設計聚氨酯油墨配方是一個系統(tǒng)且復雜的過程，需要綜合考慮最終應用要求、基材特性、生產(chǎn)工藝及成本等因素。以下是詳細的配方設計步驟：

核心目標：? 獲得具有優(yōu)異附著力、耐磨性、柔韌性、耐化學品性、耐候性（特別是脂肪族體系）、良好印刷適性（流平、流變性、干燥速度）和特定光學性能（顏色、光澤度）的油墨。

第一步：明確技術要求與應用場景?

基材類型：? PET、BOPP、NY、PE、PVC、金屬、紙張？表面處理情況（電暈、涂層）？表面能？

印刷工藝：? 凹版、柔版、絲網(wǎng)、膠?。繉τ湍扯?、觸變性、干燥速度的特殊要求？

性能要求：?

機械性能：? 附著力（關鍵?。?、耐磨擦性、柔韌性/耐折性、耐揉搓性、硬度。

耐性要求：? 耐水性、耐油性、耐酸堿性、耐溶劑性（后加工）、耐高溫性（蒸煮、熱封）、耐冷凍性、耐光耐候性（是否暴曬？）。

光學性能：? 顏色、色濃度、遮蓋力、光澤度（高光、啞光）。

加工要求：? 復合強度（干復、濕復）、熱封強度。

環(huán)保法規(guī)：? VOC含量限制、重金屬限制、食品接觸安全法規(guī)（如適用）。

成本目標：? 可接受的原材料成本范圍。

第二步：選擇主要組分?

主體樹脂 (聚氨酯組分)：?

類型選擇：?

羥基組分：? 通常選用?羥基丙烯酸樹脂?或?羥基聚酯樹脂?。

羥基丙烯酸樹脂： 通用性好，耐候性優(yōu)，干燥快，成本適中。是主流選擇。

羥基聚酯樹脂： 柔韌性、附著力和耐熱性通常更優(yōu)，但可能耐水解性稍差，干燥稍慢，成本可能略高。

固化劑 (異氰酸酯組分)：? 選擇與羥基組分匹配的?聚異氰酸酯固化劑?。

芳香族異氰酸酯 (如TDI三聚體、MDI衍生物)： 反應活性高，干燥快，硬度高，成本低。?但耐黃變性差，不適合戶外或要求高耐候性的場合。?

脂肪族異氰酸酯 (如HDI三聚體/IPDI三聚體)： 耐黃變性、耐候性極佳，反應活性適中。成本較高。是高品質(zhì)、耐候性油墨的首選。

封閉型異氰酸酯： 需要高溫解封固化，用于單組分體系或特殊工藝（如印鐵）。

關鍵參數(shù)考量：?

分子量/粘度：? 影響油墨整體粘度、固含量和流變性。

羥基含量 (OH值)：? 決定與固化劑的比例（NCO比率）。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)：? 影響油墨的硬度、柔韌性、耐熱性和干燥速度。

溶劑相容性：? 確保樹脂在選定溶劑體系中溶解良好、穩(wěn)定。

官能度：? 影響交聯(lián)密度和最終性能（硬度、耐性）。

配伍性：? 不同樹脂牌號間的相容性需要測試，尤其是在復配使用時（如丙烯酸拼聚酯改善特定性能）。

固化劑 (異氰酸酯組分)：?

根據(jù)主體樹脂、性能要求和成本選擇（見上文類型選擇）。

關鍵參數(shù)考量：?

NCO含量：? 用于計算與羥基樹脂的配比。

粘度：? 影響添加和混合分散。

官能度/分子結構：? 影響反應速度、交聯(lián)密度和最終膜性能（如柔韌性）。

游離單體含量：? 越低越好（安全和氣味）。

相容性：? 確保與主體樹脂溶液相容性好，避免析出或膠化。

顏料/填料：?

選擇依據(jù)：? 顏色、遮蓋力、色濃度、耐性要求（耐光、耐熱、耐遷移）、分散性、成本。

類型：?

