CN102101947A - 用于胶版印刷机的水性墨斗上光油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其组成包括：丙三醇、接枝乙氧化物中的至少一种保湿能力强的环保型高沸点溶剂；石蜡、聚乙烯蜡、蜡乳液中的至少一种蜡；水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物，或者二者混合物中的至少一种高抗磨组合物；其特征在于还包括交联型甲基丙烯酸酯乳液，所述交联型甲基丙烯酸酯乳液包括：非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂中至少一种表面活性剂；至少一种含乙烯基的羧酸阴离子单体；至少一种交联单体；至少一种甲基丙烯酸酯类单体；氨水，一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，AMP-95即2-氨基-2-甲基-1-丙醇中至少一种中和剂。本发明还公开了上述水性墨斗上光油的制备方法。

Description

用于胶版印刷机的水性墨斗上光油及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种墨斗上光油及其制备方法，特别涉及用于胶版印刷机的水性墨斗上光油及其制备方法。

背景技术

包装印刷品常使用上光油提高印品的光泽度、增强油墨的耐光性能，增加油墨层防热和防潮能力，起到保护印迹，美化产品，提高印刷品价值的作用。上光油一般分为油溶性上光油、水溶性上光油和紫外线上光油三种。除个别领域外，油溶性上光油由于环保方面的问题，用量逐渐减少，紫外线上光油又因为容易墨层发黄、所需设备价格偏高等原因，不能占据主流，而水性上光油无毒、无味、无有机挥发物，光泽度高，干燥速度快，使用方便等特点，使之逐渐成为市场的主导产品。

现有印刷业的水性上光油，只能在涂布机上作涂布上光，而在胶印机墨槽进行水性上光，只能依靠进口的水性墨斗光油。即只能进行凹印方式的上光或胶印方式的间歇上光。近来虽然出现了胶印方式的联线上光油，但由于需要额外增加上光设备，组成″5+1″、″6+1″之类的印刷机而增加了设备成本。

墨斗上光技术已经被应用了很长时间，但一直以来以油溶性为主，如上光浆等，其干燥速度慢，一般需要24小时才能完全干燥。而且色泽易黄变，干燥后更为明显，同时，由于挥发性溶剂的存在污染环境，发达国家早在上世纪九十年代初期就开始禁用油溶性上光油，而以水溶性墨斗上光油替代之。此类上光油在英国、德国、中国香港等国家及地区使用非常广泛，由于技术原因，目前只有德国及英国几家公司能生产。典型产品有德国海德堡公司的W110，W290等。

在我国，墨斗上光油一直以油溶性为主，由于色泽偏黄，干燥速度慢，造成印刷速度不能太快，纸堆也不能太高，否则会出现粘纸或过底现象，在国内一直不能广泛应用，近来，因为国家环保政策的影响，油溶性墨斗上光油更加失去了市场价值。

水性上光油克服了光泽度差，不抗磨等缺点，应用方面与溶剂性上光油相差无几，其环保方面的巨大优势，使水性上光油在国内的市场越来越大，但因为表3面润湿性能与干燥速度及相容性等各方面的影响，其只能以凹印方式上光或通过胶印方式间歇上光，增加了印刷成本，自上世纪九十年代以来，以德国海德堡公司为主的水性墨斗光油产品进入我国印刷业，价格一般每公斤在50到70元左右，相对于国内20至30元每公斤的普通水性上光油，其价格偏高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，而提供产品组份新颖，配料科学，原材料来源广泛，制备简单，成本较低，溶剂为水，有利于安全生产和环境保护的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油。

本发明的另一目的是为了提供上述用于胶版印刷机的水性墨斗上光油的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其组成包括：丙三醇、接枝乙氧化物中的至少一种保湿能力强的环保型高沸点溶剂；石蜡、聚乙烯蜡、蜡乳液中的至少一种蜡；水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物，或者二者混合物中的至少一种高抗磨组合物；其特征在于还包括交联型甲基丙烯酸酯乳液，所述交联型甲基丙烯酸酯乳液包括：非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂中至少一种表面活 性剂；至少一种含乙烯基的羧酸阴离子单体；至少一种交联单体；至少一种甲基丙烯酸酯类单体；氨水，一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，AMP-95即2-氨基-2-甲基-1-丙醇中至少一种中和剂。

