CN114437325A - 树脂与墨水 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及墨水,更特别涉及墨水所含的树脂。
背景技术
UV固化油墨逐渐取代传统溶剂型油墨,其具有环保安全、节能省材、可快速定制化及数字自动化生产的优势。以往UV固化油墨主要应用于硬板基材(如PCB)或面板保护涂层等高硬度及强化保护层。目前的UV固化油墨形成涂层后,缺乏柔韧性而无法应用于柔性基材如PI或PU等膜材。至于3D列印及喷墨印刷的需求为快速固化及低收缩率,亦非目前的UV固化油墨所能达到。综上所述,目前亟需新的UV固化油墨及涂料以符合上述需求。
发明内容
本发明一实施例提供的树脂,其化学结构为其中Core为由多羟基化合物与多个含羟基的环氧化合物反应而成,且多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比为1∶6至1∶20;R1为C1-5的亚烷基;R2各自包括 或n=1-3;x=8-24;y=0-8;x+v=16-24。
在一些实施例中,多羟基化合物包括三个羟基,且多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶6至1∶15之间。
在一些实施例中,多羟基化合物包括四个羟基,且多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶8至1∶20之间。
在一些实施例中,多羟基化合物包括季戊四醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,1,1-三羟甲基丙烷、1,4-环己烷二甲醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、上述的二聚体、上述的三聚体或上述的聚合物。
在一些实施例中,含羟基的环氧化合物为脂肪族环氧化合物。
在一些实施例中,含羟基的环氧化合物包括缩水甘油、3-乙基-3-氧杂丁环甲醇、3-烷基-3-(羟基烷氧基)氧杂环丁烷、3,3-二(羟基烷基)氧杂环丁烷或上述的组合。
在一些实施例中,树脂具有6至16个丙烯酸酯末端基。
本发明一实施例提供的墨水,包括:树脂;紫外线固化单体;以及光引发剂,其中树脂的化学结构为:其中Core为由多羟基化合物与多个含羟基的环氧化合物反应而成,且多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比为1∶6至1∶20;R1为C1-5的亚烷基;R2各自包括或n=1-3;x=8-24;y=0-8;以及x+y=16-24;其中树脂与紫外线固化单体的重量比例介于100∶30至100∶5000之间,而树脂与光引发剂的重量比例介于100∶30至100∶500之间。
在一些实施例中,树脂具有6至16个丙烯酸酯末端基。
在一些实施例中,墨水还包括添加剂,且树脂与添加剂的重量比例介于100∶20至100∶200之间。
具体实施方式
在一实施例中,多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶6至1∶20之间。举例来说,当多羟基化合物具有三个羟基时,多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶6至1∶15之间。举例来说,当多羟基化合物具有四个羟基时,多羟基化合物与含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶8至1∶20之间。若含羟基的环氧化合物的比例过低,则无法提供足够的支化醚链。若含羟基的环氧化合物的比例过高,则因支化醚链过高造成后续反应加工不易。
举例来说,多羟基化合物与含羟基的环氧化合物反应形成Core的反应可如下所示:
在上式中,a可为3、4或更多,即多羟基化合物的羟基数目。上式的多羟基化合物中心X为季碳,但本发明并不局限于此。举例来说,多羟基化合物的中心可为C2-10的烷基、C3-10的环烷基、C6-10的芳基或C5-10的杂芳基。举例来说,多羟基化合物可为季戊四醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,1,1-三羟甲基丙烷、1,4-环己烷二甲醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、上述的二聚体、上述的三聚体或上述的聚合物。上式的含羟基的环氧化合物为缩水甘油,但本发明并不局限于此。举例来说,含羟基的环氧化合物可为脂肪族环氧化合物,比如缩水甘油、3-乙基-3-氧杂丁环甲醇、3-烷基-3-(羟基烷氧基)氧杂环丁烷或3,3-二(羟基烷基)氧杂环丁烷、类似物或上述的组合。在上述反应式中,多羟基化合物的所有羟基均与含羟基的环氧化合物的环氧基进行开环反应形成一代的中间产物G1,而中间产物G1的所有羟基再与含羟基的环氧化合物的环氧基进行开环反应形成二代的中间产物G2。在一实施例中,多羟基化合物的部分羟基与中间产物G1的部分羟基,可能不会与含羟基的环氧化合物的环氧基进行反应。换言之,树枝状化合物的末端羟基小于或等于a×2×2。在一实施例中,树枝状化合物不限于二代的中间产物G2。其可再与含羟基的环氧化合物的环氧基进行开环反应,形成三代的中间产物、四代的中间产物或更多代的中间产物,以此类推。
上述核心Core(如中间分子G2)可与多个链延长剂如环内酯反应,如下所示:
