CN106905151B - 一种改性松香树脂、制备方法及采用该改性松香树脂的油墨 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性松香树脂、制备方法及采用该改性松香树脂的油墨。其中,所述的改性松香树脂的制备方法,包括如下步骤:(1)将松香、环氧化合物和催化剂混合均匀,在105~120℃下反应1~2.5h,得到松香‑环氧中间体;(2)将步骤(1)所得的松香‑环氧中间体和马来酸酐混合,在105~120℃下反应1~2.5h,得到改性松香树脂。本发明提供的改性松香树脂的制备方法,具有反应条件温和、反应时长短等显著优点;而且反应过程没有使用有机溶剂作为反应介质,避免了环境污染及产物的溶剂残留缺陷,实现了绿色环保化的合成。本发明提供的改性松香树脂中引入了不饱和双键,将其应用于紫外光固化油墨,表现出较好的混溶性、颜料润湿性和较快的干燥速度。
Description
技术领域
本发明涉及松香改性领域,尤其涉及一种改性松香树脂、制备方法及采用该改性松香树脂的油墨。
背景技术
松香是一种天然可再生资源,近年来我国每年生产松香五十多万吨,居世界第一。由于廉价易得、无毒无味、性能独特,松香广泛应用于树脂、胶黏剂、电子及医药等领域。松香应用于树脂中,能加快涂膜的干燥速率,增强树脂的硬度。但是松香的结构特点导致其性能存在着一些缺陷,例如结晶倾向大、软化点低及酸值较高等,从而限制了它在许多工业部门的更广泛应用。为消除这些性能缺陷,赋予松香各种优良性能,增加其使用价值,通常要对其改性再应用。
松香的化学改性一般是基于它结构中的一元羧酸和碳碳双键,利用这两个反应性基团引入其他官能团以达到改性的目的。松香分子中的羧基和其它有机一元羧酸一样,可以进行典型的羧基反应,包括酯化、分子间脱水、还原、氨解等,其中酯化反应是松香改性中研究最多的反应。通过酯化,可降低松香的酸值,提高其软化点,并改善其热稳定性。但松香的羧基位于叔碳原子上,位阻大、反应活化能高,因而酯化反应条件较为苛刻,即使在催化剂的存在下,也要求高温(250~300℃)和较长的反应时间(7~11h)。
松香改性另一途径是基于双键的改性,往往通过松香中左旋海松酸环内的共轭双键结构的Diels-Alder反应来实现。除左旋海松酸以外,松香所含的其他一元羧酸如枞酸、新枞酸和长叶松酸等都不直接进行Diels-Alder反应,需在高温异构为左旋海松酸后才具有反应活性。Diels-Alder反应用得最多的是松香与马来酸酐或丙烯酸的反应,加成产物为马来海松酸酐(马来松香)和丙烯酸松香。大多情况下,,马来松香或丙烯酸松香被用来进一步与各种醇进行酯化反应改性,此时也遇到与松香酯化同样的问题,即反应条件较为苛刻,需要在高温条件下,反应较长时间才得到产物。此外,相比于松香,马来松香或丙烯酸松香一方面价格要贵;另一方它们是由松香与马来酸酐或丙烯酸在高温下通过Diels-Alder反应制得的产品,结构和组成复杂,以它们作为原料进行化学改性时,反应过程中副反应较多,重现性也较差,影响改性产品的品质。
因此,寻求直接以松香为原料,条件温和、高效的松香改性新方法,这不仅对开发出符合市场需求的深加工松香产品,而且对我国林业资源的合理开发和利用具有重要的现实意义。
与此同时,传统紫外光固化油墨的原材料大都来自于“石油类”组份,具有不可再生性,紫外光固化油墨本身缺少生态可持续性的发展理念。本发明主张将改性松香树脂应用于紫外光固化油墨,并将其作为油墨配方组成的主体连结料,一方面降低对石油制品的依赖程度,提高可再生资源利用率;另一方面可以适当降低成本,提升对有机颜料的分散、湿润性能,以制备出具有良好印刷适性的油墨品种。所制备的油墨产品符合未来油墨绿色产品的发展理念。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处,提供了一种改性松香树脂、制备方法及采用该改性松香树脂的油墨,所述的改性松香树脂具有良好的紫外光固化性,且反应温度较低,反应时间较短,不需要额外加入有机溶剂,绿色环保。
为实现上述目的,本申请提供如下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种改性松香树脂,所述改性松香树脂的结构式如下:
第二方面,本发明提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将松香、环氧化合物和催化剂混合均匀,在105~120℃下反应1~2.5h,得到松香-环氧中间体;
