本文节选自《环保水性油墨制备技术与应用现状分析》
王小芳 李 昭 孙建明
(河南科技大学，洛阳 471023)
中图法分类号 TS802. 3; 文献标志码 A
1. 2 水性聚氨酯制备及改性的研究进展
水性聚氨酯(WPU)具有极好的耐磨性、耐化学 性、附着力、柔硬度平衡性，以及良好的低温性能、高 光泽度、保光性等优点。脂肪族聚氨酯还具有耐紫 外光 性 能，并 且 应 用 范 围 具 有 较 广 泛 的 可 调 性 ［16，17］ ，可以满足各种不同印刷工艺需求。另外， 水性聚氨酯还具有无毒、不燃、无污染等优点 ［18］ 采 用 WPU 连结料制成的水性油墨，在网版印刷、复合 薄膜印刷方面都占有举足轻重的地位。
方长青 ［19—21］ 以聚氨酯为主要连接料，辅以适当 增稠剂、表面活性剂等助剂，研究了水性聚氨酯制备 原料的配比对水性聚氨酯油墨性能的影响。合理调 节水性聚氨酯制备配量比，可制备出具有弱结晶性 能的纳米分散颗粒水性聚氨酯乳液，在固含量、黏 度、生产工艺及成本均能满足水性油墨的要求。
单一的 WPU 存在一些缺点，尚不能满足多种 领域的需要。主要体现在干燥速率慢、对非极性基 材润湿差、固含量低、稳定性差和耐水性不良等方 面 ［22］ 。而丙烯酸酯类乳液的优点体现在较好的耐 水性、耐候性及优异的物理机械性能。将不同化学 成分和性能的高分子材料通过一定方式复合，是改善其性能、研制新型材料的有效途径 ［23］ 。因此，用 丙烯酸酯改性 WPU 可以将聚氨酯的优点如较高的 拉伸强度、抗冲击强度、优异的耐磨性，与丙烯酸酯 树脂的上述优点有机结合，实现优势互补，从而制备 出高固含量、低成本、性能优异的丙烯酸酯改性 WPU，促进水性油墨的发展。
李艳辉等 ［24］ 对多种聚丙烯酸改性聚氨酯乳液 方法做了具体分析，对比与研究，验证了改性后的聚 氨酯乳液具有优异的物理机械性能、耐水性能、高光 泽度、高耐候性等特点。
徐磊等 ［25］ 采用半互容性聚氨酯、聚甲基丙烯酸 甲酯作为基体，通过本体聚合法制备了一系列线性 聚氨酯 PU/聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 的互穿网络 结构 IPN，它是不同于核壳结构的另一种复合结构。 另外，为了提高该体系的阻尼性能，引入了功能单 体。采用动态力学性能分析法，研究了该体系的组 成、交联密度、无机填充物纳米 SiO 2 用量、功能单体 长侧基单体甲基丙烯酸十八酯浓度、内接枝剂甲基 丙烯酸羟乙酯浓度等对互穿网络体系阻尼性能的影 响。通过透射电镜法，观察研究体系阻尼性能变化 和体系相态的关系。研究发现，当材料的有效阻尼 温度范围不是很高，但阻尼强度要求较高时，运用内 接枝剂是改善体系阻尼性能的有效方法，为制备 IPN 结构和增强复合树脂的阻尼性能提供了借鉴。
由于聚丙烯酸酯与水性聚氨酯能较好实现优势 互补，而且核壳结构和 IPN 结构将是未来复合树脂 的研究重点，因此很多学者开展对聚丙烯酸酯单体 与聚氨酯交叉改性研究 ［26—28］ 。研究通过接枝共聚 法制备聚丙烯酸酯-水性聚氨酯复合乳液，并分析复 合乳液的胶膜性能、储存稳定性。研究结果显示，交 叉改性后的复合乳液稳定性大幅提高，能长期存储 而不发生黄变现象，且耐水性明显提高。同时，研究 者也提出了适宜的聚氨酯与聚丙烯酸酯单体的 配比。
经过适宜含量环氧树脂改性的 WPU，其黏接强 度、耐水性、耐溶剂性也会大幅改善。
邓朝霞 ［29］ 等采用环氧树脂和丙烯酸羟丙酯 (HPA)为主要原料，制备了环氧改性的聚氨酯复合 乳液。研究结果显示，环氧分子多重交联后得到的 改性 WPU 树脂的耐水性、耐溶剂性、力学性能等综 合性能大幅提高，且使分散体粒径分布更宽。随着 环氧树脂用量增加，乳液黏度增大，但外观和稳定性 变差，试验表明环氧树脂添加量以 4% ～ 8% 较适 宜。HPA 单体的加入可用于配制具有紫外光固化 性能的成膜树脂。
朱黎澜等 ［30］ 采用甲苯二异氰酸脂(TDI)、聚醚 二元醇(GE-210)、1，4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙 酸( DMPA) 环 氧 树 脂 ( E-128)、丙 烯 酸 羟 丙 酯 (HPA)为主要原料，制备出了性能优良的环氧改性 聚氨酯分散体。研究了异氰酸酯基团与羟基的比值 Ｒ、小分子扩链剂、亲水扩链剂及环氧树脂的加入量 对乳液的基本性能(黏度、粒径、稳定性) 的影响。 研究结果显示，当 Ｒ 值取 6 ～7，DMPA 用量为 6% ～ 7%，环氧树脂 E-128 添加量为 6% ～7% 时，乳液的 外观及稳定性较好，而且涂膜的耐水性能优异。郝 新兵等 ［31］ 对现有聚氨酯和环氧树脂相互改性方法 做对比、分析和总结，指出化学共聚法改性效果更为 显著。
水性聚氨酯连接料制备及应用方向。由于水性 聚氨酯表面张力较大，成膜时容易锁孔 ［32］ ，且干燥 较为困难，因此目前在我国水性聚氨酯应用于塑料 软包装印刷的较少。而醇溶性聚氨酯经过多年发 展，配方及工艺较为完善，可作为水性聚氨酯油墨推 广的过渡产品，最终实现聚氨酯油墨从苯溶—酯 溶—醇溶—水溶的变化发展。