所述交联型甲基丙烯酸酯乳液组合物用量为水性墨斗上光油质量比的50～80％。

保湿能力好的环保型高沸点溶剂为吸湿性较好的溶剂用量为水性墨斗上光油质量比的5～10％。

蜡用量占水性油墨质量比的0.5～10％，最好是4～8％。

高抗磨组合物为水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物，或者二者混合物用量质量比为10～40％，最佳采用二者混合物。

所述表面活性剂为用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的0.5～40％，阴离子表面活性剂品种及型号相当广泛，常用阴离子表面活性剂包括：烷基二苯醚二磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐，烷基酚醚硫酸的胺盐以及聚丙烯酸钠类高分子乳化剂等。交联型甲基丙烯酸酯乳液聚合中，单独使用非离子表面活性剂，而不添加阴离子表面活性剂的情况较少，但采用特殊工艺，不加阴离子表面活性，也可得到一些性能相当特殊的只含非离子表面活性剂的乳液产品，此类乳液固含量高，粘度低，成膜后光泽度高，乳液的印刷复溶性相当好，如果采用具有一定消泡特性的非离子消泡剂，更能得到意想不到的效果。常用的非离子表面活性剂一般有壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，分子量不同的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物，以及脂肪醇聚氧乙烯醚等，用量一般为1～40％，最好5～25％。也可阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂混和使用。

阳离子表面活性剂在普通水性上光油中应用较少，但如果考虑到膜层的再 印刷，则会考虑添加阳离子表面活性与非离子表面活性剂的复合型表面活剂，甚至大部分情况下单独使用阳离子表面活剂，常用的阳离子表面活剂以季胺盐类型较多，用量与乳液聚合的工艺要求，乳液的最后应用有关。

含乙烯基的羧酸阴离子单体是含有酸基或其盐的烯属不饱和单体，适用的酸基包括羟酸基、磷酸基、和硫酸基，阴离子单体包括羧酸单体如甲基丙烯酸、富马酸、衣康酸、马来酸、马来酐、和富马酸的单酯；磷酸单体如甲基丙烯酸磷酸乙酯和烯丙基膦酸；和磺酸单体如2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸、甲基内烯酸磺乙酯、和乙烯基磺酸。用量占交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的0.5～15％，最好是3～5％。最佳使用甲基丙烯酸。

交联单体可提高乳液的耐热性能，耐高温性能，耐水性能等其它方面的性能，常用的交联单体有二乙烯基甲基丙烯酸单体，如1、3-丁二醇二甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯，三缩二乙二醇二丙烯酸酯，与羧基有高反应性的交联单体，如含N-羟甲基丙烯酰胺，DAAM/ADH，不带双键的交联剂，如金属偶联剂，聚碳化二亚胺等，交联单体中的官能团在乳液水份没有挥发前，必须有根好的亲水性，乳液干燥成膜后，发生交联，不能被水溶解，本发明一般使用N-羟甲基丙烯酸酰胺单体，用量可以为乳液固含量1～30％，最好5～10％。

甲基丙烯酸酯类单体包括：甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸和C1-C40酯，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬酯基酯、甲基丙烯酸异冰片酯；甲基丙烯酸的羟烷基酯如甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸羟丙酯；甚至可用以下单体替代甲基丙烯酸酯类单体，如苯乙烯、偏氯乙烯、N-乙烯基吡咯烷酮；丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺、和甲基丙烯酸酰胺等，其用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的50～90％。

中和剂作为本发明墨斗上光油的一部分，有两个方面作用，一方面使丙烯酸乳液获得较好的水溶性，从而得到优异的机械稳定性；另一方面，改变中和剂的类型，如沸点的高低，可控制最终产品墨斗上光油干燥速度。常用的中和剂包括：氨水，一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，AMP-95等。用量以PH值的反应情况为标准，一般为乳液固含量的1～10％，最好2～5％。

本发明还提供了用于胶版印刷机的水性墨斗上光油的制备方法，它包括交联型甲基丙烯酸酯乳液的制备和将交联型甲基丙烯酸酯乳液与溶剂、蜡、水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物或者二者混合物配制成用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于所述交联型甲基丙烯酸酯乳液的制备包括如下步骤：

