CN106065225A - 一种水性聚氨酯复合油墨及其制备方法 - Google Patents

一种水性聚氨酯复合油墨及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯复合油墨及其制备方法，旨在提供一种成膜硬度较好，高温下抗粘连性较好，具有较好耐水性、耐蒸煮、耐酸性及耐碱性的水性聚氨酯复合油墨，其主要包括：A组份：聚酯二元醇：60～80份，甲苯‑2，4‑二异氰酸酯：30～40份，二丁基二月桂酸锡：3～5份，2,2‑二羟甲基丙酸（DMPA）：1～3份，1,4‑丁二醇：0.1～1份，1,6‑己二醇：0.1～1份，扩链剂：0.1～1份，三乙胺：5～10份，去离子水：30～50份，B组份：丙烯酸树脂：40～50份，填充料；20～30份，颜料：4～8份，助剂：0.1～1份；去离子水：40～50份，所述的A组份的数均分子量为400～450。

Description

一种水性聚氨酯复合油墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及油墨领域，特别涉及一种水性聚氨酯复合油墨及其制备方法。
背景技术
随着中国经济和文化的发展，印刷出版、包装行业发展迅速，而国内对于印刷、包装用油墨，食品包装用油墨的需求量大大增加，而目前大部分油墨均含有苯、酮、氯等元素。
目前，公开号为101255296的中国专利公开了一种聚氨酯树脂复合油墨及其制造方法，包括以聚氨酯树脂、氯醋树脂、溶剂、颜料、分散助剂为原料，其中溶剂包括加倍、丁酮、异丙醇，具体配方比例为：聚氨酯树脂液(30％固含量)：25％～40％，氯醋树脂：0～4％，颜料：5％～25％，分散助剂0.2％～0.5％，甲苯：0～20％，丁酮：25％～35％，异丙醇：5％～15％。
这种聚氨酯树脂复合油墨虽然提供了较好的稳定性、耐热性，但其运用到了甲苯、丁酮、氯醋树脂等物质，具有一定的毒性，对人体及环境产生一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种水性聚氨酯复合油墨，其具有无氯、无酮、无苯等有害物质，在使用时不会对人体及环境造成危害。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种水性聚氨酯复合油墨，包括如下按重量份数计的组份：
A组份：
聚酯二元醇：60～80份；
甲苯-2，4-二异氰酸酯：30～40份；
二丁基二月桂酸锡：3～5份；
2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)：1～3份；
1，4-丁二醇：0.1～1份；
1，6-己二醇：0.1～1份；
扩链剂：0.1～1份；
三乙胺：5～10份；
去离子水：30～50份；
B组份：
丙烯酸树脂：40～50份；
填充料；20～30份；
颜料：4～8份；
助剂：0.1～1份；
去离子水：40～50份。
作为优选：A组份：
聚酯二元醇：76份；
甲苯-2，4-二异氰酸酯：32份；
二丁基二月桂酸锡：3.5份；
2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)：1.6份；
1，4-丁二醇：0.5份；
1，6-己二醇：0.6份；
扩链剂：0.8份；
三乙胺：8份；
去离子水：42份；
B组份：
丙烯酸树脂：45份；
填充料；26份；
颜料：6份；
助剂：0.9份；
去离子水：42份。
如此设置，由A组份合适的配比可制成水性聚氨酯，将聚酯二元醇作为水性聚氨酯制备的基础原料与二元酸进行反应，加入了一定量的催化剂最后形成的水性聚氨酯，由于制成的水性聚氨酯最终溶液呈弱碱性，因此其具有较好的水解稳定性，同时由于醇和酸的缩聚反应是可逆的平衡反应，且由酯化和交换两个阶段组成，前一阶段由多元醇和多元酸缩聚生成低分子量聚酯，后一阶段主要是低分子聚酯之间通过扩链剂的作用生成高分子量的聚酯多元醇并脱去水，而聚酯多元醇其分子量大小、结构等取决于原料种类、配比及反应条件等，通过A组分合适的配比制备出的水性聚氨酯其中异氰酸酯与羟基已经发生完全反应，添加改性剂1，4-丁二醇及1，6-己二醇及扩链剂对于水性聚氨酯结构的调整，使得水性聚氨酯具有较好的附着力，同时具有较好接触角及吸水率，同时乳液粒径大小较为合适，而B组分添加的丙烯酸树脂可赋予油墨较好的剥离强度、力学性能、稳定性，因此制成的水性聚氨酯复合油墨具有成膜硬、强韧，高温下使用不黏连，刮刀适应性较好，复溶性较好，浅网表现优秀。
进一步设置：所述扩链剂为氢醌双羟乙基醚、4-羟基-N-(2-羟己基)-丁酰胺、间苯二酚二羟丙基醚和间苯二酚二羟丙基乙基醚中的一种或几种。
如此设置，扩链剂又称为链增长剂，其可以与线型聚合物链上的官能团反应而使得分子链扩展、分子量增大，对于水性聚氨酯油墨来说其具有重要的作用，水性聚氨酯油墨本身的性能与其结构、分子量有重要的关系，因此，使用合适的扩链剂将聚氨酯的结构及分子量控制在适合的范围内，可以使得其整体具有较好的性能。
进一步设置：所述的A组份的数均分子量为400～450。
如此设置，在该分子量范围内的水性聚氨酯具有加好的性能。
进一步设置：所述助剂包括PH稳定剂、慢干剂及消泡剂。
如此设置，PH稳定剂主要用来控制及调节水性聚氨酯复合油墨的PH值，使其整体稳定8.0到9.5之间，同时还可以调节油墨的粘度，并对其进行稀释，保证其具有良好的印刷效果，而慢干剂可以进一步抑制和减缓水性油墨干燥速度，避免其出现网纹，降低印刷故障，而消泡剂则用于抑制和消除气泡的产生，一般来说一旦油墨粘度过高、PH值过低时，在使用时会产生大量的气泡，最终影响使用效果。
一种水性聚氨酯复合油墨制备方法，其特征在于：包括如下加工工艺步骤制成：
