一种用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的制备方法技术领域
本发明属于油墨材料制备领域，具体涉及一种水性聚氨酯树脂的制备方法，具体
涉及一种对用于软包装的塑料薄膜具有优良附着力和复合强度的用于凹印复合油墨的水
性聚氨酯树脂的制备方法。
背景技术
随着经济社会的不断发展、环保法规的日益严格及人们对环保意识逐渐增强，水
性聚氨酯的研究越来越受到重视。水性聚氨酯因其具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源
及易加工等优点，根据配方及助剂的不同要求，可调制成涂料、胶粘剂及其他用途的处理
剂。
水性聚氨酯通常是在预聚中引入亲水扩链剂，经中和后，在高速搅拌下将离子化
聚氨酯加入水中，或将水加入聚氨酯离聚体有机溶液中，形成聚氨酯水分散液。目前，对阴
离子型水性聚氨酯的研究报道较多，而对阳离子型水性聚氨酯的研究报道则较少。阳离子
水性聚氨酯对疏水性较强的材料都具有较好的润湿性，对部分基材如聚乙烯、聚丙烯等的
粘接性能良好，且具有一定的杀菌、防尘作用，可广泛应用于应用于胶粘剂、涂料、油墨等方
面。
目前，由于阳离子水性聚氨酯的合成工艺尚不是十分稳定，与阴离子水性聚氨酯
相比，由于反应活性的影响，阳离子水性聚氨酯的合成更难于实现，工业化生产仍具有一定
难度。常规的阳离子水性聚氨酯其离子分散基团一般为季铵盐型或胺盐型，其中以N-甲基
二乙醇胺(N-MDEA)作为亲水扩链剂进行乳化分散效果较好。通常此类阳离子水性聚氨酯由
预聚、扩链引入亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺N-MDEA，然后经中和和乳化分散步骤合成，该工
艺中挥发性有机溶剂(VOC)使用量超过50%以上，如采用某些多元醇VOC含量甚至会超过75%
以上，这已不能满足当今材料绿色化制备的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种生
产工艺稳定，能够满足用于凹印复合油墨印刷中针对多种基材的附着力和复合强度需要的
用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于凹印复合油墨的
水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于：所述用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的制
备方法依次包括如下步骤：
（1）预聚体的合成，所述预聚体包含下述重量份的原料：多元醇A10份，多元醇B2.0-50
份，异氰酸酯1.5-10份，催化剂0.01-0.03份，丙酮3.0-12份；将所述重量份的多元醇A和多
元醇B均匀混合后，在100℃-120℃的条件下真空干燥1.0-2.0小时，降温至60℃-80℃，将所
述重量份的异氰酸酯和催化剂缓慢加入多元醇A和多元醇B的混合物中，在70℃-90℃条件
下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸根(—NCO)含量达到设定值时停止反应，缓慢降温至60℃，
将所述重量份的丙酮缓慢加入，制得所述预聚体；
（2）扩链反应，将步骤（1）制得的预聚体加入占预聚体质量百分比为4%-10%的亲水扩链
剂N-甲基二乙醇胺的丙酮溶液，在55℃-65℃条件下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸根(—
NCO)含量达到设定值时再加入占预聚体质量百分比为0.5%-2%的多元醇C的丙酮溶液，缓慢
加入并快速搅拌，然后在55℃-65℃条件下反应1.0-2.0小时，测定异氰酸根(—NCO)含量达
到设定值时加入异氰酸酯封闭剂继续进行反应，直至反应停止，制得扩链反应物；
（3）中和反应，将步骤（2）制得的扩链反应物降温至50℃，加入冰醋酸中和，调节pH至
6.0-8.0，加入占扩链反应物质量百分比35%-40%丙酮进行稀释，在40℃-50℃条件下快速搅
拌混合1.0小时，使扩链反应物中的胺基中和成盐，中和度为80%-100%，制得胺盐型阳离子
聚氨酯中和产物；
（4）乳化分散，在温度为40℃-50℃条件下，将步骤（3）制得的胺盐型阳离子聚氨酯中和
产物中用滴加方式匀速加入占中和产物质量百分比65%-70%的去离子水，并快速搅拌10-20
分钟，再缓慢搅拌30分钟，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（5）溶剂蒸馏，将步骤（4）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯利用真空减压法进行蒸馏，
在真空度0.08MPa，温度50℃-60℃的条件下蒸馏出丙酮溶剂，使胺盐型阳离子水性聚氨酯
