CN113861365A - 一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，涉及工业涂料领域，其技术方案包括以下步骤：步骤一：选取有机二异氰酸酯化合物与带有羧基的高分子二元醇化合物进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，高分子二元醇化合物为聚碳酸酯二元醇，在反应中需要向加氢甲苯二异氰酸酯中添加N‑甲基吡咯烷酮溶液，并保持在80℃的温度进行搅拌；步骤二：对反应生成的产物进冷却，再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物；通过在生产过程中添加5％‑10％的高硬度水性PU树脂，使得后续产出的油墨耐高温能力强，避免在夏天气温较高的环境下出现喷头堵塞现象，提高了后续调配油墨的抗热性能。
Description
技术领域
本发明涉及工业涂料技术领域，尤其涉及一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法。
背景技术
水性聚氨酯树脂是指以水作为分散介质的聚氨酯，聚氨酯树脂柔韧、耐磨，性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂，水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。
经检索，中国专利号为CN107141882A的发明专利，公开了一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，包括如下步骤：按重量份数，在反应容器中分别加入聚酯多元醇20-30份，聚醚多元醇20-30份，六亚甲基二异氰酸酯2.5-7份，异氟尔酮二异氰酸酯8-15份，催化剂0.04，于75-80℃C反应1小时得到预聚体；再加入亲水扩链剂3-4份，丙酮11-12份，于70℃反应2小时；加入三乙胺2.5-3.0份中和反应20分钟，中和后加入到去离子水130-160份中乳化分散，并维持20-30分钟；继之滴加小分子二胺0.7-0.9份进行扩链，搅拌反应1小时，真空脱去丙酮，得到35％-38％的水性聚氨酯乳液。本发明合成的水性油墨用水性聚氨酯树酯流平性和展色性好，光泽度高，对多种非极性基材具有优异的粘结力；
然而上述方法在实际过程中，由于缺乏高硬度水性PU树脂，使得后续生产出的油墨耐热性较低，在温度较高的环境下容易出现回粘现象，进而使得喷头出现堵塞，同时在初步反应中对缺乏N-甲基吡咯烷酮溶液的添加，以及对聚碳酸酯二元醇真空处理，使得生成的合成乳液粘度增大，进而使得合成的聚氨酯胶膜表面硬度降低，胶膜初融温度降低，耐热性降低，因此需要一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在由于缺乏高硬度水性PU树脂，使得后续生产出的油墨耐热性较低，在温度较高的环境下容易出现回粘现象的缺点，而提出的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，包括以下步骤：
步骤一：选取有机二异氰酸酯化合物与聚碳酸酯二元醇进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，在反应过程中向溶液内部添加DMPA(二羟甲基丙酸)引入羧基，并保持在80℃的温度进行搅拌反应；
步骤二：对反应生成的产物进冷却，再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物；
步骤三：对中和后生成PU预聚物中添加蒸馏水进乳化，对乳化后的液体进行减压蒸馏得到PU种子乳液；
步骤四：向PU种子乳液中添加引发剂与高分子单体并进行自由基聚合反应；
步骤五：将双酚A溶解于丙酮溶液中，再将5％-10％的高硬度水性PU树脂与双酚A溶液以1:2.3的比例进行加热搅拌，将混合完成的液体加入到产品中进行反应，从而得到水性聚氨酯树脂。
上述技术方案进一步包括：
加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇之间的比例为2:1，在加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应的时候，先对加氢甲苯二异氰酸酯进行加热，然后缓慢向加氢甲苯二异氰酸酯添加聚碳酸酯二元醇，直到二者完全反应。
在对加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应所产生的化合物进行冷却时，等到冷却至40℃即可添加其他助剂。
所述引发剂为有机过氧化物引发剂，引发剂与高分子单体之间的比例为1.3:1。
