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近年来,日益提升的环保意识推动着各领域内的溶剂型聚氨酯向水性化转型。作为水性油墨连接料的水性聚氨酯在食品包装印刷领域的应用也愈加广泛。然而由于其自身组成结构的限制,水性聚氨酯油墨连接料依旧存在的耐水性、热稳定性以及在塑料薄膜上的附着性能较差的问题,一直困扰着相关研究者。针对这种情况,本论文采用有机硅改性水性聚氨酯,旨在制备具有优异性能的水性聚氨酯油墨连接料。本文采用聚ε-己内酯二元醇(PCL)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料,通过丙酮-预聚体合成法及相反转工艺制得聚酯型水性聚氨酯乳液(WPU)。在此基础上,分别采用硅烷偶联剂和聚硅氧烷改性WPU,制备出一系列水性聚氨酯乳液。(1)研究了不同反应阶段加入硅烷偶联剂对WPU乳液稳定性的影响。由于氨基的反应活性强,在预聚体阶段加入硅烷改性,反应难以控制,易凝胶,需加大量溶剂降粘,制得产品必须除溶剂,而在乳化阶段加入硅烷改性,则反应平稳,乳液稳定性好。因此,本文选用乳化阶段改性的方式。(2)采用单氨基和双氨基的硅烷偶联剂改性WPU。首先,探讨了3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)封端法和(3-(2-氨乙基)氨丙基)三乙氧基硅烷(KH-791)扩链法改性对WPU性能的影响,发现KH-791改性效果优于KH-550,由于KH-791改性进行后扩链,分子量变大,并形成更多支化和交联网状结构,获得的聚氨酯耐水性、热稳定性以及在薄膜上附着性更佳。然后,进一步探究KH-791用量对WPU性能的影响,发现随着KH-791用量增加,制得的WPU胶膜的热稳定性提高,一定范围内的吸水率降低;乳液润湿性提高,胶膜的交联密度和内聚强度增大,同时,侧链硅氧烷基的水解羟基与PET表层的活性基团作用,提高了PET薄膜上的附着和剥离强度。但用量过多,胶膜的交联密度和内聚强度过大,力学性能变差,耐水性和剥离强度降低。当KH-791含量为3wt%时,WPU的剥离强度最高,同时具有很好的耐水性和热稳定性。(3)采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性WPU,研究PDMS的分子量(Mn)对WPU性能影响。发现随着PDMS的Mn增大,体系微相分离程度增大,胶膜的力学性能变差,乳液粒径变大、稳定性变差,在PET薄膜上的剥离强度下降,但耐水性很大程度提高。综合考虑,Mn为1000的PDMS改性效果更佳。进一步研究分子量为1000的PDMS用量对WPU性能影响,结果表明,随着PDMS含量由0增加至8wt%,乳胶膜的初始分解温度由164.6℃升高至198.7℃,提高了34.1℃;其吸水率由11.4%下降到5.0%,WPU的热稳定性和耐水性明显提高。WPU在PET薄膜上的润湿性提高,附着和剥离强度先有少量的提高而后下降,但PDMS对聚氨酯的剥离强度提高效果不明显。综合各方面因素,在PDMS含量为4wt%时,改性聚氨酯表现出较好的耐水性、热稳定性和PET表面的附着性。(4)在上述研发基础上,本文以KH-791改性的水性聚氨酯、PDMS改性的水性聚氨酯作为连接料配制的水性聚氨酯油墨性能较优,对比未改性水性聚氨酯油墨,耐水和热稳定性都大大提升,在PET薄膜上的附着牢度由87%分别提升至100%和96%。