(1)将离子交换水，表面活性剂和PH缓冲剂加入聚合反应釜中，搅拌均匀，升温到75～88℃；

(2)将引发剂与离子交换水装进催化槽中，完全溶解；

(3)将部分去离子水，单体，表面活性剂加入乳化槽，完全乳化；

(4)氮气吹扫后，同时将引发剂溶液与单体预乳液滴加，进行聚合，根据反应温度的控制把握滴加速度；

(5)反应完后，保温65～70℃45分钟；

(6)后处理，通过氧化还原反应，去除未完全反应的残留单体；

(7)中和；

(8)过滤，出料。

本发明采用了上述组成，自交联丙烯酸乳液的对水性墨斗上光油性能的影响最明显，一方面，如果自交联乳液在干燥后常温不产生自交联，或者自交联要等相当长的时间才能发生，则严重影响膜层的物理性能，耐化学性能，耐热 性能等。另一方面，如果交联速度太快，则用其调制的水性墨斗上光油贮存稳定性不好，上机印刷适应性就会很差，且由于交联速度太快，膜层内很容易产生应力作用，导致膜层对承印材料的附着力不好，有时甚至膜层脆裂脱落。再有，水性墨斗上光油一般印刷比较高档次的产品，印刷品在使用或者保存过程中不能有严重黄变现象，这一要求决定了在自交联乳液合成过程不要引入苯乙烯等此类容易黄变的单体，为了提高产品硬度，可适当增加甲基丙烯酸甲酯，自交型单体的用量。一直以来，对水性墨上光油膜层的抗磨性要求很高，如果只单方面提高乳液的玻璃化温度，很难达到抗磨要求，适量增加交联单体的用量，改变引发剂类型，调整聚合反应的工艺，最后把分子量提高到一定的水平，才能得到好的抗磨性能。最后，此自交联丙烯酸乳液必须引入一些特殊基团，此基团对水有很好吸附作用，水性墨斗上光油在上机过程中不会因为失水而很快发生粘性增值。印刷到纸张或者其它承印物上时，此基团对水的吸附能力又小于承印物对水的吸附能力，导致水性墨斗上光油很快失水、破乳、干燥。

环保型高沸点溶剂的引入，给水性墨斗上光油的实际上机印刷适应性提供了可能性，一方面，如果完全依靠自交联乳液或其它组成成分达到慢干的目的，则干燥后的膜层不可能完全抗水，且硬度也很难达到要求，另一方面，采用环保型高沸点溶剂后，在溶剂挥发前，其对水有一定的吸附保护作用，又对水性墨斗上光油有一定的增塑作用，使其非常适应印刷机的使用，溶剂挥发后，膜层又达到设计值，当然，此时对环保型高沸点溶剂的沸点的高低，与水的亲和性及挥发性就提出了很高的选择性要求。

高抗磨组合物为水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物，或者二者混合物，以水替代有机溶剂，使用安全，无毒，有利于环保，且：

