CN112251070A - 一种环保水性油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保水性油墨，所述油墨中，采用磺酸型聚酯二元醇配合聚己内酯二元醇和三羟甲基丙烷等原料共同使用来制备水性聚氨酯树脂，将其应用于油墨，能够使所制备的油墨具有优异的附着力、良好的外观、优异的耐水性。本发明还提供了所述油墨的制备方法。

Description

一种环保水性油墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保水性油墨，以及所述油墨的制备方法。
背景技术
水性油墨作为一种新型的绿色环保节能材料，能够很大程度上缓解现行印刷包装行业存在的环境污染问题，因而受到人们的广泛关注。水性油墨与溶剂型油墨最大的区别在于，溶剂型油墨是以有机物为溶剂，而水性油墨以水为主要溶剂。因此，水性油墨很大程度上降低了有机挥发物的排放，减轻了对大气的污染。水性油墨中采用的树脂，作为油墨制造中分散色粉的基料、主要的流动相和油墨干燥后的成膜物质，它的性质直接决定了油墨使用的性能以及印刷效果。聚氨酯树脂的成膜性好，具有高光泽和保光性能，同时胶膜还具有优异的耐磨性能、耐擦性能、耐溶剂性能等优势。但是，聚氨酯树脂应用于水性油墨时，所制备的油墨性能还不能达到溶剂型油墨的水平。
因此，需要提供一种综合性能更加优异的水性油墨，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明提供了一种环保水性油墨，所述油墨中，采用磺酸型聚酯二元醇配合聚己内酯二元醇和三羟甲基丙烷等原料共同使用来制备水性聚氨酯树脂，将其应用于油墨，能够使所制备的油墨具有优异的附着力、良好的外观、优异的耐水性。本发明还提供了所述油墨的制备方法。
一种环保水性油墨，原料包含水性聚氨酯树脂、分散剂、消泡剂、颜料、去离子水；
其中，所述水性聚氨酯树脂的制备方法为：
步骤一，将二异氰酸酯、聚己内酯二元醇、磺酸型聚酯二元醇加入反应器，控制反应器温度为80～90℃，开启搅拌，反应2～4小时后加入催化剂和丙酮，反应2～4小时后加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷，反应1～3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为30～50℃，加入丙酮、乙二胺基乙磺酸钠，反应1～3小时后加入去离子水进行分散乳化，加入乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为30～35％，得到所述水性聚氨酯树脂；
所述磺酸型聚酯二元醇的制备方法为：在惰性气体气氛下，向反应器中加入间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1，4-丁二醇，控制反应器温度为90～100℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1～3小时后，控制反应器温度缓慢升至190～220℃，反应3～6小时，向反应器中加入己二酸和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到所述磺酸型聚酯二元醇。
本领域通常采用在反应体系中加入亲水基团来促进有机聚氨酯更好地在水中分散，例如采用乙二胺基乙磺酸钠等，但是单独添加这类小分子亲水剂会影响油墨胶膜的性能。当这类小分子亲水剂添加量较少时，不足以使水性聚氨酯颗粒均匀分散在水中，影响乳液储存稳定性；当添加量过多时，会使聚氨酯颗粒粒径较小，乳液粘度变大，同时造成油墨胶膜的耐水性差。因此，本发明采用特制的磺酸型聚酯二元醇，配合乙二胺基乙磺酸钠共同使用，能够促进聚氨酯颗粒均匀分布，提高油墨胶膜的综合性能。所述磺酸型聚酯二元醇采用间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1，4-丁二醇、己二酸为主要原料，制备得到的聚酯多元醇作为聚氨酯分子中的一部分，能够提高油墨胶膜的力学性能。此外，所述水性聚氨酯树脂的原料中添加了少量的三羟甲基丙烷，一定程度促进聚氨酯分子的交联，在一定范围内能够提高油墨胶膜的力学性能。
所述二异氰酸酯可以采用本领域常用的异氰酸酯。优选地，本发明选择异佛尔酮二异氰酸酯。
优选地，所述聚己内酯二元醇的数均分子量为2000。
所述催化剂可以采用本领域常用的用于催化异氰酸酯反应的催化剂。优选地，本发明选择辛酸亚锡。
所述分散剂、消泡剂、颜料可以采用本领域常用的种类，获得方法可以采用商业采购或者根据现有技术自制，不影响本发明的实施。
以所述油墨各原料的总质量计：
所述水性聚氨酯树脂的用量为25～40％；
所述分散剂的用量为0.1～2％；
所述消泡剂的用量为0.1～2％；
所述颜料的用量为10～25％；
余量为去离子水。
