發(fā)布時(shí)間：2017-03-24 21:10

  本文關(guān)鍵詞：塑料薄膜印刷用水性聚氨酯油墨連接料的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,食品包裝塑料薄膜印刷油墨主要是溶劑型聚氨酯油墨。隨著環(huán)保要求的不斷提高,溶劑型油墨向水性油墨轉(zhuǎn)型是油墨行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。制備水性聚氨酯油墨的關(guān)鍵是合成出性能優(yōu)異的水性聚氨酯乳液。常規(guī)的水性聚氨酯在耐水性、耐熱性及附著性能等方面存在不足,特別是難以在非極性塑料薄膜上附著。本論文旨在制備性能優(yōu)異的水性聚氨酯乳液,并將其應(yīng)用在食品包裝塑料薄膜印刷水性油墨中。為此,本文開展了以下幾個(gè)方面的研究:1)以二羥甲基丙酸(DMPA)作為親水性單體,制得了水性聚氨酯乳液,并探討了DMPA的含量對(duì)水性聚氨酯乳液性能及附著性能的影響。研究結(jié)果表明,隨著DMPA含量的增加,水性聚氨酯乳液的粒徑逐漸減小,zeta電位逐漸增大,體系的粘度逐漸增大,貯存穩(wěn)定性逐漸提高。水性聚氨酯的剝離強(qiáng)度隨DMPA含量的增加先增大后降低。當(dāng)DMPA含量為4.0~4.5 wt%時(shí),制得的水性聚氨酯乳液具有較好的穩(wěn)定性及附著性能。2)為了進(jìn)一步提高水性聚氨酯的性能及減少稀釋溶劑的用量,在聚氨酯預(yù)聚體乳化分散后加入多官能度胺類擴(kuò)鏈劑進(jìn)行后擴(kuò)鏈反應(yīng),制得了溶劑含量低、性能優(yōu)異的水性聚氨酯,并研究了后擴(kuò)鏈過程及不同官能度胺類擴(kuò)鏈劑對(duì)水性聚氨酯性能的影響。研究結(jié)果表明,胺類擴(kuò)鏈劑的后擴(kuò)鏈反應(yīng)主要發(fā)生在乳膠粒子表面,實(shí)際最大的擴(kuò)鏈度約為60%。XRD、DSC、TG和T-剝離強(qiáng)度分析結(jié)果表明,三官能度的二乙烯三胺(DETA)是提高水性聚氨酯性能的一種有效的擴(kuò)鏈劑。當(dāng)乙二胺(EDA)/DETA摩爾比為2/3時(shí),制得的水性聚氨酯具有較好的綜合性能。本文還研究了NCO/OH摩爾比對(duì)水性聚氨酯乳液的穩(wěn)定性和固含量的影響,結(jié)果表明當(dāng)NCO/OH摩爾比為1.6時(shí),可制得固含量為40 wt%、溶劑含量為5 wt%、貯存穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液。該乳液由于其溶劑含量低,可直接用作配制水性聚氨酯油墨的連接料,避免了溶劑回收的成本。以本實(shí)驗(yàn)合成的水性聚氨酯為連接料所制得的水性聚氨酯油墨具有良好的耐蒸煮性,可用于耐蒸煮食品包裝PET薄膜印刷。3)為了提高水性聚氨酯在非極性塑料薄膜上的附著力,本文采用含長脂肪鏈的三羥甲基丙烷單油酸酯(TMPM)作為二醇擴(kuò)鏈劑,合成了含長脂肪烴側(cè)鏈的水性聚氨酯,并考查了TMPM含量對(duì)水性聚氨酯性能的影響。FT-IR和1H NMR分析表明TMPM成功地引入到了水性聚氨酯分子中。隨著TMPM含量的增加,水性聚氨酯的粒徑增大,粘度降低,在塑料薄膜上的潤濕性增強(qiáng),附著性能提高。水性聚氨酯的剝離強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性隨著TMPM含量的增加先升高后降低。當(dāng)TMPM含量為6.0 wt%時(shí),水性聚氨酯的剝離強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性最高。4)為了進(jìn)一步提高水性聚氨酯在非極性薄膜上的附著性能,在含6.0 wt%TMPM的水性聚氨酯的基礎(chǔ)上,本文采用含2個(gè)氨基的硅烷偶聯(lián)劑(3-(2-氨乙基)氨丙基)三甲氧基硅烷(AEAPTMS)對(duì)聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行擴(kuò)鏈,合成了硅氧烷側(cè)鏈均勻分布在聚氨酯主鏈上的水性聚氨酯乳液,并考查了AEAPTMS含量對(duì)水性聚氨酯性能的影響。FT-IR和1H NMR分析表明,AEAPTMS成功地引入到了水性聚氨酯分子中。隨著AEAPTMS用量的增加,水性聚氨酯乳液在OPP薄膜上的潤濕性增大。AEAPTMS中甲氧基水解生成硅羥基,硅羥基與聚氨酯分子鏈上的羥基進(jìn)行縮合反應(yīng),增強(qiáng)了水性聚氨酯膠膜的內(nèi)聚強(qiáng)度;硅羥基還與電暈處理后的OPP薄膜表面上的羥基等活性基團(tuán)反應(yīng)形成化學(xué)鍵,增強(qiáng)了膠膜與OPP薄膜的界面附著強(qiáng)度,從而提高了水性聚氨酯在OPP薄膜上的剝離強(qiáng)度。