(2)将步骤(1)所得的松香-环氧中间体和马来酸酐混合,在105~120℃下反应1~2.5h,得到改性松香树脂。
可以理解的是,本发明对步骤(1)所述的将松香、环氧化合物和催化剂混合的方法没有特殊限制,采用本领域技术人员熟知的混合的技术方案即可。
优选地,所述步骤(1)中,反应温度为115℃。
优选地,所述步骤(1)中,反应时间为1.5h。
优选地,所述松香包括马尾松香、湿地松香、南亚松香、云南松香中的一种或多种。
优选地,所述步骤(1)中,所述的环氧化合物包括环氧树脂DER331、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。
优选地,所述步骤(1)中,所述的松香与所述的环氧化合物的摩尔比为1~2:1。
进一步优选地,所述步骤(1)中,所述的松香与所述的环氧化合物的摩尔比为2:1。
优选地,所述步骤(1)中,所述的松香与环氧化合物总质量与所述催化剂的质量比为1:0.001~0.02(进一步优选为1:0.002~0.008)。
优选地,所述步骤(1)中,所述的催化剂包括三苯基膦、三乙胺中的一种或多种。
优选地,所述步骤(1)中,所述松香-环氧中间体的结构式如下:
优选地,所述步骤(2)中,所述的马来酸酐与步骤(1)中所述松香的摩尔比为0.5~1:1。
进一步优选地,所述步骤(2)中,所述的马来酸酐与步骤(1)中所述松香的摩尔比为1:1。
优选地,所述步骤(2)中,反应温度为115℃。
优选地,所述步骤(2)中,反应时间为2h。
优选地,所述步骤(2)中,所述改性松香树脂的结构式如下:
优选地,本发明第一方面所述的改性松香树脂为采用本发明第二方面所述改性松香树脂的制备方法制得。
本发明的原理:本发明制备了一种改性松香树脂,首先在催化剂作用下,利用松香上的羧基与环氧化合物上的环氧基团进行反应,得到松香-环氧中间体,再利用马来酸酐与松香-环氧中间体上的羟基反应,得到改性松香树脂;由于引入了马来酸酐,改性松香树脂上具有双键,可进行紫外光固化。
第三方面,本发明提供了一种如第一方面所述的改性松香树脂在制备油墨、涂料油漆或胶黏剂中的应用。
第四方面,本发明还提供了一种紫外光固化油墨,按重量份数计,包括:如第一方面所述的改性松香树脂50~80份、活性稀释剂10~20份、光引发剂2~10份、颜料10~30份。
优选地,所述紫外光固化油墨,按重量份数计,包括:如第一方面所述的改性松香树脂60份、活性稀释剂15份、光引发剂5份、颜料20份。
优选地,所述的活性稀释剂包括丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的一种或几种。
优选地,所述的光引发剂包括2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮和2,4,6一三甲基苯甲酰基膦酸乙酯中的一种或多种。
进一步优选地,所述的光引发剂包括2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮和2-异丙基硫杂蒽酮,其中,所述2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮与所述2-异丙基硫杂蒽酮的重量比为2~6:1(更进一步优选为4:1)。
进一步优选地,所述的颜料包括但不限于巴斯夫颜料红L4BH57:1。
可以理解的是,本发明所述的紫外光固化油墨可采用本领域技术人员所熟知的常规方法制得。
优选地,所述紫外光固化油墨为将50~80份改性松香树脂、10~20份活性稀释剂、2~10份光引发剂、10~30份颜料混合研磨制得。
进一步优选地,所述紫外光固化油墨的制备方法,包括如下步骤:将50~80份改性松香树脂、10~20份活性稀释剂、2~10份光引发剂、10~30份颜料混合均匀后,过三辊机研磨制得。
本发明的有益效果如下:
(1)现有技术中,制备改性松香树脂的温度高(高达170~300℃)且用时长(5~10h)而本发明提供的松香树脂改性方法,直接用廉价易得的松香作主体原料,且涉及的化学反应的反应温度相对较低(105℃-120℃),反应时间明显缩短(1.0-2.5h),具有反应条件温和、反应时长短等显著优点,对设备要求不高;
(2)本发明提供的松香树脂改性方法,反应过程没有使用有机溶剂作为反应介质,避免了环境污染及产物的溶剂残留缺陷,且产物外无其他副产物生成,所以不需要对产物进行额外后处理工序,制备过程能耗低、无污染,实现了绿色环保化的合成;
