一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料及其制備方法，該方法所述油墨連接料的主要結(jié)構(gòu)是由聚丙烯腈靜電紡絲纖維與水性聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水性聚氨酯分子鏈由聚碳酸酯二醇或者聚己內(nèi)酯二醇或者聚氧化丙烯二醇與甲基環(huán)己基二異氰酸酯或者二苯基甲烷二異氰酸酯反應(yīng)而成。本發(fā)明一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料及其制備方法采取如下步驟：紡絲液的制備、靜電紡絲纖維的獲取、水性聚氨酯預(yù)聚體的合成、水性聚氨酯乳液的合成以及耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備；本發(fā)明一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的熱穩(wěn)定性能得到明顯改善，且其制備方法簡單，不涉及污染物質(zhì)的排放。
【專利說明】
一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料，具體地說，是涉及一種結(jié)構(gòu)中含有由聚丙烯腈靜電紡絲纖維與聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯油墨連接料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水性聚氨酯具有環(huán)保、安全、低成本等優(yōu)勢，是目前最具發(fā)展前景的印刷油墨連接料之一，但是水性聚氨酯的分子鏈結(jié)構(gòu)在高溫條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對較差，導(dǎo)致以其為連結(jié)料的油墨的耐高溫性能受到影響。
[0003]改善水性聚氨酯分子鏈結(jié)構(gòu)高溫穩(wěn)定性的方法較多，主要包括向聚氨酯主鏈結(jié)構(gòu)中引入內(nèi)聚能較大、降解溫度較高的有機雜環(huán)等基團[王耿銜，UV固化水性聚乙烯醇縮丁醛改性聚氨酯的合成及熱穩(wěn)定性研究，廣東化工，2014，12;Petrova A P.Polyurethaneadhesive based on carborane-containing compounds ,Polymer Science，2007，49;湯中道，劉惠芳，卜庭江，劉燕，有機累托石改性環(huán)氧/水性聚氨酯復(fù)合膜的制備與性能，化工新型材料，2010，12;潘卉，陳珊珊，郭子健，李紀錄，丁濤，張治軍，納米T12微球?qū)郯滨サ母男裕瘜W(xué)研究，2016，01;王正祥，李運華，肖細梅，陳洪，基于PEDA的UV固化水性聚氨酯乳液及涂膜性能研究，包裝工程，2016，05]以及利用多元醇等在水性聚氨酯基材分子鏈間建立交聯(lián)點，通過限制聚氨酯分子鏈的運動從而實現(xiàn)提高水性聚氨酯耐高溫性能的目的[Qu Z，Zhai J,Yang R.Comparison between properties of polyether polytriazoleelastomers and polyether polyurethane elastomers,Polymers for AdvancedTechnologies ,2014,25；胡虔，呂蘭，吳雄，廖晶，潘吉林，徐祖順，環(huán)氧樹脂改性高度支化水性聚氨酯的合成與性能研究，電鍍與涂飾，2015，18;趙靜，沈一丁，賴小娟，酮肼交聯(lián)及硅烷偶聯(lián)水性聚氨酯的成膜機理及其性能研究，高分子學(xué)報，2010，09;鄧威，傅和青，黃洪，內(nèi)交聯(lián)水性聚氨酯涂膜性能的影響因素，高分子材料科學(xué)與工程，2012，09;張玉，楊建軍，吳慶云，張建安，吳明元，陳春俊，曹忠富，硅烷化還原氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合物的合成與性能，精細化工，2016，03]。
[0004]通過向聚氨酯主鏈結(jié)構(gòu)中引入內(nèi)聚能較大、降解溫度較高的有機雜環(huán)等基團會對環(huán)境造成較大的壓力，不符合可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求;而在水性聚氨酯基材分子鏈間建立交聯(lián)點對于水性聚氨酯基材的熱穩(wěn)定性改善效果明顯，但是目前常見的交聯(lián)結(jié)構(gòu)為內(nèi)交聯(lián)，其交聯(lián)結(jié)構(gòu)的建立需要以體型樹脂為依托，應(yīng)用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對以水性聚氨酯為連接料的油墨高溫穩(wěn)定性較差的問題，提供一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料，其結(jié)構(gòu)中存在由聚丙烯腈靜電紡絲纖維與聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致連結(jié)料結(jié)構(gòu)致密化，進而表現(xiàn)出高溫條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料，它是由下述重量百分比的組分混合制成:水性聚氨酯乳液50%?70%、質(zhì)量分數(shù)為7%的氨水10%?20%和羧甲基纖維素鈉10%?40%。