(1)成膜性好，透明度高。

(2)光泽好，印刷高光泽的烟酒商标、铝箔包装时非常理想。

(3)气味低，符合食品包装要求。

(4)耐候性好，在紫外线照射下不变色，化学性能稳定，丙烯酸酯共聚物油墨印刷的包装品可在户外较长时间存放和使用。

(5)机械强度高，有一定的拉伸强度和柔韧性，适应印刷的后加工程序，如贴标，热封。

(6)耐化学药品性、耐热性、低温下的流动性均十分出色。

蜡类的选择与应用是一个很有水平的技术问题，要根据蜡的种类，型号，接合产品本身要求合理选择。

本发明与现有技术相比具有：产品组份新颖，配料科学，原材料来源广泛，制备简单，成本较低，溶剂为水，有利于安全生产和环境保护的优点。

具体实施案例

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

自交联丙烯酸乳液的制备样例，原材料采用对应英文简写，以下为对比表：

MMA      甲基丙烯酸甲酯

MAA      甲基丙烯酸

BA       丙烯酸丁酯

2-EHA    丙烯酸异辛酯

NMA      N-羟甲基丙烯酰胺

DAAM     双丙酮丙烯酰胺

ADH      己二酸二酰肼

OP-10    壬基酚聚氧乙烯醚

NP-10  辛基酚聚氧乙烯醚

K-12   十二烷基硫酸钠

DW     去离子水

APS    过硫酸胺

NDM    正十二烷基硫醇

TEA    三乙醇胺

实施样例1

一个带有桨式搅拌器，热电偶，冷凝器的3升的四颈圆底烧瓶中，加入DW323.5克，K-12乳化剂4克，用10克DW溶解的APS 2克，制得第一混合物。

在另一个带有搅拌的圆底烧瓶中(搅拌开启)，加入120克DW，6克K-12乳化剂，搅拌5分钟，然后在不断搅拌的条件下，向其中加入MMA 100克，St 20克，MAA 16克，BA 124克，NMA 40克，2-EHA 100克，制得预乳液A1。

再在第三个圆底烧瓶中加入用50克DW溶解的1克APS溶液，制得引发剂溶液A2。

把第一混合物升温到85℃，在90分钟时间内，把预乳液A1滴加入第一混合物中，滴加反应过程中必须保证反应温度维持在85℃，同时，引发剂溶液A2必须与预乳液A1同时滴加，两者滴加完毕后，保温45分钟；在60℃加入12.5克TEA，制得粘度1500cps，PH值8.8，固含量45％的自交联乳液1。

实施样例2

工艺与实施例1相同，把乳化剂K-12改为NP-10，且用量全部增加到以前用量的4倍，即在第一混合物中为16克，预乳液中用量为24克，制得自交 联乳液2，粘度1600cps，PH值8.0，固含量45％自交联乳液2。

实施样例3

工艺与实施例1相同，把乳化剂K-12改为OP-10，且用量全部增加到以前用量的4倍，即在第一混合物中为16克，预乳液中用量为24克，制得自交联乳液3，粘度1000cps，PH值8.2，固含量45％自交联乳液3。

实施样例4

一个带有桨式搅拌器，热电偶，冷凝器的3升的四颈圆底烧瓶中，加入DW323.5克，OP-10乳化剂16克，用10克DW溶解的APS 2克，制得第二混合物。

在另一个带有搅拌的圆底烧瓶中搅拌开启，加入120克DW，24克OP-10乳化剂，搅拌5分钟，然后在不断搅拌的条件下，向其中加入MMA 100克，St 20克，MAA 16克，BA 124克，DAAM 20克，2-EHA 100克，制得预乳液A3。

再在第三个圆底烧瓶中加入用50克DW溶解的1克APS溶液，制得引发剂溶液A4。

把第二混合物升温到85℃，在90分钟时间内，把预乳液A滴加入第一混合物中，滴加反应过程中必须保证反应温度维持在85℃，同时，引发剂溶液A必须与预乳液A同时滴加，两者滴加完毕后，保温45分钟；在60℃加入12.5克TEA，ADH 20克，制得粘度900cps，PH值8.6，固含量45％的自交联乳液4。

实施样例5

工艺与实施例4相同，即在预乳液A中加入4克NDM，制得自交联乳液5，粘度800cps，PH值8.8，固含量45％自交联乳液5。

水性墨斗上光油的制备样例，原材料采用对应英文简写，以下为对比表：

NeoRez R-961  一种聚氨酯分散液

WE6F          一种聚乙烯蜡乳液

醇酯-12       十二醇酯

B             一种丙烯酯增稠剂

实施样例6

取一个500ml的玻璃烧杯中，不断搅拌条件下，依次加200克自交联乳液1，120克NeoRez R-961，40克醇酯-12，40克WE6F蜡乳液，然后加入少量B增稠助剂，得到粘度为3000cps的水性墨斗上光油E1。

实施样例7

取一个500ml的玻璃烧杯中，不断搅拌条件下，依次加200克自交联乳液2，120克NeoRez R-961，40克醇酯-12，40克WE6F蜡乳液，然后加入少量B增稠助剂，得到粘度为3000cps的水性墨斗上光油E2。

实施样例8

取一个500ml的玻璃烧杯中，不断搅拌条件下，依次加入200克自交联乳液3，120克NeoRez R-961，40克醇酯-12，40克WE6F蜡乳液，然后加入少量B增稠助剂，得到粘度为3000cps的水性墨斗上光油E3。

实施样例9

取一个500ml的玻璃烧杯中，不断搅拌条件下，依次加入200克自交联乳液4，120克NeoRez R-961，40克醇酯-12，40克WE6F蜡乳液，然后加入少量B增稠助剂，得到粘度为3000cps的水性墨斗上光油E4。

