CN116265536A - 一种pvc基材用水性油墨及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水性聚氨酯技术领域，尤其涉及IPC C08L75领域，更具体的，涉及一种PVC基材用水性油墨及其制备与应用。按质量份数计，包括50‑70份聚氨酯‑丙烯酸酯乳液、2‑10份助剂、0.2‑0.5份pH调节剂、5‑8份有机溶剂、5‑15份水、10‑16份颜料。改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：(10‑30)：(5‑25)，可提高油墨的耐水性以及耐磨性；多元醇包括聚酯多元醇，所述聚酯多元醇平均羟值为50～150mg KOH/g，可提高油墨的透明度。
Description
技术领域
本发明涉及水性聚氨酯技术领域，尤其涉及IPC C08L75领域，更具体的，涉及一种PVC基材用水性油墨及其制备与应用。
背景技术
水性油墨与目前常用的溶剂型油墨对比，其主要优势体现在水性油墨的连结料使用水作为溶剂，在应用过程中能够有效减少有机挥发物(VOC)的排放量，对人体无伤害。水性油墨是当今世界公认的经济、环保型油墨，也是目前唯一获得美国美国食品药品监督管理局(FDA)认证的油墨。当前，水性油墨在塑料薄膜的应用方面还存在一些问题，主要是由于承印物的表面吸收性差及油墨的印刷适性不良引起的。目前聚氨酯和丙烯酸酯是油墨行业普遍应用的两种主要树脂，它们优缺点互补，适合用作水性油墨的连接料。但聚氨酯与丙烯酸酯仅通过物理共混存在相容性较差的缺点。
CN108948860B公开了一种水性凹印油墨用水性醛酮改性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，该水性凹印油墨用水性醛酮改性聚氨酯乳液，包括按照质量百分比计的如下组分：水性聚氨酯乳液77％-85％，水性醛酮乳液15％-23％。该发明制得的水性凹印油墨用水性醛酮改性聚氨酯乳液可使得水性油墨对经过电晕处理的BOPP薄膜具有较好的附着力；此外，本发明的水性凹印油墨用水性醛酮改性聚氨酯乳液可在水性凹印油墨中得到广泛应用，解决了传统BOPP薄膜印刷中存在的挥发性有机溶剂带来的对环境和人体不友好，及导致油墨易燃的安全性问题。但由于水性聚氨酯乳液与水性醛酮乳液相容性不够高，可能使水性油墨的耐磨性受到影响。
发明内容
为克服背景技术中的不足。本发明提供了一种PVC基材用水性油墨及其制备与应用，通过添加改性蓖麻油并调整聚氨酯以及丙烯酸酯组分间的配比，所制得的水性油墨达到了耐磨，耐晒，耐拖拉的效果，粘贴后清晰度，以及较好的干燥度和贴合度。
为达到本发明的目的，本发明第一方面提供了一种PVC基材用水性油墨，按质量份数计，包括50-70份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、2-10份助剂、0.2-0.5份pH调节剂、5-8份有机溶剂、5-15份去离子水、10-16份颜料。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3-7份、多元醇20-35份、二异氰酸酯16-25份、扩链剂1-2份、中和剂0.5-1份、溶剂10-30份、水20-40份、乳化剂3-8份、醛酮树脂分散液5-10份、丙烯酸酯类单体20-35份、引发剂1-3份。
所述改性蓖麻油包括环氧改性蓖麻油。
所述环氧改性蓖麻油的原料，按重量份计，包括：蓖麻油5-20份，羧酸0.5-2份，双氧水1-4份，催化剂0.05-0.2份。
优选的，所述环氧改性蓖麻油的原料，按重量份计，包括：蓖麻油10份，羧酸0.6，双氧水2份，催化剂0.1份。
所述羧酸包括甲酸、乙酸、丙烯酸中一种。
优选的，所述羧酸包括丙烯酸。
所述催化剂包括磷酸、硫酸、硫酸铵中一种。
优选的，所述催化剂包括磷酸。
所述双氧水浓度为50wt％，购自成都市劲力实业有限公司。
所述蓖麻油，质量分数为99％，购自艾特(山东)新材料有限公司。
所述环氧改性蓖麻油的制备，包括以下步骤：加入蓖麻油，羧酸混合均匀，得到混合液1；将双氧水，催化剂混合均匀，得到混合液2；将混合液2滴加到混合液1中，控制滴加时间0.5-1h，滴加完成后，40-60℃反应0.5-3h，取上层油层经水洗，减压蒸馏即得。
优选的，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇，丙二醇中的一种。
进一步优选的，所述有机溶剂包括乙醇。
优选的，所述颜料包括，红(巴斯夫，水溶颜料3855)，蓝(巴斯夫，水溶颜料6875)，黄(巴斯夫，水溶颜料1256)中至少一种，均购自上海精颜化工有限公司。
所述多元醇包括聚酯多元醇，所述聚酯多元醇平均羟值为50～150mg KOH/g。