S1：将聚酯二元醇、甲苯-2，4-二异氰酸酯、二丁基二月桂酸锡按一定配比加入反应釜中在一定的温度下进行反应，一段时间后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)继续反应。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇、1，6-己二醇及扩链剂，在一定的温度下进行反应直至反应结束，冷却后加入三乙胺中和，然后加入去离子水高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上将水性聚氨酯、丙烯酸树脂、填充料、助剂按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
综上所述，本发明具有以下有益效果：水溶性聚氨酯复合油墨具有成膜硬、强韧，高温下使用不黏连，刮刀适应性较好，复溶性较好，浅网表现优秀，同时具有较好的抗水、耐疲劳性能，可满足长时间印刷使用。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明新型作进一步详细说明。
实施例一：
S1：将聚酯二元醇60kg、甲苯-2，4-二异氰酸酯30kg、二丁基二月桂酸锡3kg加入反应釜中在50℃下进行反应，40分钟后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)1kg继续反应2小时。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇0.1kg、1，6-己二醇0.1kg，在65℃下进行反应直三小时，后再添加扩链剂0.1kg至反应结束，冷却后加入三乙胺5kg中和，然后加入去离子水30kg高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上添加丙烯酸树脂40kg、填充料20kg、助剂0.1kg按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料4kg进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水40kg调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
实施例二：
S1：将聚酯二元醇80kg、甲苯-2，4-二异氰酸酯40kg、二丁基二月桂酸锡5kg加入反应釜中在50℃下进行反应，40分钟后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)3kg继续反应2小时。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇1kg、1，6-己二醇1kg，在65℃下进行反应直三小时，后再添加扩链剂1kg至反应结束，冷却后加入三乙胺10kg中和，然后加入去离子水50kg高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上添加丙烯酸树脂50kg、填充料30kg、助剂1kg按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料8kg进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水50kg调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
实施例三：
S1：将聚酯二元醇70kg、甲苯-2，4-二异氰酸酯35kg、二丁基二月桂酸锡4kg加入反应釜中在50℃下进行反应，40分钟后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)2kg继续反应2小时。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇0.5kg、1，6-己二醇0.5kg，在65℃下进行反应直三小时，后再添加扩链剂0.5kg至反应结束，冷却后加入三乙胺7.5kg中和，然后加入去离子水40kg高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上添加丙烯酸树脂45kg、填充料25kg、助剂0.5kg按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料6kg进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水45kg调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
实施例四：
S1：将聚酯二元醇65kg、甲苯-2，4-二异氰酸酯34kg、二丁基二月桂酸锡3.9kg加入反应釜中在50℃下进行反应，40分钟后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)1.8kg继续反应2小时。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇0.4kg、1，6-己二醇0.6kg，在65℃下进行反应直三小时，后再添加扩链剂0.7kg至反应结束，冷却后加入三乙胺7.2kg中和，然后加入去离子水47kg高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上添加丙烯酸树脂46kg、填充料22kg、助剂0.6kg按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料4.9kg进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水44kg调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
实施例五：
S1：将聚酯二元醇77kg、甲苯-2，4-二异氰酸酯38kg、二丁基二月桂酸锡4.7kg加入反应釜中在50℃下进行反应，40分钟后加入2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)2.6kg继续反应2小时。
