水性聚氨酯印刷油墨-合成原料與性能的關(guān)系

油墨行業(yè)所使用的水性聚氨酯要求光澤度好、對材料的粘接強(qiáng)度大、在一定溫度下抗粘連性好等。根據(jù)這些性能要求，對聚氨酯的結(jié)構(gòu)特征、功能性和合成配方、工藝等有以下要求:選擇合適的多元酸和多元醇，合成具有耐溫性能的聚酯多元醇；引入對材質(zhì)具有較強(qiáng)粘接力的極性基團(tuán)；選擇合適的原料，改善聚氨酯的結(jié)晶性；使用偶聯(lián)劑和其它助劑來改善油墨用水性聚氨酯膠粘劑的耐濕熱性能。

1.水性聚氨酯的軟段，由低聚物多元醇構(gòu)成。聚酯型聚氨酯含有強(qiáng)極性的酯基，軟硬段之間的氫鍵作用力遠(yuǎn)大于聚醚型聚氨酯；此外，聚酯型聚氨酯樹脂分子鏈的柔順性低于聚醚型鏈的柔順性，鏈段運(yùn)動能力較差，不利于軟段和硬段之間的各自聚集成相，因而其微相分離程度較低。由于酯基的極性大、內(nèi)聚能高，分子間作用力較大，因而聚酯型聚氨酯的拉伸強(qiáng)度高于聚醚型；致使其印刷涂膜與尼龍纖維的分子間作用力較大，附著性和粘結(jié)力較好。

2.水性聚氨酯的硬段，水性聚氨酯的硬段由二異氰酸酯和小分子擴(kuò)鏈劑等構(gòu)成。二異氰酸酯包括芳香族和脂肪族兩大類。芳香族主要有甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)；脂肪族主要有六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)。由脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯制成的聚氨酯，耐水性比芳香族異氰酸酯的好，因而水性聚氨酯產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性好。芳香族聚氨酯中的硬段含有較為剛性的苯環(huán)鏈節(jié)，其硬段微區(qū)對軟段相的補(bǔ)強(qiáng)作用較為明顯，從而具有較高的拉伸強(qiáng)度。其中MDI樹脂的分子鏈較為規(guī)整，印刷涂布時，其與尼龍纖維分子間的距離較小，易于形成氫鍵，改善了印刷涂膜對尼龍布的附著性；而IPDI和TDI分子中均含有側(cè)基，結(jié)構(gòu)對稱性較差，不利于形成氫鍵，附著性較差。為了調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量及軟、硬段比例，常使用小分子擴(kuò)鏈劑，主要是含羥基或含胺基的低相對分子質(zhì)量多官能團(tuán)化合物，與異氰酸酯共同使用時起到擴(kuò)鏈劑和交聯(lián)劑的作用，從而影響水性聚氨酯硬段和軟段的關(guān)系，并直接影響產(chǎn)品性能。常用的為小分子二元胺，二元胺擴(kuò)鏈劑能形成脲鍵，脲鍵的極性比氨酯鍵強(qiáng)，因而二元胺擴(kuò)鏈的水性聚氨酯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、模量、粘附性和耐熱性。

3.親水?dāng)U鏈劑，親水性擴(kuò)鏈劑是指能在水性聚氨酯大分子主鏈上引入親水基團(tuán)的擴(kuò)鏈劑，同時起到乳化劑的作用，擴(kuò)鏈劑中常含有羧基、磺酸基及仲胺基等。擴(kuò)鏈劑的加入，可以提高內(nèi)聚強(qiáng)度、軟化點(diǎn)和粘接強(qiáng)度等。2，2-二羥甲基丙酸(DMPA)是常用的親水?dāng)U鏈劑，其相對分子質(zhì)量較小(Mn=134)，較少的用量就能提供足夠的羧基量；其親水基(即羧基)位于分子鏈段中，用叔胺作為中和劑可以制成穩(wěn)定性好、膜耐水、耐溶劑性能極佳的水性聚氨酯。

4.成鹽劑，水性聚氨酯在硬段鏈上引入親水性基團(tuán)如羧基后，必須用堿中和成離子型鹽后才具有良好的親水性。常用的成鹽劑有三乙胺(TEA)、氫氧化鈉和氨水等，氫氧化鈉或氨水成鹽的乳液通常顆粒粒徑大，外觀不好，因此常選用TEA作為成鹽劑。

5.交聯(lián)劑，水性聚氨酯中由于親水基團(tuán)的存在，膠膜的耐水性、耐熱性及粘接力均較差，而水性油墨的耐水性對使用有重要意義，如果水墨的耐水性能差，會導(dǎo)致水墨遇水乳化而失去光澤，嚴(yán)重時還會完全掉色，影響產(chǎn)品形象。為了提高其耐水性能，目前較為有效的方法是添加交聯(lián)劑，使之與分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)可分為內(nèi)交聯(lián)和外交聯(lián)，內(nèi)交聯(lián)主要用于單組分交聯(lián)型水性聚氨酯，外交聯(lián)則主要用于雙組分水性聚氨酯的制備。油墨的聚氨酯粘合劑以單組分居多，所以適宜采用內(nèi)交聯(lián)。

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