在上式中,n可为1至3。在一实施例中,核心Core(如中间分子G2)可有部分羟基不参予环内酯开环的链延长反应,即R为H的数目如y=0-8。至于与环内酯开环进行链延长反应后的R为的数目如x=8-24,且x+y=16-24。不论如何,核心至少有部分羟基与环内酯反应,以达链延长的效果。若x的数目过低(链延长的比例不足),则包含树脂的墨水在成膜后无法有效提伸膜材的可挠性。
接着可取封端基如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸环氧丙酯、2-氨基丙烯酸或类似物与链延长的分子进行反应,以形成树脂。若采用丙烯酸,上述反应可如下所示:
在上式中,部分未链延长的羟基(若存在,如对应y的官能基)可与丙烯酸酯反应,而部分链延长的羟基(如对应x的官能基)可与丙烯酸酯反应。在一些实施例中,所有羟基均与丙烯酸反应即R′非H或在其他实施例中,部分羟基不与丙烯酸反应,即部分的R′为H或此时可采用其他封端剂如C2-6的酸类(如乙酸或丙酸)或酸酐类(如醋酸酐或顺丁烯二酸酐)与上述化合物反应,将部分或全部残留的羟基转为酯基。以酸酐(其他封端剂)为例,上述反应如下式。虽然下式中所有残留的羟基均与酸酐反应形成酯基,但其他实施例可残留少量羟基未反应。在下式中,R3可为C1-5的烷基。
在一实施例中,多羟基化合物与封端剂的摩尔比例介于1∶6至1∶20之间。若封端剂的比例过低,则未封端的羟基过多,造成分子粘度较高,不利后续应用。若封端剂的比例过高,超过羟基官能数则无法进行封端酯化反应。在一些实施例中,树脂具有6至16个丙烯酸酯末端基。若丙烯酸酯末端基的数目过少,则每分子交联反应官能基比低,使其后续在墨水应用中反应性差。
本发明一实施例提供的墨水,包括:上述树脂、紫外线固化单体、以及光引发剂。举例来说,紫外线固化单体可为1,6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或类似物。在一实施例中,树脂与紫外线固化单体的重量比例可介于100∶30至100∶5000之间。若紫外线固化单体的重量比例过低,则墨水粘度过高,与光引发剂相容性差、加工应用性差。若紫外线固化单体的重量比例过高,则光固化后物性差,无法提供应用特性。在一实施例中,光引发剂可为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。在一实施例中,树脂与光引发剂的重量比例可介于100∶30至100∶500之间。若光引发剂的重量比例过低,则固化效果不完全,无法应用。若光引发剂的重量比例过高,则容易造成墨水稳定性不佳,以及固化后材料过脆易裂。
在一些实施例中,墨水还包括添加剂,且树脂与添加剂的重量比例介于100∶20至100∶200之间。举例来说,添加剂可为附着助剂、流平剂、抑制剂、表面活性剂、填料、颜料或上述的组合。附着助剂可增进墨水与基材之间的附着力,流平剂可使涂层的厚度均匀,抑制剂可提供墨水储存稳定性,表面活性剂可使墨水中的组成均匀分散,填料可增加墨水成膜后的机械性质,而颜料可改变墨水成膜后的外观颜色。若添加剂的用量过多,则导致墨水固化后的应用物性变差。
上述墨水可涂布于柔性基材如塑胶、纸张或皮革上,且在照光固化后具有可挠性。上述墨水的涂布方法可为旋转涂布、浸涂、滚涂、喷涂、线涂或其他可行方法。
为让本发明的上述内容和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特别列举实施例作详细说明如下:
[实施例]
制备例1(制备树脂核心Core)
将10.2g的季戊四醇(0.075mole)溶解在250.0mL的1,4-二氧六环中,再加入88mL的甲醇钾(25%甲醇溶液,0.3mole),在室温下与氮气中搅拌均匀0.5小时。升温至75℃至80℃,接着将59.9mL的缩水甘油(0.9mole)加入上述溶液后均匀搅拌12小时,静置后分两层。移除上层(澄清溶剂层)后,加入50mL的甲醇与阳离子交换树脂中和到中性。过滤移除阳离子交换树脂,将粗产物减压浓缩去除溶剂后,得到69.25g的树脂核心DPPolG2(产率90%)。以质谱仪及滴定可知,单一树脂核心DPPolG2分子为由1个季戊四醇与12个缩水甘油反应而成(G1=4,G2=8),并具有16个末端羟基。经由GPC测量可知,树脂核心DPPolG2的重均分子量介于802至1320之间。经由滴定可知,树脂核心DPPolG2的羟基值介于870至922mgKOH/g。树脂核心DPPolG2的结构如下:
制备例2(链延长)
取35.8g的制备例1制备的树脂核心DPPolG2(33mmole)溶于60.0g的环己内酯(528mmole),再加入0.06g的异辛酸亚锡(0.15mmole)。将上述反应物搅拌均匀,并加热至90℃-120℃之间。回流反应约16小时后,降温至室温,即得链延长的树脂DPPolG2-CA。经由ESI-MS测量可知,链延长的树脂DPPolG2-CA分子具有16个环内酯链延长基。链延长的树脂DPPolG2-CA的m/z为1425.8334(2851.6668/2),且含有环内酯链延长基重复单元信号,其m/z为114(即16个环内酯链延长基)。上述反应如下:
制备例3(封端)
