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《北京工商大学》 2016年
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聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液合成及性质研究

吴涛  
【摘要】:近年来,随着人们环保意识和对印刷要求的不断提高,越来越多人关注水性油墨。但是水性油墨在软包装薄膜上依然存在干燥速度慢、附着力差等印刷适应性问题,制约了其在食品、医药、卫生等软包装印刷材料上的应用。结合聚氨酯和聚丙烯酸酯各自优缺点,研究了聚氨酯分散液(PU)和聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液(PUA)的制备并将其应用于水性基墨中,评价了其对水性基墨性能的影响。1、以聚丙二醇(PPG)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)和聚乙二醇(PEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、1,4-丁二醇(BDO)为主要原料制备了聚氨酯分散液(WPU)和高固含聚氨酯(HPU)分散液。结果表明:当DMPA的添加量为5wt%时,WPU的粒径可控制在100 nm以下。γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性后的聚氨酯分散液表面张力降低明显且变化范围在35.43 mN/m~36.42 m N/m。当聚氨酯分散液固含量在30%~40%时,分散液接近牛顿型流体特征;而聚氨酯分散液固含量在40%~50%时,分散液呈现假塑性流体的特征。聚酯二元醇PBA(Mn=2000 Da)适用于制备HPU分散液。2、采用乳化法和单体稀释法合成了PUA-I系列和PUA-II系列乳液,探讨了合成工艺、PU/PA比值、乳化剂用量以及PPG分子量对乳液粒径大小与分布、耐水性与接触角、流变性、干燥速率、附着力等的影响。研究发现:DMPA和乳化剂对减小乳液粒径大小具有协同效应。当PU/PA=90/10时,乳胶膜的接触角最大,吸水率最小,分别为72.1°和10.2%。PPG分子量为2000 Da时,乳液的干燥速率快、热稳定性好。乳化剂添加量为2 wt%时,乳液接近于牛顿性流体特征,而添加量为3 wt%或4 wt%时,乳液为假塑性流体。PUA-I系列乳液在BOPP薄膜基材上的附着力较差,在PVC和PA薄膜基材上的附着力较好。3、通过分散液或乳液与色浆混合制备了一系列稳定的基墨,研究了基墨在软包装薄膜上的印刷适应性。结果表明:当PUA-II-e乳液与色浆按照1:1(EP-5)和2:1(EP-6)比例混合时,基墨与PUA-II-e乳液具有相似的流变性特征且EP-5的干燥速率最快。基墨在PVC和PET基材上表现出优异的附着力。
【关键词】:水性油墨 软包装薄膜 聚氨酯分散液 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液
【学位授予单位】:北京工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TS802.3;O648.23
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-19
  • 1.1 引言10
  • 1.2 水性聚氨酯及分散液简介10-11
  • 1.2.1 水性聚氨酯的分类10-11
  • 1.2.2 水性聚氨酯的结构与性能11
  • 1.2.3 水性聚氨酯的乳化原理11
  • 1.3 水性聚氨酯分散液的制备方法11-12
  • 1.3.1 自乳化法12
  • 1.3.2 外乳化法12
  • 1.4 丙烯酸酯类单体12-13
  • 1.4.1 单体的分类13
  • 1.4.2 单体的性质13
  • 1.5 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液13-17
  • 1.5.1 聚氨酯-丙烯酸酯乳液的特点13-14
  • 1.5.2 聚氨酯-丙烯酸乳液的类型14-15
  • 1.5.3 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的改性15-17
  • 1.6 本文研究目的与主要内容和创新之处17-19
  • 1.6.1 研究目的17-18
  • 1.6.2 研究主要内容18
  • 1.6.3 研究创新之处18-19
  • 第2章 聚氨酯分散液的合成及性质19-32
  • 2.1 方案设计与背景19
  • 2.2 实验部分19-24
  • 2.2.1 主要试剂及样品前处理19-20
  • 2.2.2 仪器与设备20
  • 2.2.3 聚氨酯分散液的合成20-22
  • 2.2.4 高固含聚氨酯分散液的合成22-23
  • 2.2.5 聚氨酯分散液膜的制备23
  • 2.2.6 分析与测试23-24
  • 2.3 结果与讨论24-31
  • 2.3.1 DMPA含量对聚氨酯分散液稳定性的影响24-26
  • 2.3.2 低聚物二元醇对聚氨酯分散液固含量的影响26
  • 2.3.3 固含量对聚氨酯分散液粘度的影响26-27
  • 2.3.4 固含量对聚氨酯分散液流变性的影响27-28
  • 2.3.5 聚氨酯分散液膜的红外谱图28-30
  • 2.3.6 封端剂对聚氨酯分散液的粒径大小与分布的影响30
  • 2.3.7 封端剂对聚氨酯分散液表面张力的影响30-31
  • 2.4 本章小结31-32
  • 第3章 聚氨酯-丙烯酸酯乳液的合成与性能32-48
  • 3.1 方案设计与背景32
  • 3.2 实验部分32-38
  • 3.2.0 主要试剂及前处理32-33
  • 3.2.1 仪器与设备33
  • 3.2.2 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成33-36
  • 3.2.3 乳胶膜的制备36
  • 3.2.4 表征与测试36-38
  • 3.3 结果与讨论38-47
  • 3.3.1 PUA-I系列乳液结构分析38-40
  • 3.3.2 PUA-I系列乳液形貌分析40
  • 3.3.3 PUA-I系列乳液流变性分析40-42
  • 3.3.4 PUA-I系列乳胶膜吸水率与接触角分析42
  • 3.3.5 PUA-I系列乳液干燥速率分析42-43
  • 3.3.6 PUA-I系列乳胶膜热稳定性分析43-44
  • 3.3.7 PUA-I系列乳液附着力分析44-45
  • 3.3.8 PUA-I系列和PUA-II系列乳液粒径大小与分布分析45-47
  • 3.4 本章小结47-48
  • 第4章 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液在水性油墨中的性能研究48-56
  • 4.1 方案设计与背景48
  • 4.2 实验部分48-50
  • 4.2.1 实验主要原料48-49
  • 4.2.2 实验仪器49
  • 4.2.3 色浆的制备49-50
  • 4.2.4 基墨的制备50
  • 4.2.5 性能表征及测试50
  • 4.3 结果与讨论50-55
  • 4.3.1 基墨的干燥性能50-52
  • 4.3.2 基墨的流变性能52-54
  • 4.3.3 基墨的附着性能54-55
  • 4.4 本章小结55-56
  • 第5章 结论56-57
  • 参考文献57-61
  • 在学期间发表的学术论文与研究成果61-62
  • 致谢62

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