(3)本发明将松香先与环氧化合物反应,生成松香-环氧中间体,它含有二个松香单元和一个环氧化合物单元,与松香相比分子量变大、软化点提高,之后再与马来酸酐反应,引入不饱和双键,制备得到可紫外光固化的改性松香树脂,将它应用于紫外光固化油墨,表现出较好的混溶性、颜料润湿性和较快的干燥速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的松香-环氧中间体一的GPC图;
图2为本发明实施例所提供的松香-环氧中间体一的核磁氢谱图;
图3为本发明实施例所提供的改性松香树脂一的核磁氢谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,115℃下搅拌反应1.5小时,得到松香-环氧中间体一;
(2)在松香-环氧中间体一中加入14.70g(0.15mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂一。
制备得到的松香-环氧中间体一的GPC图见图1,如图1所示,松香-环氧中间体一的GPC曲线向高分子量部分移动,且原料松香和环氧树脂DER331的峰几乎全部消失,表明松香和环氧树脂DER331定量反应形成松香-环氧中间体一。制备得到的松香-环氧中间体一的1HNMR图如图2所示,在松香-环氧树脂中间体一的1HNMR谱图上,除了松香共轭双键的特征峰(a,b)和环氧树脂苯环的特征峰(c,d)外,还出现松香的羧基与环氧树脂的环氧基反应后形成的酯基的特征峰(e,f),进一步证实松香-环氧中间体一的形成。
制备得到的改性松香树脂一的1HNMR谱图如图3所示,与图2相比,新出现了由与马来酸酐反应后引入的C=C双键的特征峰(g),表明获得目标产物改性松香树脂一。GPC测定制备得到的改性松香树脂一的数均分子量为1190,重均分子量为1720。
测试结果表明,松香-环氧中间体一的结构式为:
改性松香树脂一的结构式为:
实施例2
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,115℃下搅拌反应2小时,得到松香-环氧中间体二;
(2)在松香-环氧中间体二中加入9.8g(0.1mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂二。
GPC测定制备得到的改性松香树脂二的数均分子量为1110,重均分子量为1620。
实施例3
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,115℃下搅拌反应1.5小时,得到松香-环氧中间体三;
(2)在松香-环氧中间体三中加入19.6g(0.2mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂三。
GPC测定制备得到的改性松香树脂三的数均分子量为1350,重均分子量为1920。
实施例4
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至105℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,105℃下搅拌反应2小时,得到松香-环氧中间体四;
(2)在松香-环氧中间体四中加入9.8g(0.1mol)马来酸酐,在105℃下反应2h,得到改性松香树脂四。
GPC测定制备得到的改性松香树脂四的数均分子量为1132,重均分子量为1705。
实施例5
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入30.25g(0.1mol松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至105℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,105℃下搅拌反应2小时,得到松香-环氧中间体五;
(2)在松香-环氧中间体五中加入9.8g(0.1mol)马来酸酐,在105℃下反应2h,得到改性松香树脂五。
GPC测定制备得到的改性松香树脂五的数均分子量为1034,重均分子量为1575。
实施例6
