘合。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
制备水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其制备方法包括以下工艺步骤：
(1)按照表1所示的原料组分及其相应的重量百分含量进行配料：
表1
| 序号 | 原料组分 | 重量(kg) | 含量(％) |
| a | 聚酯二醇 | 450 | 12.833 |
| b | 二羟甲基丁酸 | 100 | 2.851 |
| c | 异佛尔酮-二异氰酸酯 | 450 | 12.833 |
| d | N-甲基吡硌烷酮 | 450 | 12.833 |
| e | 二月桂酸二丁基锡 | 0.072 | 0.002 |
| f | 丙二醇 | 80 | 1.694 |
| g | 三乙胺 | 75 | 2.281 |
| h | 水 | 1900 | 54.249 |
| i | 消泡剂Surfynol DF-110L | 0.88 | 0.025 |
| j | 润湿剂Surfynol 440 | 14 | 0.399 |
上述原料中：聚酯二醇为聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇，分子量为2000，羟基为56(mgKOH/g)，酸值(mgKOH/g)为0.05。
(2)将上述原料a，b，c，d，依次加入反应釜中，搅拌加热至65-70℃左右，保温反应1.5小时，加入e，再升温至95℃保温2小时后开始降温；
(3)开始降温至60℃，加入扩链剂f，在65-70℃下保温2小时后降温；
(4)降温至50℃时加入g，进行中和反应20分钟，自然降温至35℃，得到预聚体；
(5)将h加入到分散釜中，并将上述预聚体慢速均匀加入到分散釜中，控制在1500-2500rmp的高速下搅拌分散15分钟，获得分散液；
(6)将消泡剂i、润湿剂j分别加入到步骤(5)获得的分散液中，常温搅拌1小时；
(7)用150目滤网过滤包装，得到水性聚氨酯纸板吸塑涂料。
技术指标的检测：
1)吸塑牢度测试：将本实施例的水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，在110℃，2kgf/cm压力，1-2秒时间热压纸塑粘合，冷却常温后手撕纸质印刷品与PET/PVC(印刷品与PET或者印刷品与PVC)塑壳对接处，查看纸面被全部撕破的面积比率，结果如表2所示。
2)返粘性测试：将水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，放置120℃烘箱内10秒烘干，裁成10cm×10cm试样，涂层面对面叠放，其上分别重压4kg的压力，放入60℃、85％HR湿度的温湿度箱中2小时，冷却后观测涂料层亮度退光和粘连情况，结果如表2所示。
表2
实施例2
制备水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其制备方法包括以下工艺步骤：
(1)按照表3所示的原料组分及其相应的重量百分含量进行配料：
表3
| 序号 | 原料组分 | 重量(kg) | 含量(％) |
| a | 聚酯二醇 | 520 | 14.528 |
| b | 二羟甲基丁酸 | 80 | 2.235 |
| c | 异佛尔酮-二异氰酸酯 | 400 | 11.175 |
| d | N-甲基吡硌烷酮 | 450 | 12.572 |
| e | 马来酸二丁基锡 | 0.072 | 0.002 |
| f | 丙二醇 | 61 | 1.694 |
| g | 三乙胺 | 60 | 1.67 |
| h | 水 | 2007 | 55.791 |
| i | 消泡剂Surfynol DF-110 | 0.8 | 0.022 |
| j | 润湿剂Surfynol 104 | 11.2 | 0.311 |
上述原料中：聚酯二醇为聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇，分子量为2000，羟基54(KOHmg/g)，酸值(KOHmg/g)0.08。
(2)将所述原料a，b，c，d，依次加入反应釜中，搅拌加热至65-70℃左右，保温反应1.5小时，加入e，再升温至95℃保温2小时开始降温；
(3)开始降温至60℃，加入f，在65-70℃下保温1.5小时后降温；
(4)降温至50℃时加入g，进行中和反应20分钟，自然降温至35℃，得到预聚体；
(5)将h加入到分散釜中，并将上述预聚体慢速均匀加入到分散釜中，控制在1500-2500rmp的高速搅拌分散15分钟，获得分散液；
(6)将i，j分别加入到步骤(5)获得的分散液中，常温搅拌1小时；
(7)用150目滤网过滤包装，得到水性聚氨酯纸板吸塑涂料。
技术指标的检测：
1)吸塑牢度测试：将本实施例获得的水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，在110℃，2kgf/cm压力，1-2秒时间热压纸塑粘合，冷却至常温后手撕纸质印刷品与PET/PVC塑壳对接处，查看纸面被全部撕破的面积比率，结果如表4所示。
2)返粘性测试：将水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，放置120℃烘箱内10秒烘干，裁成10cm×10cm试样，涂层面对面叠放，其上分别重压4kg的压力，放入60℃、85％HR湿度的温湿度箱中2小时，冷却后观测涂料层亮度退光和粘连情况，结果如表4所示。
表4
实施例3
水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其制备方法包括以下工艺步骤：
(1)按照表3所示的原料组分及其相应的重量百分含量进行配料：
表5
| 序号 | 原料组分 | 重量(kg) | 含量(％) |
| a | 聚酯二醇 | 460 | 12.87 |
| b | 二羟甲基丁酸 | 120 | 3.357 |
| c | 异佛尔酮-二异氰酸酯 | 420 | 11.75 |
| d | N-甲基吡硌烷酮 | 500 | 13.99 |
| e | 双十二烷基硫醇二丁基锡 | 0.12 | 0.003 |
| f | 乙二醇 | 23.7 | 0.663 |
| g | 丙二醇 | 29.1 | 0.816 |
| h | 三乙胺 | 90 | 2.518 |
| i | 水 | 1920 | 53.718 |
| j | 消泡剂Surfynol DF-110 | 1.1 | 0.03 |
| k | 润湿剂Surfynol 440 | 10.2 | 0.285 |