优选地，所述水性聚氨酯树脂制备方法的步骤一中，各原料中所述异氰酸酯基团和羟基基团的摩尔比为1.5～2：1，其中，所述异氰酸酯基团指的是所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基团，所述羟基基团指的是所述聚己内酯二元醇、磺酸型聚酯二元醇、1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷中合计的羟基基团。
进一步地，所述水性聚氨酯树脂制备方法中，以下列各组分的相对质量份计：
所述二异氰酸酯的用量为20～30份；
所述聚己内酯二元醇的用量为45～75份；
所述磺酸型聚酯二元醇的用量为5～10份；
所述催化剂的用量为0.1～0.5份；
所述1，4-丁二醇的用量为1～3份；
所述三羟甲基丙烷的用量为0.5～1份；
所述乙二胺基乙磺酸钠的用量为1～3份；
所述乙二胺的用量为3～8份。
需要说明的是，所述水性聚氨酯树脂的制备方法中，丙酮的作用是用于降低反应体系的粘度，属于本领域熟知的内容，本发明中丙酮的用量和使用方法可以参考本领域常用的技术方案，不影响本发明的实施。
优选地，所述磺酸型聚酯二元醇的制备方法中，以下列各组分的相对质量份计：
所述间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的用量为10～20份；
所述1，4-丁二醇的用量为30～40份；
所述己二酸的用量为15～25份；
所述二月桂酸二丁基锡的用量为0.1～0.5份。
一种所述环保水性油墨的制备方法，步骤包括：将所述水性聚氨酯树脂、分散剂、消泡剂、颜料、去离子水加入反应器，搅拌均匀，得到所述油墨。
本发明的有益效果在于：采用间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1，4-丁二醇、己二酸制备的磺酸型聚酯二元醇，配合聚己内酯二元醇、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、乙二胺基乙磺酸钠等共同使用，能够提高油墨胶膜的各方面性能。
本发明未做说明的内容均可采用本领域已经公开的技术方案进行实施。
需要说明的是，本发明的技术方案是一个整体的技术方案，各组份种类、用量、工艺、参数条件等均需要按照本发明所限定的条件相互配合才能够实现本发明目的，仅强调单一技术特征的变化而没有与本发明所限定的其他技术特征的配合，并不能出现本发明所强调的技术效果。
具体实施方式
实施例和对比例所用原料为：
异佛尔酮二异氰酸酯，巴斯夫公司生产；
聚己内酯二元醇，数均分子量2000，巴斯夫公司生产；
普通聚酯二元醇，由1，4-丁二醇和己二酸聚合得到，数均分子量1000，巴斯夫公司生产；
分散剂，牌号CF-10，广州汇翔化工有限公司生产；
消泡剂，牌号HD599，广州汇翔化工有限公司生产；
颜料，牌号GLO-蓝，石家庄神采颜料厂生产。
磺酸型聚酯二元醇1的制备方法为：在氮气气氛下，向反应器中加入10份间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、30份1，4-丁二醇3，控制反应器温度为100℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1小时后，控制反应器温度缓慢升至220℃，反应3小时，向反应器中加入15份己二酸和0.3份二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到磺酸型聚酯二元醇1，数均分子量约为1000。
磺酸型聚酯二元醇2的制备方法为：在氮气气氛下，向反应器中加入20份间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、30份1，4-丁二醇，控制反应器温度为90℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1小时后，控制反应器温度缓慢升至190℃，反应6小时，向反应器中加入25份己二酸和0.3份二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到磺酸型聚酯二元醇2，数均分子量约为1000。
磺酸型聚酯二元醇3的制备方法为：在氮气气氛下，向反应器中加入20份间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、40份1，4-丁二醇，控制反应器温度为90℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1小时后，控制反应器温度缓慢升至190℃，反应6小时，向反应器中加入20份己二酸和0.3份二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到磺酸型聚酯二元醇3，数均分子量约为1000。