所述中和剂与溶液之间的比列为2.1:1，同时需要先将中和剂与溶液之间进行溶解，再将溶解后的溶液添加到反应物中。
所述聚碳酸酯二元醇在进行添加时需要对其进行真空处理，去除聚碳酸酯二元醇中含有的空气。
所述双酚A溶液与丙酮之间的比例为1:(5.9-8.2)。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明中，通过在生产过程中添加5％-10％的高硬度水性PU树脂，使得后续产出的油墨耐高温能力强，避免在夏天气温较高的环境下出现喷头堵塞现象，提高了后续调配油墨的抗热性能。
2、本发明中，在对聚碳酸酯二元醇与加氢甲苯二异氰酸酯进行反应的过程中对聚碳酸酯二元醇进行真空处理，去除聚碳酸酯二元醇中含有的空气，并且通过添加N-甲基吡咯烷酮溶液，避免乳液粘度增大，产生的二氧化碳气体将引起涂膜发泡现象，保证了后续油墨的稳定性，通过添加双酚A作为扩链剂，不仅可以提高树脂的力学性能,而且可以提高树脂的玻璃化温度,拓宽内耗峰的宽度,改善树脂皮革态的温度范围。
具体实施方式
实施例一
第一步，选取有机二异氰酸酯化合物与聚碳酸酯二元醇进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，在反应过程中向溶液内部添加DMPA(二羟甲基丙酸)引入羧基，并保持在80℃的温度进行搅拌反应，并且聚碳酸酯二元醇在进行添加时需要对其进行真空处理，去除聚碳酸酯二元醇中含有的空气；
加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇之间的比例为2:1，在加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应的时候，先对加氢甲苯二异氰酸酯进行加热，然后缓慢向加氢甲苯二异氰酸酯添加聚碳酸酯二元醇，直到二者完全反应；
第二步，对加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应所产生的化合物进行冷却时，等到冷却至40℃再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物，中和剂与溶液之间的比列为2.1:1，同时需要先将中和剂与溶液之间进行溶解，再将溶解后的溶液添加到反应物中，再对中和后生成PU预聚物中添加蒸馏水进乳化，对乳化后的液体进行减压蒸馏得到PU种子乳液；
第三步，向PU种子乳液中添加引发剂与高分子单体并进行自由基聚合反应，引发剂为有机过氧化物引发剂，引发剂与高分子单体之间的比例为1.3:1；
将双酚A溶解于丙酮溶液中，再将5％-10％的高硬度水性PU树脂与双酚A溶液以1:2.3的比例进行加热搅拌，将混合完成的液体加入到产品中进行反应，从而得到水性聚氨酯树脂；
经过生产得到的水性聚氨酯树脂进调配呈油墨，再对油墨的性能进行测试，通过该实例的水性聚氨酯树脂调配的油墨在30度的温度下连续打印45min，色准良好，且打印机喷头未出现堵墨现象，并且对水性聚氨酯树脂胶所形成胶膜的吸水率进行检测，得到的吸水率为16.6％，处于良好状态，并且经过测试生产的竖直的力学性能有显著提高。
实施例二
第一步，选取有机二异氰酸酯化合物与聚碳酸酯二元醇进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，在反应过程中向溶液内部添加DMPA(二羟甲基丙酸)引入羧基，并保持在80℃的温度进行搅拌反应；
加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇之间的比例为2:1，在加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应的时候，先对加氢甲苯二异氰酸酯进行加热，然后缓慢向加氢甲苯二异氰酸酯添加聚碳酸酯二元醇，直到二者完全反应；
第二步，对加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应所产生的化合物进行冷却时，等到冷却至40℃再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物，中和剂与溶液之间的比列为2.1:1，同时需要先将中和剂与溶液之间进行溶解，再将溶解后的溶液添加到反应物中，再对中和后生成PU预聚物中添加蒸馏水进乳化，对乳化后的液体进行减压蒸馏得到PU种子乳液；
第三步，向PU种子乳液中添加引发剂与高分子单体并进行自由基聚合反应，引发剂为有机过氧化物引发剂，引发剂与高分子单体之间的比例为1.3:1；
将双酚A溶解于丙酮溶液中，再将5％-10％的高硬度水性PU树脂与双酚A溶液以1:2.3的比例进行加热搅拌，将混合完成的液体加入到产品中进行反应，从而得到水性聚氨酯树脂；
