一种光固化水性聚氨酯改性油墨及其制备方法与流程

本发明涉及油墨，具体为一种光固化水性聚氨酯改性油墨及其制备方法。

背景技术：

1、普通油墨中含有大量的矿物油，对人体有一定的危害，水性油墨由于不含有挥发性的有机溶剂，具有安全无毒的特点，聚氨酯在油墨中有着广泛的应用，对油墨的性能有着很大的影响，聚氨酯具有优良的耐磨性、耐擦伤性和粘结性能，具有广泛的可调性，能够满足各种需要，而水性聚氨酯是水性聚合物中的一种，使用水作为分散介质，由于其绿色环保备受关注，成为制备油墨的重要原料之一。

2、中国专利cn107141882b公开了一种水性油墨用水性聚氨酯树脂的合成方法，通过使用聚酯多元醇、聚醚多元醇、六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、催化剂混合得到预聚体，再加入亲水扩链剂、丙酮、三乙胺、去离子水、乙二胺，得到水性聚氨酯乳液，再和助溶剂、氨基硅烷、增稠剂、流平剂混合，得到水性油墨用水性聚氨酯树脂，具有优良的流平性、展色性和光泽度，对非极性基材具有优异的粘结力，但其黏度较高，且得到的油墨的耐冲击能力一般，对油墨进行改性，开发出性能更加优异的水性油墨具有更广泛的市场价值和实际意义。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光固化水性聚氨酯改性油墨及其制备方法，解决了传统水性聚氨酯油墨黏度大、固化速度慢的问题。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种光固化水性聚氨酯改性油墨的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将乙醇、去离子水、纳米二氧化钛、3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌混合均匀，在50-65℃反应3-8h，反应结束后，减压蒸馏，使用乙醇洗涤，在65-75℃干燥8-12h，得到氨基改性二氧化钛；

4、(2)将乙醇、氨基改性二氧化钛、烯丙基缩水甘油醚搅拌混合，发生反应，反应结束后，过滤，使用无水乙醇洗涤，在50-60℃干燥6-10h，得到烯基改性二氧化钛；

5、(3)将聚酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂混合，在氮气氛围中，进行反应，反应的温度为85-95℃，反应的时间为4-6h，得到预聚体，将预聚体的体系温度降至50-55℃，再加入2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯和烯基改性二氧化钛反应3-6h，加入三乙胺调节反应体系的ph为8-9，再加入去离子水，搅拌混合，得到改性水性聚氨酯乳液；

6、(4)将去离子水、改性水性聚氨酯乳液、颜料、抗氧剂、消泡剂混合均匀得到油墨预混物，将油墨预混物置于研磨装置中进行研磨处理，得到光固化水性聚氨酯改性油墨。

7、优选地，所述步骤(1)中乙醇、去离子水、纳米二氧化钛、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为(1200-1600):(300-400):100:(85-135)。

8、优选地，所述步骤(2)中乙醇、氨基改性二氧化钛、烯丙基缩水甘油醚的质量比为(500-800):100:(80-150)。

9、优选地，所述步骤(2)中反应的温度为15-30℃，反应的时间为6-12h。

10、优选地，所述步骤(3)中聚酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂、2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯、烯基改性二氧化钛、去离子水的质量比为100:(10-35):(0.03-1.5):(8-30):(2-7):(15-30)。

11、优选地，所述步骤(3)中催化剂包括辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、钛酸四丁酯、双(二甲胺基乙基)醚中的一种。

12、优选地，所述步骤(4)中去离子水、改性水性聚氨酯乳液、颜料、抗氧剂、消泡剂的质量比为(10-25):100:(1-2):(0.3-1):(0.5-1.2)。

13、优选地，所述步骤(4)中颜料包括炭黑。

14、优选地，所述步骤(4)中抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种。

15、优选地，所述步骤(4)中消泡剂包括吐温80、聚氧丙烯甘油醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。

