CN115595036A - 一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及替塑光油技术领域，更具体地说，它涉及一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其包括以下重量百分比组分：多异氰酸酯5～10％、多元醇8～15％、亲水改性多元醇1～2％、中和剂1～2％、扩链剂0.5～1.5％、丙烯酸单体8～10％、催化剂0.01～0.1％、硅烷偶联剂1～3％、及余量去离子水。利用本发明的丙烯酸改性聚氨酯分散体制备得到的替塑光油具有优异的附着力、抗刮耐磨、耐弯折、抗回黏性能，克服了现有单组分替塑光油性能不佳的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及替塑光油技术领域，更具体地说，它涉及一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体及其制备方法。
背景技术
随着环保法规日益严格、人们环保意识增强，包装材料上的塑料覆膜将逐渐被水性替塑光油取代。目前使用的水性替塑油多为与氮丙啶交联剂搭配使用的双组分乳液，性能虽好，但氮丙啶本身具有毒性不环保，且双组分导致有效操作时间短，对施工应用有一定限制。
市场上虽也有一些单组分的水性聚氨酯丙烯酸分散体，但普遍存在附着力差、抗弯性能差、抗热回粘性差的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体；此分散体在施工时环保、操作时间长，具有时效长好控制的特点，而且在成膜后具有优异的附着力、抗刮耐磨、耐弯折、抗回黏性能。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，包括以下重量百分比组分：多异氰酸酯5～10％、多元醇8～15％、亲水改性多元醇1～2％、中和剂1～2％、扩链剂0.5～1.5％、丙烯酸单体8～10％、催化剂0.01～0.1％、硅烷偶联剂1～3％、及余量去离子水。
优选地，所述多异氰酸酯选自TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯甲烷二异氰酸酯)、HMDI(二环己基甲烷二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、HDI(六亚甲基二异氰酸酯)中的一种或多种。
优选地，所述多元醇选自PPG1000(聚丙二醇1000)、PPG2000(聚丙二醇2000)、PTMEG1000(聚四氢呋喃醚二醇1000)、PTMEG2000(聚四氢呋喃醚二醇2000)、PCL2000(聚己内酯二元醇2000)、PCDL1000(聚碳酸酯二元醇1000)中的一种或多种。
优选地，所述亲水改性多元醇选自DMPA(2,2-二羟甲基丙酸)、DMBA(二羟甲基丁酸)中的一种或两种；所述中和剂为TEA(三乙胺)。
优选地，所述扩链剂选自ADH(己二酸二酰肼)、乙二胺、IPDA(异佛尔酮二胺)中的一种或多种。
优选地，所述丙烯酸单体选自MMA(甲基丙烯酸甲酯)、BA(丙烯酸丁酯)、2-EHA(丙烯酸异辛酯)、St(苯乙烯)中的一种或多种。
优选地，所述催化剂选自KPS(过硫酸钾)、SPS(过硫酸钠)、APS(过硫酸铵)中的一种或多种。
优选地，所述硅烷偶联剂选自A-174(甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)、A-172(乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷)、A-171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A-151(乙烯基三乙氧硅烷)中的一种或多种。
本发明的另一目的是提供一种上述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将多元醇投入干燥的反应釜中100～110℃真空脱水1～2h，然后降温至85～90℃；
S2：加入多异氰酸酯、亲水改性多元醇在85～90℃反应4h，后2h根据黏度大小加入部分丙烯酸单体降黏；
S3：降温至60℃加入剩余的丙烯酸单体稀释聚氨酯预聚体；
S4：降温至50℃，加入中和剂中和5～15min；
S5：高速剪切下加入去离子水分散；
S6：降温至40℃，滴加扩链剂，保温1h后加入双键硅偶联剂；
S7：升温至75℃，加入催化剂，待温度升高至80～90℃后，保温1h；
S8：降温40℃以下过滤出料，即得一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体。
本申请具有以下有益效果：(1)在合成聚氨酯预聚体时，将丙烯酸单体替代溶剂添加到体系中降黏，与添加高沸点溶剂降粘相比，更显环保；(2)聚氨酯预聚体在水相中扩链，能极大地增加聚氨酯的分子量，使树脂的弹韧性、耐弯折、附着力等性能得到提升；(3)在丙烯酸酯部分通过引入硅烷偶联剂，不但能极大地提高分散体树脂对油墨底涂的附着力，还能增加树脂强度，使其抗刮耐磨、抗回黏等性能也显著增加；(4)利用本发明的水性丙烯酸改性聚氨酯分散体制备得到的替塑光油为单组份涂料，具有优异的施工性能，满足行业需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
表1不同实施例及对比例的配方数据表
根据实际需要，表1中的多异氰酸酯还可以选用TDI、MDI、HDI中的一种或几种组合；多元醇还可以选用PPG1000、PPG2000、PTMEG2000、PCL2000中的一种或几种组合；亲水改性多元醇还可以选用DMBA；扩链剂还可以选用ADH、IPDA中的一种或两种组合；丙烯酸单体还可以选用St、2-EHA中的一种或两种组合；交联剂还可以选用A-171(乙烯基三甲氧硅烷)、A-151(乙烯基三乙氧硅烷)中的一种或两种组合；催化剂还可以选用KPS、SPS、APS中两种以上的组合。
