CN103923523B - 一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨,按重量份计包括:改性聚氨酯连接料100重量份;酞青蓝颜料3~8重量份;异丙醇20~60重量份;消泡剂0.2~0.8重量份;其中改性聚氨酯连接料按重量份计包括:聚醚多元醇100重量份;二异氰酸酯20~50重量份;催化剂0.4~1.2重量份;乙酸乙酯100~200重量份;四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物0~20重量份;甲壳素纳米晶0~3重量份;还公开了该种聚氨酯油墨的制备方法。本发明采用四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶进行改性,与BOPET基膜的附着力显著提高,粘拉测试基本无墨层脱落,有效提高聚氨酯油墨的粘结牢度。
Description
技术领域
本发明属于高分子油墨技术领域,涉及一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨,还涉及该种聚氨酯油墨的制备方法。
背景技术
随着印刷业、包装业的的迅速发展,国内油墨的需求量急剧增加。连接料是油墨的重要组成部分,是颜料的载体,其组成和性能对颜料的润湿、分散、流平有明显影响,并决定油墨的粘度、光泽度、附着力、干燥性和印刷适性。聚氨酯具有优良的耐高低温性、耐疲劳性、柔韧性、高粘接性、透明性、耐磨性、高光泽和保光性,故成为印刷和复合软包装用油墨的主要连接料之一,聚氨酯油墨能适合各种印刷方式,同时也适用于各种塑料载体。
相对于传统印刷行业,食品软包装领域对油墨具有更高的要求,除了无毒、安全之外,因为食品需要在高温下杀菌,故需要油墨具有耐高温、耐水解、耐蒸煮性能,这就要求油墨不仅能满足复合塑料油墨的各项质量指标,而且满足蒸煮消毒后油墨印迹不退色、不变色、网点不扩大等要求。油墨或其连接料的粘结性是影响其耐蒸煮性能的重要因素,由于软包装用复合薄膜须经过高温煮沸或蒸煮杀菌处理,所以要求其印刷油墨具备优良的粘结牢度和耐水解性能。
丙烯酸树脂具有机械强度高、耐老化、抗黄变、耐水解性好等优点,又是油墨常用的连接料,利用含多羟基、支化结构的丙烯酸树脂改性聚氨酯油墨连接料,不仅可提高连接料中聚氨酯的交联密度和粘结性,同时也可改善油墨的抗黄变和耐老化性能。甲壳素纳米晶可通过水解甲壳素的非晶相部分制备,结晶度高,具有卓越的物理化学性质,如高强度、高模量、大比表面积、纳米尺度效应、生物可降解性、可再生性、抗菌性等。作为天然高分子材料,甲壳素无毒、环境友好。基于甲壳素的化学结构,甲壳素纳米晶表面含大量羟基官能团,可与异氰酸酯发生交联反应,另外,甲壳素纳米晶表面含少量氨基,其与异氰酸酯的反应活性更高,所以利用甲壳素纳米晶改性聚氨酯油墨连接料,可提高连接料的交联密度,对连接料具有增强效果,同时也可提高油墨的抗菌性。
发明内容
本发明的目的是提供一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨,该油墨兼具聚氨酯和聚丙烯酸酯油墨的优异性能,具有高粘结强度、耐蒸煮、无苯无酮的特性。
本发明的另一目的是提供该种聚氨酯油墨的制备方法。
为解决技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 3~8重量份;
异丙醇 20~60重量份;
消泡剂 0.2~0.8重量份;
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚醚多元醇 100重量份;
二异氰酸酯 20~50重量份;
催化剂 0.4~1.2重量份;
乙酸乙酯 100~200重量份;
四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物 0~20重量份;
甲壳素纳米晶 0~3重量份。
该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其制备过程包括:在氮气保护下,在反应釜中依次加入100重量份聚醚多元醇、20~50重量份二异氰酸酯、0.4~1.2重量份催化剂和100~200重量份乙酸乙酯,搅拌,升温至60~75℃,反应2~5h;然后加入0~20重量份四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和0~3重量份甲壳素纳米晶,反应2~4h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的乙二胺或正丁二胺,以除去未反应的NCO基团,最后再加入异丙醇调整产物固含量为30%,得到改性聚氨酯连接料;取其中100重量份改性聚氨酯连接料为基准进行配制聚氨酯油墨,将100重量份改性聚氨酯连接料、3~8重量份酞青蓝颜料、20~60重量份异丙醇、0.2~0.8重量份消泡剂置于烧杯中,强烈搅拌,然后在冰水浴中超声分散10min(功率为500W),得到糊状的聚氨酯油墨产物。
优选的,所述聚醚多元醇为聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)中的一种或几种。
优选的,所述聚醚多元醇的分子量为400~2000。
优选的,所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯。
优选的,所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异腈酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中的一种或几种。
优选的,所述催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。
优选的,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯(JWEB50)为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。其中JWEB50购自ATOFINA化学公司。
优选的,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物的制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件(真空度为100Pa)下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。
优选的,所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。所述甲壳素纳米晶由浓度为3.0mol/L的盐酸水解甲壳素纤维制备而得到。具体方法参照文献(Sriupayo,J.;Supaphol,P.;Blackwell,J.;Rujiravanit,R.Preparation and characterization ofα-chitin whisker-reinforced poly(vinyl alcohol)nanocomposite filmswith or without heat treatment.Polymer2005,46,5637-5644.)。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明使用含多羟基、多支化结构的四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物为聚氨酯油墨连接料的改性剂,可增大聚氨酯的交联密度,提高聚氨酯油墨的粘结强度,同时丙烯酸酯组分的引入也可提高油墨的耐老化、抗黄变性能。
