高性能水性UV固化纸张上光油及其制备方法

摘要

本发明提供了一种高性能水性UV固化纸张上光油及其制备方法，所述的高性能水性UV固化纸张上光油，其特点是采用水性聚氨酯—环氧丙烯酸酯UV固化预聚物为主体树脂，加入光引发剂、助剂、水或乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油。所述的制备方法，其特征为，具体的实施方法共五步：步骤一：聚氨酯预聚物的合成；步骤二：聚氨酯改性环氧树脂的合成；步骤三：聚氨酯—环氧丙烯酸酯预聚物的合成；步骤四：高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物的合成；步骤五：水性聚氨酯—环氧丙烯酸酯UV固化树脂与光引发剂、助剂、水或乙醇水溶液的复配。本发明产品具有节能环保、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，较低的上胶量即可得到良好的涂布效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能水性UV固化纸张上光油及其制备方法，特别是涉及高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物的制备方法，从根本上解决目前传统光固化涂料柔韧性和硬度之间的矛盾，解决了传统光固化涂料使用活性稀释剂问题，该水性UV固化纸张上光油具有环保节能、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，较低的上胶量即可得到良好的涂布效果。

背景技术

纸张上光油也称罩光油或磨光油，是印刷品表面装饰中使用的一种具有装饰性和保护性的涂料，主要应用于印刷后精加工和包装材料。随着市场经济和商品经济的快速稳步发展，人们对食品包装、书刊、杂志的封面、挂历、图片、药盒、烟包等的印刷装潢越来越重视，不但印刷要求在精美的彩色画面，而且具有富丽堂皇的表面光泽度，这种光泽度就是在被印物上涂上光油所产生的特殊效果。在印刷品上涂布上光油不仅能够增加印刷产品的价值，而且可以增强油墨耐旋光性能，增加油墨的防热、防潮能力，起到保护印迹提高印刷产品的使用性能，为印刷厂带来可观的经济效益。

目前在纸品上光油领域，UV固化上光油占主导地位，UV技术的优点为：经UV光源照射后，能立即固化，避免了浪费光油。UV印刷的速度可媲美传统的印刷方式，每小时可达12000多张，或者每分钟400米。并且，印刷品可立刻进行涂布、激光印刷、裁切、折痕、压花或模切等工序。UV固化纸张上光油对纸或纸板进行表面处理后能获得很高的光泽度、耐磨性和耐水性能，具有固化时间短、成膜速度快、光泽度高和成本低等特点，得到广泛应用。

但由于目前国内大多使用的UV固化上光油为溶剂型，配方中少不了使用丙烯酸酯类的活性稀释单体，这些单体对环境及人体健康可能有害，影响了它的应用和推广，主要有: 1)活性稀释剂对人的皮肤、黏膜和眼睛有刺激性，有的有臭味；2)低聚物黏度较大，涂装时，特别喷涂工艺，要加入大量活性稀释剂，有时还要加入有机溶剂，不安全，也污染环境；3)光固化体系主要自由基光聚合，因氧阻聚，聚合不完全，在固化涂层中仍残留活性稀释剂；4)油性光固化材料，涂布设备和容器清洗需用有机溶剂。另外，纸张是一种多孔吸附介质，在涂布、固化过程中活性单体难以完全反应，易于吸附残留于纸张纤维层中，会对印刷品长期性能和环境的安全指标有不利的影响。

本发明采用高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸酯UV固化预聚物为主体树脂，在光引发剂的作用下，加入助剂、水或乙醇水溶液，制成水性UV固化纸张上光油，实现完全的绿色环保效应，结合了水性涂料的环保优势和光固化涂料的节能优点，顺应UV涂料研究与开发的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能水性UV固化纸张上光油，并详细的介绍了该上光油的制备方法。

本发明的技术内容为采用水性聚氨酯—环氧丙烯酸酯UV固化预聚物为主体树脂，加入光引发剂、助剂、水或乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油，该上光油从根本上解决目前传统光固化涂料柔韧性和硬度之间的矛盾，解决了传统光固化涂料使用活性稀释剂问题，绿色环保。具体的制备方法共五步：步骤一：聚氨酯预聚物的合成；步骤二：聚氨酯改性环氧树脂的合成；步骤三：聚氨酯—环氧丙烯酸酯预聚物的合成；步骤四：高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物的合成；步骤五：水性聚氨酯—环氧丙烯酸酯UV固化树脂与光引发剂、助剂、水或乙醇水溶液的复配。本发明产品具有节能环保、流平性好，高光、高耐磨及高抗粘性，较低的上胶量即可得到良好的涂布效果。

本发明专利可使用的原料：

聚合物多元醇：相对分子质量1000的聚氧化丙烯二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己内酯二元醇；

