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聚氨酯树脂在塑料印刷油墨中的应用

来源:www.krchemistar.com       发布时间:2015-05-07

聚氨酯树脂在塑料印刷油墨中的应用

  油墨成分中的液体部分被称为连接料;固体成分为色料(颜料或染料);以及各种助剂。连接料是具有一定黏度的、胶状的流体,它的作用首先是作为颜料的载体,将粉末状的颜料等固体颗粒混合连接起来,色料被均匀地分散在其中,依靠它的润湿作用,更容易在研磨机器上被研细;其次作为黏合剂,使颜料最终能够固着在承印物表面上,以达到显示文字、图像、标记、装饰等目的。也是依靠它的粘连作用,油墨才能够在印刷机上被转移、传递。最后,在印品上,连接料还起着保护膜的作用,并且呈现出必要的光泽,甚至能够具有保护底材的作用。


    连接料品质的好坏,直接影响油墨的性能,因为连接料在很大程度上决定了油墨的黏度、黏性、干燥性、流动性等性质。要想得到高品质的油墨,就必须再用高品质的连接料。油墨连接料的各种性能决定了印刷油墨的各种使用适应性能,用于塑料凹版印刷油墨所用树脂一般包括氯化聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯等。长久以来,氯化聚丙烯以其价格低廉、对OPP附着力优异等性能占据凹版复合里印油墨用树脂的大半市场,但其最大的不足在于其主要溶剂为甲苯,通常用环保型溶剂如酯类、醇类溶剂对其无能为力。溶剂型聚氨酯油墨连接料具有使用简便、性能稳定、附着力强、光泽度优、耐热性好等优点,能适合各种印刷方式的要求,尤其适用于网版印刷、塑料包装和复合薄膜等方面。国外已于20世纪70年代实现了工业化,如日本东洋公司、大日本油墨化学工业和武田药业等,国内所使用的聚氨酯油墨连接料一般是从国外进口聚氨酯胶粒,再进行加工使用,年需求量达3万吨。近几年来,国内已有许多生产科研单位从事聚氨酯油墨连接料的研究,并取得了较好的效果,如耐121℃和135℃蒸煮油墨连接料已有单位投入生产并在市场上广泛推广使用,但产品的综合性能与进口产品相比有一定的差距,提高产品的综合性能和开发多功能产品是国内从事聚氨酯油墨连接料研究的重点。北京高盟化工有限公司从聚氨酯的结构特征、功能性等方面人手,对聚氨酯油墨连接料进行了深入研究,开发出一种具有光泽度较好、内聚强度较大、与颜料有良好的相容性、对醇类溶剂相溶性及佳等特点的聚氨酯油墨连接料,并以投入市场,获得较好反响。


    油墨所用聚氨脂树脂一般是由聚酯/聚醚多元醇与异氰酸酯反而而成,分子力约2万~4万。其溶剂主要以苯、酮、酯类溶剂为主要溶剂。在研发过程中可依据油墨厂及印刷厂的环保需求,采用酮酯类溶剂或醇酯类溶剂制备相应的无苯油墨用树脂。


    油墨用聚氨酯树脂特点


    1.优异的耐黄变性能


    油墨用聚氨酯树脂在制备过程中主要以脂肪族聚酯与脂肪族异氰酸酯为主要原料合成,较芳香族聚氨酯具有优异的光学稳定性能,成膜后胶膜具有优异的耐黄变性能。


    2.对于薄膜基材优异的附着牢度


    油墨用聚氨酯树脂分子链段中含有氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、酯键、醚键等极性基团,与多种极性基材PET、PA等塑料表面的极性基团形成氢键,进而形成具有一定连接强度的接头。该聚氨酯树脂制成油墨后,印刷在极性塑料基材表面具有优异的附着牢度。


    3.与颜料/染料有良好的亲和性和润湿性


    油墨用聚氨酯树脂一般由聚酯或聚醚多元醇、脂环族二异氰酸酯及二元胺/二元醇扩链剂制备,分子量约数万。由于在PU树脂中引入了脲键,即形成聚氨酯-脲树脂(PUU)使之其对颜料有着良好的的分散润湿性能。


