高性能水性uv固化紙張上光油及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種高性能水性UV固化紙張上光油及其制備方法，所述的高性能水性UV固化紙張上光油，其特點是采用水性聚氨酯—環氧丙烯酸酯UV固化預聚物為主體樹脂，加入光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油。所述的制備方法，其特征為，具體的實施方法共五步：步驟一：聚氨酯預聚物的合成；步驟二：聚氨酯改性環氧樹脂的合成；步驟三：聚氨酯—環氧丙烯酸酯預聚物的合成；步驟四：高性能水性聚氨酯—環氧丙烯酸UV固化預聚物的合成；步驟五：水性聚氨酯—環氧丙烯酸酯UV固化樹脂與光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液的復配。本發明產品具有節能環保、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，較低的上膠量即可得到良好的涂布效果。
【專利說明】高性能水性UV固化紙張上光油及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高性能水性UV固化紙張上光油及其制備方法，特別是涉及高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物的制備方法，從根本上解決目前傳統光固化涂料柔韌性和硬度之間的矛盾，解決了傳統光固化涂料使用活性稀釋劑問題，該水性UV固化紙張上光油具有環保節能、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，較低的上膠量即可得到良好的涂布效果。
【背景技術】
[0002]紙張上光油也稱罩光油或磨光油，是印刷品表面裝飾中使用的一種具有裝飾性和保護性的涂料，主要應用于印刷后精加工和包裝材料。隨著市場經濟和商品經濟的快速穩步發展，人們對食品包裝、書刊、雜志的封面、掛歷、圖片、藥盒、煙包等的印刷裝潢越來越重視，不但印刷要求在精美的彩色畫面，而且具有富麗堂皇的表面光澤度，這種光澤度就是在被印物上涂上光油所產生的特殊效果。在印刷品上涂布上光油不僅能夠增加印刷產品的價值，而且可以增強油墨耐旋光性能，增加油墨的防熱、防潮能力，起到保護印跡提高印刷產品的使用性能，為印刷廠帶來可觀的經濟效益。
[0003]目前在紙品上光油領域，UV固化上光油占主導地位，UV技術的優點為:經UV光源照射后，能立即固化，避免了浪費光油。UV印刷的速度可媲美傳統的印刷方式，每小時可達12000多張，或者每分鐘400米。并且，印刷品可立刻進行涂布、激光印刷、裁切、折痕、壓花或模切等工序。UV固化紙張上光油對紙或紙板進行表面處理后能獲得很高的光澤度、耐磨性和耐水性能，具有固化時間短、成膜速度快、光澤度高和成本低等特點，得到廣泛應用。
[0004]但由于目前國內大多使用的UV固化上光油為溶劑型，配方中少不了使用丙烯酸酯類的活性稀釋單體，這些單體對環境及人體健康可能有害，影響了它的應用和推廣，主要有:I)活性稀釋劑對人的皮膚、黏膜和眼睛有刺激性，有的有臭味；2)低聚物黏度較大，涂裝時，特別噴涂工藝，要加入大量活性稀釋劑，有時還要加入有機溶劑，不安全，也污染環境；3)光固化體系主要自由基光聚合，因氧阻聚，聚合不完全，在固化涂層中仍殘留活性稀釋劑；4)油性光固化材料，涂布設備和容器清洗需用有機溶劑。另外，紙張是一種多孔吸附介質，在涂布、固化過程中活性單體難以完全反應，易于吸附殘留于紙張纖維層中，會對印刷品長期性能和環境的安全指標有不利的影響。
[0005]本發明采用高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸酯UV固化預聚物為主體樹脂，在光引發劑的作用下，加入助劑、水或乙醇水溶液，制成水性UV固化紙張上光油，實現完全的綠色環保效應，結合了水性涂料的環保優勢和光固化涂料的節能優點，順應UV涂料研究與開發的方向。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種高性能水性UV固化紙張上光油，并詳細的介紹了該上光油的制備方法。[0007]本發明的技術內容為采用水性聚氨酯一環氧丙烯酸酯UV固化預聚物為主體樹月旨，加入光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油，該上光油從根本上解決目前傳統光固化涂料柔韌性和硬度之間的矛盾，解決了傳統光固化涂料使用活性稀釋劑問題，綠色環保。具體的制備方法共五步:步驟一:聚氨酯預聚物的合成；步驟二:聚氨酯改性環氧樹脂的合成；步驟三:聚氨酯一環氧丙烯酸酯預聚物的合成；步驟四:高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物的合成；步驟五:水性聚氨酯一環氧丙烯酸酯UV固化樹脂與光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液的復配。本發明產品具有節能環保、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，較低的上膠量即可得到良好的涂布效果。
[0008]本發明專利可使用的原料:
聚合物多元醇:相對分子質量1000的聚氧化丙烯二元醇、聚四氫呋喃醚二元醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己內酯二元醇；
小分子二元醇:乙二醇、丙二醇；
異氰酸酯類單體:異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯；
環氧樹脂:E-51、E-44 ;丙烯酸；馬來酸酐；
催化劑:三乙胺，四丁基溴化銨，N, N- 二甲基芐胺；
阻聚劑:對苯二酚，對羥基苯甲醚，2，6-二叔丁基對甲酚；
中和劑:三乙醇胺，二甲氨基乙醇，三乙胺；
光引發劑:Irgacure 2959 (2-輕基-4- (2-輕乙氧基)_2_甲基苯甲酮)，BP (二苯甲麗)，Darocur 1173 (2-輕基2-甲基-1-苯基丙麗)
本發明的制備方法為:
步驟一:向干燥的反應器中加入5?20重量份的異氰酸酯類單體，于40-50°C滴加3.5-30重量份的聚合物多元醇或聚合物多元醇與小分子二元醇的混合物，滴加時間
0.5-2h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合l_3h ;所述聚合物多元醇與小分子二元醇的混合物中聚合物多元醇與小分子二元醇的質量比為3飛:1 ;
步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入50-80重量份的環氧樹脂，加入完畢后，70-85 °C 保溫 2-3h ；