取94.1g的制备例2制备的链延长的树脂DPPolG2-CA(33mmole)溶解在110.0mL的甲苯中,再加入19.0g的丙烯酸(264mmole)、5.0g的甲基磺酸(52.8mmole)以及1.31g的对甲氧酚(10.56mmole)。架设Dean-Stark装置以进行除水反应。上述反应物搅拌均匀并持续通入空气,并加热至85℃-90℃之间。反应约1.5小时后,加入23.8g的冰醋酸(396mmole)再反应1.5小时。冷却至约40℃后进行减压浓缩,移除甲苯溶剂以得粗产物。以250mL的乙酸乙酯与250mL的纯水萃取粗产物三次,取有机层。减压浓缩有机层以去除溶剂,即得97.2g的树脂DPPolG2-CAMA。经由核磁共振光谱仪测量可知,树脂DPPolG2-CAMA分子具有6至8个末端丙烯酸酯基与10至12个醋酸酯基。树脂DPPolG2-CAMA的末端为丙烯酸酯与乙酸酯。经由粘度计(Brookfield DV2T)测量可知,树脂DPPolG2-CAMA在25℃下的粘度为350-510cps。上述反应如下式:
制备例4(先链延长再进行环氧开环)
将10.2g的季戊四醇(0.075mole)溶于34.2g的环己内酯(0.3mole),再加入0.03g的异辛酸亚锡(0.075mmole)。将上述反应物搅拌均匀,并加热至90℃-120℃之间。回流反应约16小时后,降温至室温,即得产物Penta-CA。经由核磁共振光谱仪与质谱仪测量可知,产物Penta-CA分子具有4个环内酯链延长基。取44.3g的Penta-CA(0.075mole)溶解在250.0mL的1,4-二氧六环中,再加入88mL的甲醇钾(25%甲醇溶液,0.3mole),在室温下与氮气中搅拌均匀0.5小时。升温至75℃-80℃接着将59.9mL的缩水甘油(0.9mole)加入上述溶液后均匀搅拌12小时,降温至室温,减压浓缩去除溶剂后,经由质谱仪测量,无预期产物分子量,此合成步骤无法得到具有多个末端丙烯酸酯基的预期产物。
制备例5(无链延长直接封端)
取10.0g的制备例1制备的核心树脂D4KLG2(9.76mmole)溶解在20.0mL的甲苯中,再加入11.25g的丙烯酸(156.08mmole)、1.52g的甲基磺酸(15.76mmole)以及0.182g的对甲氧酚(1.46mmole)。架设Dean-Stark装置以进行除水反应。上述反应物搅拌均匀并持续通入空气,并加热至85℃-90℃之间。反应约3小时。反应后冷却至室温后进行减压浓缩,移除甲苯溶剂以得粗产物。以50.0mL的乙酸乙酯与50mL的纯水萃取粗产物三次,取有机层。减压浓缩有机层以去除溶剂,即得12.1g的树脂D4KLG2-16AA。经由核磁共振光谱仪测量可知,单一树脂D4KLG2-16AA分子具有12至16个末端丙烯酸酯基。经由GPC测量可知,树脂D4KLG2-16AA的重均分子量为2340.76,而PDI为2.37。经由粘度计(Brookfield DV2T)测量可知,树脂D4KLG2-16AA在25℃下的粘度为862cps。
实施例1-1
取20重量份的制备例3的树脂DPPolG2-CAMA、15重量份的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、25重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、20重量份的乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(EOEOEA)、10重量份的附着助剂、与10重量份的光引发剂混合后,形成墨水。上述墨水在25℃时的粘度为18.9cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚氨酯皮膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2813测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达60100次。
比较例1-1
取20重量份的聚氨酯树脂DR-U384(购自长兴材料)、15重量份的TMPTA、25重量份的HDDA、20重量份的EOEOEA、10重量份的附着助剂、与10重量份的光引发剂混合后,形成墨水。上述墨水在25℃时的粘度为127.8cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚氨酯皮膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2813测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达50100次,但无法达到60100次。
比较例2-1
取20重量份的聚酯树枝状树脂6363(购自长兴材料)、15重量份的TMPTA、25重量份的HDDA、20重量份的EOEOEA、10重量份的附着助剂、与10重量份的光引发剂混合后,形成墨水。上述墨水在25℃时的粘度为33.6cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚氨酯皮膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2813测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达40100次,但无法达到50100次。
比较例3-1