小分子二元醇：乙二醇、丙二醇；

异氰酸酯类单体：异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯；

环氧树脂：E-51、E-44；丙烯酸；马来酸酐；

催化剂：三乙胺，四丁基溴化铵，N,N-二甲基苄胺；

阻聚剂：对苯二酚，对羟基苯甲醚，2, 6-二叔丁基对甲酚；

中和剂：三乙醇胺，二甲氨基乙醇，三乙胺；

光引发剂：Irgacure 2959（2-羟基-4-（2-羟乙氧基）-2-甲基苯甲酮），BP（二苯甲酮），Darocur 1173（2-羟基2-甲基-1-苯基丙酮）

本发明的制备方法为：

步骤一：向干燥的反应器中加入5~20重量份的异氰酸酯类单体，于40-50℃滴加3.5-30重量份的聚合物多元醇或聚合物多元醇与小分子二元醇的混合物，滴加时间0.5-2h，滴加过程中保温方式为：冰水浴与温水浴轮流使用，确保在滴加过程中温度平稳，滴加完毕后升温60-80℃，保温聚合1-3h；所述聚合物多元醇与小分子二元醇的混合物中聚合物多元醇与小分子二元醇的质量比为3~6:1；

步骤二：降温到60℃，再向上述反应器中加入50-80重量份的环氧树脂，加入完毕后，70-85℃保温2-3h；

步骤三：将丙烯酸加入到上述反应器中，在一定催化剂和阻聚剂作用下，90-105℃中反应3-5小时，得聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体；所述的催化剂为三乙胺，四丁基溴化铵，N,N-二甲基苄胺中的一种，用量为0.8%-1%（环氧树脂的质量分数）；所述的阻聚剂为对苯二酚，对羟基苯甲醚，2, 6-二叔丁基对甲酚中的一种，用量为0.1%-0.5%（环氧树脂的质量分数）；

步骤四：将所述的聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体，在60-75℃，加入顺酐，反应2-3小时，冷却至50~60℃，加入中和剂保温搅拌15-20分钟制得高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物；所述中和剂为三乙醇胺，二甲氨基乙醇，三乙胺中的一种，中和剂的量与顺酐摩尔比为1:1；所加入顺酐与环氧树脂的摩尔比为1.8~2:1。

步骤五：将所述的高性能UV固化水性预聚物，加入光引发剂、助剂、水或乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油；所述光引发剂为Irgacure 2959（2-羟基-4-（2-羟乙氧基）-2-甲基苯甲酮），BP（二苯甲酮），Darocur 1173（2-羟基2-甲基-1-苯基丙酮）中的一种；所述光引发剂与高性能UV固化水性预聚物的质量百分比为3%~5%。所述的助剂为流平剂和消泡剂，流平剂选自BYK-301、BYK-302、BYK-306、BYK-307，消泡剂选自BYK-034、BYK-036、BYK-037；流平剂和消泡剂的质量用量分别占高性能UV固化水性预聚物的0.3%~1%，0.1%~0.3%；所述的水或乙醇水溶液质量占高性能UV固化水性预聚物的100%~300%，乙醇水溶液中水与乙醇的体积比为：5:1~1:1。

具体实施方式

本发明用以下实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于实施例。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神及保护范围的情况下可做出许多其它的变化和修改，仍包括在权利要求书中保护的范围内。

实施例一：

步骤一：向干燥的反应器中加入5g异佛尔酮二异氰酸酯，于40-50℃滴加3.5g的聚氧化丙烯二元醇，滴加时间0.5h，滴加过程中保温方式为：冰水浴与温水浴轮流使用，确保在滴加过程中温度平稳，滴加完毕后升温60-80℃，保温聚合3h；

步骤二：降温到60℃，再向上述反应器中加入80g环氧树脂E51，加入完毕后，70-85℃保温2-3h；

步骤三：将丙烯酸加入到上述反应器中，在一定催化剂0.64gN,N二甲基苄胺和阻聚剂0.08g对羟基苯甲醚的作用下，90-105℃中反应3-5小时，得聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体；   

步骤四：将所述的聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体，在60-75℃，加入顺酐，反应2-3小时，冷却至50~60℃，加入中和剂三乙醇胺60.8g保温搅拌15-20分钟制得高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物；

步骤五：将所述的高性能UV固化水性预聚物，加入光引发剂、助剂、水进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油；所述光引发剂为Irgacure 2959；所述光引发剂与高性能UV固化水性预聚物的质量百分比为3%。所述的助剂为流平剂和消泡剂，流平剂选用BYK-301，消泡剂选用BYK-034，流平剂和消泡剂的质量用量分别占高性能UV固化水性预聚物的0.3%，0.1%；所述的水占树脂总重量的100%。

