成果名称: 塑料薄膜印刷用高性能水性聚氨酯油墨的绿色合成工艺及关键制备技术研究
完成单位: 华南理工大学
主要人员: 夏正斌,张亚君,张燕红,雷亮,欧灿斌,申政,张立
介绍:

① 课题来源与背景课题来源。广东省科技厅“公益研究与能力建设”专项资金资助。课题背景:我国印刷业“十二五”规划中已明确将水性油墨列为发展的重点。但是目前在塑料薄膜印刷油墨领 域,还没有可用的高性能水性产品,其主要原因之一在于水性油墨在非极性基材上的附着力差。此外,高性能的水性聚氨酯油墨的制备过程还存在着普遍使用有毒的有机金属类催化剂、大量使用丙酮等缺点 。因此,制备不含丙酮、不含有机金属类催化剂、能够用于非极性塑料薄膜表面印刷的水性聚氨酯油墨是十分有意义的。

② 技术原理及性能指标。技术原理:通过控制水性聚氨酯合成过程的预聚反应温度及反应时间、乳化阶段的温度等因素,通过在水性聚氨酯的主链上引入含有两个活性羟基的疏水性单体二羟基丙基十八烷酸酯和含有羟基的硅烷偶联剂进行扩链反应,制得了不含丙酮、不含有机金属类催化剂、同时含有疏水性烷基侧链和硅烷氧基侧链的聚氨酯乳液。以此乳液为基础,制备能够用于塑料基材表面印刷的水性聚氨酯油墨。性能指标:1)水性聚氨酯:不含金属离子催化剂;乳液粒径小于110nm,储存稳定性好;乳胶膜拉伸强度大于4.0MPa,断裂伸长率大于200%;吸水率小于4.0%;T剥离强度大于1.75N/15mm。2)水性聚氨酯油墨:细度小于10μm,初干性30 mm/30s,油墨干燥后具有良好的抗粘连性;在PET薄膜上的附着牢度为100%,在OPP薄膜上的附着牢度为90%。总之,性能不仅满足中华人民共和国轻工行业标准《水性凹版塑料薄膜表印油墨》(QBT 4103-2010)和《柔性版水性油墨》(QBT 2825-2006)的技术要求,而且其VOC含量满足国家标准《油墨中可挥发性有机化合物(VOCs)含量的限值》(GB 38507-2020)的要求,通过提高固含量,可促进其干燥过程,降低能耗,用于食品包装时具有优良的耐蒸煮性能。

③ 技术的创造性与先进性。 建立了不使用有毒的有机金属类催化剂、不使用丙酮、不分离溶剂的水性聚氨酯乳液的绿色生产 工艺;同时采用含有两个羟基的疏水性扩链剂及硅烷偶联剂进行聚氨酯的扩链反应,合成了均匀分布在聚氨酯分子结构中的疏水性长烷基侧链及硅烷氧基侧链的水性聚氨酯;以疏水性改性和硅氧烷改性的水性聚氨酯为连接料,制得了在PET、OPP塑料基材表面具有良好附着性能的水性聚氨酯油墨。

④ 技术的成熟程度,适用范围和安全性。技术成熟度:目前处于实验室研究阶段的末期,技术路线较为成熟,实验的重现性好,能够制备出符合要求的稳定的水性聚氨酯乳液及其水性油墨产品,但尚未进行工业化大规模实验及生产。适用范围:本研究所制得的水性聚氨酯油墨具有良好的初干性和耐水性等性能,在PET、OPP塑料基材表面具有良好的附着牢度,可用作这类塑料薄膜印刷的高性能水性油墨。此外,本项目制备的水聚氨酯乳液,综合性能优良,在喷墨印刷用墨水、水性聚氨酯涂料及胶粘剂等领域具有良好的发展潜力及应用前景。安全性:本项目产品的VOC为零,不会污染环境和危害人类身体健康,是一个高性能的环境友好型产品;本项目产品的合成及生产在一般的高分子聚合物合成设备中即可完成,无需高温高压,且生产过程无危险废物排放,因此本项目产品的生产过程是安全的。

⑤ 应用情况及存在的问题:目前本项目产品处于实验室研究阶段的末期,尚未进行工业化大规模生产及应用,但本项目技术路线较为合理,实验的重现性好,产品稳定性好,具有广阔的应用前景。目前存在的主要问题在于如何找到合适的企业和合作进行本项目产品的工业化生产。

⑥ 历年获奖情况:无。

批准登记号:
登记日期: 2025-03-03
研究起止时间: 2015-09-01至2022-08-08
所属行业: 制造业
所属高新技术类别: 新材料
评价单位名称: 广东省科学技术厅
评价日期: 2022-08-22