CN102382504B - 一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性uv油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨及制备方法。本发明利用可聚合型阳离子表面活性剂与有机酸/有机盐类作为复合表面活性剂在水溶液中形成蠕虫状胶束相，将油墨的各组分(固体颜料、水性紫外光引发剂、各类功能添加剂、少量单体)包封其中，通过超声波分散和离心过滤等操作，制备出具有粘弹性的水性UV油墨。该水性油墨避免使用有机溶剂，对环境友好；具有UV引发活性，能够在承印物表面快速交联固化，体现了优良的耐水性和耐磨性；体系中的蠕虫状胶束赋予了油墨在不同温度下可变的流体性质，高温下具有较好的流平性，低温下具有较高的粘附性，因此适合在塑料、金属等各类承印物上的高速印刷且具有优异的光泽度和色彩再现性。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨及其制备方法，该油墨具有优异的耐水性、耐磨性和储存稳定性，在平面纸张、塑料薄膜、金属箔片等各类承印物上具有高印刷质量。
背景技术
目前，由表面活性剂分子组成的蠕虫状胶束体系是一类重要的粘弹性流体，在油田、社区冷热流体的减阻、个人护理和家庭清洁产品的增稠等诸多领域具有重要应用价值。现已研发出众多的表面活性剂，可用来构筑蠕虫状胶束体系，如阳离子型表面活性剂和有机酸或有机盐类的复合体系；阴离子型表面活性剂和有机阳离子盐类或有机碱的复合体系；阴离子型或阳离子型或非离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的复合体系。研究发现，携带阴阳离子的表面活性剂复合体系中，离子对的形成可以诱导胶束从球状生长成棒状直至蠕虫状，这种蠕虫状胶束处于吸附和解吸的动态平衡中，可以包封微米级和纳米级的微粒，且溶液具备与高分子溶液相似的流体性质。因此，可以将表面活性剂应用在微米级分散体系的制备中。
传统的水性UV油墨主要是由树脂连结料、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其他添加剂等混合而成的一种新型环保油墨。主要应用在于食品、药品、饮料、烟酒及与人体接触的日用品包装印刷等方面。水性UV油墨和油性UV油墨的主要区别在于用水作为溶剂，而不再使用单体稀释剂，VOC含量极低，对人体危害和环境污染小。在欧美和日本等发达国家，水性油墨已经逐步取代油性油墨，成为除胶印外的其它印刷方式的专用墨。但是水性油墨中的高分子树脂连结料不能提供足够高的粘性，使得水性油墨对承印物的适应性不如油性油墨，附着力较差，要增加附着力必须预先在承印物上加一层UV底油或者对其进行磨砂、电晕、表面氧化等表面处理，耗费了一定的时间、人力、物力和财力。结合上述表面活性剂的分散和流体特性，我们有必要研发一种新型水性UV油墨分散体系，其既具备已有体系的优势，又能够适用于在各种承印物上的高速印刷。
发明内容
本发明的目的是利用上述表面活性剂体系的特性，采用可聚合型阳离子表面活性剂为主表面活性剂，有机酸或有机盐为助表面活性剂的复合体系，以蠕虫胶束相包封水性UV油墨的各项组分，使其均匀的分散在水中，从而制备一种新型的水性UV油墨分散体系。
为实现上述目的，本发明的技术方案是制备一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
20-30％的复合表面活性剂；
5-10％的水性紫外光引发剂；
15-30％的固体颜料；
5-10％的光反射功能填料；
1.5-5％的水性消泡剂；
0.5-2％的增滑剂；
30-40％的水；
5-10％的功能单体。
本发明使用的复合表面活性剂是以可聚合型阳离子表面活性剂为主表面活性剂，以有机酸或者有机盐类为助表面活性剂的分散体系。所述的可聚合型阳离子表面活性剂选用季胺盐型、铵盐型或杂环季铵盐型。所述的有机酸选用脂肪酸型、磺酸型、硫酸酯型或磷酸酯型。所述有机盐为上述有机酸的盐。
所选用的可聚合型阳离子表面活性剂是季胺盐型表面活性剂。
所选用的季胺盐型表面活性剂为R-303、KJH-3、KJH-2和KJH-1中的一种及以上，其结构分别如下所示。