[0007]所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料結(jié)構(gòu)中存在由聚丙烯腈靜電紡絲纖維與聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致連結(jié)料結(jié)構(gòu)致密化，進而表現(xiàn)出高溫條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0008]所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將N，N_二甲基甲酰胺與聚丙烯腈按混合后制得紡絲液；
(2)將步驟(I)制得的紡絲液采用靜電紡絲的方法制得聚丙烯腈靜電紡絲纖維；
(3)制備水性聚氨酯預(yù)聚體；
(4)將步驟(2)制得的聚丙烯腈靜電紡絲纖維和步驟(3)制得的水性聚氨酯預(yù)聚體按質(zhì)量比1:5?1: 20混合后得到混合溶液B，向混合溶液B中添加擴鏈劑，室溫下經(jīng)過機械攪拌后制得水性聚氨酯乳液，其中擴鏈劑與混合溶液的質(zhì)量比為1:5?1:8;
(5)按重量配比將水性聚氨酯乳液、質(zhì)量分數(shù)為7%的氨水、羧甲基纖維素鈉在室溫下機械攪拌混合均勻后制得耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。
[0009]所述的步驟(I)中紡絲液的制備方法如下:將N，N-二甲基甲酰胺與聚丙烯腈按質(zhì)量比5:1?10:1置于錐形瓶中，60°C水浴加熱，水浴過程中需要機械攪拌，機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴時間為5min。
[0010]所述的步驟(2)中聚丙烯腈靜電紡絲纖維的制備方法如下:將紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，流速控制為1.0ml/h?2.0ml/h，針頭與接收器間的距離為25cm，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.0kV，環(huán)境溫度為50 0C。
[0011]所述的步驟(2)中制備獲得的聚丙烯腈靜電紡絲纖維直徑為20?50nm，長度為300?600nm；
所述步驟(3)中水性聚氨酯預(yù)聚體的制備方法如下:將多元醇與二羥甲基丙酸按照質(zhì)量比為6:1?8:1混合后得到混合溶液A，將混合溶液A加熱至100?110°C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將混合溶液A與二異氰酸酯按照質(zhì)量比為3:1?4:1混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體。
[0012]所述的多元醇為聚碳酸酯二醇或者聚己內(nèi)酯二醇或者聚氧化丙烯二醇;二異氰酸酯為甲基環(huán)己基二異氰酸酯或者二苯基甲烷二異氰酸酯。
[0013]所述的步驟(4)中的擴鏈劑為乙二胺、乙二醇、異佛爾酮二胺、I，4_丁二醇或二乙烯三胺。
[00?4] 所述的步驟(4)中機械攪拌的轉(zhuǎn)速為120r/min，攪拌時間30min。
[00?5] 所述的步驟(5)中機械攪拌的轉(zhuǎn)速為60r/min，攪拌時間15min。
[0016]本發(fā)明的有益效果:(I)本發(fā)明提供了一種利用聚丙烯腈靜電紡絲纖維制備耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的有效途徑；(2)本發(fā)明利用聚丙烯腈靜電紡絲纖維與聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水性聚氨酯油墨連接料的耐高溫性能顯著提高；(3)本發(fā)明提供了一種改善水性聚氨酯油墨連接料高溫穩(wěn)定性的簡便方法，易與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合，可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；(4)本發(fā)明一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備和使用過程中不涉及污染物質(zhì)的排放，是環(huán)保型印刷油墨的有益原料。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例1制得的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后的軟化點測試圖。
[0018]圖2為實施例2制得的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后的軟化點測試圖。
[0019]圖3為實施例3制得的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后的軟化點測試圖。
[0020]圖4為實施例4制得的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后的軟化點測試圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
[0022]實施例1
本實施例的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法如下:
(1)將20.0g的N，N-二甲基甲酰胺與4.0g的聚丙烯腈混合后置于錐形瓶中水浴加熱，水浴溫度為600C，水浴時間為5min，水浴過程中機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，制備獲得紡絲液23.lg；