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至120℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,120℃下搅拌反应2小时,得到松香-环氧中间体六;
(2)在松香-环氧中间体六中加入9.8g(0.1mol)马来酸酐,在120℃下反应2h,得到改性松香树脂六。
GPC测定制备得到的改性松香树脂六的数均分子量为797,重均分子量为1336。
实施例7
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)环氧树脂DER331,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.76g,115℃下搅拌反应2小时,得到松香-环氧中间体七;
(2)在松香-环氧中间体七中加入19.6g(0.2mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂七。
GPC测定制备得到的改性松香树脂七的数均分子量为1380,重均分子量为1991。
实施例8
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)乙二醇二缩水甘油醚,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三乙胺0.303g,115℃下搅拌反应1.5小时,得到松香-环氧中间体八;
(2)在松香-环氧中间体八中加入19.6g(0.2mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂八。
GPC测定制备得到的改性松香树脂八的数均分子量为1142,重均分子量为1753。
测试结果表明,松香-环氧中间体八的结构式为:
改性松香树脂八的结构式为:
实施例9
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)丙二醇二缩水甘油醚,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.52g,115℃下搅拌反应1.5小时,得到松香-环氧中间体九;
(2)在松香-环氧中间体九中加入19.6g(0.2mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂九。
GPC测定制备得到的改性松香树脂九的数均分子量为1176,重均分子量为1791。
测试结果表明,松香-环氧中间体九的结构式为:
改性松香树脂九的结构式为:
实施例10
本发明实施例提供了一种改性松香树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)在带有机械搅拌和滴液漏斗的500mL三颈瓶中,加入60.5g(0.2mol)松香和34.00g(0.1mol)丁二醇二缩水甘油醚,通氮除氧,升温至115℃,反应物熔融,再加入三苯基膦0.26g,115℃下搅拌反应1.5小时,得到松香-环氧中间体十;
(2)在松香-环氧中间体十中加入19.6g(0.2mol)马来酸酐,在115℃下反应2h,得到改性松香树脂十。
GPC测定制备得到的改性松香树脂十的数均分子量为1169,重均分子量为1781。
测试结果表明,松香-环氧中间体十的结构式为:
改性松香树脂十的结构式为:
应用实施例1
为了进一步说明本发明的有益效果,本发明采用实施例1制备得到的改性松香树脂一配制成紫外光固化油墨,并对其进行测评。
制备方法包括以下步骤:将60g改性松香树脂一和15g丙氧化甘油三丙烯酸酯搅拌溶解后,加入4g 2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、1g 2-异丙基硫杂蒽酮以及20g巴斯夫颜料红L4BH57:1,在300转/分钟的转速下,搅拌20min,再经过三辊机研磨配制成紫外光固化油墨一。
测评方法包括将紫外光固化油墨一用印刷适性仪涂布约15微米厚度于空白纸张上,用50W/CM线功率的中压水银弧光灯以100米/分速度进行固化,记录获得良好的表面及彻底固化所需要的灯下通过次数。并通过UV胶版印刷机进行实地的上机印刷测试,观看油墨的水墨平衡性能及下墨转移性。