2、本发明使用表面含多羟基活性官能团的甲壳素纳米晶为增强剂,甲壳素纳米晶与异氰酸根的交联反应可增大增强剂与基体之间的界面粘合,以及聚氨酯的交联密度,可提高聚氨酯油墨的机械性能和耐热性能。
3、本发明所使用的纳米增强剂由可再生资源制备,原料易得、绿色环保、安全可降解,降低了对石油资源的依赖。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述:具体实施方式
本发明一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨实施例1,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 3重量份;
异丙醇 60重量份;
消泡剂 0.8重量份;
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚丙二醇(PPG)(分子量为1000) 100重量份;
甲苯二异氰酸酯(TDI) 30重量份;
辛酸亚锡 1.2重量份;
乙酸乙酯 150重量份;
四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物 20重量份;
甲壳素纳米晶 2重量份;
其中,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。其制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。所述消泡剂选用消泡剂F116。
该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法如下:在氮气保护下,在反应釜中依次加入聚丙二醇(PPG)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、辛酸亚锡和乙酸乙酯,搅拌,升温至75℃,反应2h;然后加入四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶,反应2h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的正丁二胺,以除去未反应的NCO基团,最后再加入异丙醇调整产物固含量为30%,得到改性聚氨酯连接料;将改性聚氨酯连接料、酞青蓝颜料、异丙醇、消泡剂F116置于烧杯中,强烈搅拌,然后在冰水浴中超声分散10min(功率为500W),使颜料与连接料充分混合,得到糊状的聚氨酯油墨产物。其中,NCO含量按照HG/T2409-92标准进行检测。
将得到的聚氨酯油墨产物印刷至经电晕处理的BOPET薄膜上,在70℃下烘干溶剂,然后在室温下放置2天,利用粘拉法评价油墨与基膜的附着力,两次粘拉后无墨层被粘拉掉。其中,粘拉法的具体做法是在印刷油墨的BOPET基膜上贴上胶带(3M Scotch),用胶带在印刷面上粘拉二次,估算被粘拉掉的墨层面积。
本发明一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨实施例2,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 8重量份;
异丙醇 20重量份;
消泡剂 0.5重量份;
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚乙二醇(PEG)(分子量为2000) 100重量份;
异佛尔酮二异腈酸酯(IPDI) 20重量份;
二月桂酸二丁基锡 0.4重量份;
乙酸乙酯 150重量份;
四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物 10重量份;
甲壳素纳米晶 3重量份。
其中,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。其制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。所述消泡剂选用消泡剂F116。
该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法如下:在氮气保护下,在反应釜中依次加入聚乙二醇(PEG)、异佛尔酮二异腈酸酯(IPDI)、二月桂酸二丁基锡和乙酸乙酯,搅拌,升温至60℃,反应5h;然后加入四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶,反应4h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的乙二胺,以除去未反应的NCO基团,后续制备过程以及检测过程均与实施例1相同。利用粘拉法评价油墨与基膜的附着力,两次粘拉后无墨层被粘拉掉。
本发明一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨实施例3,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 3重量份;
异丙醇 40重量份;
消泡剂 0.2重量份;
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚四氢呋喃二醇(PTMG)(分子量为400) 100重量份;
六亚甲基二异氰酸酯(HDI) 50重量份;
二月桂酸二丁基锡 0.4重量份;
乙酸乙酯 150重量份;
四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物 5重量份;
甲壳素纳米晶 1重量份。
其中,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。其制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。所述消泡剂选用消泡剂F116。
该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法如下:在氮气保护下,在反应釜中依次加入聚四氢呋喃二醇(PTMG)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二月桂酸二丁基锡和乙酸乙酯,搅拌,升温至70℃,反应3h;然后加入四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶,反应3h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的正丁二胺,以除去未反应的NCO基团,后续制备过程以及检测过程均与实施例1相同。利用粘拉法评价油墨与基膜的附着力,两次粘拉后所粘拉掉墨层面积约占墨层总面积的10%。
本发明一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨实施例4,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 5重量份;
异丙醇 60重量份;
消泡剂 0.5重量份;
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚丙二醇(PPG)(分子量为1000) 100重量份;
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI) 40重量份;