中丙酮的含量小于0.1%，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（6）产品配制，将步骤（5）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯中缓慢加入润湿剂、流平剂、
增稠剂、附着力促进剂、偶联剂和去离子水，制得所述用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树
脂，每100份胺盐型阳离子水性聚氨酯内需加入润湿剂0.01-0.2份、流平剂0.01-0.3份、增
稠剂0.1-0.5份、附着力促进剂0.1-1.0份、偶联剂0.1-1.0份和去离子水60-80份。
进一步地，所述多元醇A为聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇、聚己二酸-1,4丁二醇-乙
二醇酯二醇、聚己二酸-二乙二醇酯二醇、聚己二酸-对苯二甲酸酐-二乙二醇酯二元、聚邻
苯二甲酸酐-二乙二醇酯二醇、聚己二酸-乙二醇-丙二醇酯二醇、聚己二酸-乙二醇酯二醇、
聚己二酸-1,6己二醇酯二醇、聚己二酸-对苯二甲酸酐-二乙二醇酯二醇、聚己二酸蓖麻油
酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种。
进一步地，所述多元醇B为四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化
丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-蓖麻油多元醇等中的一种或几
种。
进一步地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡和三亚乙基二胺或钛酸四异丁酯中的
其中一种。
进一步地，所述多元醇C为乙二醇、二甘醇、1,4-丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷中的
一种或几种。
进一步地，所述用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的理化指标为：含固量为
33%-37%，pH值为6.0-8.0。
本发明与现有技术相比，具有以下的优点和效果：本发明生产工艺稳定可控，可以
实现工业化生产，满足经济效益，并且该发明用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂对疏水
性较强的材料都具有较好的润湿性，对部分基材如聚乙烯、聚丙烯等的粘接性能良好，且具
有一定的杀菌、防尘作用，可广泛应用于应用于胶粘剂、涂料、油墨等方面，适用范围广，并
且在合成树脂的过程中将挥发性有机溶剂（VOC）用量降低在25%左右，远远低于现有制备工
艺中挥发性有机溶剂(VOC)使用量超过50%以上，甚至超过75%以上技术指标，确保绿色、无
毒和不污染环境，
能够满足用于凹印复合油墨印刷中针对多种基材的附着力和复合强度，且不燃、无毒
和不污染环境，满足绿色环保的需要。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下，所述实施例可以对本发明作进一步
的补充和说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的制备方法依次包括如下步骤：
（1）预聚体的合成，取10份的聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇和20份的四氢呋喃-氧化丙烯
共聚二醇均匀混合后，在100℃-120℃的条件下真空干燥1.0-2.0小时，降温至60℃-80℃，
将3份的异氰酸酯和0.01份的二月桂酸二丁基锡缓慢加入聚己二酸-1,4丁二醇酯二醇和四
氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇的混合物中，在70℃-90℃条件下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸
根(—NCO)含量达到设定值35%时停止反应，缓慢降温至60℃，将5份的丙酮缓慢加入，制得
所述预聚体；
（2）扩链反应，将步骤（1）制得的预聚体加入占预聚体质量百分比为4%-10%的亲水扩链
剂N-甲基二乙醇胺的丙酮溶液，在55℃-65℃条件下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸根(—
NCO)含量达到设定值55%时再加入占预聚体质量百分比为0.5%-2%的乙二醇的丙酮溶液，缓
慢加入并快速搅拌，然后在55℃-65℃条件下反应1.0-2.0小时，测定异氰酸根(—NCO)含量
