一种多组分功能性聚氨酯黑墨及其生产方法与流程

本发明涉及油墨，具体涉及一种多组分功能性聚氨酯黑墨及其生产方法。

背景技术：

1、油墨是用于包装材料印刷的重要材料，它通过印刷或喷绘将图案、文字表现在承印物上，黑墨作为油墨的一种，通常用于需要黑色印刷的应用，如文字、图案、条形码等的印刷。在印刷行业中，黑墨的应用非常广泛，是印刷中不可或缺的一种颜色，随着人类文明的推进与印刷业的发展，对黑墨的需求越来越大，但是对其可靠性的要求也越来越苛刻，由于聚氨酯具有优异的化学稳定性、耐水性、耐磨性、安全性等性能，它是制备黑墨的常用材料之一，普通聚氨酯黑墨通常以聚氨酯作为黑墨的基材，以炭黑作为着色剂，并在此基础上添加分散剂和溶剂等原料，制备成聚氨酯黑墨，聚氨酯黑墨中的有机溶剂挥发后会导致环境受到污染，但是炭黑是疏水性物质，在水性聚氨酯中难以均匀分散，导致黑墨出现团聚、沉淀、颜色不均和降低黑墨性能等问题，此外，在某些特定行业，如汽车制造、电子产品生产和包装印刷等，黑墨需要承受高温烘烤、热压等工艺过程，要求油墨在高温条件下仍能保持稳定的性能，减少在高温下发生黑墨脱落掉色的问题，以确保印刷品的质量和耐久性。因此，开发一种多组分功能性聚氨酯黑墨具有重要意义。

2、申请号为cn106497221 b的发明专利公开了一种用于印刷pvc装饰膜的纯水型凹印黑油墨及其制备方法，通过在原料中加入分散剂，使炭黑在水性聚氨酯树脂中分散均匀，该专利使用分散剂可以改善炭黑在水性聚氨酯油墨中的初始分散性，但由于炭黑的疏水性本质以及分散剂的局限性，炭黑在长期存储过程中仍有可能出现团聚和沉积的现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多组分功能性聚氨酯黑墨及其生产方法，解决了以下技术问题：

2、(1)解决了炭黑在聚氨酯黑墨中易发生团聚现象的问题；

3、(2)解决了聚氨酯黑墨耐高温性较差的问题。

4、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

5、一种多组分功能性聚氨酯黑墨的生产方法，包括以下步骤：

6、(1)按重量份计，在反应器中加入15～25份异佛尔酮二异氰酸酯和10～15份聚碳酸二元醇，搅拌混合，通入氮气，加入0.2～0.5份的二月桂酸二丁基锡，搅拌混合均匀，在70～90℃反应1～2h,得到聚氨酯预聚体；

7、(2)向高速混料机中加入40～60份聚氨酯预聚体，然后加入10～20份改性炭黑和3～5份扩链剂，在80～90℃反应5～8h，降温至35～45℃，加入5～10份复合添加剂，设置搅拌速率为400～600r/min，搅拌40～60min，获得预混料，然后加入0.5～0.8份消泡剂，继续搅拌20～30min后，静置消泡，出料，获得聚氨酯黑墨；

8、所述改性炭黑是通过在炭黑表面负载季铵盐阳离子制成；所述复合添加剂是通过将二茂铁甲酸接枝到乙烯基mq硅树脂结构中制成。

9、进一步地，步骤(2)中，所述扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺或者三乙烯四胺中的任一种；所述消泡剂为甲基硅油或者乙基硅油中的任一种。

10、进一步地，所述改性炭黑的制备方法包括以下步骤：

11、s1:将炭黑加入到硝酸水溶液中，搅拌混合20～30min后，升温度至60～70℃，搅拌氧化6～10h，待物料自然冷却，过滤、洗涤、真空干燥，得到预处理的炭黑；

12、s2:将预处理的炭黑加入到甲苯中，超声分散10～20min，加入氯乙酰氯和吡啶，搅拌混合均匀，在30～40℃下反应4～8h，反应结束后，过滤，洗涤，真空干燥，得到炭黑中间体；