优选的，所述多元醇包括聚酯多元醇，所述聚酯多元醇平均羟值为56mg KOH/g，购自绿联(济宁)化学科技有限公司，型号：HSH220。
申请人在实验过程中发现，引入改性蓖麻油尤其是羟基含量较高的含有不饱和双键的蓖麻油可改善聚氨酯与丙烯酸酯间的相容性，促使两种聚合物互相贯穿交织形成具有空间立体结构的共聚物，所述改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：(10-30)：(5-25)时，提高油墨的耐水性以及耐磨性，推测体系形成了最佳的互穿结构，随着改性蓖麻油含量的增加，由于酯基的内聚能比醚基高,将它作为软段的一部分,可以获得较好的拉伸强度,通过反应将交联点引入聚氨酯主链,不饱和碳碳双键能提供水性聚氨酯和丙烯酸酯单体共聚反应的接枝活性点,提高聚合物的交联密度，改性蓖麻油含量过高时，油墨耐磨性能开始降低，可能是由于交联度过大,应力集中在局部网链上,有效网链数较小,承载不均匀，同时还可能导致油墨稳定性降低，可能由于聚氨酯的交联密度提高,而亲水性基团的含量不变,从而使分散颗粒变大,稳定性下降。
优选的，所述改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：(10-30)：(5-25)。
进一步优选的，所述改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：10：10。
所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)。
优选的，所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，所述异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)重量比为2：(0.8-1.5)。
进一步优选的，所述异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)重量比为2：1。
所述扩链剂包括乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩二乙二醇中的一种。
优选的，所述扩链剂包括乙二醇。
所述中和剂为小分子胺类中和剂。
优选的，所述中和剂包括三乙胺。
所述溶剂包括丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮、异佛尔酮、二丙酮醇中的一种。
优选的，所述溶剂包括丙酮。
所述醛酮树脂分散液羟值为180-290mg KOH/g。
优选的，所述醛酮树脂分散液羟值为260mg KOH/g，购自济南远眺醛酮树脂有限公司，型号：KR-120W。
优选的，所述乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠。
所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：(3-5)。
优选的，所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：4。
优选的，所述丙烯酸烷基酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种。
优选的，所述羟基丙烯酸单体丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种。
进一步优选的，所述丙烯酸烷基酯包括丙烯酸异辛酯，所述羟基丙烯酸单体丙烯酸羟乙酯。
所述引发剂包括偶氮二异丁腈和过氧化二叔丁基中的一种。
优选的，所述引发剂包括偶氮二异丁腈。
所述助剂包括流平剂，分散剂，所述流平剂，分散剂重量比为1：(2-4)。
优选的，所述助剂包括流平剂，分散剂，所述流平剂，分散剂重量比为1：2。
进一步优选的，所述流平剂品牌：赢创，型号：TEGO Gldie 450，所述分散剂品牌：赢创，型号：TEGODispers 760W，均购自上海伽田化工科技有限公司。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备，包括以下步骤：
步骤1、将改性蓖麻油、多元醇、二异氰酸酯混合，监测异氰酸酯基团含量达到预定值，加入扩链剂,反应完成后，降温加入部分溶剂，继续反应，冷却后，在高速搅拌下加入中和剂、水、乳化剂，得混合物1；
步骤2、将丙烯酸酯类单体，引发剂，剩余溶剂混合均匀，得到混合物2；
步骤3、在混合物1中滴加混合物2,控制滴加时间，滴完后,降温得到混合物3；
步骤4、将醛酮树脂分散液加入混合物3，混合均匀即得。
所述滴加时间为2-3h。