(2)取10.0g紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.01^，環(huán)境溫度為50°(:，流速為1.01111/11，針頭與接收器間的距離為25011，制備獲得9.8區(qū)聚丙烯腈靜電紡絲纖維；
(3)將30.0g聚碳酸酯二醇與5.0g二羥甲基丙酸混合后加熱至100?110°C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將上述混合溶液與9.0g甲基環(huán)己基二異氰酸酯混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體42.6g ；
(4)取8.0g聚丙烯腈靜電紡絲纖維和40.0g水性聚氨酯預(yù)聚體組成的混合溶液，然后添加9.6g的I，4_丁二醇，經(jīng)過30min轉(zhuǎn)速為120r/min的機械攪拌后制得56.5g水性聚氨酯乳液備用；
(5)取35.0g水性聚氨酯乳液與5.0g氨水、10.0g羧甲基纖維素鈉混合并在60r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌時間15miη，制得48.1 g所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。
[0023]取20.0g上述耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后測定其軟化點為239.5°C。
[0024]實施例2
本實施例的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法如下:
(1)將35.0g的N，N-二甲基甲酰胺與5.0g的聚丙烯腈混合后置于錐形瓶中水浴加熱，水浴溫度為600C，水浴時間為5min，水浴過程中機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，制備獲得紡絲液38.7g；
(2)取20.0g紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.01^，環(huán)境溫度為50°(:，流速為1.51111/11，針頭與接收器間的距離為25011，制備獲得18.58聚丙烯腈靜電紡絲纖維；
(3)將21.0g聚碳酸酯二醇與3.0g二羥甲基丙酸混合后加熱至100?110°C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將上述混合溶液與8.0g 二苯基甲烷二異氰酸酯混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體31.6g; (4)取3.0g聚丙烯腈靜電紡絲纖維和30.0g水性聚氨酯預(yù)聚體組成的混合溶液，然后添加5.5g的二乙稀三胺，經(jīng)過30min轉(zhuǎn)速為120r/min的機械攪拌后制得36.1g水性聚氨酯乳液備用；
(5)取24.0g水性聚氨酯乳液與4.0g氨水、12.0g羧甲基纖維素鈉混合并在60r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌時間15min，制得39.2g所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。
[0025]取20.0g上述耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后測定其軟化點為226.2°C。
[0026]實施例3
本實施例的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法如下:
(1)將32.0g的N，N-二甲基甲酰胺與4.0g的聚丙烯腈混合后置于錐形瓶中水浴加熱，其水浴溫度為60 °C，水浴時間為5min，水浴過程中的機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，可制備獲得34.9g紡絲液；
(2)取30.0g紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.0kV，環(huán)境溫度為50°C，流速為2.0ml/h，針頭與接收器間的距離為25cm，制備獲得29.1g聚丙烯腈靜電紡絲纖維；
(3)將40.0g聚氧化丙烯二醇與5.0g 二羥甲基丙酸混合后加熱至100?110°C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將上述混合溶液與12.0g 二苯基甲烷二異氰酸酯混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體55.9g;
(4)取3.5g聚丙烯腈靜電紡絲纖維和52.5g水性聚氨酯預(yù)聚體組成的混合溶液，然后添加8.0g的乙二胺，經(jīng)過30min轉(zhuǎn)速為120r/min的機械攪拌后制得61.7g水性聚氨酯乳液備用；
(5)取25.0g水性聚氨酯乳液與10.0g氨水、15.0g羧甲基纖維素鈉混合并在60r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌時間15m i η，獲得48.5g所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。
[0027]取20.0g上述耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后測定其軟化點為217.6°C。
[0028]實施例4
本實施例的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法如下:
(1)將40.0g的N，N-二甲基甲酰胺與4.0g的聚丙烯腈混合后置于錐形瓶中水浴加熱，其水浴溫度為60 °C，水浴時間為5min，水浴過程中的機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，可制備獲得42.7g紡絲液；