16、优选地，采用上述的光固化水性聚氨酯改性油墨的制备方法制备得到的光固化水性聚氨酯改性油墨。

17、优选地，一种研磨装置，包括机架、研磨机构、上料机构以及流量调节机构，所述研磨机构安装于所述机架的上端；所述上料机构包括支架、储料箱以及挡料组件，所述储料箱通过所述支架固定安装于所述机架的顶端，所述挡料组件设置有两组，且两组所述挡料组件分别安装于所述研磨机构内部前研磨辊和中研磨辊之间间隙的两端，两组所述挡料组件与前研磨辊和中研磨辊合围形成一个储料槽，所述储料箱的顶端设置有进料口，所述储料箱的底端安装有位于所述储料槽正上方的出料嘴，且所述储料箱的底面设置有与所述出料嘴连通的出料槽；所述流量调节机构包括浮板、升降组件、流量调节块以及流量调节槽，所述流量调节槽设置于所述出料嘴内部的底端，所述流量调节块活动卡接于所述流量调节槽内，所述流量调节块的端部通过所述升降组件安装有所述浮板，且所述浮板向下延伸到所述储料槽内，所述浮板能在所述储料槽内的油墨预混物的浮力作用下向上浮动并在上浮时通过所述升降组件驱动所述流量调节块沿所述流量调节槽向上移动。

18、进一步地，所述研磨机构包括后研磨辊和电机，所述前研磨辊、中研磨辊和后研磨辊沿所述机架的上端依次排布并转动安装于所述机架上，所述电机通过电机座固定安装于所述机架上用于驱动所述前研磨辊、中研磨辊、后研磨辊旋转。

19、进一步地，所述研磨机构还包括导料槽和接料槽，所述导料槽和接料槽均固定安装于所述机架上，且所述接料槽设置于所述前研磨辊和中研磨辊的下方，所述导料槽设置于所述后研磨辊的下方；所述接料槽的一侧固定安装有抵接于所述前研磨辊底面的前辊刮板，所述导料槽的一侧固定安装有抵接于所述后研磨辊底面的后辊刮板。

20、进一步地，所述挡料组件包括挡料板和连接条，所述挡料板的下端卡装于所述前研磨辊和中研磨辊之间，且所述挡料板下端的两侧设置有分别紧贴于所述前研磨辊和中研磨辊上的弧形凹槽，所述连接条的一端固定连接于所述挡料板的一侧，所述连接条的另一端连接安装于所述机架内侧。

21、进一步地，所述挡料组件还包括滑槽、滑块以及丝杆，所述滑槽设置于所述机架上，且所述滑槽位于所述连接条的一端，所述滑块滑动安装于所述滑槽内，所述连接条的端部与所述滑块的外侧面固定连接；所述丝杆转动安装于所述滑槽内，所述滑块通过螺纹孔螺纹传动安装于所述丝杆上，所述丝杆的顶端向上延伸到所述机架的上方并固定安装有调节旋钮。

22、进一步地，所述升降组件包括限位板、升降杆以及升降板，所述限位板固定安装于所述挡料板的一侧，所述升降杆活动插接于所述限位板上，所述升降杆的底端固定安装有所述浮板，所述升降杆的顶端固定安装有所述升降板，所述升降板固定安装于所述流量调节块的端部。

23、进一步地，所述升降杆上设置有位于所述限位板上方的外螺纹，所述升降杆上通过所述外螺纹螺纹传动安装有压力调节板，所述升降杆上活动套装有位于所述限位板和所述压力调节板之间的弹簧。

24、进一步地，所述出料嘴的端部固定安装有锁定块，所述升降杆的顶端活动插接于所述锁定块内，且所述升降杆和所述锁定块上设置有能相互连通的销孔，所述销孔内插接有锁定销。