优选的，所述滴加时间为2.5h。
所述步骤1中反应的温度为70-90℃。
优选的，所述步骤1中反应的温度为75-85℃。
进一步优选的，所述步骤1中反应的温度为80℃。
本发明第二方面提供了一种PVC基材用水性油墨的制备方法，包括以下步骤：将聚氨酯-丙烯酸酯乳液、去离子水、颜料、有机溶剂、助剂按依次加入，在高速搅拌机上搅拌10-30分钟，之后移入高速研磨分散设备，再添加氧化锆珠，研磨基墨1-2小时，添加pH调节剂调制中性，过滤，即得。
本发明第三方面提供了一种PVC基材用水性油墨的应用，通过冷压或热帖的方式应用到PVC基材上。
有益效果：
1.所述改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：(10-30)：(5-25)，可提高油墨的耐水性以及耐磨性。
2.使用环氧改性蓖麻油，可进一步提高油墨的透明度。
3.所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：(3-5)，可提高油墨的附着力。
4.所述醛酮树脂分散液羟值为180-290mg KOH/g时，可提高油墨的附着力以及耐磨性。
5.所述滴加时间为2-3h，所述步骤1中反应的温度为70-90℃时，可提高油墨的耐水性以及抗老化性能。
具体实施方式
实施例1
一种PVC基材用水性油墨，按质量份数计，原料为60份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、4份助剂、0.3份pH调节剂、7份有机溶剂、10份去离子水、15份颜料。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3份、多元醇30份、二异氰酸酯20份、扩链剂1份、中和剂0.5份、溶剂10份、水20份、乳化剂4份、醛酮树脂分散液7份、丙烯酸酯类单体30份、引发剂1.5份。
所述改性蓖麻油包括环氧改性蓖麻油。
所述环氧改性蓖麻油的原料，按重量份计，包括：蓖麻油10份，羧酸0.6，双氧水2份，催化剂0.1份。所述羧酸包括丙烯酸。所述催化剂包括磷酸。所述双氧水浓度为50wt％，购自成都市劲力实业有限公司。所述蓖麻油，质量分数为99％，购自艾特(山东)新材料有限公司。
所述环氧改性蓖麻油的制备，包括以下步骤：加入蓖麻油，羧酸混合均匀，得到混合液1；将双氧水，催化剂混合均匀，得到混合液2；将混合液2滴加到混合液1中，控制滴加时间1h，滴加完成后，48℃反应1h，取上层油层经水洗，减压蒸馏即得。
所述多元醇包括聚酯多元醇，所述聚酯多元醇平均羟值为56mg KOH/g，购自绿联(济宁)化学科技有限公司，型号：HSH220。
所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，所述异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)重量比为2：1。
所述扩链剂包括乙二醇。
所述中和剂包括三乙胺。
所述溶剂包括丙酮。
所述有机溶剂包括乙醇。
所述醛酮树脂分散液羟值为260mg KOH/g，购自济南远眺醛酮树脂有限公司，型号：KR-120W。
所述乳化剂包括十二烷基苯磺酸钠。
所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：4，所述丙烯酸烷基酯包括丙烯酸异辛酯，所述羟基丙烯酸单体丙烯酸羟乙酯。
所述引发剂包括偶氮二异丁腈。
所述颜料包括，红(巴斯夫，水溶颜料3855)，购自上海精颜化工有限公司。
所述助剂包括流平剂，分散剂，所述流平剂，分散剂重量比为1：2。
所述流平剂品牌：赢创，型号：TEGO Gldie 450，所述分散剂品牌：赢创，型号：TEGODispers 760W，均购自上海伽田化工科技有限公司。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备，包括以下步骤：
步骤1、将改性蓖麻油、多元醇、二异氰酸酯混合，监测异氰酸酯基团含量低于10wt％，加入扩链剂,反应完成后，降温至70℃，加入四分之三的溶剂，继续反应，冷却至40℃，在高速搅拌(1000rpm)下加入中和剂、水、乳化剂，得混合物1；
步骤2、将丙烯酸酯类单体，引发剂，剩余溶剂混合均匀，70℃反应1h，得到混合物2；
步骤3、在混合物1中滴加混合物2,控制滴加时间，滴完后,降温至40℃，得到混合物3；
步骤4、将醛酮树脂分散液加入混合物3，混合均匀即得。
所述滴加时间为2.5h，所述步骤1中反应的温度为80℃。
一种PVC基材用水性油墨的制备方法，包括以下步骤：将聚氨酯-丙烯酸酯乳液、去离子水、颜料、有机溶剂、助剂按依次加入，在高速搅拌机上搅拌20分钟，之后移入高速研磨分散设备，再添加氧化锆珠，研磨基墨2小时，添加pH调节剂调制中性，过滤，即得。