所选用的有机酸是磺酸型或脂肪酸型有机酸。
所选用的磺酸型有机酸是数均分子量为5000-50000的聚苯乙烯磺酸钠，优选分子量是20000-30000；脂肪酸型有机酸为数均分子量为3000-40000的聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸，优选分子量是20000-35000。
本发明使用的复合表面活性剂的优选重量百分比为20-25％，主表面活性剂与助表面活性剂的摩尔比值为0.5-3。
本发明使用的水性紫外光引发剂是2959、QTX、BTC、BPQ或ABQ的一种及以上。优选重量百分比为3-8％。所述光引发剂的结构式分别如下所示：
本发明使用的固体颜料是粒径为0.01-50μm的无机黑色颜料或有机颜料中的黄色水性油墨颜料、品红水性油墨颜料、青色水性油墨颜料、黑色水性油墨颜料。其中，优选颜料包括炭黑、苯胺黑、蒽醌、蒽嘧啶、异吲哚啉酮、缩合偶氮、苯并咪唑酮、喹吖啶酮、酞箐、醌酞酮、一偶氮、偶氮色淀和苝颜料。优选颜料粒径为0.01-10μm，优选重量百分比是15-25％。
在本发明的水性UV油墨中，这些颜料可以单独使用或者作为其两种或多种的混合物。
本发明使用的光反射功能填料是TiO2、SiO2、MgO的复合物，复合重量比为2∶1∶2。
本发明使用的水性消泡剂是Silok 4650、Silok 4830、Silok 4920(广州市斯洛柯化学有限公司)的一种及以上。
本发明使用的增滑剂是Silok 50、Silok52(广州市斯洛柯化学有限公司)的一种及以上。
本发明使用的功能单体是苯乙烯、丙烯酸或丙烯酸酯(如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸异辛酯)的一种及以上。
本发明的技术方案还包括水性UV油墨的制备方法：
(1)将已研磨至微米级别的颜料、光反射功能填料、水性消泡剂、增滑剂、水性光引发剂以及功能单体超声1-2小时分散在主表面活性剂的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒聚集体，超声频率为40-60kHz，超声功率为100-200w。
(2)在35-50℃温度下，向体系中再加入助表面活性剂，调节主表面活性剂与助表面活性剂的摩尔比值为0.5-3，充分混合搅拌，最终得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
本发明的有益效果是：(1)阴阳离子配合形成的蠕虫状胶束十分稳定，其纵向尺寸为微米级，可以成功的包封油墨的各组分，从而得到水分散性油墨。(2)经UV光照后，胶束中的可聚合型表面活性剂和少量单体在光引发剂的诱导下发生共聚，连同助表面活性剂的强烈的物理交联作用，在干燥成膜时易于形成网络结构，从而获得高光泽度、高耐磨性和高抗水性的油墨。(3)高温时，胶束体系表现出较好的流动性，形成的墨膜的表面平滑，适于网印、平版、喷墨等各类印刷；低温时，体系表现出较高的粘性，能够在塑料、金属等表面张力较低的承印物上有非常好的附着力，降低了水性UV油墨对承印物的要求。
具体实施方式
以下举出的实施例对本发明进行具体的说明，但是本发明不限定在这些例子中。
实施例1
一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
28％的R-303和聚苯乙烯磺酸钠复合表面活性剂；
5％的2959和BTC复合紫外光引发剂；
15％的二甲基喹吖啶酮品红颜料；
5％的光反射功能填料；
1.5％的Silok 4650水性消泡剂；
0.5％的Silok 50增滑剂；
40％的水；
5％的丙烯酸甲酯和丙烯酸单体。
其中，R-303和聚苯乙烯磺酸钠的摩尔配比为1∶2；聚苯乙烯磺酸钠数均分子量为20000；2959和BTC摩尔配比为2∶1；丙烯酸甲酯和丙烯酸摩尔配比为1∶1。
制备方法如下：(1)将已研磨至粒径5μm以下的二甲基喹吖啶酮颜料、光反射填料、消泡剂、增滑剂、光引发剂以及单体超声2小时分散在R-303的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒，超声频率为60kHz，超声功率为100w。(2)在40℃温度下，向体系中再加入聚苯乙烯磺酸钠，充分搅拌混合后得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