达到45%时加入异氰酸酯封闭剂继续进行反应，直至反应停止，制得扩链反应物；
（3）中和反应，将步骤（2）制得的扩链反应物降温至50℃，加入冰醋酸中和，调节pH至
6.0-8.0，加入占扩链反应物质量百分比35%-40%丙酮进行稀释，在40℃-50℃条件下快速搅
拌混合1.0小时，使扩链反应物中的胺基中和成盐，中和度为80%-100%，制得胺盐型阳离子
聚氨酯中和产物；
（4）乳化分散，在温度为40℃-50℃条件下，将步骤（3）制得的胺盐型阳离子聚氨酯中和
产物中用滴加方式匀速加入占中和产物质量百分比65%-70%的去离子水，并快速搅拌10-20
分钟，再缓慢搅拌30分钟，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（5）溶剂蒸馏，将步骤（4）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯利用真空减压法进行蒸馏，
在真空度0.08MPa，温度50℃-60℃的条件下蒸馏出丙酮溶剂，使胺盐型阳离子水性聚氨酯
中丙酮的含量小于0.1%，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（6）产品配制，将步骤（5）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯中缓慢加入润湿剂、流平剂、
增稠剂、附着力促进剂、偶联剂和去离子水，制得所述用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树
脂。其中，每100份胺盐型阳离子水性聚氨酯内需加入润湿剂0.1份、流平剂0.2份、增稠剂
0.3份、附着力促进剂0.5份、偶联剂0.5份和去离子水70份。
实施例2
一种用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树脂的制备方法依次包括如下步骤：
（1）预聚体的合成，取10份的聚邻苯二甲酸酐-二乙二醇酯二醇和20份的聚四氢呋喃二
醇均匀混合后，在100℃-120℃的条件下真空干燥1.0-2.0小时，降温至60℃-80℃，将3份的
异氰酸酯和0.01份的三亚乙基二胺或钛酸四异丁酯缓慢加入聚邻苯二甲酸酐-二乙二醇酯
二醇和聚四氢呋喃二醇的混合物中，在70℃-90℃条件下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸根
(—NCO)含量达到设定值40%时停止反应，缓慢降温至60℃，将5份的丙酮缓慢加入，制得所
述预聚体；
（2）扩链反应，将步骤（1）制得的预聚体加入占预聚体质量百分比为4%-10%的亲水扩链
剂N-甲基二乙醇胺的丙酮溶液，在55℃-65℃条件下反应2.0-4.0小时，测定异氰酸根(—
NCO)含量达到设定值50%时再加入占预聚体质量百分比为0.5%-2%的1,4-丁二醇的丙酮溶
液，缓慢加入并快速搅拌，然后在55℃-65℃条件下反应1.0-2.0小时，测定异氰酸根(—
NCO)含量达到35%时加入异氰酸酯封闭剂继续进行反应，直至反应停止，制得扩链反应物；
（3）中和反应，将步骤（2）制得的扩链反应物降温至50℃，加入冰醋酸中和，调节pH至
6.0-8.0，加入占扩链反应物质量百分比35%-40%丙酮进行稀释，在40℃-50℃条件下快速搅
拌混合1.0小时，使扩链反应物中的胺基中和成盐，中和度为80%-100%，制得胺盐型阳离子
聚氨酯中和产物；
（4）乳化分散，在温度为40℃-50℃条件下，将步骤（3）制得的胺盐型阳离子聚氨酯中和
产物中用滴加方式匀速加入占中和产物质量百分比65%-70%的去离子水，并快速搅拌10-20
分钟，再缓慢搅拌30分钟，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（5）溶剂蒸馏，将步骤（4）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯利用真空减压法进行蒸馏，
在真空度0.08MPa，温度50℃-60℃的条件下蒸馏出丙酮溶剂，使胺盐型阳离子水性聚氨酯
中丙酮的含量小于0.1%，制得胺盐型阳离子水性聚氨酯；
（6）产品配制，将步骤（5）制得的胺盐型阳离子水性聚氨酯中缓慢加入润湿剂、流平剂、
增稠剂、附着力促进剂、偶联剂和去离子水，制得所述用于凹印复合油墨的水性聚氨酯树
脂。其中，每100份胺盐型阳离子水性聚氨酯内需加入润湿剂0.15份、流平剂0.25份、增稠剂
0.4份、附着力促进剂0.8份、偶联剂0.7份和去离子水75份。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟
悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本
发明的保护范围。