一种PVC基材用水性油墨的应用，通过冷压的方式应用到PVC基材上。
实施例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例2中所述：一种PVC基材用水性油墨，按质量份数计，原料为60份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、3份助剂、0.2份pH调节剂、8份有机溶剂、12份去离子水、13份颜料。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3份、多元醇28份、二异氰酸酯19份、扩链剂1份、中和剂0.5份、溶剂10份、水20份、乳化剂4份、醛酮树脂分散液7份、丙烯酸酯类单体30份、引发剂1.5份。
所述步骤1中反应的温度为78℃。
实施例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例3中所述一种PVC基材用水性油墨，按质量份数计，原料为60份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、4份助剂、0.3份pH调节剂、7份有机溶剂、8份去离子水、13份颜料。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3份、多元醇32份、二异氰酸酯21份、扩链剂1份、中和剂0.5份、溶剂10份、水20份、乳化剂4份、醛酮树脂分散液7份、丙烯酸酯类单体28份、引发剂1.3份。
所述步骤1中反应的温度为82℃。
实施例4
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例4中所述：一种PVC基材用水性油墨，按质量份数计，原料为60份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、3份助剂、0.2份pH调节剂、8份有机溶剂、12份去离子水、13份颜料。
所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3.5份、多元醇26份、二异氰酸酯18份、扩链剂1份、中和剂0.5份、溶剂10份、水20份、乳化剂4份、醛酮树脂分散液9份、丙烯酸酯类单体28份、引发剂1.5份。
实施例5
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例5中所述：所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：3，所述丙烯酸烷基酯包括丙烯酸异辛酯，所述羟基丙烯酸单体丙烯酸羟乙酯。
实施例6
具体实施方式同实施例1；不同的是，实施例6中所述：所述丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯，所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：5，所述丙烯酸烷基酯包括丙烯酸异辛酯，所述羟基丙烯酸单体丙烯酸羟乙酯。
对比例1
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例1中所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，原料为改性蓖麻油3份、多元醇35份、二异氰酸酯22份、扩链剂1份、中和剂0.5份、溶剂10份、水20份、乳化剂4份、醛酮树脂分散液7份、丙烯酸酯类单体10份、引发剂0.8份。
对比例2
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例2中所述羟基丙烯酸单体，丙烯酸烷基酯重量比为1：2。
对比例3
具体实施方式同实施例1；不同的是，对比例3中所述滴加时间为1.5h，所述步骤1中反应的温度为70℃。
性能测试方法
1.透明度测试：将实施例1-6和对比例1-3中所得水性油墨用100μm的涂布器涂布在有图案的PVC薄膜上，涂覆厚度1mm，PVC薄膜上尺寸：50mm
×50mm，待油墨完全干燥后，透过油墨若能清楚看见字和图案则认为油墨的透明度高，视为合格，否则视为透明度低，不合格。测试数据列于表1中。
将实施例1-3和对比例1-3中所得水性油墨用100μm的涂布器涂布在PVC薄膜上，PVC薄膜上尺寸：50mm×50mm，待油墨完全干燥后，进行以下性能测试，测试数据列于表1中。
2.耐磨性测试：采用RCA测试(即纸带摩擦试验)，符合175g力，纸带连续转动200次，墨层不漏底即为合格。