实施例2
一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
20％的KJH-2和聚苯乙烯磺酸钠复合表面活性剂；
10％的2959和BTC复合紫外光引发剂；
15％的苯胺黑黑色颜料；
10％的光反射功能填料；
3％的Silok 4650水性消泡剂；
2％的Silok 50增滑剂；
30％的水；
10％的丙烯酸甲酯和丙烯酸单体。
其中，KJH-2和聚苯乙烯磺酸钠的摩尔配比为3∶1；聚苯乙烯磺酸钠数均分子量为30000；2959和BTC摩尔配比为1∶1；丙烯酸甲酯和丙烯酸摩尔配比为1∶1。
制备方法如下：(1)将已研磨至粒径5μm以下的苯胺黑颜料、光反射填料、消泡剂、增滑剂、光引发剂以及单体超声2小时分散在KJH-2的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒，超声频率为50kHz，超声功率为100w。(2)在50℃温度下，向体系中再加入聚苯乙烯磺酸钠，充分搅拌混合后得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
实施例3
一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
20％的KJH-3和聚丙烯酸复合表面活性剂；
8％的2959和QTX复合紫外光引发剂；
30％的蒽醌黄色颜料；
5％的光反射功能填料；
1.5％的Silok 4830水性消泡剂；
0.5％的Silok 50增滑剂；
30％的水；
5％的苯乙烯单体。
其中，KJH-3和聚丙烯酸的摩尔配比为0.9∶1.05；聚丙烯酸数均分子量为35000；2959和QTX摩尔配比为2∶1。
制备方法如下：(1)将已研磨至粒径5μm以下的蒽醌颜料、光反射填料、消泡剂、增滑剂、光引发剂以及单体超声1小时分散在KJH-3的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒，超声频率为40kHz，超声功率为200w。(2)在35℃温度下，向体系中再加入聚丙烯酸，充分搅拌混合后得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
实施例4
一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
30％的KJH-1和聚丙烯酸复合表面活性剂；
5％的2959和BPQ复合紫外光引发剂；
23％的酞箐蓝青色颜料；
5％的光反射功能填料；
1.5％的Silok 4920水性消泡剂；
0.5％的Silok 52增滑剂；
30％的水；
5％的苯乙烯和丙烯酸乙酯单体。
其中，KJH-1和聚丙烯酸的摩尔配比为0.9∶1.05；聚丙烯酸数均分子量为20000；2959和BPQ的摩尔配比为1∶1；苯乙烯和丙烯酸乙酯的摩尔配比为2∶1。
制备方法如下：(1)将已研磨至粒径5μm以下的酞箐蓝颜料、光反射填料、消泡剂、增滑剂、光引发剂以及单体超声1小时分散在KJH-1的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒，超声频率为40kHz，超声功率为200w。(2)在35℃温度下，向体系中再加入聚丙烯酸，充分搅拌混合后得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
实施例5
一种水性UV油墨，按照重量百分比计，包含以下组分：
22％的R-303和聚甲基丙烯酸复合表面活性剂；
10％的QTX和BPQ复合紫外光引发剂；
16％的乙炔黑黑色颜料；
8％的光反射功能填料；
3％的Silok 4830水性消泡剂；
2％的Silok 52增滑剂；
31％的水；
8％的苯乙烯单体。
其中，R-303和聚甲基丙烯酸的摩尔配比为0.9∶1.1；聚甲基丙烯酸数均分子量为32000；QTX和BPQ的摩尔配比为2∶1。