有機顏料： 色譜廣、鮮艷、著色力高。關注耐光性、耐溶劑性、耐遷移性。常用于彩色油墨。

無機顏料： 遮蓋力強、耐候耐熱性好、成本低。色譜不如有機顏料鮮艷。如鈦白粉（白色）、炭黑（黑色）、氧化鐵系列（黃紅棕）。

特殊顏料： 熒光顏料、珠光顏料、金屬顏料（鋁粉、銅金粉）等，需要特殊分散和考慮其穩(wěn)定性。

填料： 如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉等，用于降低成本、調(diào)節(jié)流變性、增加遮蓋力或改變表面摩擦系數(shù)。選擇需考慮吸油量、細度、白度和對耐性的影響。

分散穩(wěn)定性：? 需要使用合適的分散劑確保在樹脂體系中良好穩(wěn)定分散，防止絮凝、沉降。

溶劑體系：?

作用：? 溶解樹脂，調(diào)節(jié)粘度、干燥速度、流平性，影響基材潤濕性。

選擇原則：?

溶解力：? 對樹脂（主樹脂、固化劑）有良好溶解能力（真溶劑），避免樹脂析出。

揮發(fā)梯度：? 通常采用?混合溶劑?（真溶劑+助溶劑+稀釋劑）以獲得理想的揮發(fā)速度曲線（初始快干保證網(wǎng)點清晰度，后期慢干保證流平性）。

沸點范圍：? 根據(jù)印刷速度、干燥設備能力選擇。

表面張力：? 影響對基材的潤濕鋪展性。

安全性/環(huán)保性：? 毒性、閃點、VOC含量符合法規(guī)要求。

成本。?

常用溶劑舉例：?

真溶劑： 酯類（乙酸乙酯、乙酸正丙酯）、酮類（丙酮、丁酮、甲基異丁基酮MIBK）、部分醇醚類（PMA丙二醇甲醚醋酸酯）。

助溶劑： 醇類（乙醇、異丙醇、正丁醇）——對聚氨酯溶解力有限，常與酯酮復配。

稀釋劑： 甲苯、二甲苯（芳香烴，溶解力強，VOC/毒性問題限制使用）；溶劑油（脂肪烴，常用于降低成本，溶解力差，需控制比例）。

溶劑平衡：? 精確調(diào)整各溶劑比例是保證印刷適性和儲存穩(wěn)定性的關鍵。

助劑體系：? “少量但關鍵”，用于解決特定問題或微調(diào)性能。

分散劑：? 促進顏料潤濕分散，提高分散穩(wěn)定性、著色力和光澤度。?至關重要！?

流平劑：? 降低表面張力，消除橘皮、針孔，改善流平性和基材潤濕。

消泡劑/脫泡劑：? 抑制生產(chǎn)和使用過程中氣泡的產(chǎn)生和穩(wěn)定，消除針孔、火山口等缺陷。

附著力促進劑：? 針對難附著的基材（如PE、PP），提高樹脂與基材的化學鍵合或物理錨定作用。

增滑/抗刮劑：? 蠟類（PE蠟、PTFE蠟）或有機硅助劑，提高表面滑爽度，改善耐磨擦性和抗粘連性。

消光劑：? 二氧化硅等，用于制造啞光效果。

催化劑：? 二月桂酸二丁基錫（DBTDL）等，用于低溫或需要加快固化速度的情況（慎用，可能縮短適用期）。

穩(wěn)定劑：?

抗氧劑： 防止樹脂氧化降解（特別是聚酯）。

紫外線吸收劑/光穩(wěn)定劑： 提高耐候性（特別是脂肪族體系也推薦添加）。

觸變劑：? 氣相二氧化硅等，防止沉降，賦予油墨觸變性（如絲網(wǎng)油墨需要）。

第三步：配方設計與計算?

確定固體份 (NV%)：? 根據(jù)印刷工藝要求（粘度范圍）和干燥條件設定目標固含量。

計算主樹脂用量：? 基于目標固含量和樹脂溶液的固含量來計算所需樹脂溶液質(zhì)量。

計算顏料/填料用量 (P/B Ratio - 顏基比)：?

顏料質(zhì)量 / (主樹脂固體份 + 固化劑固體份) 的質(zhì)量比。

根據(jù)目標遮蓋力、色濃度設定初始值（如白色1.0-1.5:1，黑色0.2-0.5:1，彩色0.5-1.0:1），通過實驗優(yōu)化。

計算固化劑用量：?