上述原料中：聚酯二醇为聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇，分子量为2000，羟基为58(mgKOH/g)，酸值为0.04(mgKOH/g)。
(2)将所述原料a，b，c，d，依次加入反应釜中，搅拌加热至65-70℃左右，保温反应1.5小时，加入e，再升温至95℃保温2小时后开始降温；
(3)开始降温至60℃，加入f、g，在65-70℃下保温2小时后降温；
(4)降温至50℃时加入h，进行中和反应20分钟，自然降温至30-35℃，得到预聚体；
(5)将i加入到分散釜中，并将上述预聚体慢速均匀加入到分散釜中，控制在1500-2500rmp的高速下搅拌分散15分钟，获得分散液；
(6)将j，k分别加入到步骤(5)获得的分散液中，常温搅拌1小时；
(7)用150目滤网过滤包装，得到水性聚氨酯纸板吸塑涂料。
技术指标的检测：
1)吸塑牢度测试：将获得的水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，在110℃，2kgf/cm压力，1-2秒时间热压纸塑粘合，冷却常温后手撕纸质印刷品与PET/PVC塑壳对接处，查看纸面被全部撕破的面积比率，结果如表6所示。
2)返粘性测试：将水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，放置120℃烘箱内10秒烘干，裁成10cm×10cm试样，涂层面对面叠放，其上分别重压4kg的压力，放入60℃、85％HR湿度的温湿度箱中2小时，冷却后观测涂料层亮度退光和粘连情况，结果如表6所示。
表6
实施例4
按照实施例1的步骤制备水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其中本实施例的原料组分及其相应的重量百分含量如表7所示：
表7
| 序号 | 原料组分 | 含量(％) |
| a | 聚酯二醇 | 20 |
| b | 二羟甲基丁酸 | 4.0 |
| c | 异佛尔酮-二异氰酸酯 | 15 |
| d | N-甲基吡硌烷酮 | 15 |
| e | 二月桂酸二丁基锡 | 0.004 |
| f | 丙二醇 | 3.5 |
| g | 三乙胺 | 4.0 |
| h | 水 | 58 |
| i | 消泡剂Surfynol DF-110L | 0.04 |
| j | 润湿剂Surfynol 440 | 0.4 |
技术指标的检测：
1)吸塑牢度测试：将本实施例获得的水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，在110℃，2kgf/cm压力，1-2秒时间热压纸塑粘合，冷却至常温后手撕纸质印刷品与PET/PVC塑壳对接处，查看纸面被全部撕破的面积比率，结果如表8所示。
2)返粘性测试：将水性聚氨酯纸板吸塑涂料用RDS5#刮棒涂布在纸质印刷品表面，放置120℃烘箱内10秒烘干，裁成10cm×10cm试样，涂层面对面叠放，其上分别重压4kg的压力，放入60℃、85％HR湿度的温湿度箱中2小时，冷却后观测涂料层亮度退光和粘连情况，结果如表8所示。
表8
Claims (10)
1.一种水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其原料包括如下重量百分含量的组分：
聚酯二醇 12-22％；
二羟甲基丁酸 2.0-5％；
异氰酸酯 10-22％；
亲水性溶剂 10-17％；
催化剂 0.001-0.004％；
扩链剂 1.0-3.5％；
中和氨 1.5-5％；
去离子水 45-60％；
消泡剂 0.02-0.05％；
润湿剂 0.2-0.5％。
2.如权利要求1所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述异氰酸酯为异佛尔酮-二异氰酸酯IPDI。
3.如权利要求1所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述聚酯二醇为聚己二酸-1、4-丁二醇酯二醇，其分子量为2000，羟值为50-60，酸值小于1.0。
4.如权利要求1所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述亲水性溶剂为N-甲基吡硌烷酮NMP；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、马来酸二丁基锡和双十二烷基硫醇二丁基锡中的一种。
5.如权利要求1所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述扩连剂为乙二醇和丙二醇中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述中和氨为三乙胺TEA；所述消泡剂为无硅酮类的消泡剂；所述润湿剂为通用型水性润湿剂。
7.如权利要求6所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料，其特征在于，所述无硅酮类的消泡剂选自Surfynol DF-110L消泡剂和Surfynol DF-110消泡剂；所述通用型水性润湿剂选自Surfynol 104润湿剂和Surfynol 440润湿剂。
8.如权利要求1-7任一所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照水性聚氨酯纸板吸塑涂料的原料配比，将聚酯二醇、二羟甲基丁酸、异氰酸酯和亲水性溶剂依次加入反应釜中；
2)将加入反应釜中的混合物搅拌均匀并升温至65-70℃，保温1-1.5小时后加入催化剂，再升温至90-95℃并保温1-2小时后开始降温；
3)将步骤2)获得的体系降温至60-70℃，加入扩链剂，在65-70℃下保温1.5-2小时；
4)将步骤3)获得的体系降温至40-50℃时加入中和氨进行中和反应15-30分钟，然后自然降温至30-35℃，得到预聚体；
5)将去离子水加入到分散釜中，并将获得的预聚体加入到去离子水中，在1500-2500rmp的高速下搅拌分散10-20分钟，获得分散液；
6)在步骤4)获得的分散液中加入消泡剂与润湿剂并搅拌分散均匀；
7)采用滤网过滤包装，得到所述水性聚氨酯纸板吸塑涂料。
9.如权利要求8所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料的制备方法，其特征在于，步骤7)中，所述滤网的目数为150目。
10.如权利要求1-7任一所述的水性聚氨酯纸板吸塑涂料在纸质印刷品与PET、PVC塑料片材的热压粘合中的用途。
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