制备方法如下：(1)将已研磨至粒径5μm以下的乙炔黑颜料、光反射填料、消泡剂、增滑剂、光引发剂以及单体超声1小时分散在R-303的水溶液中，通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒，超声频率为40kHz，超声功率为200w。(2)在40℃温度下，向体系中再加入聚甲基丙烯酸，充分搅拌混合后得到一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
对实施例1-5的水性UV油墨进行了性能测试，结果见表1。
稳定性测试：将实施例1-5的油墨放入透明玻璃容器中，在25℃环境下放置1个月，按照下述标准进行评价：无沉淀物(△)、微量沉淀物(□)、大量沉淀物(○)。
耐水性测试：将实施例1-5的UV油墨制作成PET印刷样条后，在样条面上施加自来水，按照下述标准进行评价：样条面不脏(△)、样条面略微污浊(□)，但不影响识别、样条面难以识别(○)。
粘度测试：在25℃下，以涂4号粘度杯量取油墨，以秒表计算油墨流出之时间，即为此油墨的粘度。
光泽度测试：将实施例1-5的油墨制作成纸质印刷样条后，60°角测量样条的光泽。
附着牢度测试：采用漆膜划格仪，将样条划格后，用3M胶带在同一地方粘。撕去格数除以撕去格数和原有格数之和，按百分率计。
墨层耐磨性：使用摩擦试验机和彩色密度计，在20牛顿压力下，摩擦40次，测得摩擦前后密度比值，按百分率计。
表1实施例1-5所得水性UV油墨的性能测试结果
Claims (7)
1.一种利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于按照重量百分比计，包含以下组分：
复合表面活性剂 20-30%
水性紫外光引发剂 5-10%
粒径为0.01-50μm的固体颜料 15-30%
光反射功能填料 5-10%
水性消泡剂 1.5-5%
增滑剂 0.5-2%
水 30-40%
功能单体苯乙烯、丙烯酸或丙烯酸酯的一种及以上的混合物5-10%；
所使用的复合表面活性剂为以可聚合型阳离子表面活性剂为主表面活性剂，以有机酸或者有机盐类为助表面活性剂的分散体系；所述的可聚合型阳离子表面活性剂选用季胺盐型、铵盐型或杂环季铵盐型；所述的有机酸选用脂肪酸型、磺酸型、硫酸酯型或磷酸酯型；所述有机盐为上述有机酸的盐，且主表面活性剂与助表面活性剂的摩尔比值为0.5-3。
2.根据权利要求1所述的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于所选用的可聚合型阳离子表面活性剂是季胺盐型表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于所选用的季胺盐型表面活性剂为R-303、KJH-3、KJH-2或KJH-1中的一种及一种以上的混合物，其结构分别如下所示：
4.根据权利要求2所述的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于所选用的有机酸是磺酸型或脂肪酸型有机酸。
5.根据权利要求4所述利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于脂肪酸型有机酸为数均分子量为3000-40000的聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸。
6.根据权利要求1所述的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨，其特征在于所选用的水性紫外光引发剂是2959、QTX、BTC、BPQ或ABQ的一种及一种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨的制备方法，其特征在于：
将已研磨至微米级别的颜料、光反射功能填料、水性消泡剂、增滑剂、水性光引发剂以及单体超声1-2小时分散在主表面活性剂的水溶液中,通过过滤除去未均匀分散的固体颗粒聚集体，超声频率为40-60kHz，超声功率为100-200w；在35-50°C温度下，向体系中再加入助表面活性剂，主表面活性剂与助表面活性剂的摩尔比值为0.5-3，充分搅拌混合，最终得到具有粘弹性的利用蠕虫状胶束体系分散的水性UV油墨。
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