聚氨酯树脂在塑料软包装油墨中的应用

软包装用油墨的应用已要求全面向环保、安全卫生的标准转换。无苯、无酮、醇溶、水性环保绿色包装用油墨的应用已进入与国际标准接轨的新时期。
     高品质的油墨源于高品质的连接料。油墨是由有色体（如颜料、染料等）、连接料，填（充）料、附加料等物质组成的均匀混合物。连接料的作用是将粉状的颜料等物质混合连接起来，使之分散后形成具有一定流动度的浆状胶粘体，印刷后在被印物体表面干燥固定下来。油墨的流变性、粘度、干性以及印刷性能等主要取决于连接料的质量，连接料是油墨的心脏，而树脂则是连接料的关键。由于聚氨酯树脂的柔韧性、粘结性、对颜料的分散性都很优异，因而聚氨酯树脂广泛应用于油墨工业。还由于聚氨酯材料具有极好的低温性能，高光泽、保光性，及其应用性能具有较广泛的可调性，满足各种不同的要求。因此，聚氨酯材料在油墨中应用日趋广泛，成为最重要的树脂原料之一。
     二、油墨用聚氨酯树脂
     1．聚氨酯化学
     所谓聚氨酯树脂是分子链中含有（-NHCOO-）或/和异氰酸酯基类的树脂。其是现代聚合物化学的分支之一。 用含有醇羟基的化合物将有机异氰酸酯转化成氨基甲酸酯（carbamic acid easters）
                                          O
                                         ‖
R-N = C = O  +  H-O-R’→ R- N = C-O-R’
                                          |  
                                          H
     异氰酸酯               醇          氨酯
     R-烷基-、芳基、  R’’= 烷基-
     这样的氨基甲酸酯类化合物被称作氨酯（Urethane尿烷），而后对于所有在分子中含有一些氨酯基团的物质都命名为聚氨酯（Polyurethanes）。
     2．油墨用聚氨酯树脂
     油墨所用的聚氨酯树脂一般由聚酯或聚醚多元醇与多异氰酸酯反应而成，分子量约数万，这类树脂目前仍以酯、酮或酯/酮的混合溶剂为主要溶剂。油墨用的聚氨酯树脂有双组分反应型和非反应型单组分。121℃以上蒸煮袋必须使用双组分反应型，在使用时一定要加入固化剂，搅拌均匀方可印刷。用于油墨的双组分反应型聚氨酯树脂的溶剂仍然以酯或酮为主。目前耐高温醇溶聚氨酯还在研制中。油墨用的醇溶聚氨酯树脂现仍以单组分居多。
     双组分聚氨酯树脂是由两组聚氨酯预聚体组成的，其化学结构简示如下。
     （1）.主组份一般为聚酯聚氨酯预聚物（一般均含有活泼基团-0H，是制造油墨的连接料树脂，经常单独被使用。）：
       OCN一R一NCO 十 H0～OH —→ H0～O一C－N--R--N--C--O～OH
                                                                                 ‖      |              |     ‖
                                                                                  O      H            H    O
      （二异氰酸酯）（聚酯多元醇）（聚酯聚氨酯预聚物）
（2）．主组分也有聚醚聚氨酯预聚物：
OCN-R-NCO+H-(-OR’-)n-OH → OCN-R-N-C-(-OR’-)n-O-C-N-NCO
                                                         |   ‖                 ‖   |
                                                         H  O                  O  H
      （二异氰酸酯）（聚醚多元醇）（聚醚聚氨酯聚异氰酸酯）
（3）．另一组份（也称为固化剂），为聚异氰酸酯预聚物，（一般含有NCO基团）（此固化剂是在印刷前加到油墨中）：
