水性聚氨酯印刷油墨-合成原料与性能的关系

油墨行业所使用的水性聚氨酯要求光泽度好、对材料的粘接强度大、在一定温度下抗粘连性好等。根据这些性能要求，对聚氨酯的结构特征、功能性和合成配方、工艺等有以下要求:选择合适的多元酸和多元醇，合成具有耐温性能的聚酯多元醇；引入对材质具有较强粘接力的极性基团；选择合适的原料，改善聚氨酯的结晶性；使用偶联剂和其它助剂来改善油墨用水性聚氨脂胶粘剂的耐湿热性能。

 

1.水性聚氨酯的软段，由低聚物多元醇构成。聚酯型聚氨酯含有强极性的酯基，软硬段之间的氢键作用力远大于聚醚型聚氨酯；此外，聚酯型聚氨酯树脂分子链的柔顺性低于聚醚型链的柔顺性，链段运动能力较差，不利于软段和硬段之间的各自聚集成相，因而其微相分离程度较低。由于酯基的极性大、内聚能高，分子间作用力较大，因而聚酯型聚氨酯的拉伸强度高于聚醚型；致使其印刷涂膜与尼龙纤维的分子间作用力较大，附着性和粘结力较好。

 

2.水性聚氨酯的硬段，水性聚氨酯的硬段由二异氰酸酯和小分子扩链剂等构成。二异氰酸酯包括芳香族和脂肪族两大类。芳香族主要有甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；脂肪族主要有六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)。由脂肪族或脂环族异氰酸酯制成的聚氨酯，耐水性比芳香族异氰酸酯的好，因而水性聚氨酯产品的贮存稳定性好。芳香族聚氨酯中的硬段含有较为刚性的苯环链节，其硬段微区对软段相的补强作用较为明显，从而具有较高的拉伸强度。其中MDI树脂的分子链较为规整，印刷涂布时，其与尼龙纤维分子间的距离较小，易于形成氢键，改善了印刷涂膜对尼龙布的附着性；而IPDI和TDI分子中均含有侧基，结构对称性较差，不利于形成氢键，附着性较差。为了调节相对分子质量及软、硬段比例，常使用小分子扩链剂，主要是含羟基或含胺基的低相对分子质量多官能团化合物，与异氰酸酯共同使用时起到扩链剂和交联剂的作用，从而影响水性聚氨酯硬段和软段的关系，并直接影响产品性能。常用的为小分子二元胺，二元胺扩链剂能形成脲键，脲键的极性比氨酯键强，因而二元胺扩链的水性聚氨酯具有较高的机械强度、模量、粘附性和耐热性。

 

3.亲水扩链剂，亲水性扩链剂是指能在水性聚氨酯大分子主链上引入亲水基团的扩链剂，同时起到乳化剂的作用，扩链剂中常含有羧基、磺酸基及仲胺基等。扩链剂的加入，可以提高内聚强度、软化点和粘接强度等。2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)是常用的亲水扩链剂，其相对分子质量较小(Mn=134)，较少的用量就能提供足够的羧基量；其亲水基(即羧基)位于分子链段中，用叔胺作为中和剂可以制成稳定性好、膜耐水、耐溶剂性能极佳的水性聚氨酯。

 

4.成盐剂，水性聚氨酯在硬段链上引入亲水性基团如羧基后，必须用碱中和成离子型盐后才具有良好的亲水性。常用的成盐剂有三乙胺(TEA)、氢氧化钠和氨水等，氢氧化钠或氨水成盐的乳液通常颗粒粒径大，外观不好，因此常选用TEA作为成盐剂。

 

5.交联剂，水性聚氨酯中由于亲水基团的存在，胶膜的耐水性、耐热性及粘接力均较差，而水性油墨的耐水性对使用有重要意义，如果水墨的耐水性能差，会导致水墨遇水乳化而失去光泽，严重时还会完全掉色，影响产品形象。为了提高其耐水性能，目前较为有效的方法是添加交联剂，使之与分子结构中的基团反应，形成交联网状结构。交联可分为内交联和外交联，内交联主要用于单组分交联型水性聚氨酯，外交联则主要用于双组分水性聚氨酯的制备。油墨的聚氨酯粘合剂以单组分居多，所以适宜采用内交联。