（完整版）水性油墨用水性聚氨酯的合成与研究毕业设计(2)

Synthesis and research of waterborne polyurethane for

application in water-based ink binder

Abstract: In this paper, a series of waterborne polyurethane emulsions with different Chromatography (GPC), thermogravimetric (TG) and X-ray diffractometer (XRD) were utilized to characterize the bulk structures and thermal properties of PUDs. The results show that nanoscale waterborne polyurethane dispersions with weakly crystallinity were synthesized. The PU4 with dispersion coefficient of 4.314, Zeta potential value of -92.2mv and average particle size of 56.4 nm, be optimized for the application as ink binder .

Key words: Waterborne polyurethane; Hard-soft-segment molar ratio; Water-based ink; Nanoparticles

引言

水性聚氨酯(WPU)是一种环境友好型高分子材料，具备优异粘结性、弹性、耐寒性、高光泽以及软硬度随温度变化不大等优点。由于其通用性和环境友好性，关于水性聚氨酯及其改性研究现已成为最活跃的研究领域之一。用在油墨连接料中的树脂的性质决定着油墨的各种适印性能。聚氨酯树脂以其极好的耐磨性、耐擦伤性、耐溶剂性、粘结性能以及良好的低温性能 ，高光泽、保光性，且应用性能具有较广泛的可调性，可以满足各种不同的要求而在油墨中的应用日趋广泛，成为最重要的树脂材料之一，在网版印刷、塑料包装和复合薄膜的印刷方面都占有举足轻重的地位。聚氨酯（PU）是含有氨基甲酸酯（-NHCOO-）基团的聚合物，通常由异氰酸酯（含有－NCO 基团）或其加成物与含活泼氢（主要是羟基中的活泼氢）的聚多元醇反应而成。聚氨酯具有强度高、耐磨性、耐屈挠性、耐低温性和耐油、耐化学品性能优异等特点。自二十世纪30 年代末问世以来，并随着各国环保法规对 VOC 的限制以及人们对环保的重视，再加上技术上的不断进步，它的应用领域不断拓宽，产量逐年增加，发展非常迅速。

世界工业的发展向低碳经济转变，人们对包装印刷安全性的需求越来越高。水性用墨是由连结料、助剂、水及色料经复合研磨加工而成的。目前我国水性油墨占油墨总销量的30%，而国外水性油墨的占用率早已达到了80%，美国市场上95%柔版印刷品采用水性油墨，80%凹版印刷品采用水性油墨[1]。因此，寻找出合适的水性油墨用水性聚氨酯连结料，对水性油墨的广泛应用就有了非常大的意义。故而，本实验选用采用分子质量为2000的聚氧化丙烯二醇（PPG-2000），异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二羟甲基丙酸(DMPA)，三乙胺(TEA)，二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，1,4- 丁二

醇(BDO )，N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）等为主要原料，通过阴离子自乳化法，即在高分子预聚体中引入带有亲水基团的DMPA，无需外加乳化剂直接分散于水中的制备方法，克服了外乳化法所得到的乳液不稳定、耐黄变性能不好的缺点。不论从理论还是实践的角度来讲，研究水性聚氨酯都有重要的意义。

第一章 绪 论

1.1概述

水性聚氨酯是一种聚氨酯粒子分散于水中的二元胶体体系，分子链中含有亲水性基团，因此与水具有很强的亲和性，它不仅具有溶剂型聚氨酯耐低温、柔韧性好、粘接强度大的优良性能，还具有无毒、无异味、不可燃、不污染环境、节约能源、运输安全、加工方便、成膜透气性好等优点。制备聚氨酯分散体大多使用脂肪族异氰酸酯，其保色性和耐候性优于芳香族异氰酸酯，而且与水的反应活性也远小于芳香族异氰酸酯[2]。 聚氨酯分子主链是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段所构成的嵌段聚合物。低聚物多元醇（如聚醚，聚酯）构成软段，二异氰酸酯和小分子扩链剂（如二醇和二胺）构成硬段。聚氨酯材料软段主要影响材料的弹性并对其低温性能和拉伸性能有显著的影响，硬段对材料的撕裂强度和模量有显著的影响[3]。作为油墨最核心的连结料决定着油墨的性能，特别是印刷性能，如粘度、干燥性、流动性、光泽等[4]。在环保油墨中已显示出很不错的应用价值，其研究正受到人们的热切关注，对于高档水性聚氨酯作为水性油墨连结料正呈现蒸蒸日上的形势。

