[发明专利]水性非离子聚氨酯抗静电涂层及制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种打印机用材料领域，具体涉及一种可与墨粉摩擦起电完成显影的水性聚氨酯涂层及其制备方法，应用于电子照相和打印机显影辊中。

【背景技术】

水性聚氨酯无毒、无污染，同时硬度、光泽、粘结性等性能与溶剂型聚氨酯相当，因此水性聚氨酯的研究与开发受到世界各国的普遍重视。目前，水性聚氨酯中，羧酸阴离子型聚氨酯乳液的研究相比非离子性聚氨酯乳液的研究更多。

在打印机电子照相系统中，依靠显影辊和调色剂之间不断摩擦、起电，从而完成显影和打印的过程。考察打印机的打印质量，通常采用单位质量墨粉的带电量Q/M和单位面积的上粉量M/A进行衡量。打印机工作中，摩擦带电使得静电复印技术得以实现，但如果打印过程中的静电过高，则会对打印机甚至人体带来危害。因此在电子成像显影技术中，常常需要添加抗静电剂。

抗静电剂析出在涂层表面，与空气中水分结合并形成导电通道，使电荷能很快地从涂层表面移走，从而获得抗静电效果。阳离子抗静电剂，尤其是季铵盐类抗静电剂，由于其优良的抗静电性能，在聚氨酯行业中备受青睐。目前水性聚氨酯乳液中可以使用的抗静电剂，也主要是季铵盐类抗静电剂。

常用的水性阴离子聚氨酯乳液，由于其侧链具有羧基、磺酸基等亲水集团，使乳液无法和季铵盐类抗静电剂共混。在低速搅拌的情况下，添加季铵盐类抗静电剂常常使水性阴离子聚氨酯乳液破乳。即使是在合成过程中将抗静电剂加入多元醇中，再和异氰酸酯反应制备水性阴离子聚氨酯，在添加1wt%季铵盐类抗静电剂时也会产生破乳现象。技术上的困难使水性阴离子聚氨酯乳液，难以用于制备性能优良、储存稳定的水性抗静电涂层。

中国专利文献CN102432992A公开了使用多元醇、异氰酸酯、扩链剂等制备非离子水性聚氨酯乳液的方法。该方法可以制备出非离子水性聚氨酯乳液，但不具有良好的摩擦带电性能。

另一份中国专利文献CN98120882.7公开了一种电子照相用显影剂，其具有较低的摩擦带电Q/M数值，但该显影剂为油性物质，只适合油性树脂使用。

上述资料中所提供的技术，都无法满足水性聚氨酯领域所要求的兼具良好物理性能和摩擦带电性能，从而无法满足打印机以及其他电子照相设备的使用要求。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供了一种性能优良、储存稳定、可以灵活调节带电量Q/M和上粉量M/A的水性非离子聚氨酯抗静电涂层。

本发明提供的水性非离子聚氨酯抗静电涂层技术方案包含下述重量百分比的组分：

水性非离子聚氨酯乳液50-95wt%，导电炭黑3.5-30wt%，水性抗静电剂0.5-10wt%，助剂1-10wt%；优选水性非离子聚氨酯乳液70-93.5wt%，导电炭黑5-20wt%，水性抗静电剂0.5-5wt%，其他助剂1-5wt%。

本发明还提供了一种制备上述水性非离子聚氨酯抗静电涂层的方法，包括以下步骤：

（1）制备水性非离子聚氨酯乳液：

向反应釜中依次加入20~40%异氰酸酯和50~70%羟基多元醇，在80-100℃条件下搅拌反应1-3小时，得到异氰酸酯预聚体；

将上述步骤制得的异氰酸酯预聚体降温至45-55℃，加入5~15%非离子亲水性扩链剂和5~15%小分子扩链剂以及上述混合物总量30~100%的低沸点溶剂进行扩链，得到聚氨酯溶液；

使聚氨酯溶液在高速剪切力作用下在含有成盐剂的水中进行乳化，真空下去除低沸点溶剂，得到水性非离子聚氨酯乳液；

（2）制备水性非离子聚氨酯抗静电液：

于步骤（1）制得的水性非离子聚氨酯乳液中按比例添加导电炭黑、水性抗静电剂及助剂，并在低的搅拌速度下搅拌混合；

（3）制备抗静电涂层：

将步骤（2）制得的水性非离子聚氨酯液喷涂于需涂覆加工的产品表层，然后放置于120-130℃烘箱中烘烤0.5-2小时，即得到水性非离子聚氨酯抗静电涂层。

上述所述的水性非离子聚氨酯抗静电涂层可应用在打印机以及其他电子照相设备中。

与现有技术相比，本发明提供的水性非离子聚氨酯抗静电涂层具有以下特点：

1）本发明使用水性聚氨酯树脂为非离子水性聚氨酯树脂，由于不含有离子性基团，在低速搅拌的条件下即可以与抗静电剂以任意比例混合，进而能够制备出抗静电涂层，且具有良好的摩擦带电性能；

2）本发明使用的抗静电剂为聚氨酯中常用的聚氨酯类抗静电剂，可以使用常见的市售品，成本低，容易获得。