对比磺酸型聚酯二元醇1的制备方法为：在氮气气氛下，向反应器中加入20份间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、40份新戊二醇，控制反应器温度为90℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1小时后，控制反应器温度缓慢升至190℃，反应6小时，向反应器中加入20份己二酸和0.3份二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到对比磺酸型聚酯二元醇1，数均分子量约为1000。
水性聚氨酯树脂1的制备方法为：
步骤一，将20份异佛尔酮二异氰酸酯、70份聚己内酯二元醇、5份磺酸型聚酯二元醇1加入反应器，控制反应器温度为90℃，开启搅拌，反应2小时后加入0.3份辛酸亚锡和50份丙酮，反应2小时后加入1份1，4-丁二醇和0.5份三羟甲基丙烷，反应1小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入20份丙酮、1份乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时后加入200份去离子水进行分散乳化，加入3份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到水性聚氨酯树脂1。
水性聚氨酯树脂2的制备方法为：
步骤一，将30份异佛尔酮二异氰酸酯、45份聚己内酯二元醇、10份磺酸型聚酯二元醇2加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，反应4小时后加入0.3份辛酸亚锡和60份丙酮，反应4小时后加入2份1，4-丁二醇和1份三羟甲基丙烷，反应3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入30份丙酮、3份乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时后加入去离子水200份进行分散乳化，加入8份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到水性聚氨酯树脂2。
水性聚氨酯树脂3的制备方法为：
步骤一，将30份异佛尔酮二异氰酸酯、50份聚己内酯二元醇、10份磺酸型聚酯二元醇3加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，反应4小时后加入0.3份辛酸亚锡和60份丙酮，反应4小时后加入3份1，4-丁二醇和2份三羟甲基丙烷，反应3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入30份丙酮、3份乙二胺基乙磺酸钠，反应1小时后加入去200份离子水进行分散乳化，加入8份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到水性聚氨酯树脂3。
对比水性聚氨酯树脂1的制备方法为：
步骤一，将30份异佛尔酮二异氰酸酯、50份聚己内酯二元醇、10份对比磺酸型聚酯二元醇1加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，反应4小时后加入0.3份辛酸亚锡和60份丙酮，反应4小时后加入3份1，4-丁二醇和2份三羟甲基丙烷，反应3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入丙酮30份、乙二胺基乙磺酸钠3份，反应1小时后加入去离子水200份进行分散乳化，加入8份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到对比水性聚氨酯树脂1。
对比水性聚氨酯树脂2的制备方法为：
步骤一，将30份异佛尔酮二异氰酸酯、50份聚己内酯二元醇、10份普通聚酯二元醇加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，反应4小时后加入0.3份辛酸亚锡和60份丙酮，反应4小时后加入3份1，4-丁二醇和2份三羟甲基丙烷，反应3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入丙酮30份、乙二胺基乙磺酸钠3份，反应1小时后加入去离子水200份进行分散乳化，加入8份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到对比水性聚氨酯树脂2。
对比水性聚氨酯树脂3的制备方法为：
步骤一，将30份异佛尔酮二异氰酸酯、50份聚己内酯二元醇、10份磺酸型聚酯二元醇3加入反应器，控制反应器温度为80℃，开启搅拌，反应4小时后加入0.3份辛酸亚锡和60份丙酮，反应4小时后加入3份1，4-丁二醇，反应3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为35℃，加入丙酮30份、乙二胺基乙磺酸钠3份，反应1小时后加入去离子水200份进行分散乳化，加入8份乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为35％，得到对比水性聚氨酯树脂3。