步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑和阻聚劑作用下，90-105°C中反應3-5小時，得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；所述的催化劑為三乙胺，四丁基溴化銨，N, N- 二甲基芐胺中的一種，用量為0.8%-1% (環氧樹脂的質量分數)；所述的阻聚劑為對苯二酚，對羥基苯甲醚，2，6- 二叔丁基對甲酚中的一種，用量為0.1%-0.5% (環氧樹脂的質量分數)；
步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；所述中和劑為三乙醇胺，二甲氨基乙醇，三乙胺中的一種，中和劑的量與順酐摩爾比為1:1 ;所加入順酐與環氧樹脂的摩爾比為1.8?2:1。
[0009]步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為Irgacure 2959 (2-羥基_4_ (2-輕乙氧基)-2-甲基苯甲麗)，BP (二苯甲麗)，Darocur 1173 (2-輕基2-甲基-1-苯基丙酮)中的一種；所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為3%~5%。所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選自BYK-301、BYK-302、BYK-306、BYK-307,消泡劑選自BYK-034、BYK-036、BYK-037 ;流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的0.3%~?%，0.1%~0.3% ;所述的水或乙醇水溶液質量占高性能UV固化水性預聚物的100%~300%，乙醇水溶液中水與乙醇的體積比為:5: f 1:1。
【具體實施方式】
[0010]本發明用以下實施例來進一步說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于實施例。對本領域的技術人員在不背離本發明的精神及保護范圍的情況下可做出許多其它的變化和修改，仍包括在權利要求書中保護的范圍內。
[0011]實施例一:
步驟一:向干燥的反應器中加入5g異佛爾酮二異氰酸酯，于40_50°C滴加3.5g的聚氧化丙烯二元醇，滴加時間0.5h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合3h ；
步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入80g環氧樹脂E51，加入完畢后，70-85°C保溫2-3h ；
步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑0.64gN, N 二甲基芐胺和阻聚劑0.08g對羥基苯甲醚的作用下，90-105°C中反應3-5小時，得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑三乙醇胺60.8g保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；` 步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、水進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為Irgacure 2959 ;所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為3%。所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選用BYK-301，消泡劑選用BYK-034，流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的0.3%, 0.1% ;所述的水占樹脂總重量的100%。
[0012]實施例二:
步驟一:向干燥的反應器中加入20g的異佛爾酮二異氰酸酯，于40-50°C滴加30g的聚四氫呋喃醚二元醇與丙二醇的混合物(聚氧化丙烯二元醇:丙二醇=5:1 (質量比))，滴加時間2h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合2h ；
步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入50g的環氧樹脂E51，加入完畢后，70-85 °C 保溫 2-3h ；
步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑0.Sg四丁基溴化銨和阻聚劑
0.4g對苯二酹的作用下，90-105°C中反應3-5小時,得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；
步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑三乙胺25.8g保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；
步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為BP (二苯甲酮)；所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為4%。所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選用BYK-302,消泡劑選用BYK-036，流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的1%,0.3% ;所述的乙醇水溶液(水與乙醇的體積比為1:1)占樹脂總重量的100%。
[0013]實施例三:
步驟一:向干燥的反應器中加入5g的甲苯二異氰酸酯，于40-50°C滴加IOg的聚己二酸丁二醇酯二醇，滴加時間0.5h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合3h ；
步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入80重量份的環氧樹脂E51，加入完畢后，70-85 °C 保溫 2-3h ；
步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑0.64g三乙胺和阻聚劑0.08g2,6- 二叔丁基對甲酚的作用下，90-105°C中反應3-5小時，得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑二甲氨基乙醇54.3g保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；