结果表明:改性松香树脂一可以完全溶于丙氧化甘油三丙烯酸酯中,形成透明溶液,巴斯夫颜料红L4BH可以在该透明溶液很好地分散,再加入光引发剂后,形成质地均匀、流动性较好的紫外光固化油墨。紫外光固化油墨一完全固化所需通过次数为2,紫外光固化后的膜表面平滑、色泽均匀明亮。经过海德堡的UV胶印机实地印刷后,得出新制备的油墨产品乳化率在30%-50%之间,长时间印刷时下墨性良好,无堆版及附着力差等印刷故障,符合常规油墨的指标要求。
应用实施例2
为了进一步说明本发明的有益效果,本发明采用实施例2制备得到的改性松香树脂二配制成紫外光固化油墨,并对其进行测评。
制备方法包括以下步骤:将60g改性松香树脂二,15g丙氧化甘油三丙烯酸酯,搅拌溶解后,加入4g 2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、1g 2-异丙基硫杂蒽酮以及20g巴斯夫57:1颜料红L4BH,在300转/分钟的转速下,搅拌20min,再经过三辊机研磨配制成紫外光固化油墨二。
测评方法包括将紫外光固化油墨二用印刷适性仪涂布约15微米厚度于空白纸张上,用50W/CM线功率的中压水银弧光灯以100米/分速度进行固化,记录获得良好的表面及彻底固化所需要的灯下通过次数。并通过UV胶版印刷机进行实地的上机印刷测试,观看油墨的水墨平衡性能及下墨转移性。
结果表明:与应用实施例1制备得到的紫外光固化油墨一相比,由于紫外光固化油墨二中的马来酸酐不饱和双键含量减少,紫外光固化油墨二完全固化所需通过次数增加至3次,即固化速度减慢。
应用实施例3
为了进一步说明本发明的有益效果,本发明采用实施例3制备得到的改性松香树脂三配制成紫外光固化油墨,并对其进行测评。
制备方法包括以下步骤:将60g改性松香树脂三,15g丙氧化甘油三丙烯酸酯,搅拌溶解后,加入4g 2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮、1g 2-异丙基硫杂蒽酮以及20g巴斯夫57:1颜料红L4BH,在300转/分钟的转速下,搅拌20min,再经过三辊机研磨配制成紫外光固化油墨三。
测评方法包括将紫外光固化油墨三用印刷适性仪涂布约15微米厚度于空白纸张上,用50W/CM线功率的中压水银弧光灯以100米/分速度进行固化,记录获得良好的表面及彻底固化所需要的灯下通过次数。并通过UV胶版印刷机进行实地的上机印刷测试,观看油墨的水墨平衡性能及下墨转移性。
结果表明:与应用实施例1制备得到的紫外光固化油墨一相比,由于紫外光固化油墨三中的马来酸酐不饱和双键含量增加,紫外光固化油墨三完全固化所需通过次数减少至1次,即固化速度提高。
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动或变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。
Claims (8)
2.一种改性松香树脂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将松香、环氧化合物和催化剂混合均匀,在105~120℃下反应1~2.5h,得到松香-环氧中间体;
(2)将步骤(1)所得的松香-环氧中间体和马来酸酐混合,在105~120℃下反应1~2.5h,得到改性松香树脂;
其中,步骤(1)中,所述的环氧化合物包括环氧树脂DER331、乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚中的一种或多种;
步骤(1)中,所述的松香与所述的环氧化合物的摩尔比为1~2:1;
步骤(2)中,所述的马来酸酐与步骤(1)中所述松香的摩尔比为0.5~1:1。
3.如权利要求2所述的改性松香树脂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述的松香与环氧化合物总质量与所述催化剂的质量比为1:0.001~0.02。
4.如权利要求2所述的改性松香树脂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述的催化剂包括三苯基膦、三乙胺中的一种或多种。
7.一种如权利要求1所述的改性松香树脂在制备油墨、涂料油漆或胶黏剂中的应用。
8.一种紫外光固化油墨,其特征在于,按重量份数计,包括:如权利要求1所述的改性松香树脂50~80份、活性稀释剂10~20份、光引发剂2~10份、颜料10~30份。
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