根据上述表1中的配方及下述的制备方法，分别制备实施例1～5及对比例1～2中的替塑光油用的水性聚氨酯丙烯酸分散体，其制备方法包括以下步骤：
S1：将多元醇投入干燥的反应釜中110℃真空脱水2h，然后降温至90℃；
S2：加入多异氰酸酯、亲水改性多元醇在85～90℃反应4h，后2h根据黏度大小加入部分丙烯酸单体降黏；
S3：降温至60℃加入剩余的丙烯酸单体稀释聚氨酯预聚体；
S4：降温至50℃，加入中和剂中和10min；
S5：高速剪切下加入去离子水分散；
S6：降温至40℃，滴加扩链剂，保温1h后加入双键硅偶联剂；
S7：升温至75℃，加入催化剂，待温度升高至80℃后，保温1h；
S8：降温40℃以下过滤出料，即得一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体。
将上述实施例1～5及对比例1～2制备得到的丙烯酸酯改性聚氨酯分散体按常规方法制备成替塑光油进行性能测试，其中替塑光油的配方如下：
表2不同替塑光油料的配方表
将上述制备得到替塑光油用300线展色轮均匀涂布于印刷有油墨层的印刷样张纸上，置于100℃烘箱中烘干(约10s)，自然冷却后进行测试。具体测试项目如下表：
表3测试项目方法表
上述制备得到的替塑光油的测试数据如下：
表4不同替塑光油的测试数据表
由表4中实施例1～5的测试数据可以看出，本发明的丙烯酸改性聚氨酯分散体应用在替塑光油中均具有优异的耐磨性、油墨层附着力、耐折弯、防刮花及抗回黏性能。
对比实施例2与对比例1可以看出：当丙烯酸酯改性聚氨酯分散体的配方中缺少硅烷偶联剂时，替塑光油的耐磨性、油墨层附着力、耐折弯、防刮花、抗回黏性能均会降低，说明在丙烯酸酯部分通过引入硅烷偶联剂，不但能极大地提高本树脂对油墨层的附着力，还能增加树脂强度，使其抗刮耐磨、抗回黏等性能也显著增加。
对比实施例4(或5)与对比例2可以看出：当丙烯酸酯改性聚氨酯分散体的配方中缺少扩链剂时，替塑光油的油墨层附着力、耐折弯、防刮花、抗回黏性能均会降低，说明聚氨酯预聚体在水相中扩链，能极大地增加聚氨酯的分子量，使树脂的弹韧性、耐弯折、附着力等性能得到提升。
综合对比实施例2、4、5与对比例1～2可以看出，要提高分散体的性能一方面要通过聚氨酯部分提高其弹韧性、耐弯折、附着力性能，另一方面要通过丙烯酸酯部分提高其抗刮耐磨、抗回黏与附着力性能；结合两者优点即可提高分散体的整体性能。
综上，本发明具有以下有益效果：(1)在合成聚氨酯时，将丙烯酸单体替代溶剂添加到体系中降黏，与添加高沸点溶剂降粘相比，更显环保；(2)聚氨酯预聚体在水相中扩链，能极大地增加聚氨酯的分子量，使树脂的弹韧性、耐弯折、附着力等性能得到提升；(3)在丙烯酸酯部分通过引入硅烷偶联剂，不但能极大地提高树脂对油墨层的附着力，还能增加树脂强度，使其抗刮耐磨、抗回黏等性能也显著增加；(4)利用本发明的水性丙烯酸酯改性聚氨酯分散体制备得到的替塑光油为单组份涂料，具有优异的施工性能，满足行业需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，包括以下重量百分比组分：多异氰酸酯5～10％、多元醇8～15％、亲水改性多元醇1～2％、中和剂1～2％、扩链剂0.5～1.5％、丙烯酸单体8～10％、催化剂0.01～0.1％、硅烷偶联剂1～3％、及余量去离子水。
2.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述多异氰酸酯选自TDI、MDI、HMDI、IPDI、HDI中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述多元醇选自PPG1000、PPG2000、PTMEG1000、PTMEG2000、PCL2000、PCDL1000中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述亲水改性多元醇选自DMPA、DMBA中的一种或两种；所述中和剂为TEA。
5.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述扩链剂选自ADH、乙二胺、IPDA中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述丙烯酸单体选自MMA、BA、2-EHA、St中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述催化剂选自KPS、SPS、APS中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自A-174、A-172、A-171、A-151中的一种或多种。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将多元醇投入干燥的反应釜中100～110℃真空脱水1～2h，然后降温至85～90℃；
S2：加入多异氰酸酯、亲水改性多元醇在85～90℃反应4h，后2h根据黏度大小加入部分丙烯酸单体降黏；
S3：降温至60℃加入剩余的丙烯酸单体稀释聚氨酯预聚体；
S4：降温至50℃，加入中和剂中和5～15min；
S5：高速剪切下加入去离子水分散；
S6：降温至40℃，滴加扩链剂，保温1h后加入双键硅偶联剂；
S7：升温至75℃，加入催化剂，待温度升高至80～90℃后，保温1h；
S8：降温40℃以下过滤出料，即得一种替塑光油用的丙烯酸改性聚氨酯分散体。
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