实施例和对比例油墨样品的制备方法为：按照表1所列原料的种类和用量，将所述水性聚氨酯树脂、分散剂、消泡剂、颜料、去离子水加入反应器，搅拌均匀，得到油墨样品。
所述磺酸型聚酯二元醇、水性聚氨酯、油墨样品的制备方法中，各原料的用量以质量份计，所述质量份是以特定步骤或方法中各组分之间的相对质量比例。
表1实施例和对比例油墨样品原料的种类和用量(质量份)
Figure BDA0002736642820000071
将实施例和对比例样品分别刷涂在PET和OPP薄膜上，控制油墨胶膜平均厚度约为30微米，在室温下静置30分钟，然后将其置于80℃电热恒温鼓风干燥箱中烘烤30分钟，得到性能测试样品。
实施例和对比例的油墨样品或性能测试样品各项性能的测试标准或方法为：
细度测试标准BG/T1725-2007；
耐水性测试标准GB/T1733-1993；
附着牢度测试标准GB/T13217.7-2009；
油墨胶膜外观通过观察法测试。
实施例和对比例样品的性能测试结果列于表2。
表2实施例和对比例样品的性能测试结果
Figure BDA0002736642820000081
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环保水性油墨，其特征在于，所述油墨的原料包含水性聚氨酯树脂、分散剂、消泡剂、颜料、去离子水；
其中，所述水性聚氨酯树脂的制备方法为：
步骤一，将二异氰酸酯、聚己内酯二元醇、磺酸型聚酯二元醇加入反应器，控制反应器温度为80～90℃，开启搅拌，反应2～4小时后加入催化剂和丙酮，反应2～4小时后加入1，4-丁二醇和三羟甲基丙烷，反应1～3小时，步骤一结束；
步骤二，继续控制所述步骤一的反应器温度为30～50℃，加入丙酮、乙二胺基乙磺酸钠，反应1～3小时后加入去离子水进行分散乳化，加入乙二胺进行扩链反应，反应结束，减压蒸馏脱出丙酮，补加去离子水，控制固含量为30～35％，得到所述水性聚氨酯树脂；
所述磺酸型聚酯二元醇的制备方法为：在惰性气体气氛下，向反应器中加入间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、1，4-丁二醇，控制反应器温度为90～100℃，采用甲苯进行冷凝回流，反应1～3小时后，控制反应器温度缓慢升至190～220℃，反应3～6小时，向反应器中加入己二酸和二月桂酸二丁基锡，缓慢升温，依次于130℃、170℃和220℃反应1小时，真空脱水后出料，得到所述磺酸型聚酯二元醇。
2.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述聚己内酯二元醇的数均分子量为2000。
4.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡。
5.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，以所述油墨各原料的总质量计：
所述水性聚氨酯树脂的用量为25～40％；
所述分散剂的用量为0.1～2％；
所述消泡剂的用量为0.1～2％；
所述颜料的用量为10～25％；
余量为去离子水。
6.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂制备方法的步骤一中，各原料中所述异氰酸酯基团和羟基基团的摩尔比为1.5～2：1。
7.根据权利要求6所述的油墨，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂制备方法中，以下列各组分的相对质量份计：
所述二异氰酸酯的用量为20～30份；
所述聚己内酯二元醇的用量为45～75份；
所述磺酸型聚酯二元醇的用量为5～10份；
所述催化剂的用量为0.1～0.5份；
所述1，4-丁二醇的用量为1～3份；
所述三羟甲基丙烷的用量为0.5～1份；
所述乙二胺基乙磺酸钠的用量为1～3份；
所述乙二胺的用量为3～8份。
8.根据权利要求1所述的油墨，其特征在于，所述磺酸型聚酯二元醇的制备方法中，以下列各组分的相对质量份计：
所述间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的用量为10～20份；
所述1，4-丁二醇的用量为30～40份；
所述己二酸的用量为15～25份；
所述二月桂酸二丁基锡的用量为0.1～0.5份。
9.一种权利要求1～8任一项所述环保水性油墨的制备方法，步骤包括：将所述水性聚氨酯树脂、分散剂、消泡剂、颜料、去离子水加入反应器，搅拌均匀，得到所述油墨。
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