(2)取20.0g紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.01^，環(huán)境溫度為50°(:，流速為1.01111/11，針頭與接收器間的距離為25011，制備獲得19.38聚丙烯腈靜電紡絲纖維；
(3)將30.0g聚氧化丙烯二醇與5.0g 二羥甲基丙酸混合后加熱至100?110°C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將上述混合溶液與11.0g甲基環(huán)己基二異氰酸酯混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體55.9g;
(4)取2.0g聚丙烯腈靜電紡絲纖維和40.0g水性聚氨酯預(yù)聚體組成的混合溶液，然后添加7.0g異佛爾酮二胺，經(jīng)過30min轉(zhuǎn)速為120r/min的機械攪拌后制得47.3g水性聚氨酯乳液備用；
(5)取25.0g水性聚氨酯乳液與5.0g氨水、20.0g羧甲基纖維素鈉混合并在60r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌時間15miη，獲得49.1 g所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。
[0029]取20.0g上述耐高溫水性聚氨酯油墨連接料固化成膜后測定其軟化點為213.5°C。
[0030]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料，其特征在于它是由下述重量百分比的組分混合制成:水性聚氨酯乳液50%?70%、質(zhì)量分數(shù)為7%的氨水10%?20%和羧甲基纖維素鈉10%?40%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料，其特征在于:所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料結(jié)構(gòu)中存在由聚丙烯腈靜電紡絲纖維與聚氨酯分子鏈交織而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致連結(jié)料結(jié)構(gòu)致密化，進而表現(xiàn)出高溫條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將N，N-二甲基甲酰胺與聚丙烯腈混合后制得紡絲液； (2)將步驟(I)制得的紡絲液采用靜電紡絲的方法制得聚丙烯腈靜電紡絲纖維； (3)制備水性聚氨酯預(yù)聚體； (4)將步驟(2)制得的聚丙烯腈靜電紡絲纖維和步驟(3)制得的水性聚氨酯預(yù)聚體按質(zhì)量比1:5?1: 20混合后得到混合溶液B，向混合溶液B中添加擴鏈劑，室溫下經(jīng)過機械攪拌后制得水性聚氨酯乳液，其中擴鏈劑與混合溶液的質(zhì)量比為1:5?1:8; (5)按重量配比將水性聚氨酯乳液、質(zhì)量分數(shù)為7%的氨水、羧甲基纖維素鈉在室溫下機械攪拌混合均勻后制得耐高溫水性聚氨酯油墨連接料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(I)中紡絲液的制備方法如下:將N，N-二甲基甲酰胺與聚丙烯腈按質(zhì)量比5:1?10:1置于錐形瓶中，60°C水浴加熱，水浴過程中需要機械攪拌，機械攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴時間為5min。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中聚丙烯腈靜電紡絲纖維的制備方法如下:將紡絲液裝入醫(yī)用注射器中，流速控制為1.0ml/h?2.0ml/h，針頭與接收器間的距離為25cm，靜電紡絲過程的負壓為-3.0kV，正壓為25.0kV，環(huán)境溫度為50 0C。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(2)中制備獲得的聚丙烯腈靜電紡絲纖維直徑為20?50nm，長度為300?600nm。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中水性聚氨酯預(yù)聚體的制備方法如下:將多元醇與二羥甲基丙酸按照質(zhì)量比為6:1-8:1混合后得到混合溶液A，將混合溶液A加熱至100?I10C，保溫30min后冷卻至室溫，然后將混合溶液A與二異氰酸酯按照質(zhì)量比為3:1?4:1混合均勻并升溫至75°C反應(yīng)4h后獲得水性聚氨酯預(yù)聚體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的多元醇為聚碳酸酯二醇或者、聚己內(nèi)酯二醇或聚氧化丙烯二醇;所述的二異氰酸酯為甲基環(huán)己基二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(4)中的擴鏈劑為乙二胺、乙二醇、異佛爾酮二胺、I，4_丁二醇或二乙烯三胺。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐高溫水性聚氨酯油墨連接料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(5 )中機械攪拌的轉(zhuǎn)速為60r/min，攪拌時間15min。
【文檔編號】C09D11/106GK105820650SQ201610327738
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】張 浩, 辛長征, 楊柳, 李姝汶, 仝瑞芳
【申請人】河南工程學(xué)院