实施例二：

步骤一：向干燥的反应器中加入20g的异佛尔酮二异氰酸酯，于40-50℃滴加30g的聚四氢呋喃醚二元醇与丙二醇的混合物（聚氧化丙烯二元醇：丙二醇=5:1（质量比）），滴加时间2h，滴加过程中保温方式为：冰水浴与温水浴轮流使用，确保在滴加过程中温度平稳，滴加完毕后升温60-80℃，保温聚合2h；

步骤二：降温到60℃，再向上述反应器中加入50g的环氧树脂E51，加入完毕后，70-85℃保温2-3h；

步骤三：将丙烯酸加入到上述反应器中，在一定催化剂0.8g四丁基溴化铵和阻聚剂0.4g对苯二酚的作用下，90-105℃中反应3-5小时，得聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体；   

步骤四：将所述的聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体，在60-75℃，加入顺酐，反应2-3小时，冷却至50~60℃，加入中和剂三乙胺25.8g保温搅拌15-20分钟制得高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物；

步骤五：将所述的高性能UV固化水性预聚物，加入光引发剂、助剂、乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油；所述光引发剂为BP（二苯甲酮）；所述光引发剂与高性能UV固化水性预聚物的质量百分比为4%。所述的助剂为流平剂和消泡剂，流平剂选用BYK-302，消泡剂选用BYK-036，流平剂和消泡剂的质量用量分别占高性能UV固化水性预聚物的1%，0.3%；所述的乙醇水溶液（水与乙醇的体积比为1:1）占树脂总重量的100%。

实施例三：

步骤一：向干燥的反应器中加入5g的甲苯二异氰酸酯，于40-50℃滴加10g的聚己二酸丁二醇酯二醇，滴加时间0.5h，滴加过程中保温方式为：冰水浴与温水浴轮流使用，确保在滴加过程中温度平稳，滴加完毕后升温60-80℃，保温聚合3h；

步骤二：降温到60℃，再向上述反应器中加入80重量份的环氧树脂E51，加入完毕后，70-85℃保温2-3h；

步骤三：将丙烯酸加入到上述反应器中，在一定催化剂0.64g三乙胺和阻聚剂0.08g2, 6-二叔丁基对甲酚的作用下，90-105℃中反应3-5小时，得聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体；   

步骤四：将所述的聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体，在60-75℃，加入顺酐，反应2-3小时，冷却至50~60℃，加入中和剂二甲氨基乙醇54.3g保温搅拌15-20分钟制得高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物；

步骤五：将所述的高性能UV固化水性预聚物，加入光引发剂、助剂、乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油；所述光引发剂为Darocur 1173；所述光引发剂与高性能UV固化水性预聚物的质量百分比为3%。所述的助剂为流平剂和消泡剂，流平剂选用BYK-306，消泡剂选用BYK-037，流平剂和消泡剂的质量用量分别占高性能UV固化水性预聚物的0.3%，0.1%；所述的乙醇水溶液（水与乙醇的体积比为5:1）占树脂总重量的100%。

实施例四：

步骤一：向干燥的反应器中加入20g的甲苯二异氰酸酯，于40-50℃滴加24.84g的聚己内酯二元醇与乙二醇的混合物（聚己内酯二元醇：乙二醇=4:1（质量比）），滴加时间2h，滴加过程中保温方式为：冰水浴与温水浴轮流使用，确保在滴加过程中温度平稳，滴加完毕后升温60-80℃，保温聚合2h；

步骤二：降温到60℃，再向上述反应器中加入50重量份的环氧树脂E51，加入完毕后，70-85℃保温2-3h；

步骤三：将丙烯酸加入到上述反应器中，在一定催化剂0.8g四丁基溴化铵和阻聚剂0.4g对苯二酚的作用下，90-105℃中反应3-5小时，得聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体；   

步骤四：将所述的聚氨酯—环氧丙烯酸预聚体，在60-75℃，加入顺酐，反应2-3小时，冷却至50~60℃，加入中和剂三乙醇胺25.8g保温搅拌15-20分钟制得高性能水性聚氨酯—环氧丙烯酸UV固化预聚物；

步骤五：将所述的高性能UV固化水性预聚物，加入光引发剂、助剂、乙醇水溶液进行复配，由此制成水性UV固化纸张上光油；所述光引发剂为BP（二苯甲酮）；所述光引发剂与高性能UV固化水性预聚物的质量百分比为4%。所述的助剂为流平剂和消泡剂，流平剂选用BYK-307，消泡剂选用BYK-037，流平剂和消泡剂的质量用量分别占高性能UV固化水性预聚物的1%，0.3%；所述的乙醇水溶液（水与乙醇的体积比为2:1）占树脂总重量的100%。

本发明具体实施例性能指标

将本发明所涉及的水性UV固化纸张上光油具体实施例进行了性能测试，测试结果如表1所示。