然而當(dāng)AEAPTMS含量過高時(shí),水性聚氨酯的交聯(lián)密度過大,內(nèi)聚強(qiáng)度過高,抑制了聚氨酯鏈段的運(yùn)動(dòng),從而使得剝離強(qiáng)度降低。當(dāng)AEAPTMS含量為2.0 wt%時(shí),水性聚氨酯具有最大的剝離強(qiáng)度,同時(shí)還具有較好的耐水性和耐熱性。該水性聚氨酯配制的水性油墨在非極性的OPP薄膜上具有良好的附著牢度和耐蒸煮性等性能,可用作非極性塑料薄膜的印刷油墨。5)為了考查水性聚氨酯附著性能與交聯(lián)密度間的相互關(guān)系,本文在聚氨酯合成過程中引入含3個(gè)羥基的三羥甲基丙烷(TMP),制得了內(nèi)交聯(lián)型水性聚氨酯。通過改變TMP含量來改變水性聚氨酯的交聯(lián)密度,采用數(shù)學(xué)分析方法得到了附著性能與交聯(lián)密度間相互關(guān)系的擬合曲線,建立了經(jīng)驗(yàn)方程。結(jié)果表明,隨著TMP含量的增加,水性聚氨酯的交聯(lián)密度和內(nèi)聚強(qiáng)度逐漸增大,從而使其剝離強(qiáng)度逐漸增大,然而當(dāng)TMP含量過多時(shí),較大的交聯(lián)密度抑制了聚氨酯分子鏈的運(yùn)動(dòng),使得水性聚氨酯膠膜與PET薄膜間的界面附著強(qiáng)度降低,且剝離破壞類型由內(nèi)聚破壞逐漸變化到界面破壞。當(dāng)TMP含量為2.0 wt%時(shí),水性聚氨酯的剝離強(qiáng)度最大,剝離破壞為內(nèi)聚破壞和界面破壞的混合破壞。通過二項(xiàng)式擬合法得到了剝離強(qiáng)度(T)與TMP含量(x)相互關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程T=1.94+0.81x-0.22x2,也得到了剝離強(qiáng)度(T)與交聯(lián)密度(υ相互關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程T=1.59+750.44υe-128313.62υe2。同時(shí),方程υe=0.00045+0.0013x和υe=0.00050+0.0013x可表示交聯(lián)密度與TMP含量間的相互關(guān)系。通過建立的經(jīng)驗(yàn)方程可得出,合適的交聯(lián)密度是合成一種具有優(yōu)異附著性能的水性聚氨酯的關(guān)鍵因素之一。在本文中,當(dāng)交聯(lián)密度為0.00292 mol/cm3時(shí),水性聚氨酯的剝離強(qiáng)度最大,附著性能最好。6)采用石墨烯改性水性聚氨酯來提高其耐熱性及力學(xué)性能等性能。首先通過改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯(GO),然后采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)GO進(jìn)行改性,得到含氨基的GO,再采用二乙醇胺(DEA)進(jìn)行還原,成功制得了含氨基的還原氧化石墨烯(A-r GO),最后采用A-r GO作為增強(qiáng)填料,利用氨基與異氰酸酯基的反應(yīng),通過原位聚合法將A-r GO共價(jià)鍵合到水性聚氨酯分子鏈中,制得了A-r GO/WPU復(fù)合乳液。本文考查了原始石墨、GO和A-r GO的結(jié)構(gòu)、形貌和性能及A-r GO含量對(duì)A-r GO/WPU復(fù)合乳液性能的影響。TEM和SEM分析表明,低含量(≤0.5 wt%)的A-r GO能均勻地分散在水性聚氨酯基體中。隨著A-r GO含量的增加,A-r GO/WPU膠膜的力學(xué)性能、儲(chǔ)能模量和熱穩(wěn)定性逐漸提高。然而,當(dāng)A-r GO含量過多時(shí),A-r GO的分散性降低,導(dǎo)致A-r GO/WPU膠膜的力學(xué)性能降低。當(dāng)A-r GO含量為WPU固體分質(zhì)量的0.5 wt%時(shí),制得的A-r GO/WPU復(fù)合乳液具有較好的力學(xué)性能及耐熱性。該復(fù)合乳液配制的水性油墨在PET薄膜上具有良好的附著牢度和耐蒸煮性,因此可用來印刷耐蒸煮食品包裝PET薄膜。
【關(guān)鍵詞】：水性油墨 水性聚氨酯 交聯(lián) 硅烷偶聯(lián)劑 石墨烯
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TS802.3;TS206.4