13、s3:将炭黑中间料置于n,n-二甲基甲酰胺中，超声分散20～40min，加入n-甲基二乙醇胺，搅拌混合，在60～80℃下反应8～10h，降至室温，过滤出固体物料，洗涤，干燥，得到改性炭黑。

14、进一步地，步骤s1中，所述炭黑的粒径为1～10μm。

15、进一步地，步骤s3中，所述炭黑中间料和n-甲基二乙醇胺的质量比为1:0.2～1。

16、通过上述技术方案，使用硝酸水溶液对炭黑进行预处理，使炭黑表面产生羟基等活性基团，得到预处理的炭黑，在吡啶的作用下，预处理的炭黑表面的活性羟基可以与氯乙酰氯结构中的酰氯基团发生反应，将卤素修饰到炭黑的表面，得到炭黑中间体，然后炭黑中间体表面的卤素可进一步与n-甲基二乙醇胺结构中的叔胺发生季铵化反应，得到改性炭黑。

17、进一步地，所述复合添加剂的制备方法包括以下步骤：

18、ⅰ：将乙烯基mq硅树脂加入到甲苯中，搅拌10～20min，加入2-氨基乙硫醇和安息香二甲醚，搅拌混合均匀，在紫外光辐照下反应2～3h,旋转蒸发除去溶剂后，得到改性乙烯基mq硅树脂；

19、ⅱ：在反应器中加入改性乙烯基mq硅树脂、二茂铁甲酸和二甲基亚砜，搅拌混合均匀，加入脱水剂，在60～80℃下反应4～8h，降温出料，得到复合添加剂。

20、进一步地，步骤ⅰ中，所述乙烯基mq硅树脂中乙烯基含量为1.5～1.8wt％。

21、进一步地，步骤ⅰ中，所述紫外光辐照强度为1.8～2.4mw/cm2。

22、进一步地，步骤ⅱ中，所述脱水剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亚胺、二环己基碳二亚胺或者n,n'-二异丙基碳二亚胺中的任一种。

23、通过上述技术方案，在光引发剂和紫外光辐照下，乙烯基mq硅树脂中的烯基可以与2-氨基乙硫醇结构中的巯基发生点击化反应，从而在乙烯基mq硅树脂结构中引入氨基基团，得到改性乙烯基mq硅树脂，在脱水剂的作用下，改性乙烯基mq硅树脂中的氨基可以与二茂铁甲酸结构中的羧基发生酰胺化反应，将二茂铁甲酸接枝到乙烯基mq硅树脂结构中，得到复合添加剂。

24、本发明的有益效果：

25、(1)本发明通过制备改性炭黑作为聚氨酯分散体的交联剂，形成具有高交联度的聚氨酯黑墨，使界面结合更加紧密，提高了聚氨酯黑墨的粘结强度，使聚氨酯黑墨能够更好地粘附在承印物表面，减少在使用过程中可能出现的脱落或剥离现象；改性炭黑表面修饰的季铵盐带正电，由于静电排斥力的作用，改性炭黑粒子彼此之间会发生相互排斥，使改性炭黑粒子在基体中保持较好的分散状态，不易形成团聚体，有助于保持炭黑粒子的稳定性和均匀性，不易出现沉降现象，从而使聚氨酯黑墨与承印物表面接触时，聚氨酯粘结料增多，进一步提高聚氨酯黑墨与承印物表面的粘结强度，同时使制备的聚氨酯黑墨具有较好的光泽度，从而使聚氨酯黑墨在各种应用中发挥更好的性能。

26、(2)本发明通过制备复合添加剂参与到聚氨酯黑墨的制备过程中，一方面利用复合添加剂结构中键能较高的硅氧键，使黑墨在高温环境下仍能保持稳定，提高聚氨酯黑墨的耐高温性能；另一方面也能利用复合添加剂结构中二茂铁的刚性，与硅氧键产生协同作用，共同提高聚氨酯黑墨的耐高温性，避免在高温条件下发生黑墨脱落掉色的问题，延长其使用寿命，拓宽聚氨酯黑墨在高温环境下的应用范围。

27、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。