    OCN-R-NCO 十 0H～R”-0H→ OCN-R-N-C-0-R”-0-C-N-R-NCO
                                                  |  ‖              ‖  |
                                                  H O               O H
      （二异氰酸酯）   （多元醇）      （聚异氰酸酯预聚物）
     注:  以上式中 R、R\、R”为烃基或苯基。
     三、醇溶聚氨酯树脂  
     油墨用醇溶聚氨酯树脂现仍以单组分非反应型为主。
     1．油墨用醇溶聚氨酯树脂具有的基本性能：
     （1）最基本的是醇溶性，考虑到与颜料、其它树脂的相容性，及适应油墨对溶剂挥发性等方面的要求，聚氨酯树脂应能溶于醇（乙醇或异丙醇）或以醇为主的混合溶剂[通常是乙醇（70％以上）/乙酯（小于30％）的混合溶剂]。 而通常的聚氨酯树脂是不能溶于乙醇或异丙醇及含醇的混合溶剂的；
     （2）聚氨酯树脂溶于混合溶剂形成的粘度较低，而成膜后其强度较高；
     （3）醇溶聚氨酯树脂对光滑表面的基材有良好的粘接性。
     （4）醇溶聚氨酯树脂制造的油墨为单组分溶剂挥发型聚氨酯油墨，这种油墨具有使用方便、性能稳定的优点，更能适应各种印刷方式的要求。主要用在塑料复合包装方面。日本聚氨酯油墨发展到七十年代即以单组分为主。
     （5）醇溶聚氨酯树脂，几乎检测不出异氰酸酯（可视为“0” ），是一种高性能环保型聚氨酯树脂。
     （6）醇溶聚氨酯树脂以液态形式供应，因此无须对其进行研磨，加工操作相当方便。
     （7）树脂可在很宽的色料范围配制各种印刷油墨，并有很好的稳定性。
     四、醇溶聚氨酯油墨的配制
     1．基本配方
     醇溶聚氨酯油墨同其它的溶剂性油墨相同，主要由色料、树脂 （连接料）、
     溶剂和添加助剂组成。只是由于醇溶聚氨酯树脂的特性，在做色墨时需要匹配其它的干性树脂（或称为硬树脂），因为通常聚氨酯树脂不适用于研磨，且容易产生热粘连。
     塑料软包装用醇溶油墨的基本配方：
     名称 重量（％） 名称 重量（％）
     色料 8～35% 溶剂 40～70%
     醇溶聚氨酯树脂 15～30% 添加剂 0～5%
     匹配树脂 5～15％ 其它 0～5％
     2．色料的选择
     形成不同品种的油墨颜色，以有机颜料（或部分染料），碳 黑，钛白粉为主体。色料档次的差异，决定了油墨的档次，高档次的色料以进口为主，比如BASF，DIC，汽巴等国际知名品牌。 但必须注意颜料的耐碱性，（特别是在硝化纤维素存在时）可能会引起体系的粘度增大，甚至会发生凝聚。
     3.溶剂的选用
     由于塑料油墨以挥发性干燥方式印刷，溶剂的选择和配合直接影响油墨的稳定性。目前的塑料油墨绝大多数使用有机溶剂：苯类，酯类，酮类等，使用过程中对环境带了很大的负面影响。
     醇溶聚氨酯树脂用溶剂的基本情况为：用醇（100）与酯（15～20）的混合溶剂）是可以完全用醇类溶剂稀释（如：乙醇、异丙醇等）。酯类溶剂（如：醋酸丁酯、醋酸乙酯、等）也具有很强的溶解性。另外酮类溶剂（如：丙酮、环己酮、甲乙酮等）也是树脂的良好溶剂，但由于某些酮类溶剂毒性较大，且容易残留难闻的气味，建议尽量不使用酮类溶剂。
     2．树脂的选择
     树脂（连接料）是色料的载体，起到把粉末状的颜料等固体颗粒混合连结起来，并使相粘连的颜料最终能够附着在印品上。树脂搭配的好坏对印刷适性，稳定性有直接的影响。由于醇溶聚氨酯树脂的特性，在做色墨时需要匹配其它的干性树脂（或称为硬树脂），因为通常聚氨酯树脂不适于研磨，且容易产生热粘连。醇溶聚氨酯树脂与聚乙烯醇缩丁醛、醇酸树脂、硝基纤维素以及某些醛酮树脂呈现良好的相容性。
     4．添加助剂
     添加助剂是为了提高油墨的稳定性，促进油墨的使用效果，虽然量少，但却是生产出优良油墨的必不可缺的“配料”。配制油墨时加入少量的钛金属合剂（配方总量的1%～2％），可提高油墨的粘接性。特别是在配制用于聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）薄膜的印刷油墨时添加适当的助剂是必须的。