專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種超高固含量水性u(píng)v黑色油墨及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種超高固含量水性u(píng)v黑色油墨，以及該黑色油墨的制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的溶劑型油墨暴露出許多問(wèn)題，如向大氣中排放大量的voc(揮發(fā)性有機(jī)化合物)，對(duì)作業(yè)環(huán)境、包裝內(nèi)容物及人體健康都造成了巨大威脅等。因此，發(fā)展以水性油墨、輻射固化油墨為代表的"綠色油墨"是未來(lái)油墨的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。水性u(píng)v油墨是近年來(lái)新興的一種新型"綠色油墨"，它可結(jié)合水性油墨與uv油墨的優(yōu)點(diǎn)，得到了越來(lái)越多的關(guān)注。但是，目前的水性u(píng)v油墨仍存有以下不足之處(1)水性UV油墨中通常含有大量的水，固含量較低，由于水的表面張力大、汽化熱高，因此干燥耗時(shí)耗能，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低；(2)水性u(píng)v油墨中的連結(jié)料，如聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及環(huán)氧丙烯酸酯等聚合物，常采用單官能度羥基丙烯酸酯封端，體系的不飽和官能度低，固化速率慢，交聯(lián)密度、附著力和力學(xué)性能等均不夠理想，因此其綜合性能與溶劑型油墨相比還有較大差距；(3)炭黑顏料在水性體系中的分散性不夠理想，且由于炭黑顏料的吸光屏蔽作用很強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生墨層底部難以固化的現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有水性u(píng)v油墨存在的不足，提供一種超高固含量5水性UV黑色油墨。本發(fā)明中水性UV黑色油墨固含量高達(dá)80。/。以上，光固化時(shí)間<5秒，干燥、固化時(shí)間短，生產(chǎn)效率高；底層可完全固化，附著力、硬度、柔韌性等綜合性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于油墨、木器漆等領(lǐng)域；使用時(shí)可用水或乙醇等無(wú)毒溶劑稀釋調(diào)節(jié)粘度，適合多種生產(chǎn)方式和生產(chǎn)要求，環(huán)保無(wú)毒。本發(fā)明的另一目的是提供所述黑色油墨的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案一種超高固含量水性UV黑色油墨，其組分及含量為(1)高官能水性聚氨酯丙烯酸酯20%60%(2)復(fù)配型光引發(fā)劑5%8%(3)親水性丙烯酸酯稀釋體或預(yù)聚物15%35%(4)溶劑1025%(5)納米炭黑顏料5%15%所有百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超高固含量水性UV黑色油墨的制備方法，包括以下步驟步驟一，按質(zhì)量份，在氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下，將3560份的端羥基聚合物中間體、310份的親水?dāng)U鏈劑、1025份的丙酮、以及0.010.1份的催化劑置于反應(yīng)器中混合均勻，并滴加1530份的二異氰酸酯，并將溫度控制在4070'C之間，保溫反應(yīng)l3h，利用正丁胺法測(cè)定NCO含量直至達(dá)到理論值，合成水性聚氨酯預(yù)聚體；步驟二，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，往上述合成水性聚氨酯預(yù)聚體中加入質(zhì)量份為2040份的高官能度端羥基單體，溫度控制在609(TC之間，以完全封閉聚合物NCO端，反應(yīng)過(guò)程中加入1535份親水性丙烯酸酯、1025份少量丙酮溶劑調(diào)節(jié)粘度，從而得到高官能度的水性聚氨酯丙烯酸酯齊聚物；步驟三，最后，將上述水性聚氨酯丙烯酸酯齊聚物按質(zhì)量份為9095份加入弱堿中和，反應(yīng)溫度控制在405(TC之間，然后將體系中加入515份的納米黑色顏料，高速分散l2h，最后加入58份的復(fù)配型高效光引發(fā)劑，攪拌均勻，得到高固含量的水性UV黑色油墨。作為本發(fā)明UV黑色油墨的制備方法進(jìn)一步具體實(shí)施是所述端羥基聚合物中間體包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚四氫呋喃醚二醇、端羥基聚丁二烯、聚己內(nèi)酯二元醇或聚碳酸酯二元醇中的一種或兩種以上的混合物。所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯及4，4-二苯甲基甲烷二異氰酸酯中的一種或者兩種以上的混合物。所述二異氰酸酯與二元醇的摩爾比為24:1。所述高官能度端羥基單體包括季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯單體或含羥基多官能度丙烯酸酯的預(yù)聚物。所述親水性丙烯酸酯包括丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-3-羥基丙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯、丙烯酸-6-羧基己酯其中一種或幾種混合物。所述黑色顏料為納米級(jí)炭黑粉末，粒徑約為2050rnn。