[发明专利]低温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了低温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂及其制备方法与应用。改性丙烯酸树脂由部分引发剂、硬单体、软单体、第一类亲水性单体、第二类亲水性单体、环氧树脂、交联单体、有机硅氧烷进行混合形成的混合溶液与溶解于有机溶剂的剩余引发剂反应，调节pH值，再加入二元酰肼和去离子水，过滤后得到。本发明制备的低温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂与水性色浆复配，形成的在低极性塑料薄膜上印刷或喷墨打印用的单组分水性油墨有机溶剂含量低，干燥速度快，中和剂用量少，成膜气味小，是一种安全、环保的水性油墨，涂膜在塑料薄膜上具有低温自交联性(60℃)、着色力好，附着牢度达到100％，且制备工艺简单，生产成本低。

技术领域

本发明涉及水性环氧改性丙烯酸树脂，特别是涉及一种低温自交联的水性环氧改性丙烯酸树脂的制备与应用，属于水性树脂领域。

背景技术

水性油墨由水性树脂、颜料、溶剂和助剂组成，是以水为主要溶剂或分散剂的油墨。水性油墨虽然有着十分明显的优势，但是目前国内生产的水性油墨普遍具有干燥速度慢、耐水性差、、附着力不足、光泽度低等缺点，这些缺点也抑制了它的快速发展和运用。要想将水性油墨很好地应用在塑料薄膜上，水性树脂是关键。水性树脂不仅环保，还能与各种颜色的色浆混合，提供美感，同时还起着润湿、在室温下快干等作用，因此一款好的水性树脂要求对底材润湿性好、干燥速度快、耐水性好、附着力强、耐溶剂性以及经济环保等特点。所以对水性树脂的改性研究就变得很有意义，有利于推动环保化工的发展。

目前市场上用环氧树脂改性水性丙烯酸树脂的研究广泛，但配制的水性油墨或涂料在使用时，往往需要外加固化剂固化或者高温交联固化。外加固化剂能够增加涂膜交联多样性，提高附着力，但属于双组分体系，操作不方便；如中国专利CN101775109A公开了一种环氧改性含硅水性丙烯酸树脂及其涂料的制备方法，此方法制得的树脂使用时需与氨基树脂交联固化，才能得到优异的耐水性能，但属于双组分体系。高温交联固化可以提高涂膜附着力，但要求基材能够耐高温，然而，塑料薄膜高温易卷曲变形，甚至缩成一团。因此，开发塑料薄膜用单组分、高附着力的室温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂油墨具有非常重要的意义。

然而，目前研究最多的室温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂技术，基本上都是通过乳液聚合的方式，将带有活性基团的交联单体(如N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺等)、环氧树脂与丙烯酸及其酯类单体共聚，得到室温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂乳液。由于乳液是以纯水为溶剂的，配制的油墨干燥速度慢，无法满足快速的工业化生产需求；同时，用快干性溶剂(如乙醇)调节乳液油墨的干燥速度时，乳液容易破乳，无法稳定存在。因此，配制具有快干性的室温自交联水性环氧改性丙烯酸树脂油墨，必须选用水溶性树脂作连接料。

采用溶液聚合的方式制备室温自交联体系的环氧改性丙烯酸水溶性树脂报道较少，而仅有的一些报道中，制备的自交联水性环氧改性丙烯酸树脂应用于水性塑料薄膜油墨又存在较多缺陷。

中国发明专利申请CN 103396508 A公布了一种低温自交联水性丙烯酸酯树脂及其制备方法与应用。该丙烯酸树脂采用带有活性基团的交联单体参与聚合反应，合成低温(60℃)自交联树脂，但树脂交联方式单一，对于附着力要求高的基材，难以满足要求，例如将该树脂应用于PET上，在100℃水煮20min后，经划百格、拉胶带后油墨在PET薄膜上的附着牢度仅有40％。

中国发明专利申请CN 107236418 A公布了一种环氧树脂改性的水性丙烯酸树脂的制备方法。该方法利用环氧树脂醚键邻位碳原子上的α-H和叔碳上的H进行自由基聚合，接枝到高分子链上，树脂中环氧基团没有打开，储存稳定性强，但是其在制备过程中大量用到了醇醚类溶剂——乙二醇丁醚作釜液，丙烯酸酯类单体在该类溶剂中的链转移常数较大，制备的树脂分子量过小，无法满足油墨的高附着力要求；同时，该溶剂沸点高、挥发慢、不环保，严重影响油墨的快干性和环保性。