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-22
• 主要符號(hào)表22-23
• 第一章 緒論23-63
• 1.1 引言23-24
• 1.2 塑料薄膜概述24-25
• 1.3 水性油墨概述25-27
• 1.3.1 水性油墨的組成25-26
• 1.3.2 水性油墨連接料樹脂的研究狀況26-27
• 1.4 水性聚氨酯連接料27-38
• 1.4.1 水性聚氨酯的制備方法27-28
• 1.4.2 水性聚氨酯連接料的關(guān)鍵性能及其影響因素28-31
• 1.4.3 提高水性聚氨酯性能的方法31-38
• 1.5 石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合材料的研究狀況38-49
• 1.5.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)39-40
• 1.5.2 氧化石墨烯的制備40-41
• 1.5.3 氧化石墨烯的改性41-45
• 1.5.4 氧化石墨烯的還原45-47
• 1.5.5 石墨烯/聚氨酯復(fù)合材料的制備與性能47-49
• 1.6 本論文的研究背景及意義、研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處49-53
• 1.6.1 本論文的研究背景及意義49-50
• 1.6.2 本論文的研究內(nèi)容50-51
• 1.6.3 本論文的創(chuàng)新之處51-53
• 參考文獻(xiàn)53-63
• 第二章 DMPA含量對(duì)水性聚氨酯附著性能的影響63-74
• 2.1 引言63
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分63-66
• 2.2.1 原料63-64
• 2.2.2 制備過程64
• 2.2.3 水性聚氨酯膠膜的制備64
• 2.2.4 分析測試64-66
• 2.3 結(jié)果與討論66-71
• 2.3.1 紅外光譜66
• 2.3.2 乳液性能66-67
• 2.3.3 潤濕性67-69
• 2.3.4 附著性能69-71
• 2.4 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-74
• 第三章 不同官能度胺類擴(kuò)鏈劑對(duì)水性聚氨酯性能的影響74-91
• 3.1 引言74-76
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分76-78
• 3.2.1 原料76
• 3.2.2 制備過程76
• 3.2.3 水性聚氨酯膠膜的制備76-77
• 3.2.4 分析測試77-78
• 3.3 結(jié)果與討論78-87
• 3.3.1 擴(kuò)鏈度78-81
• 3.3.2 擴(kuò)鏈劑的類型對(duì)水性聚氨酯性能的影響81-84
• 3.3.3 EDA和DETA擴(kuò)鏈的水性聚氨酯的性能84-87
• 3.4 本章小結(jié)87-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 第四章 含長脂肪烴側(cè)鏈的水性聚氨酯的合成及性能研究91-108
• 4.1 引言91-92
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分92-95
• 4.2.1 原料92
• 4.2.2 制備過程92-93
• 4.2.3 水性聚氨酯膠膜的制備93
• 4.2.4 分析測試93-95
• 4.3 結(jié)果與討論95-104
• 4.3.1 紅外光譜95-96
• 4.3.2 核磁氫譜96-98
• 4.3.3 乳液粒徑及粘度98-99
• 4.3.4 附著性能99-102
• 4.3.5 膠膜的表面性能102
• 4.3.6 DSC分析102-103
• 4.3.7 TG分析103-104
• 4.4 本章小結(jié)104-105
• 參考文獻(xiàn)105-108
• 第五章 含硅氧烷側(cè)鏈的水性聚氨酯的合成及性能研究108-130
• 5.1 引言108-110
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分110-113
• 5.2.1 原料110
• 5.2.2 制備過程110
• 5.2.3 水性聚氨酯膠膜的制備110-111
• 5.2.4 分析測試111-113
• 5.3 結(jié)果與討論113-124
• 5.3.1 紅外光譜113-115
• 5.3.2 核磁氫譜115-116
