水性聚氨酯印刷油墨-合成原料與性能的關係

油墨行業所使用的水性聚氨酯要求光澤度好、對材料的粘接強度大、在一定溫度下抗粘連性好等。根據這些性能要求，對聚氨酯的結構特徵、功能性和合成配方、工藝等有以下要求:選擇合適的多元酸和多元醇，合成具有耐溫性能的聚酯多元醇；引入對材質具有較強粘接力的極性基團；選擇合適的原料，改善聚氨酯的結晶性；使用偶聯劑和其它助劑來改善油墨用水性聚氨酯膠粘劑的耐濕熱性能。

水性聚氨酯乳液

1.水性聚氨酯的軟段，由低聚物多元醇構成。聚酯型聚氨酯含有強極性的酯基，軟硬段之間的氫鍵作用力遠大於聚醚型聚氨酯；此外，聚酯型聚氨酯樹脂分子鏈的柔順性低於聚醚型鏈的柔順性，鏈段運動能力較差，不利於軟段和硬段之間的各自聚集成相，因而其微相分離程度較低。由於酯基的極性大、內聚能高，分子間作用力較大，因而聚酯型聚氨酯的拉伸強度高於聚醚型；致使其印刷塗膜與尼龍纖維的分子間作用力較大，附著性和粘結力較好。

2.水性聚氨酯的硬段，水性聚氨酯的硬段由二異氰酸酯和小分子擴鏈劑等構成。二異氰酸酯包括芳香族和脂肪族兩大類。芳香族主要有甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)；脂肪族主要有六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)。由脂肪族或脂環族異氰酸酯製成的聚氨酯，耐水性比芳香族異氰酸酯的好，因而水性聚氨酯產品的貯存穩定性好。芳香族聚氨酯中的硬段含有較為剛性的苯環鏈節，其硬段微區對軟段相的補強作用較為明顯，從而具有較高的拉伸強度。其中MDI樹脂的分子鏈較為規整，印刷塗布時，其與尼龍纖維分子間的距離較小，易於形成氫鍵，改善了印刷塗膜對尼龍布的附著性；而IPDI和TDI分子中均含有側基，結構對稱性較差，不利於形成氫鍵，附著性較差。為了調節相對分子質量及軟、硬段比例，常使用小分子擴鏈劑，主要是含羥基或含胺基的低相對分子質量多官能團化合物，與異氰酸酯共同使用時起到擴鏈劑和交聯劑的作用，從而影響水性聚氨酯硬段和軟段的關係，並直接影響產品性能。常用的為小分子二元胺，二元胺擴鏈劑能形成脲鍵，脲鍵的極性比氨酯鍵強，因而二元胺擴鏈的水性聚氨酯具有較高的機械強度、模量、粘附性和耐熱性。

3.親水擴鏈劑，親水性擴鏈劑是指能在水性聚氨酯大分子主鏈上引入親水基團的擴鏈劑，同時起到乳化劑的作用，擴鏈劑中常含有羧基、磺酸基及仲胺基等。擴鏈劑的加入，可以提高內聚強度、軟化點和粘接強度等。2，2-二羥甲基丙酸(DMPA)是常用的親水擴鏈劑，其相對分子質量較小(Mn=134)，較少的用量就能提供足夠的羧基量；其親水基(即羧基)位於分子鏈段中，用叔胺作為中和劑可以製成穩定性好、膜耐水、耐溶劑性能極佳的水性聚氨酯。

4.成鹽劑，水性聚氨酯在硬段鏈上引入親水性基團如羧基后，必須用鹼中和成離子型鹽后才具有良好的親水性。常用的成鹽劑有三乙胺(TEA)、氫氧化鈉和氨水等，氫氧化鈉或氨水成鹽的乳液通常顆粒粒徑大，外觀不好，因此常選用TEA作為成鹽劑。

5.交聯劑，水性聚氨酯中由於親水基團的存在，膠膜的耐水性、耐熱性及粘接力均較差，而水性油墨的耐水性對使用有重要意義，如果水墨的耐水性能差，會導致水墨遇水乳化而失去光澤，嚴重時還會完全掉色，影響產品形象。為了提高其耐水性能，目前較為有效的方法是添加交聯劑，使之與分子結構中的基團反應，形成交聯網狀結構。交聯可分為內交聯和外交聯，內交聯主要用於單組分交聯型水性聚氨酯，外交聯則主要用於雙組分水性聚氨酯的製備。油墨的聚氨酯粘合劑以單組分居多，所以適宜採用內交聯。