请教水性纸张涂料的基础知识

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基本要求：吸水

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纸张用水性聚氨酯分散体的开发及应用

1 前 言

水性涂料有：水性醇酸类、水性丙烯酸类、水性聚氨酯类等。我国早期市场上见到的水性涂料多为丙烯酸体系，但随着人们的消费需求越来越高，丙烯酸体系在很多性能上已达不到人们的要求，因此水性聚氨酯体系应运而生，成为水性涂料中有着广阔发展前景的体系之一。

纸张包装行业对于纸张包装是在纸上面附上一层塑料薄膜作为装饰品，以达到期望的亮光、好的手感及耐磨性，但由于其长时期内不能在自然界里自行降解，造成白色污染，因此，纸张包装行业选择了涂料。但油性涂料中的有机溶剂有毒，对环境污染也很大，所以，选用了丙烯酸涂料作为纸张包装物的外装饰层，在使用过程中其最终形成的涂膜有着很多不足，比如：柔韧性差、不耐折、高温回粘、发白、手感差、膜丰满度不够、成膜温度高等缺陷，因此又选用了水性聚氨酯体系，它能够克服以上不足并能达到和塑料薄膜一样的柔韧性，且不论是何种油墨在上面的附着力都很好，所以被很多纸张包装公司所选用。

2 实验部分

2.1 纸张用水性聚氨酯分散体（ ADM-F207 ）的开发

2.1.1 主要原材料：聚己内酯多元酯，聚四氢呋喃醚（ PTMG) 、 TDI 、 HDI 、二羟甲基丁酸（ DMPA ）、 1,6 －己二醇、二甘醇、 AC 、三乙胺、去离子水等。 2.1.2 实验过程：在装有搅拌棒、温度表、冷凝管的三口瓶中，加入定量的聚己内酯多元醇、 PTMG ，加温融化，搅拌升温至 120 ℃ 减压脱水 0.5h ，降温至 40 ℃ 左右，加入 HDI 升温至 100 ℃ 左右反应 1h ，降温加入 DMPA 、 1,6- 己二醇、二甘醇、 AC 等，搅拌状态下使其自升温，然后在（ 80 ～ 90 ）℃反应 2h ，降温，加入催化剂、 AC ，升温至 50 ℃ 左右反应 4h ，测异氰酸酯值在 1.8 ～ 3 ，降温，将聚合液移至分散机下，在中速搅拌下加入三乙胺中和反应 3min ，高速搅拌下加入水分散，获得乳白色发蓝光的半透明液体，升温，脱丙酮后得到水分散体。

2.1.3 水性分散体的测试结果（见表 1 ）

表 1 水性分散体的测试结果

3 讨论与结果

3.1 不同聚酯多元醇对涂膜性能的影响

不同聚酯多元醇，因结构不同对涂膜的各项性能都有很大影响，聚碳酸酯二醇的硬度较高，耐磨性好，柔韧性差，膜不耐折，易出现裂纹，聚己内酯稍差，但 PTMG 的柔性好、硬度差、耐磨性稍差，所以配方中 选择聚己内酯多元醇与 PTMG 混配共用。表 2 为各种聚酯对涂膜的影响。

表 2 各种聚酯对涂膜的影响

3.2 不同异氰酸酯对聚合液及涂膜性能的影响

同样，不同的异氰酸酯因结构的不同对涂膜性能也有着影响，其试验结果见表 3 。试验中配方原料数量是一定的，只是将不同的异氰酸酯进行了等量交换，其所得结果是不同的。

表 3 不同异氰酸酯对聚合液及涂膜性能影响

3.3 亲水物质的选择

按照与中和剂反应成能分散至水中盐的理论，亲水物质一般选用 D M P A 、 D M B A 等，用量一般为聚酯总量的 16% 左右，过小则分散困难；过大则耐水性受影响。

3.4 扩链剂的选择

根据产品柔韧性好、硬度还要高的使用性能，选用了 1,6 －己二醇和二甘醇作为扩链剂，在配方中是比较合适的，其余的扩链剂，试验结果表明没有两种的效果好。

3.5 反应温度的控制

通过对异氰酸酯多次的试验结果表明，在不同环节因参与反应的物料不同，温度也有所不同。当聚酯与异氰酸酯进行反应时，温度应控制在（ 80 ～ 110 ）℃，亲水剂及扩链剂参与反应时，温度不应超过 80 ℃ ，在此温度下的聚合反应，聚合液粘度适中分散均匀。

4 水性聚氨酯分散体的制备

4.1 配方（见表 4 ）

4.2 生产工艺及使用方法

（ 1 ）将 D 、 E 加入到 C 中混合均匀；（ 2 ）将（ 1 ）加入到 B 中搅拌均匀，成透明状液体；（ 3 ）准确称量 A ，在搅拌状态下将（ 2 ）缓慢加入，中速搅拌 10min 加入 F ，搅拌 20min 静止 10min ，可以使用，若辊涂（涂 4 杯）粘度可控制在（ 14 ～ 19 ） s 。使用方法：其可辊涂、喷涂、刷涂，工厂化生产一般为辊涂；可在（ 80 ～ 120 ）℃烘干，效果更佳。

4.3 技术标准及检测结果（见表 5 ）

5 结 论

根据纸张包装物的使用特性，其表面涂膜必须柔韧性好、光泽度高、油墨易附着且不易脱落、耐折及耐磨性佳。

（ 1 ）选用聚己内酯多元醇（分子量 1 000 ）和 PTMG 为基本材料参与反应，且 PTMG 占聚酯总量的 60% ，符合技术要求；

（ 2 ）反应温度在（ 60 ～ 100 ）℃为宜，不超过 100 ℃ 最佳；

（ 3 ）根据比较实验：①丙烯酸体系的乳液，硬度高、膜薄、柔韧性差、有网裂、附着力低、成膜温度高；②聚酯体系，硬度高，柔韧性最差、不耐折、耐磨性差、不环保；③水性聚氨酯体系的 ADM-207 硬度适中，柔韧性极佳，极耐折，光泽度高，耐磨性佳，不失光。

，水性聚氨酯体系的水性上光油性能优于其它任何体系；

（ 4 ）本产品做包装物的涂饰剂，具有优良的耐磨、抗折叠性能，高附着，不易脱落且适合不同的油墨印刷，最重要的其涂膜为可降解物质， VOC 含量大大低 于国家环境产品标准，对环境不会造成污染，因此可大量推广应用于纸张包装行业；

（ 5 ）产品可作为烟包装盒、酒盒、化妆品盒、医药包装盒等纸张包装物品的表面上光剂，光泽度高、柔韧性好、耐折性极佳，非常适合。

表 4 水性聚氨酯分散体配方

表 5 技术标准及检测结果

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