[发明专利]一种水性聚氨酯油墨连接料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及油墨用聚氨酯连接料领域，尤其是涉及一种用于塑料薄膜凹版印刷无溶剂无锡类催化剂的水性油墨用聚氨酯连接料及其制备方法。

背景技术

目前食品包装凹版印刷所使用的油墨连接料主要是溶剂型聚氨酯。溶剂挥发不仅造成环境污染，危害印刷操作人员的身体健康，还可能渗透到食品中对食品安全造成潜在危害。随着环保要求的提高，市场上已出现较为环保的醇酯溶和醇溶聚氨酯油墨连接料。专利CN101255297公开了一种醇酯溶环保型连接料树脂。该连接料树脂是在聚氨酯/聚脲树脂中引入非极性的基团，使其不仅对PET、PA薄膜具有良好的附着牢度，而且对非极性的PE、PP薄膜也具有良好的附着牢度。专利CN102746735公开了一种醇溶性聚氨酯油墨连接料，其包括甲组分和乙组分，甲组分是由聚醚多元醇、异氰酸酯和多元胺反应生成的端氨基聚氨酯，乙组分是由聚醚多元醇、异氰酸酯和环氧树脂反应生成的环氧树脂改性的聚氨酯。上述连接料虽然取代了苯溶和酮溶连接料，但是其制造和使用过程中仍大量使用有机溶剂。随着环保要求的进一步提高，市场对非有机溶剂型油墨的需求正逐渐增大，应大力开发和应用水性油墨。水性油墨是目前美国药品与食品管理局认可的唯一一种可在食品、药品包装上印刷且不受限制的油墨。

水性油墨（简称水墨）是以水为主要溶剂，由水性高分子化合物形成的水性连接料与颜料、表面活性剂及相关助剂经复配研磨加工而成的一种印刷油墨。水性连接料是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。水性连接料品质的好坏，直接影响水性油墨的性能。

目前水性聚氨酯油墨连接料普遍存在着固含量低，耐水性、耐水解性、耐蒸煮性较差，对塑料薄膜附着牢度较差等不足。并且在水性聚氨酯合成过程中常采用有毒的有机锡类催化剂和添加高沸点的有机溶剂（如N-甲基吡咯烷酮等）溶解难溶单体和降低体系粘度，使得制备的水性聚氨酯残留有少量有毒的有机锡类催化剂和有机溶剂，在安全环保方面仍存在不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无溶剂无锡类催化剂的水性聚氨酯油墨连接料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种水性聚氨酯油墨连接料的制备方法，包括下述步骤：

（1）聚氨酯预聚体的制备：先在50～60℃下将羧酸型亲水性单体和三乙胺反应胺化成盐，然后升温至70～80℃，第一次加入二异氰酸酯，反应得到端-NCO基的预聚体，当NCO残余量达到理论值后，将多元醇加入预聚体混合物中继续反应，得到离子基团更集中于聚氨酯软段的端-OH的预聚体；然后向预聚体混合物中第二次加入二异氰酸酯反应至NCO残余量达到理论值，再加入醇类小分子扩链剂，视体系粘度情况添加适量丙酮调节粘度，反应得到聚氨酯预聚体；

（2）水分散乳化及后扩链：将上述制备的聚氨酯预聚体冷却至35～40℃，然后在高速搅拌下进行水分散乳化；乳化后加入胺类小分子扩链剂进行扩链和内交联改性，最后真空脱除残留的丙酮，即制得固含量约45%（44.5～45.5%）的水性聚氨酯油墨连接料。

各原料占下述单体总量的质量分数为：

其中，第一次加入的二异氰酸酯占二异氰酸酯总质量的14～28%。

所述三乙胺是以中和度100%的量添加的。

所述多元醇包括分子量为1000～2000的聚酯多元醇、聚醚多元醇，优选于聚ε-己内酯二醇、二聚脂肪酸酯二醇、聚丙二醇中的一种或几种。聚ε-己内酯二醇、二聚脂肪酸酯二醇和聚丙二醇具有较好耐水解性，其制备的水性聚氨酯在蒸煮过程中不易水解，对塑料薄膜具有良好的附着牢度。

所述第一次加入的二异氰酸酯为线性结构的六亚甲基二异氰酸酯；所述第二次加入的二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）中的一种或几种，优选于异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）。脂环族异氰酸酯制备的水性聚氨酯具有优异的耐黄变性，且具有优良的耐水性和耐热性。

所述的醇类小分子扩链剂为1,4-丁二醇、二甘醇、1,6-己二醇、乙二醇中的一种或两种以上，优选于1,4-丁二醇、二甘醇中的一种或两种。对称结构的小分子扩链剂进行扩链，有利于水性聚氨酯在成膜过程中结晶，使其耐水性和粘接强度较好。