一种用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂及其制备方法
【专利说明】一种用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂及其制备方法。
【背景技术】
[0003]聚氨酯(PU)是指主链上含有大量氨基甲酸酯基团(-NHC00-)的高聚物聚氨基甲酸酯(Polyurethane)的简称。通过改变原料种类及组成,可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。按其分子结构可分为线型和体型两种。体型结构中由于交联密度不同，可呈现硬质、软质或介乎两者之间的性能，具有高强度、高耐磨和耐溶剂等特点。
[0004]聚氨酯树脂主要分为油性聚氨酯树脂和水性聚氨酯树脂。油性聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯溶于二甲基酰胺(DMF)，甲苯等有机溶剂而得到。水性聚氨酯树脂是将高聚物聚氨基甲酸酯分散于水中而制的。在目前的制革企业中，90%以上还是使用油性聚氨酯树脂，只有不到10%的企业在使用水性聚氨酯树脂。
[0005]油性聚氨酯树脂含有大量的二甲基酰胺(DMF)，甲苯等有机溶剂，在制造过程中对周围环境和现场操作人员的身体健康造成很大伤害。由于化学溶剂大多数易燃易爆，容易引起火灾，因此油性树脂成为制革行业“三高”的头号威胁。另外，油性聚氨酯树脂制作的产品，在不添加阻燃剂的情况下，也不具有阻燃的性能。
[0006]水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。
[0007]目前使用在镀铝薄膜上的附着层主要是使用溶剂型清漆，在生产使用中会造成大量的VOC排放。而现有的水性清漆在PET薄膜上的附着力较差，PE膜上的更是难以附着。而且为了增加附着力使用大量的助剂会使得涂层的致密性下降，在后续的真空电镀工序中容易被铝原子击穿而造成镀铝层的光泽度下降，变哑，影响附着力、影响涂层的装饰效果。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种柔韧性、高强度、高附着力以及易于分散的，用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂及其制备方法。
[0009]一种用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂，包含以下重量份数的各成份:
聚合物多元醇90-110份
二羟甲基丙酸6-8份
三羟甲基丙烷0-0.5份异佛尔酮二异氰酸酯30-40份
三乙胺0.4-0.6份
水300-350 份
其中，聚合物多元醇为聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸二甘醇酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种。
[0010]优选的，所述聚合物多元醇的分子量为800~1200。
[0011]优选的，所述聚合物多元醇的分子量为1000。
[0012]优选的，所述聚合物多元醇的羟值为50~80mgK0H/g。
[0013]所述聚合物多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯中的-NCO的摩尔比为1:1.2-1.4。
[0014]优选的，所述水性聚氨酯树脂包含以下重量份数的各成份:
聚合物多元醇102份
二羟甲基丙酸6.9份
三羟甲基丙烷0.26份
异佛尔酮二异氰酸酯35份
三乙胺0.5份水330份
一种用于薄膜印刷清漆的水性聚氨酯树脂的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
(1)按配比将聚合物多元醇、二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷，投入干燥的反应釜中，110°C真空脱水I小时，然后110° C下保温1-2小时；
(2)降温到90°C，加入异佛尔酮二异氰酸酯，20-50rpm速度下反应3_6小时；
(3)降温到35°C，加入三乙胺，1500-2500rpm速度下分散0.5-1.5分钟；
(4)然后快速加入300-350份水，1500-2500rpm速度下分散均匀即可得到水性聚氨酯树脂。
[0015]其中，所制备的水性聚氨酯树脂的分子量为15-21万。
[0016]将所述水性聚氨酯树脂使用乙醇稀释固含量到20%，使用涂布机辊涂到PE薄膜上，使用250目的网纹辊，机速30m/min，张力5kgf，烘道温度65_110°C，时间约25-30秒，出烘道收卷，要求不粘辊。涂布完成后的薄膜进入真空镀铝机中镀铝2 μ m,即得镀铝膜产品。
[0017]本发明方案通过聚氨酯合成反应合成一种具有高结晶性的羟基聚合物，该聚氨酯聚合物具有很好的柔韧性和强度，与PE，PET薄膜具有相似的柔韧性，高强度以保障涂层不易在真空电镀过程中被击穿，同时保障了涂层的附着力。使用了较多的二羟甲基丙酸及含有较多的羟基，使得粒径较小，成膜透明度高，所涂层的效果光亮度高。在合成中，添加三羟甲基丙烷，提高了交联密度，成膜后的聚合物交联度大，结晶性高，更加致密，提高了耐击穿性能。同时，通过改变聚氨酯聚合物的配方得到成膜极性不同的聚氨酯聚合物，进而得到性能更优的聚合物。在合成中引入了羟基基团，使得聚合物在较高的分子量的情况下也易于分散在水中，得到高透明度的水分散体。同时，羟基基团的引入增加了其与铝层的附着力。
【具体实施方式】
[0018]以下结合实施例对本发明作进一步说明，其中所述各份数均为重量份数。
[0019]实施例1 (1)将90份800分子量的聚己二酸新戊二醇酯二醇，6份二羟甲基丙酸，投入干燥的反应釜中，110°C真空脱水I小时，然后110° C下保温1-2小时；
(2)降温到90°C，加入30份异佛尔酮二异氰酸酯，20-50rpm速度下反应3_6小时；
(3)降温到35。。，加入0.4份三乙胺，1500-2500rpm速度下分散0.5-1.5分钟；
(4)然后快速加入300份水，1500-2500rpm速度下分散均匀即可得到水性聚氨酯树脂。
[0020]所计算的配比分子量约15万，对所制备的水性聚氨酯树脂进行性能测试。
[0021]附着力测试方法:使用3M 610胶带，紧密贴合在涂层上后，将胶带拉开，涂层完整无任何脱落为O级，少量细微脱离为I级，少量点状脱落2级，大量脱落3级，完全脱落4级。
[0022]本实施例所制备的水性聚氨酯树脂的分子量约15万，其性能测试结果为:PE上附着力O级，PET上附着力O级，镀铝后铝层附着力I级；柔韧性高，在PE、PET上正反折叠15次不开裂；在应用后，轻微粘辊，需增加冷却降温处理后不粘。
[0023]实施例2
(1)将102份1000分子量的聚己二酸新戊二醇酯二醇，6.9份二羟甲基丙酸，0.26份三羟甲基丙烷，投入干燥的反应釜中，110°C真空脱水I小时，然后110° C下保温1-2小时；
(2)降温到90°C，加入35份异佛尔酮二异氰酸酯，20-50rpm速度下反应3_6小时；
(3)降温到35。。，加入0.5份三乙胺，1500-2500rpm速度下分散0.5-1.5分钟；
(4)然后快速加入330份水，1500-2500rpm速度下分散均匀即可得到水性聚氨酯树脂。
[0024]相比实施例1，本例提高了所制备的聚合物的聚合度、结晶性，更加耐击穿，水性聚氨酯树脂的分子量约21万。其性能测试结果为:在PE、PET上附着力O级，镀铝后附着力O级；柔韧性高，在PE上正反折叠20次不开裂，在PET上正反折叠22次不开裂；应用不粘辊。
[0025]实施例3
(1)将110份1200分子量的聚己二酸新戊二醇酯二醇，8份二羟甲基丙酸，0.5份三羟甲基丙烷，投入干燥的反应釜中，110°C真空脱水I