桐油改性水性聚氨酯及其在油墨中的应用研究

摘要

水性聚氨酯（WPU）兼具聚氨酯材料优异的物理化学性能和水性技术安全、环保、低廉等特性。由于水性聚氨酯分子结构中含有亲水性基团，因而具有耐水性先天不足的缺陷，综合性能也无法与溶剂型聚氨酯媲美。桐油为我国特色可再生生物质资源，其分子结构中含有三个不饱和共轭双键，将其引入到水性聚氨酯分子中去，不仅可以提高水性聚氨酯耐水性和综合性能，而且可以扩大天然可再生资源的应用范围，符合了节约资源及绿色环保的要求。本论文主要通过将桐油进行酯交换反应制备出桐油基二元醇(TO)，将其引入到水性聚氨酯结构中制备了桐油改性的水性聚氨酯，并以此为连接料制备出水性聚氨酯油墨。具体研究如下：　　（1）以桐油、丙三醇为基本原料，甲醇钠为催化剂，通过酯交换反应制备了桐油基二元醇；利用红外、紫外光谱以及核磁共振等对其结构进行了表征；最后对酯交换反应的工艺进行了优化，确定了最佳工艺为：反应温度为210℃，催化剂用量为0.5％，反应时间为4h。　　（2）以自制的桐油基二元醇为改性剂，对水性聚氨酯进行了改性制备出了耐水性能优异的桐油改性水性聚氨酯乳液。通过红外光谱、TG、DSC、扫描电镜、旋转流变仪，接触角测试仪等对产品的结构与性能进行了表征测试，研究了桐油基二元醇含量、聚酯二元醇（POL）含量、二羟甲基丙酸（DMPA）含量以及中和度等对水性聚氨酯乳液及其涂膜性能的影响。　　（3）以自制的桐油改性水性聚氨酯树脂为连接料，通过与颜料、助剂等复配制备了水性凹印油墨，研究了不同颜基比（即颜料与基料之比）对油墨性能的影响。结果表明：随着树脂含量的增加，水性油墨的贮存稳定性增强，对 PET塑料薄膜的附着力增加，油墨的光泽度增加，制备出的水性聚氨酯油墨的细度、粘度、流变性以及耐水性可以较好满足凹版印刷的适性要求。

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第一章 绪论

1.1 水性聚氨酯简介

1.1.1水性聚氨酯的分类

1.1.2水性聚氨酯合成的基本原料

1.1.3水性聚氨酯的制备方法

1.2 水性聚氨酯结构与性能关系

1.2.1硬段对水性聚氨酯性能的影响

1.2.2软段对水性聚氨酯性能的影响

1.3 国内外水性聚氨酯改性研究进展

1.3.1丙烯酸酯类改性水性聚氨酯

1.3.2有机硅改性水性聚氨酯

1.3.3环氧树脂改性水性聚氨酯

1.3.4纳米粒子改性水性聚氨酯

1.4 天然植物油改性水性聚氨酯

1.4.1植物油以及桐油简介

1.4.2桐油改性水性聚氨酯

1.4.3蓖麻油改性水性聚氨酯

1.4.4亚麻油改性水性聚氨酯

1.5 水性聚氨酯及其水性油墨简介

1.5.1 水性油墨

1.5.2 水性聚氨酯油墨的制备

1.5.3水性聚氨酯油墨的发展

1.6 课题研究的目的意义以及内容

1.6.1 课题研究的目的以及意义

1.6.2课题研究的内容

第二章 桐油基二元醇的制备与表征

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料与试剂

2.1.2 实验仪器与设备

2.1.3 桐油基二元醇的合成与提纯

2.1.4表征与测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 产物结构的表征

2.2.2 反应条件对桐油酯交换反应的影响

2.2.3 最佳反应条件下产物的羟值测定

2.3 结论

第三章 桐油改性水性聚氨酯的制备及其性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2实验仪器与设备

3.1.3 桐油基水性聚氨酯的制备

3.1.4 水性聚氨酯固化膜的制备

3.1.5 表征与测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 红外光谱分析

3.2.2桐油基二元醇含量对水性聚氨酯性能的影响

3.2.3 POL含量对水性聚氨酯性能的影响

3.2.4 DMPA含量对水性聚氨酯性能的影响

3.2.5中和度对水性聚氨酯乳液性能的影响

3.2.6水性聚氨酯流变性能研究

3.3 本章小结

第四章 桐油基水性聚氨酯在水性油墨中的应用研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验仪器与设备

4.1.3 水性油墨的制备

4.1.4 水性油墨凹印制样

4.1.5表征与测试

4.2 结果与讨论

4.2.1油墨的细度

4.2.2水性油墨的流变性

4.2.3 水性油墨的附着力

4.2.4 水性油墨的贮存稳定性

4.2.5水性油墨的初干性

4.2.6水性油墨的光泽度

4.2.7自制凹印水性油墨的性能

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