25、本发明中先使用3-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米二氧化钛进行改性，得到氨基改性二氧化钛，在乙醇溶剂中，氨基改性二氧化钛上的氨基基团和烯丙基缩水甘油醚上的环氧基团发生开环反应，得到烯基改性二氧化钛，在二氧化钛表面引入了双键基团和新的羟基，在氮气氛围中，聚酯二元醇上的羟基和异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基团在催化剂的作用下发生反应，得到了预聚体，再加入2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯和烯基改性二氧化钛，预聚体和2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯和烯基改性二氧化钛上的羟基反应，得到改性水性聚氨酯乳液，在改性水性聚氨酯乳液中引入了更多的光固化的双键基团，再将得到的改性水性聚氨酯乳液和去离子水、颜料、抗氧剂、消泡剂混合均匀，得到光固化水性聚氨酯改性油墨。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、本发明中使用的纳米二氧化钛具有很好的紫外线吸收能力，具有很好耐老化和抗紫外的能力，提高了油墨的耐光变色性能，纳米二氧化钛具有小尺寸效应、光学效应以及量子尺寸效应等，纳米二氧化钛在改性前容易发生团聚，经过改性后，有效避免了纳米二氧化钛的团聚，能够均匀的分散在油墨体系中，防止由于加入纳米二氧化钛导致的油墨黏度增大，同时能够稳定的贮存。

28、预聚体自身所含有的双键数量较少，导致整个体系中双键含量不足，随之导致油墨在载体上固化时所形成的交联网状结构强度不足，从而导致油墨膜耐磨度随之下降，在聚氨酯分子链上引入了可固化的光固化官能团(双键)，赋予了改性油墨快速固化的性能，使用的烯基改性二氧化钛和2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯上均含有双键基团，通过化学键结合的方式，得到的改性水性聚氨酯乳液具有很好的交联密度，改性油墨的硬度和耐磨性都与光固化官能团的多少成正比，官能度高，交联密度有所提高，硬度和耐磨性提高，同时加入2-丙烯酸-2-羟基-1,3-丙二酯起到了稀释的效果，使改性油墨体系的黏度下降，纳米二氧化钛具有优良的力学性能，添加到油墨体系中，进一步提高了改性油墨的硬度。

29、本发明中的改性油墨结合了光固化技术和水性聚氨酯两者的优势，具有绿色环保的特点，而且具有固化速度快、涂膜性能优良等优点，得到的光固化水性聚氨酯改性油墨具有优良的耐冲击性能、附着力、耐老化、耐腐蚀、抗紫外线等性能，制备得到的油墨具有特殊抗性。

30、本发明中的研磨装置，在前研磨辊和中研磨辊的上方设置有储料箱，且储料箱的底部设置有位于前研磨辊和中研磨辊间隙正上方的条形出料口，能通过条形出料口将储料箱内的油墨预混物输送到前研磨辊和中研磨辊间隙之间进行研磨，储料箱的使用能大大提高油墨预混物的单次上料量和存储量，使得单次上料后油墨预混物的存储量能供研磨辊较长时间的研磨消耗，从而无需人工频繁添加原料，使研磨装置的工作使用更加方便，能提高工作人员的工作效率并降低劳动强度；同时在前研磨辊和中研磨辊间隙的两端设置有挡料组件，挡料组件能对前研磨辊和中研磨辊端部进行阻挡防护防止从储料箱内输送掉落的油墨预混物从前研磨辊和中研磨辊端部输送渗漏，且挡料组件在前研磨辊和中研磨辊之间隔离形成一个储料槽，能对储料箱内输送掉落的油墨预混物进行收集存储，使得储料槽内存储有足量的油墨预混物，且油墨预混物由于自身流体流动特性均匀流淌分布于储料槽内，进而使前研磨辊和中研磨辊旋转对油墨预混物进行研磨时，储料槽内的油墨预混物能均匀涂覆于研磨辊上，从而提高对油墨预混物研磨效果。