步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為Darocur 1173 ;所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為3%。所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選用BYK-306,消泡劑選用BYK-037，流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的0.3%,0.1% ;所述的乙醇水溶液(水與乙醇的體積比為5:1)占樹脂總重量的100%。
[0014]實施例四:
步驟一:向干燥的反應器中加入20g的甲苯二異氰酸酯，于40-50°C滴加24.84g的聚己內酯二元醇與乙二醇的混合物(聚己內酯二元醇:乙二醇=4:1 (質量比))，滴加時間2h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合2h ；
步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入50重量份的環氧樹脂E51，加入完畢后，70-85 °C 保溫 2-3h ；
步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑0.Sg四丁基溴化銨和阻聚劑
0.4g對苯二酹的作用下，90-105°C中反應3-5小時,得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；
步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑三乙醇胺25.8g保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；
步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、乙醇水溶液進行復配，由此制成水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為BP (二苯甲酮)；所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為4%。所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選用BYK-307,消泡劑選用BYK-037，流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的1%,0.3% ;所述的乙醇水溶液(水與乙醇的體積比為2:1)占樹脂總重量的100%。
[0015]本發明具體實施例性能指標
將本發明所涉及的水性UV固化紙張上光油具體實施例進行了性能測試，測試結果如表1所示。
【權利要求】
1.一種高性能水性UV固化紙張上光油，其特征在于采用水性聚氨酯一環氧丙烯酸酯UV固化預聚物為主體樹脂。
2.權利要求1所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:向干燥的反應器中加入5~20重量份的異氰酸酯類單體，于40-50°C滴加3.5-30重量份的聚合物多元醇或聚合物多元醇與小分子二元醇的混合物，滴加時間0.5-2h，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩，滴加完畢后升溫60-80°C，保溫聚合l_3h ； 步驟二:降溫到60°C，再向上述反應器中加入50-80重量份的環氧樹脂，加入完畢后，70-85 °C 保溫 2-3h ； 步驟三:將丙烯酸加入到上述反應器中，在一定催化劑和阻聚劑作用下，90-105°C中反應3-5小時，得聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體；所述的催化劑為三乙胺，四丁基溴化銨，N，N-二甲基芐胺中的一種；所述的阻聚劑為對苯二酚，對羥基苯甲醚，2，6-二叔丁基對甲酚中的一種； 步驟四:將所述的聚氨酯一環氧丙烯酸預聚體，在60-75°C，加入順酐，反應2-3小時，冷卻至5(T60°C，加入中和劑保溫攪拌15-20分鐘制得高性能水性聚氨酯一環氧丙烯酸UV固化預聚物；所述中和劑為三乙醇胺，二甲氨基乙醇，三乙胺中的一種； 步驟五:將所述的高性能UV固化水性預聚物，加入光引發劑、助劑、水或乙醇水溶液進行復配，由此制成 水性UV固化紙張上光油；所述光引發劑為Irgacure 2959 (2-羥基-4- (2_輕乙氧基)_2_甲基苯甲麗)，BP (二苯甲麗)，Darocur 1173 (2-羥基2-甲基-1-苯基丙酮)中的一種；所述光引發劑與高性能UV固化水性預聚物的質量百分比為3%~5%。
3.根據權利要求2所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于:步驟一中，所述的異氰酸酯類單體選自異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯。
4.根據權利要求2所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于:步驟一中，所述的聚合物多元醇或聚合物多元醇與小分子二元醇的混合物中，聚合物多元醇為相對分子質量1000的聚氧化丙烯二元醇、聚四氫呋喃醚二元醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己內酯二元醇中的一種；小分子二元醇為乙二醇、丙二醇中的一種；聚合物多元醇與小分子二元醇的混合物中聚合物多元醇與小分子二元醇的質量比為3飛:I。
5.根據權利要求2所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于:步驟一中，所述的滴加溫度為40-50°C，滴加過程中保溫方式為:冰水浴與溫水浴輪流使用，確保在滴加過程中溫度平穩。
6.根據權利要求2所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于:步驟五中，所述的助劑為流平劑和消泡劑，流平劑選自BYK-301、BYK-302、BYK-306、BYK-307,消泡劑選自BYK-034、BYK-036、BYK-037 ;流平劑和消泡劑的質量用量分別占高性能UV固化水性預聚物的0.3%~1%，0.1%~0.3%ο
7.根據權利要求2所述的水性UV固化紙張上光油的制備方法，其特征在于:步驟五中，所述的水或乙醇水溶液質量占高性能UV固化水性預聚物的100%~300%，乙醇水溶液中水與乙醇的體積比為:5:廣1:1。
【文檔編號】D21H17/57GK103821028SQ201410075632
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】胡飛燕 申請人:江門職業技術學院