所述光引發(fā)劑包括二苯甲酮、2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2，2-二甲基-2-羥基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-l-苯基丙酮、雙(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦、2,4，6-三甲基苯甲酰二苯氧化膦、2-羥甲基-2-甲氧基-2-苯基苯乙酮、a-羥基環(huán)己基苯甲酮、蒽醌、2-乙基蒽醌、異丙基硫雜蒽酮等其中一種或幾種混合物。本發(fā)明UV黑色油墨的原理是本發(fā)明是以二異氰酸酯、端羥基聚醚/聚酯中間體、親水性多羥基羧酸為主要原料，以多官能度的羥基丙烯酸酯封端，合成出高官能度的水性u(píng)v樹(shù)脂，并將具有不同吸收光譜的多種光引發(fā)劑混合形成復(fù)配型光引發(fā)劑。由于分子鏈段的交聯(lián)密度及光引發(fā)劑的光引發(fā)效率均得到較大程度的提高，因此可使墨膜從表層至底層均完全交聯(lián)固化，與基材表面形成緊密的錨固作用，從而具有與清漆相近的固化速率、交聯(lián)密度、硬度、附著力、力學(xué)性能及耐溶劑性能。同時(shí)，該黑色油墨中加入了分子量較小的丙烯酸酯單體或預(yù)聚體，可對(duì)粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得高固含量，并可進(jìn)一步均勻分散于水、乙醇或丙酮等溶劑中，滿(mǎn)足不同的生r^方式和生產(chǎn)要求。本發(fā)明制備的超高固含量水性u(píng)v黑色油墨，為黑色不透明體。本發(fā)明的有益效果是-同現(xiàn)有的其它體系的黑色油墨相比，具有以下優(yōu)勢(shì)(1)零voc或低voc排放，環(huán)保無(wú)毒。本專(zhuān)利開(kāi)發(fā)的水性u(píng)v黑色油墨中，少量的稀釋劑可參與光固化交聯(lián)反應(yīng)存在于墨膜中，少量的水、乙醇或丙酮等溶劑對(duì)人體健康或環(huán)境危害很小，因此具有零voc或低voc排放的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。(2)適應(yīng)領(lǐng)域廣泛，生產(chǎn)效率高。本發(fā)明通過(guò)將水性聚氨酯丙烯酸酯中加入親水性丙烯酸酯稀釋劑，實(shí)現(xiàn)了提高固含量和調(diào)節(jié)粘度的雙重效果，同時(shí)該黑色油墨在以一定比例分散于水或乙醇等無(wú)毒溶劑中后，可形成不同粘度和固含量的乳液或分散體，滿(mǎn)足輥涂、噴涂、淋涂等不同的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)要求，適用范圍更加廣泛。此外，由于本發(fā)明中黑色油墨具有較高的固含量，熱烘干或紅外干燥的時(shí)間得到大大縮減，可滿(mǎn)足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的流水作業(yè)要求，固化時(shí)間小于5秒，生產(chǎn)效率高。(3)綜合性能優(yōu)異。本專(zhuān)利采用多官能度丙烯酸酯封端的技術(shù)，大幅提高了聚合物分子的不飽和鍵含量，并采用了高效復(fù)配型引發(fā)劑提高光引發(fā)效率，使得聚合物分子在固化時(shí)發(fā)生反應(yīng)的機(jī)率大幅提高，并形成三維交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)密度顯著增加。通過(guò)嚴(yán)格控制反應(yīng)原料和其它配方的配比、反應(yīng)條件、墨膜厚度和UV固化工藝，墨膜在固化后表現(xiàn)出優(yōu)異的光固化速率、附著力、硬度、耐磨性、耐溶劑性。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。實(shí)施例1:按以下步驟制備超高固含量水性UV黑色油墨。配備原料按照表1的配方備料。表1種類(lèi)原料用量(g)二羥甲基丙酸10.72異佛爾酮二異氰酸酯77.7高官能度聚氨酯丙烯酸酯分散體聚己內(nèi)酯二醇120季戊四醇三丙烯酸酯89.4三乙胺8.1丙酮50甲基丙烯酸羥乙酯40助劑炭黑顏料20Darocur117339<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在裝有攪拌器、冷凝管、氮?dú)馔返娜跓恐?，加入二羥甲基丙酸、異佛爾酮二異氰酸酯、聚己內(nèi)酯二醇、少量二月桂酸二丁基錫及丙酮，在氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下不斷攪拌升溫至6(TC，保溫l2h;將體系中加入季戊四醇三丙烯酸酯，并加入適量的丙酮調(diào)節(jié)粘度，于70'C條件下繼續(xù)反應(yīng)36h，從而得到高官能度水性UV樹(shù)脂預(yù)聚體。降溫至3(TC，將預(yù)聚物中加入三乙胺中和得到預(yù)聚體的丙酮溶液，并加入甲基丙烯酸羥乙酯、炭黑顏料高速分散12h。最后加入Darocur1173、TPO、ITX、Irgacure819等光引發(fā)劑攪拌lh，則得到超高固含量的水性UV黑色油墨。本專(zhuān)利發(fā)明的水性UV黑色油墨墨膜性能優(yōu)異，見(jiàn)表2。表2性能測(cè)試結(jié)果固含量80%固化時(shí)間l~2sUV固化2s后凝膠含量70%水分散性?xún)?yōu)鉛筆硬度3H劃格附著力l級(jí)柔韌性2mmvoc無(wú)/微量該測(cè)試數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明制備的水性u(píng)v黑色油墨，解決了深層光固化難的技術(shù)難題，具有優(yōu)異的光固化速率、附著力及其它力學(xué)性能，可適用于油墨或木器漆等領(lǐng)域；在生產(chǎn)和施工工藝方面，由于固含量較高，大大縮短了常規(guī)水性UV油墨或清漆的預(yù)干燥時(shí)間，生產(chǎn)效率明顯提高；同時(shí)，該水性UV油墨具有零VOC或低VOC排放，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害，滿(mǎn)足了環(huán)保、高效、優(yōu)質(zhì)的要求。