辛酸亚锡 0.8重量份;
乙酸乙酯 200重量份;
四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物 15重量份;
甲壳素纳米晶 2重量份;
其中,所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。其制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。所述消泡剂选用消泡剂F116。
该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法如下:在氮气保护下,在反应釜中依次加入聚丙二醇(PPG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、辛酸亚锡和乙酸乙酯,搅拌,升温至75℃,反应3h;然后加入四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶,反应3h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的正丁二胺,以除去未反应的NCO基团,后续制备过程以及检测过程均与实施例1相同。利用粘拉法评价油墨与基膜的附着力,两次粘拉后无墨层被粘拉掉。
未改性的聚氨酯油墨对比例,包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
未改性聚氨酯连接料 100重量份;
酞青蓝颜料 5重量份;
异丙醇 40重量份;
消泡剂 0.3重量份;
其中,所述未改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
聚乙二醇(PEG)(分子量为800) 100重量份;
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI) 30重量份;
辛酸亚锡 0.8重量份;
乙酸乙酯 100重量份;
其中,所述消泡剂选用消泡剂F116。
该种聚氨酯油墨的制备方法如下:在氮气保护下,在反应釜中依次加入聚乙二醇(PEG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、辛酸亚锡和乙酸乙酯,搅拌,升温至70℃,反应3h;然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的乙二胺,以除去未反应的NCO基团,后续制备过程以及检测过程均与实施例1相同。利用粘拉法评价油墨与基膜的附着力,两次粘拉后所粘拉掉墨层面积约占墨层总面积的50%。
测试结果表明,在聚氨酯油墨中加入四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和甲壳素纳米晶改性后,油墨与BOPET基膜的附着力显著提高,粘拉测试后基本无墨层被拉掉,并且说明本发明所述该种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法可有效提高聚氨酯油墨的粘结牢度。
以上所述仅为本发明的具体实施例,但本发明的技术特征并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明的领域内,所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (10)
1.一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨,其特征在于:包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
其中,所述改性聚氨酯连接料包括以下组分,各组分按照重量份分别为:
2.如权利要求1所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:其制备过程包括:在氮气保护下,在反应釜中依次加入100重量份聚醚多元醇、20~50重量份二异氰酸酯、0.4~1.2重量份催化剂和100~200重量份乙酸乙酯,搅拌,升温至60~75℃,反应2~5h;然后加入5~20重量份四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物和1~3重量份甲壳素纳米晶,反应2~4h,然后检测NCO含量,加入含有与NCO基团等摩尔量氨基的乙二胺或正丁二胺,以除去未反应的NCO基团,最后再加入异丙醇调整产物固含量为30%,得到改性聚氨酯连接料;将100重量份改性聚氨酯连接料、3~8重量份酞青蓝颜料、20~60重量份异丙醇、0.2~0.8重量份消泡剂置于烧杯中,强烈搅拌,然后在冰水浴中超声分散10min,得到糊状的聚氨酯油墨产物。
3.如权利要求2所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述聚醚多元醇的分子量为400~2000。
5.如权利要求2所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯。
6.如权利要求5所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异腈酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或几种。
7.如权利要求2所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。
8.如权利要求2所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物是以四官能度的过氧化物—过氧化四碳酸四特丁酯为引发剂,通过丙烯酸丁酯和丙烯酸羟乙酯的自由基共聚合制备而得到的。
9.如权利要求8所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物的制备路线如下:将100重量份丙烯酸丁酯、15重量份丙烯酸羟乙酯、1重量份引发剂加入反应瓶中,用氮气鼓泡30min以除去氧气,升温至100℃,在氮气保护下反应6h,反应结束后在真空条件下脱除未反应单体,得到四臂星形丙烯酸丁酯-丙烯酸羟乙酯共聚物,所述共聚物中丙烯酸羟乙酯单元的质量分数为10.5%。
10.如权利要求2所述的一种多臂星形丙烯酸酯共聚物改性的聚氨酯油墨的制备方法,其特征在于:所述甲壳素纳米晶为棒状结构,其长度为50~500nm,直径为5~30nm,长径比为1~100。
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Denomination of invention: The invention relates to a polyurethane ink modified by multi arm star acrylate copolymer and a preparation method thereof Effective date of registration: 20210804 Granted publication date: 20150715 Pledgee: Daixi sub branch of Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG HUABAO INK Co.,Ltd. Registration number: Y2021330001061 |