    4.良好的树脂相容性


    油墨用聚氨酯树脂与醛酮树脂、氯醋树脂等有着良好的相容性,用户可根据实际情况和自己工艺配方适当添加,以改善油墨综合性能。


    5.优异的成膜性能


    油墨聚氨酯树脂与其它领域所用的聚氨酯树脂有着结构上不同,传统聚氨酯主要以聚酯多元醇/聚醚多元醇与异氰酸反应生成端羟基聚氨酯树脂,分子结构中极性基团以氨基甲酸酯为主,分子内聚力不足以满足油墨用树脂成膜性能要求。故油墨用聚氨酯树脂在传统的聚氨酯基础上引入脲基,大大提高了树脂本身的内聚强度和成膜性。


    6.有机溶剂的广泛相溶性及良好的溶剂释放性


    有机溶剂对树脂的溶解作用是通过溶剂分子的极性吸引溶质分子,也就是通常所说的同类相溶;传统的聚氨酯树脂对有机溶剂具有广泛的相溶性,酮类、酯类、苯类等非醇类有机溶剂都是其优良溶剂。但在制作油墨过程中,为调节油墨流动性能和黏度,醇类有机溶剂的加入必不可少,对于传统的聚氨酯树脂来说醇类溶剂的加入大大降低了树脂体系的稳定性,往往出现浑浊、絮状沉淀等不相容现象。但油墨用聚氨酯树脂由于脲基的存在,使得其对醇的相容性成为现实,但值得指出的是醇类溶剂依旧是假溶剂,微观状态下醇类溶剂对聚氨酯树脂分子进行包裹,而不是真溶剂那样由于分子极性贯穿于分子中,使得聚氨酯树脂制作出来的油墨流动性好。 聚氨酯油墨树脂的应用


    国内聚氨脂油墨连接料生产厂除少部分以树脂颗粒销售外多以一定固含、一定黏度范围的树脂直接销售到各个油墨厂家。结合客户实际使用条件,现以北京高盟化工有限公司自行研发的YH800系列聚氨脂系列油墨连接料为例说明该类树脂连接料应用:


    YH800系列树脂是非反应型单组分聚氨酯树脂。该系列树脂主要用于塑料凹版印刷油墨。在多种塑料薄膜中,如PET、PA、BOPP、PE等塑料基材上获得优异的附着牢度。制成的塑料凹版印刷油墨有很好的流平性、印刷适应性。


    1.聚氨酯油墨树脂性能指标,见表1


    2.聚氨酯油墨的基本配方,见表2


    3.应用要点


    ①溶剂的选择


    在油墨制造过程中,考虑到油墨整体溶剂体系的挥发梯度性,提高印刷油墨溶剂释放性并降低印品溶剂有机溶剂残留,所使用的溶剂往往是几种挥发性不同的混合溶剂。在油墨制造过程中主要有机溶剂有甲苯、丁酮、环己酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸正丙酯、异丙醇等,客户可根据季节性的变化对油墨的挥发性进行适度调节。


    ②颜料的选择


    由于现在市场上颜料档次差别较大,在聚氨酯油墨中针对同一款树脂不同厂家同种颜料的分散性、油墨稳定性等方面的性能往往也会产生较大差异,所以建议使用者根据自己的实际客户需求慎重选择颜料。


    ③助剂的选择


    蜡粉:再聚氨酯油墨生产中所使用的蜡粉往往为低分子量聚乙烯蜡,相对分子质量一般为1000~6000,对油墨中有机溶剂具有较好的溶解性,且和聚氨酯树脂本身亲和性较好,同时具有良好的化学稳定性。主要起到增加墨膜表面的耐磨擦性,同时能适当缓解油墨本身的耐反黏性。


    分散剂:一类表面活性剂,主要用于润湿颜料表面、缩短油墨制造时间,有利于颜料的分散,有时候还可适当降低颜料的吸油量。在制造高浓度油墨时,可降低油墨的屈服值,防止油墨中颜料颗粒发生凝集和沉淀具有一定效用。


    附着力促进剂:油墨用聚氨酯树脂含有大量极性基团,BOPP、PE等非极性基材表面即使通过表面电晕处理,表面张力一般在38达因~42达因,要提高聚氨酯油墨在该类基材表面的附着牢度,往往需要适当添加钛酸酯类偶联剂或氯化聚丙烯类附着力促进剂。


    油墨连接料树脂作为生产油墨中一种极为关键的原材料,油墨中作为色料与基材桥梁作用的同时,赋予了油墨各种优异的物理性能。在油墨生产中,选对、选好树脂连接料,直接影响到了油墨在各种基材上面以及在印刷过程中工艺适应性的表现。在选择树脂的时候要充分综合考虑树脂的各项物理性能,与油墨所需要达到的性能相配套。

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