• 5.3.3 乳膠粒的粒徑及形態(tài)116-118
• 5.3.4 附著性能118-119
• 5.3.5 膠膜的表面性能119-120
• 5.3.6 力學(xué)性能120-121
• 5.3.7 XRD分析121-122
• 5.3.8 DSC分析122-123
• 5.3.9 TG分析123
• 5.3.10 AEAPTMS和APTES對(duì)WPU性能影響的比較123-124
• 5.4 本章小結(jié)124-126
• 參考文獻(xiàn)126-130
• 第六章 交聯(lián)對(duì)水性聚氨酯附著性能的影響130-149
• 6.1 引言130-132
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分132-135
• 6.2.1 原料132
• 6.2.2 制備過程132-133
• 6.2.3 水性聚氨酯膠膜的制備133
• 6.2.4 分析測試133-135
• 6.3 結(jié)果與討論135-145
• 6.3.1 紅外光譜135-136
• 6.3.2 乳液性能136-137
• 6.3.3 膠膜的表面性能137-138
• 6.3.4 結(jié)晶性138-139
• 6.3.5 力學(xué)性能139-140
• 6.3.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能140-142
• 6.3.7 剝離強(qiáng)度142-143
• 6.3.8 剝離強(qiáng)度、交聯(lián)密度及TMP含量間的相互關(guān)系143-145
• 6.4 本章小結(jié)145-146
• 參考文獻(xiàn)146-149
• 第七章 含氨基的還原氧化石墨烯/水性聚氨酯復(fù)合乳液的制備及性能研究149-171
• 7.1 引言149-150
• 7.2 實(shí)驗(yàn)部分150-155
• 7.2.1 原料150-151
• 7.2.2 制備過程151-153
• 7.2.3 A-r GO/WPU膠膜的制備153
• 7.2.4 分析測試153-155
• 7.3 結(jié)果與討論155-165
• 7.3.1 A-r GO的結(jié)構(gòu)及性能155-159
• 7.3.2 A-r GO/WPU復(fù)合乳液的性能159-165
• 7.4 本章小結(jié)165-167
• 參考文獻(xiàn)167-171
• 第八章 水性聚氨酯油墨的配制及性能研究171-177
• 8.1 引言171
• 8.2 水性聚氨酯油墨的配制171-172
• 8.2.1 主要原料171
• 8.2.2 水性聚氨酯油墨的配制171
• 8.2.3 性能測試171-172
• 8.3 結(jié)果與討論172-175
• 8.3.1 細(xì)度分析173
• 8.3.2 初干性分析173
• 8.3.3 附著牢度分析173-174
• 8.3.4 抗粘連性分析174
• 8.3.5 耐水性分析174
• 8.3.6 耐蒸煮性分析174-175
• 8.4 本章小結(jié)175-176
• 參考文獻(xiàn)176-177
• 結(jié)論與展望177-180
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果180-183
• 致謝183-184
• 附件184

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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2 孫雪嬌;夏正斌;李偉;曹高華;張燕紅;李忠;;HDI三聚體改性磺酸鹽型高固含量水性聚氨酯的制備與性能研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2013年04期

3 顏財(cái)彬;傅和青;陳煥欽;;HDI/IPDI對(duì)水性聚氨酯及膠膜性能的影響[J];化工學(xué)報(bào);2012年07期

4 鄒正光;俞惠江;龍飛;范艷煌;;超聲輔助Hummers法制備氧化石墨烯[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2011年09期

5 李賞;趙偉;王家堂;錢柳;王坤;潘牧;;薄紙狀氧化石墨和石墨烯的制備與表征[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

  本文關(guān)鍵詞：塑料薄膜印刷用水性聚氨酯油墨連接料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：266173