取20重量份的制备例5的树脂D4KLG2-16AA、15重量份的TMPTA、25重量份的HDDA、20重量份的EOEOEA、10重量份的附着助剂、与10重量份的光引发剂混合后,形成墨水。上述墨水在25℃时的粘度为34.1cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚氨酯皮膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2813测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达50100次,但无法达到60100次。由实施例1-1与比较例3-1可知,链延长的树脂可有效增加膜材的耐挠次数。
实施例1-2
取5重量份的制备例3的树脂DPPolG2-CAMA、15重量份的聚氨酯丙烯酸酯树脂(PUA)、12重量份的TMPTA、20重量份的HDDA、13重量份的四氢呋喃丙烯酸酯(THFA)、12重量份的丙烯酸异冰片酯(IBOA)、5重量份的附着助剂、8重量份的光引发剂、与10重量份的白色色粉混合后,形成墨水。上述墨水在50℃时的粘度为10.5cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚酰亚胺膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2176测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达20100次。
比较例1-2
取5重量份的聚氨酯树脂DR-U384、15重量份的PUA、12重量份的TMPTA、20重量份的HDDA、13重量份的THFA、12重量份的IBOA、5重量份的附着助剂、8重量份的光引发剂、与10重量份的白色色粉混合后,形成墨水。上述墨水在50℃时的粘度为15.8cps(以BrookfieldDV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚酰亚胺膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2176测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达16100次,但无法达到20100次。
比较例2-2
取5重量份的聚酯树枝状树脂6363、15重量份的PUA、12重量份的TMPTA、20重量份的HDDA、13重量份的THFA、12重量份的IBOA、5重量份的附着助剂、8重量份的光引发剂、与10重量份的白色色粉混合后,形成墨水。上述墨水在50℃时的粘度为11.1cps(以BrookfieldDV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚酰亚胺膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2176测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达8100次,但无法达到10100次。
比较例3-2
取5重量份的制备例5的树脂D4KLG2-16AA、15重量份的PUA、12重量份的TMPTA、20重量份的HDDA、13重量份的THFA、12重量份的IBOA、5重量份的附着助剂、8重量份的光引发剂、与10重量份的白色色粉混合后,形成墨水。上述墨水在50℃时的粘度为12.3cps(以Brookfield DV2T测量)。以F060FKB9号涂布棒涂布上述墨水于聚酰亚胺膜上,以形成16微米厚的湿膜。以紫外线照射湿膜以固化成膜。固化后膜材的百格可达5B(ASTM-D3359)。以ASTM-D2176测量固化后的膜材耐挠曲次数。固化后的膜材的耐挠次数可达10100次,但无法达到16100次。由实施例1-2与比较例3-2可知,链延长的树脂可有效增加膜材的耐挠次数。
虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作任意的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (12)
2.如权利要求1所述的树脂,其中该多羟基化合物包括三个羟基,且该多羟基化合物与这些含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶6至1∶15之间。
3.如权利要求1所述的树脂,其中该多羟基化合物包括四个羟基,且该多羟基化合物与这些含羟基的环氧化合物的摩尔比例介于1∶8至1∶20之间。
4.如权利要求1所述的树脂,其中该多羟基化合物包括季戊四醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,1,1-三羟甲基丙烷、1,4-环己烷二甲醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、上述的二聚体、上述的三聚体或上述的聚合物。
5.如权利要求1所述的树脂,其中这些含羟基的环氧化合物为脂肪族环氧化合物。
6.如权利要求1所述的树脂,其中这些含羟基的环氧化合物包括缩水甘油、3-乙基-3-氧杂丁环甲醇、3-烷基-3-(羟基烷氧基)氧杂环丁烷、3,3-二(羟基烷基)氧杂环丁烷或上述的组合。
7.如权利要求1所述的树脂,其中该树脂具有6至16个丙烯酸酯末端基。
10.如权利要求9所述的墨水,其中该树脂具有6至16个丙烯酸酯末端基。
12.如权利要求9所述的墨水,其中该墨水还包括添加剂,且该树脂与该添加剂的重量比例介于100∶20至100∶200之间。
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