实施样例10

取一个500ml的玻璃烧杯中，不断搅拌条件下，依次加200克自交联乳 液5，120克NeoRez R-961，40克醇酯-12，40克WE6F蜡乳液，然后加入少量B增稠助剂，得到粘度为3000cps的水性墨斗上光油E5。

以德国海德堡公司的W290墨斗上光油为参照物，用胶印油墨小型打样机印制样品各一张，对比如下：

以上是本发明的较佳实施例，然而本领域的普通技术人员仍可作出不脱离本发明的方案仍落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其组成包括：丙三醇、接枝乙氧化物中的至少一种保湿能力强的环保型高沸点溶剂；石蜡、聚乙烯蜡、蜡乳液中的至少一种蜡；水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物或者二者混合物中的至少一种高抗磨组合物；其特征在于还包括交联型甲基丙烯酸酯乳液，所述交联型甲基丙烯酸酯乳液包括：非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中至少一种表面活性剂；至少一种含乙烯基的羧酸阴离子单体；至少一种交联单体；至少一种甲基丙烯酸酯类单体；氨水、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和AMP-95即2-氨基-2-甲基-1-丙醇中至少一种中和剂。

2.根据权利要求1所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于，所述交联型甲基丙烯酸酯乳液用量为水性墨斗上光油质量比的50～80％；溶剂用量为水性墨斗上光油质量比的5～10％；蜡用量为水性墨斗上光油的0.5～10％；抗磨组合物用量为水性墨斗上光油质量比的10～35％。

3.根据权利要求1所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于，所述蜡用量为水性墨斗上光油质量比的4～8％。

4.根据权利要求1或2所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于，所述表面活性剂用量交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的5～20％；含乙烯基的羧酸单体为丙烯酸或者甲基丙烯酸，用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的1～10％；交联单体为含有酰胺基团的反应型交联单体，用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的1～30％；甲基丙烯酸酯类单体，其用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的50～90％；中和剂用量为交联型甲基丙烯酸酯乳液固含量的1～10％。

5.根据权利要求4所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于，所述表面活性剂为：烷基二苯醚二磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐，烷基酚醚硫酸的胺盐，聚丙烯酸钠类高分子乳化剂，壬基酚聚氧乙烯醚，辛基酚聚氧乙烯醚，分子量不同的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物，脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于所述交联单体为：1、3-丁二醇二甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯，三缩二乙二醇二丙烯酸酯，含N-羟甲基丙烯酰胺，聚碳化二亚胺中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于所述含乙烯基的羧酸单体为甲基丙烯酸，富马酸，衣康酸，马来酸，马来酐，富马酸的单酯，甲基丙烯酸磷酸乙酯，烯丙基膦酸，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸，甲基丙烯酸磺乙酯，乙烯基磺酸中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于所述甲基丙烯酸酯类单体：甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸2-乙基己酯，甲基丙烯酸癸酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸硬酯基酯，甲基丙烯酸异冰片酯，甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟丙酯，苯乙烯，偏氯乙烯，N-乙烯基吡咯烷酮，丙烯腈，甲基丙烯腈，丙烯酰胺，甲基丙烯酸酰胺中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其制备方法，包括交联型甲基丙烯酸酯乳液的制备和将交联型甲基丙烯酸酯乳液与溶剂、蜡、水性聚氨酯组合物或水性丙烯酸乳液组合物或者二者混合物配制成用于胶版印刷机的水性墨斗上光油，其特征在于所述交联型甲基丙烯酸酯乳液的制备包括如下步骤：

(1)将离子交换水，表面活性剂和PH缓冲剂加入聚合反应釜中，搅拌均匀，升温到75～88℃；

(2)将引发剂与离子交换水装进催化槽中，完全溶解；

(3)将部分去离子水，单体，表面活性剂加入乳化槽，完全乳化；

(4)氮气吹扫后，同时将引发剂溶液与单体预乳液滴加，进行聚合，根据反应温度的控制把握滴加速度；

(5)反应完后，保温65～70℃45分钟；

(6)后处理，通过氧化还原反应，去除未完全反应的残留单体；

(7)中和；

(8)过滤，出料。