经过生产得到的水性聚氨酯树脂进调配呈油墨，再对油墨的性能进行测试，通过该实例的水性聚氨酯树脂调配的油墨在30度的温度下连续打印至25min，色准出现偏差，且后续打印中喷头出现堵墨现象，并且对水性聚氨酯树脂胶所形成胶膜的吸水率进行检测，得到的吸水率为21.6％，检测得出使用氨基扩链剂所生产的产品虽然力学性能提升，但粒径增大，影响打印质量。
实施例三
第一步，选取有机二异氰酸酯化合物与聚碳酸酯二元醇进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，在反应过程中向溶液内部添加DMPA(二羟甲基丙酸)引入羧基，并保持在80℃的温度进行搅拌反应，并且聚碳酸酯二元醇在进行添加时需要对其进行真空处理，去除聚碳酸酯二元醇中含有的空气；
加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇之间的比例为2:1，在加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应的时候，先对加氢甲苯二异氰酸酯进行加热，然后缓慢向加氢甲苯二异氰酸酯添加聚碳酸酯二元醇，直到二者完全反应；
第二步，对加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应所产生的化合物进行冷却时，等到冷却至40℃再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物，中和剂与溶液之间的比列为2.1:1，同时需要先将中和剂与溶液之间进行溶解，再将溶解后的溶液添加到反应物中；
第三步，向PU种子乳液中添加引发剂与高分子单体并进行自由基聚合反应，引发剂为有机过氧化物引发剂，引发剂与高分子单体之间的比例为1.3:1；
再向产品中添加溶液聚合乳液，然后再向产品中添加5％-10％的高硬度水性PU树脂，再进行搅拌，从而得到水性聚氨酯树脂；
经过生产得到的水性聚氨酯树脂进调配呈油墨，再对油墨的性能进行测试，通过该实例的水性聚氨酯树脂调配的油墨在30度的温度下连续打印20min，色准良好，但打印机喷头出现堵墨现象，并且对水性聚氨酯树脂胶所形成胶膜的吸水率进行检测，得到的吸水率为12.3％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选取有机二异氰酸酯化合物与聚碳酸酯二元醇进行反应，其中有机二异氰酸酯化合物为加氢甲苯二异氰酸酯，在反应过程中向溶液内部添加DMPA(二羟甲基丙酸)引入羧基，并保持在80℃的温度进行搅拌反应；
步骤二：对反应生成的产物进冷却，再向产物中添加中和剂与溶剂进行中和进而生成PU预聚物；
步骤三：对中和后生成PU预聚物中添加蒸馏水进乳化，对乳化后的液体进行减压蒸馏得到PU种子乳液；
步骤四：向PU种子乳液中添加引发剂与高分子单体并进行自由基聚合反应；
步骤五：将双酚A溶解于丙酮溶液中，再将5％-10％的高硬度水性PU树脂与双酚A溶液以1:2.3的比例进行加热搅拌，将混合完成的液体加入到产品中进行反应，从而得到水性聚氨酯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇之间的比例为2:1，在加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应的时候，先对加氢甲苯二异氰酸酯进行加热，然后缓慢向加氢甲苯二异氰酸酯添加聚碳酸酯二元醇，直到二者完全反应。
3.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，在对加氢甲苯二异氰酸酯与聚碳酸酯二元醇反应所产生的化合物进行冷却时，等到冷却至40℃即可添加其他助剂。
4.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，所述引发剂为有机过氧化物引发剂，引发剂与高分子单体之间的比例为1.3:1。
5.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，所述中和剂与溶液之间的比列为2.1:1，同时需要先将中和剂与溶液之间进行溶解，再将溶解后的溶液添加到反应物中。
6.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，所述聚碳酸酯二元醇在进行添加时需要对其进行真空处理，去除聚碳酸酯二元醇中含有的空气。
7.根据权利要求1所述的一种水性油墨用水性聚氨酯树酯的合成方法，其特征在于，所述双酚A溶液与丙酮之间的比例为1:(5.9-8.2)。
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