蓝光固化聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛一体化墨水体系研究

作     者：闫凯 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑今欢

授予年度：2021年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：蓝光固化 氨基改性二氧化钛 聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛 一体化墨水 共价结合 

摘      要：蓝光固化颜料墨水利用低聚物和活性稀释剂代替传统颜料墨水中的粘合剂,有效解决了颜料墨水在喷印过程中喷头堵塞的问题。作为颜料墨水的重要组成部分,白色颜料在墨水中占据重要地位。其中,二氧化钛因其优良的性能被广泛应用于白色颜料墨水中,但二氧化钛存在表面能高且在墨水体系中分散不稳定的问题,导致其在固化过程中容易迁移聚集;同时,二氧化钛与固化膜之间未形成牢度的共价结合,只是简单的包埋,进而使得印花织物的耐摩擦色牢度不佳。本课题针对上述问题提出构建一种新型的蓝光固化聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛一体化墨水:主要从二氧化钛表面氨基化可控修饰、聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料的构筑、聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛一体化墨水体系进行了研究,为开发一种高色牢度数码印花颜料墨水提供理论指导。主要研究结果如下:1.采用含氨基的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)对二氧化钛表面进行接枝改性,在二氧化钛表面引入能够与聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基产生化学反应的氨基,通过调控改性工艺实现二氧化钛表面氨基含量可控化修饰。通过对APS用量、改性时间、改性温度和改性p H值研究,可知二氧化钛表面氨基含量随着APS含量的增加而逐渐增多,同时,改性条件影响APS水解程度,且二氧化钛表面氨基含量随着APS水解程度的增加而增加,当APS含量为60%、改性时间为1h、改性温度为70℃、改性p H值为7时,二氧化钛表面接枝的氨基含量最多,达到0.101%。同时,FT-IR和TG证明了APS成功接枝到二氧化钛表面。2.采用三步法合成了聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料。首先,通过控制反应温度和软硬段比例制备低粘性聚氨酯预聚体,得出合成工艺为:反应温度80℃、R值为2;其次,研究了二氧化钛表面氨基含量及二氧化钛用量对于聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料结构及其性能的影响,结果表明:随着二氧化钛表面氨基含量的增加,聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料结构由链段式结构逐渐过渡为以二氧化钛为核的超支化结构,且聚合性能、膜拉伸性能均随着氨基含量的增加而逐渐提升;在氨基含量不变的情况下,随着二氧化钛含量的增加,聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料结构由超支化结构转变为链段式结构,且流变性能、分散稳定性能随着二氧化钛含量的增加逐渐降低。通过光聚合性能可知聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料超支化结构对光固化墨水的聚合效率更佳。3.在超支化聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料制备的基础上,对聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛一体化墨水体系进行了研究。通过紫外光谱分析和光聚合性能分析得出,当引发剂樟脑醌(CQ)与助引发剂4-二甲基氨基苯甲酸乙酯(EDB)用量比为4:6,且引发体系为墨水体系的1.5%时,墨水聚合性能达到最佳;通过对一体化墨水流变性能,光聚合性能和膜拉伸性能的分析,可知一体化墨水属于典型的牛顿型流体,当聚氨酯丙烯酸酯基二氧化钛颜料与单体HEA质量比为4:6时,墨水膜拉伸性能和聚合性能达到最佳。通过扫描电镜发现,相较于未改性二氧化钛制得光固化墨水,一体化墨水在固化过程中迁移聚集现象明显改善,通过膜拉伸性能和喷印织物耐摩擦性能分析,得出一体化墨水固化膜拉伸性能和印花织物耐摩擦色牢度均有所提升。