Page 225 - 《精细化工》2021年第12期
P. 225

第 12 期                      赵庆仁，等:  非结晶性水性聚氨酯油墨连接料的合成                                   ·2587·


                 溶剂型油墨中的挥发性有机化合物（VOCs）严                        1   实验部分
            重污染环境。水性油墨可以防止 VOCs 污染，且具
            有高固含量、低黏度等优点，被认为是最符合可持                             1.1   试剂与仪器
            续发展理念的油墨。连接料被称为水性油墨的“心                                 HTPB（M n =3000，约 39.8 mg KOH/g），工业
            脏”，直接影响了水性油墨黏度、附着力、光泽度等                            级，湖北七八九化工有限公司；PNA（M n =2000，约
            性能  [1-3] 。水性聚氨酯因具有优异的耐磨性、耐腐蚀                      56.1 mg KOH/g），工业级，青岛新宇田化工有限公司；
            性以及良好的成膜性和柔韧性等优点，认为是在油                             IPDI（—NCO 质量分数约 37.5%），工业级，德国
            墨工业中最有前景的材料            [4-5] 。                     Bayer 公司；1,4-丁二醇（BDO），分析纯，上海阿拉
                 双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是一种具有低极                        丁生化科技有限公司；2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），
            性和低表面能的软包装材料，在印刷工业中的应用                             分析纯，瑞士柏斯托公司；辛酸亚锡（T9）、二月
                     [6]
            范围较广 。水性聚氨酯分子链中存在的大量极性                             桂酸二丁基锡（T12）、三乙胺（TEA）、乙二胺
            基团使得以水性聚氨酯为连接料的水性油墨在                               （EDA）、异丙醇，分析纯，丙酮（Ac），工业级，
            BOPP 薄膜上的附着力较差。为了提高水性油墨在                           国药集团化学试剂有限公司；水性色浆，工业级，
                                                        [7]
            BOPP 薄膜上的附着力，一种方法是通过表面接枝 、                         河北邢台恒基新材料有限公司；消泡剂 H448、流
                     [8]
            等离子体 、电晕        [9-11] 等对 BOPP 薄膜表面进行预处            平剂 BYK-333，工业级，广州市大川精细化工有限
            理，生成极性基团来提高表面能，以达到提高附着                             公司；分散剂 BYK-192，工业级，东莞市众邦颜料
            力的目的，但这种方法对技术要求相对较高，且成                             有限公司。
            本较高；另一种方法是将非极性基团引入聚氨酯分                                 Zetasizer Nano ZS90 粒径电位分析仪，英国
            子链上来提高疏水性和降低极性。LIANG 等                  [12] 使用    Malvern 公司；Nexus-870 型傅里叶变换红外光谱仪，
            3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷（AEAPTMS）                      美国 Nicolet 公司；DSA30 研究型接触角测量仪，
            为二胺扩链剂，合成了侧链带有烷氧基硅烷基团的                             德国 Kruss 公司；Bruker D8 Advance X 射线衍射仪，
            水性聚氨酯。改性后水性聚氨酯的水接触角增至                              德国 Bruker 公司；Q2000 型差示扫描量热仪，美国
            96.6°，吸水率降低到 1.8%；此外，在定向聚丙烯                        TA 公司；Instron 5967 电子万能材料试验机，美国
            （OPP）薄膜上的剥离强度也明显增强。ZHAO 等                   [13]   Instron 公司；WDW-5 微机控制电子万能试验机，
            使用聚全氟乙氧基甲氧基二氟乙基 PEG 醚（Fluorolink                   济南天辰试验机制造有限公司；S-4800 型冷场发射
            E10H）和自制的胍盐扩链剂将氟引入聚氨酯链段中。                          扫描电子显微镜，日本日立高新技术公司。
                                                      2
            改性后的水性聚氨酯的表面能降低至 9.12 mJ/m ，水                      1.2   水性聚氨酯乳液的制备
            接触角增加到 153.82°，表现出较好的疏水性。XU                            称取 3.40 g（1.13 mmol）HTPB 和 37.74 g
            等 [14] 通过全氟己基乙醇和超支化聚氨酯（HBPU）                       （18.87 mmol）PNA 加入四口烧瓶内，在 100  ℃、
            的接枝反应合成了一种氟烷基封端的超支化聚氨酯                             0.08 MPa 下真空脱水 40 min 后，降温，加入 17.76 g
            （HBPUF）。与普通聚氨酯相比，HBPUF 的水接触                        （80 mmol）IPDI；N 2 保护下升温至 90  ℃预聚反应
            角增加了 36.1°，吸水率降低了 125.1%。LIU 等              [15]   3 h；然后，降温至 50  ℃加入 1.58 g（17.56 mmol）
            将含有长烷基链的单硬脂酸甘油酯作为防水剂接入                             BDO、2.63 g（19.63 mmol）DMPA，在 80  ℃下反
            水性聚氨酯链段中，降低了吸水率和表面能，提高                             应 1 h；接着，加入 0.06 g T9 和 0.08 g T12 在 70  ℃
            了水接触角，疏水性能有了较大的提升。然而，这                             下催化反应 4 h。其间根据反应物状态加入适量的丙
            些方法虽然使聚氨酯的极性降低，疏水性提高，但                             酮来调节黏度，冷却至室温后在高速剪切下加入
            存在原料昂贵、合成过程复杂等问题，限制了其在                             2.74 mL （19.80 mmol）TEA，并加适量去离子水乳
            实际中的应用。                                            化，然后加入 0.93 g（15.50 mmol）EDA 反应 15 min；
                 本文拟使用非结晶性聚己二酸新戊二醇酯                            最后，采用减压蒸馏法脱去乳液中的丙酮，即可制
            （PNA）和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为基础原                          得 R（—NCO/—OH 物质的量比）值为 1.4、固含量
            料，加入不同含量的端羟基聚丁二烯（HTPB）来制                           为 36.73%的水性聚氨酯连接料。将 HTPB 含量为 0、
            备一系列含非极性基团的水性聚氨酯，以此为连接                             6%、12%、18%、24%、30%、36%（以 PNA 的物
            料配制水性油墨。考察 HTPB 含量对水性聚氨酯表                          质的量计，下同）的样品分别记为 WPU0、WPU1、
            面能、耐水性能、力学性能和在 BOPP 薄膜上剥离                          WPU2、WPU3、WPU4、WPU5、WPU6，配料表见
            强度等性能的影响。                                          表 1，合成路线如下所示。
   220   221   222   223   224   225   226   227   228   229   230