1.2水性聚氨酯发展概况

1.2.1水性聚氨酯国内发展概况

水性聚氨酯在国内的研究开始较晚，从上世纪70年代开始，国内研究人员对水性聚氨酯分散体进行了相关研究。近年来，国内对水性聚氨酯的研究非常活跃，研究范围不断拓展，研究水平不断提高。

蔡栋宇，项尚林，陈贤益，等[5]采用相对分子量为2000的聚酯多元醇 ，甲苯二异氰酸酯（TDI）， 二羟甲基丙酸( DMPA) ， 甲基丙烯酸甲酯(MMA )， 丙烯酸丁酯( BA)，醋酸乙烯酯( VA c) ，丙烯酸- B- 羟乙基酯(HEA )， 三乙胺( TEA)和过硫酸钾( KPS )为原料，通过乳液共聚法制备了聚氨酯- 聚丙烯酸酯( PUA)复合乳液， 并以酞菁蓝为颜料配制了塑料凹版水性油墨， 讨论了乙烯基单体甲基丙烯酸甲酯(MMA) 和丙烯酸丁酯( BA)对PUA 乳液及其水性油墨的性能的影响。结果表明， 随着MMA含量的增加， PUA 复合乳液的粘度先减小然后增大。随着m ( BA) m (MMA)的增加， PUA 乳液的粘度先变大随后减小。用固含量为30% (质量分数) 的PUA 乳液配制的水性油墨的粘度随时间推移而增大。水性油墨的初干性随MMA 与聚氨酯( PU) 的质量比的增加而变好， 但随着m ( BA) m (MMA)的增加而变差。当MMA 与PU的质量比达到0.25后， 水性油墨不仅对PET薄膜具有优异的附着牢度， 对OPP薄膜也有良好的附着牢度， 同时具有良好的耐水耐酸性能。

方长青， 张茂荣， 任鹏刚，等[6]运用聚氨酯具有极好的耐磨性、耐溶剂性、粘接性能， 以及良好的低温性能、高光泽、保光性等性能优势。以聚氨酯为主要粘结料， 通过添加适量助剂， 进行水性油墨的制备实验， 并对聚氨酯基水性油墨的抗水性、光泽度、初干性、细度等性能指标进行了分析。水性色浆， 固含量为30%左右， pH 值为8到9之间。结果表明， 表面活性剂分子在颜料表面形成一层保护外壳， 能有效增强连接料和颜料

的亲和力，从而使连接料与颜料充分相溶，最终提高水性油墨体系的稳定性， 改善水性油墨的性能。 利用聚氨酯代替传统树脂粘结料， 能制备综合性能优异的环保型水性油墨。

林祥福，陈建福[7]采用预聚体法， 以聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸( DMPA )为原料制备了聚酯型水性聚氨酯乳液。将一定量的聚酯多元醇在120摄氏度下真空脱水， 将计量好的TDI缓慢滴加到装有冷凝管， 机械搅拌和通氮气管的三口烧瓶里， 升温到75℃ 反应2小时， 加入DMPA 扩链并加几滴催化剂， 升温到85℃反应，隔一定时间取样并用二正丁胺法滴定， 当NCO% 达到理论值时降温到40℃， 加入丙酮降低粘度， 用三乙胺进行中和， 在快速搅拌下加含有乙二胺的去离子水进行乳化分散， 减压将溶剂蒸馏除去， 得到稳定的水性聚氨酯乳液。考察了NCO OH 比、亲水扩链剂 DMPA 用量、中和度、乙二胺用量对水性聚氨酯乳液粒径的影响。结果表明， 随着NCO OH 比的增大， 乳液粒径增大; 随着DMPA 用量和中和度的增加， 乳液的粒径减小; 随着乙二胺用量的增大， 乳液的粒径先减小后增大最适宜的乙二胺用量为水性聚氨酯质量分数的0.3%。 …… 此处隐藏：1826字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……