關鍵公式：? 固化劑用量 = (主樹脂固體份 × 主樹脂羥值 × 42) / (固化劑NCO含量 × 100 × NCO比例)

42:? 是NCO當量（42g/mol）。

NCO比例：? 通常在1.0:1 到 1.2:1（摩爾比）之間。

1.0:1（理論值）：交聯(lián)可能不足，柔韌性好但耐性可能略低。

1.05:1 - 1.1:1（常用范圍）：平衡性能和適用期。

>1.2:1：交聯(lián)密度高，硬度耐性好，但柔韌性下降，脆性增加，適用期縮短。

務必使用樹脂和固化劑供應商提供的準確羥值和NCO含量數(shù)據(jù)。

計算溶劑用量：?

總?cè)軇┵|(zhì)量 = 配方總質(zhì)量 × (100% - 目標固含量%)

根據(jù)設定的混合溶劑比例（快干：中干：慢干）分配具體溶劑用量。

確定助劑用量：? 參考供應商推薦添加量（通常為總配方量的0.1%-3%），通過小試確定最佳效果。

第四步：實驗室小試與性能測試?

配料與分散：?

按計算量稱取主樹脂溶液、部分溶劑、分散劑、顏料/填料。

使用高速分散機或砂磨機/珠磨機將顏料充分分散研磨至細度合格（通常≤10μm，高檔油墨≤5μm）。

調(diào)漆：?

將研磨好的色漿與剩余的主樹脂溶液、溶劑及其他助劑（流平劑、消泡劑、增滑劑等）混合均勻。

注意：? 催化劑應在最后階段謹慎加入。

添加固化劑（臨用前）：?

使用前按計算量準確稱取固化劑。

將固化劑加入到調(diào)好的油墨基料中，?低速充分攪拌均勻?。避免高速攪拌引入氣泡。

記錄混合時間，開始計算?適用期?。

性能測試：?

印刷適性：?

粘度（旋轉(zhuǎn)粘度計，不同剪切速率）：初始粘度、觸變性、粘度穩(wěn)定性（隨時間/溫度變化）。

粘性（Tack值）。

干燥速度（指觸干、實干）。

流平性（刮板觀察）。

成膜性能（制膜后測試）：?

物理性能： 光澤度、顏色（色差儀）、遮蓋力、細度。

機械性能： 附著力（百格法、劃圈法、拉拔法）、柔韌性（T彎試驗）、耐磨性（Taber或RCA磨耗儀）、硬度（鉛筆硬度）。

耐性測試： 耐水性、耐酒精/溶劑擦拭、耐酸堿性、耐高溫性（烘烤、蒸煮）、耐油脂、耐粘連性。

耐候性（如適用）： QUV加速老化、氙燈老化。

特定應用測試： 復合強度（剝離強度）、熱封強度。

第五步：配方評估與優(yōu)化?

分析測試結果：? 將測試數(shù)據(jù)與第一步制定的目標要求進行嚴格對比。

識別問題點：? 哪個/哪些性能未能達標？是附著力不足？干燥太慢？流平差？耐酒精差？成本過高？

針對性調(diào)整：?

調(diào)整樹脂類型或牌號（如更換韌性更好的樹脂改善T彎）。

優(yōu)化顏基比（P/B）。

微調(diào)NCO比例（如耐性不足可略提高）。

改變?nèi)軇┙M成和比例（如調(diào)整揮發(fā)梯度改善流平或干燥速度）。

更換或增減助劑種類/用量（如增加附著力促進劑，調(diào)整消泡劑用量）。

嘗試不同分散劑或分散工藝（改善著色力/流動性）。

迭代小試：? 根據(jù)調(diào)整方案重復小試和測試過程，直至所有關鍵性能指標滿足要求。

成本核算與優(yōu)化：? 在滿足性能的前提下，考慮使用性價比更高的原料或調(diào)整配方結構降低成本。

儲存穩(wěn)定性測試：? 對優(yōu)化后的配方進行加速儲存（如40℃/50℃下放置數(shù)周）或常溫長期儲存測試，觀察粘度變化、沉降、絮凝、膠化等情況，確保商品化后的保質(zhì)期。

第六步：中試放大與生產(chǎn)調(diào)試?

制定生產(chǎn)工藝：? 確定生產(chǎn)設備（分散缸、砂磨機、過濾設備）、加料順序、分散