3.附着力检测：参照GB/T9286-1998。
4.老化性能：参照GB/T1766-2008测试粉化等级。
性能测试数据
表1
| 透明度 | 耐磨性 | 附着力(级) | 老化性能(级) | |
| 实施例1 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 实施例2 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 实施例3 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 实施例4 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 实施例5 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 实施例6 | 合格 | 合格 | 0 | 0 |
| 对比例1 | 合格 | 不合格 | 1 | 1 |
| 对比例2 | 合格 | 合格 | 2 | 1 |
| 对比例3 | 不合格 | 合格 | 1 | 2 |
Claims (10)
1.一种PVC基材用水性油墨，其特征在于，按质量份数计，包括50-70份聚氨酯-丙烯酸酯乳液、2-10份助剂、0.2-0.5份pH调节剂、5-8份有机溶剂、5-15份水、10-16份颜料。
2.根据权利要求1所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按重量份计，包括改性蓖麻油3-7份、多元醇20-35份、二异氰酸酯16-25份、扩链剂1-2份、中和剂0.5-1份、溶剂10-30份、水20-40份、乳化剂3-8份、醛酮树脂分散液5-10份、丙烯酸酯类单体20-35份、引发剂1-3份。
3.根据权利要求2所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述环氧改性蓖麻油的原料，按重量份计，包括：蓖麻油5-20份，羧酸0.5-2份，双氧水1-4份，催化剂0.05-0.2份。
4.根据权利要求3所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述环氧改性蓖麻油的制备，包括以下步骤：加入蓖麻油，羧酸混合均匀，得到混合液1；将双氧水，催化剂混合均匀，得到混合液2；将混合液2滴加到混合液1中，控制滴加时间0.5-1h，滴加完成后，40-60℃反应0.5-3h，取上层油层经水洗，减压蒸馏即得。
5.根据权利要求4所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述改性蓖麻油、多元醇、丙烯酸酯类单体重量比为1：(10-30)：(5-25)。
6.根据权利要求1所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备，包括以下步骤：
步骤1、将改性蓖麻油、多元醇、二异氰酸酯混合，进行反应，监测异氰酸酯基团含量达到预定值，加入扩链剂,反应完成后，降温加入部分溶剂，继续反应，冷却后，在高速搅拌下加入中和剂、水、乳化剂，得混合物1；
步骤2、将丙烯酸酯类单体，引发剂，剩余溶剂混合均匀，得到混合物2；
步骤3、在混合物1中滴加混合物2,控制滴加时间，滴完后,降温得到混合物3；
步骤4、将醛酮树脂分散液加入混合物3，混合均匀即得。
7.根据权利要求6所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述滴加时间为2-3h。
8.根据权利要求7所述的PVC基材用水性油墨，其特征在于，所述步骤1中反应的温度为70-90℃。
9.一种根据权利要求8所述的PVC基材用水性油墨的制备，其特征在于，包括以下步骤：将聚氨酯-丙烯酸酯乳液、去离子水、颜料、有机溶剂、助剂按依次加入，在高速搅拌机上搅拌10-30分钟，之后移入高速研磨分散设备，再添加氧化锆珠，研磨1-2小时，添加pH调节剂调至中性，过滤后，滤液即得。
10.一种根据权利要求1所述的PVC基材用水性油墨的应用，其特征在于，通过冷压或热帖的方式应用到PVC基材上。
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2023
- 2023-03-13 CN CN202310232879.1A patent/CN116265536B/zh active Active
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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