權(quán)利要求1.一種超高固含量水性UV黑色油墨，其特征是，其組分及含量為(1)高官能水性聚氨酯丙烯酸酯20％～60％(2)復(fù)配型光引發(fā)劑5％～8％(3)親水性丙烯酸酯稀釋體或預(yù)聚物15％～35％(4)溶劑10～25％(5)納米炭黑顏料5％～15％所有百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)。2.—種制備上述超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，包括以下步驟步驟一，按質(zhì)量份，在氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下，將3560份的端羥基聚合物中間體、310份的親水?dāng)U鏈劑、1025份的丙酮、以及0.010.1份的催化劑置于反應(yīng)器中混合均勻，并滴加1530份的二異氰酸酯，并將溫度控制在407(TC之間，保溫反應(yīng)l3h，利用正丁胺法測(cè)定NCO含量直至達(dá)到理論值，合成水性聚氨酯預(yù)聚體；步驟二，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，往上述合成水性聚氨酯預(yù)聚體中加入質(zhì)量份為2040份的高官能度端羥基單體，溫度控制在609(TC之間，以完全封閉聚合物NCO端，反應(yīng)過(guò)程中加入1535份親水性丙烯酸酯、1025份少量丙酮溶劑調(diào)節(jié)粘度，從而得到高官能度的水性聚氨酯丙烯酸酯齊聚物；步驟三，最后，將上述水性聚氨酯丙烯酸酯齊聚物按質(zhì)量份為9095份加入弱堿中和，反應(yīng)溫度控制在405(TC之間，然后將體系中加入515份的納米黑色顏料，高速分散l2h，最后加入58份的復(fù)配型高效光引發(fā)劑，攪拌均勻，得到高固含量的水性UV黑色油墨。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述端羥基聚合物中間體包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚四氫呋喃醚二醇、端羥基聚丁二烯、聚己內(nèi)酯二元醇或聚碳酸酯二元醇中的一種或兩種以上的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯及4,4-二苯甲基甲烷二異氰酸酯中的一種或者兩種以上的混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述二異氰酸酯與二元醇的摩爾比為24:1。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述高官能度端羥基單體包括季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯單體或含羥基多官能度丙烯酸酯的預(yù)聚物。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述親水性丙烯酸酯包括丙烯酸-2-羥基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、丙烯酸-3-羥基丙酯、甲基丙烯酸-2-羥基丙酯、丙烯酸-6-羧基己酯其中一種或幾種混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述黑色顏料為納米級(jí)炭黑粉末，其粒徑約為2050mn。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備超高固含量水性UV黑色油墨的方法，其特征是，所述光引發(fā)劑包括二苯甲酮、2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲基-2-羥基苯乙酮、2-羥基-2-甲基-l-苯基丙酮、雙(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦、2,4，6-三甲基苯甲酰二苯氧化膦、2-羥甲基-2-甲氧基-2-苯基苯乙酮、a-羥基環(huán)己基苯甲酮、蒽醌、2-乙基蒽醌、異丙基硫雜蒽酮等其中一種或幾種混合物。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種超高固含量水性UV黑色油墨及其制備方法；本發(fā)明中該黑色油墨組份及重量百分含量為高官能水性聚氨酯丙烯酸酯20％～60％，復(fù)配型光引發(fā)劑5％～8％，親水性丙烯酸酯稀釋體或預(yù)聚物15％～35％，溶劑10～25％，納米炭黑顏料5％～15％；本發(fā)明的水性UV黑色色漆的光固化時(shí)間＜5秒，底層可完全固化，附著力、硬度、柔韌性等綜合性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于油墨、木器漆等領(lǐng)域；固含量高達(dá)80％，干燥、固化時(shí)間短，施工工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；可用水或乙醇等無(wú)毒溶劑稀釋調(diào)節(jié)粘度，適合多種生產(chǎn)方式和生產(chǎn)要求，環(huán)保無(wú)毒。文檔編號(hào)C09D11/10GK101659809SQ20091003663公開(kāi)日2010年3月3日申請(qǐng)日期2009年1月14日優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日發(fā)明者吳文健,彤張,楊勝利,郭叔清申請(qǐng)人:佛山市順德區(qū)德美油墨化工有限公司