S2：在第一步的反应基础上添加1，4-丁二醇0.8kg、1，6-己二醇0.8kg，在65℃下进行反应直三小时，后再添加扩链剂0.9kg至反应结束，冷却后加入三乙胺9kg中和，然后加入去离子水48kg高速剪切乳化，得到水性聚氨酯。
S3：在上述反应基础上添加丙烯酸树脂48kg、填充料28kg、助剂0.8kg按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料7kg进行高速研磨。
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒。
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质。
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水48kg调节其粘稠性，从而达到所需的要求。
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
对比例：
S1：预分散，将氯醋树脂液2kg、聚氨酯树脂液30kg、溶剂3kg和分散助剂0.3kg分别加入到预混合分散缸中，开动高速分散机将其搅拌均匀，然后在搅拌过程中逐渐加入配方量的颜料6kg，加料完毕后提高分散机的转速，高速分散以对颜料进行充分的润湿，制得待研磨的预分散色浆；
S2：研磨分散，将预分散色浆通过研磨设备进行细分散，用外力分离颜料的聚集体使之成为符合油墨工艺要求的细小粒子，从而得到颜料色浆；
S3：调配，将余下的聚氨酯树脂液1kg、氯醋树脂液5kg和溶剂1kg加入到颜料色浆中，开动高速分散机搅拌以充分分散混合均匀，然后再对油墨的粘度、色相作调整，从而达到预定的质量要求，制成成品油墨。
将上述实施例一至实施例五和对比例所得到的水性聚氨酯复合油墨分别在室温下，将上述油墨所制成的试件放在吸有水的滤纸之间24小时，观察油墨层的阴影及滤纸的颜色来测定耐水性。
在室温条件下，将试件放在3％氯化氢溶液和4％醋酸溶液中30分钟，观察油墨层的阴影及滤纸颜色用于测试耐酸性。
在室温条件下，将试件放在2％氢氧化钠溶液中30分钟，观察油墨层的阴影及滤纸颜色用于测试耐碱性。
将试件放置在98℃水中下耐受60分钟，观察油墨层的阴影及滤纸颜色用于测耐热性。
在高温条件下，通过粘度计对试件粘度进行测定以测试其抗粘性。
在室温条件下，通过成膜硬度计对试件硬度进行测定以测试其成膜硬度，结果如下表：
从上表可以得出，实施例一至实施例五的水性聚氨酯复合油墨具有较好的性能，有较好的耐热性、耐溶剂性、耐蒸煮性及抗粘性，同时制作试件时成膜硬度较好。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种水性聚氨酯复合油墨，其特征是：包括如下按重量份数计的组份：
A组份：
聚酯二元醇：60～80份；
甲苯-2，4-二异氰酸酯：30～40份；
二丁基二月桂酸锡：3～5份；
2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）：1～3份；
1,4-丁二醇：0.1～1份 ；
1,6-己二醇：0.1～1份；
扩链剂：0.1～1份；
三乙胺：5～10份；
去离子水：30～50份；
B组份：
丙烯酸树脂：40～50份；
填充料；20～30份；
颜料：4～8份；
助剂：0.1～1份；
去离子水：40～50份。
2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯复合油墨，其特征在于：包括如下按重量份数计的组份：
A组份：
聚酯二元醇：76份；
甲苯-2，4-二异氰酸酯：32份；
二丁基二月桂酸锡：3.5份；
2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）：1.6份；
1,4-丁二醇：0.5份；
1,6-己二醇：0.6份；
扩链剂：0.8份；
三乙胺：8份；
去离子水：42份；
B组份：
丙烯酸树脂：45份；
填充料；26份；
颜料：6份；
助剂：0.9份；
去离子水：42份。
3.根据权利要求1或2所述的一种水性聚氨酯复合油墨，其特征在于：所述扩链剂为氢醌双羟乙基醚、4-羟基-N-(2-羟己基)-丁酰胺、间苯二酚二羟丙基醚和间苯二酚二羟丙基乙基醚中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的一种水性聚氨酯复合油墨，其特征在于：所述的A组份的数均分子量为400～450。
5.根据权利要求1或2所述的一种水性聚氨酯复合油墨，其特征在于：所述助剂包括PH稳定剂、慢干剂及消泡剂。
6.一种水性聚氨酯复合油墨制备方法，其特征在于：包括如下加工工艺步骤制成：
S1：将聚酯二元醇、甲苯-2，4-二异氰酸酯、二丁基二月桂酸锡按一定配比加入反应釜中在一定的温度下进行反应，一段时间后加入2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）继续反应；
S2：在第一步的反应基础上添加1,4-丁二醇、1,6-己二醇及扩链剂，在一定的温度下进行反应直至反应结束，冷却后加入三乙胺中和，然后加入去离子水高速剪切乳化，得到水性聚氨酯；
S3：在上述反应基础上将水性聚氨酯、丙烯酸树脂、填充料、助剂按一定配比加入分散研磨机进行分散研磨，在过程中逐渐添加颜料进行高速研磨；
S4：将研磨好的浆料加入三辊研磨机内，通过三辊研磨机将浆料内较大的颗粒碾碎，从而达到符合油墨标准的细小颗粒；
S5：将上述研磨好的浆料进行过滤，过滤内部仍然存有的少数大颗粒物质；
S6：将上述过滤好的浆料添加去离子水调节其粘稠性，从而达到所需的要求；
S7：将调节好粘稠度的油墨进行包装，完成制备。
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