CN103627246B - 一种温控微胶囊型干燥剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温控微胶囊型干燥剂及其制备方法和应用，该干燥剂适用于水性凹印油墨，属于包装印刷领域。该温控微胶囊型干燥剂，主要由氧化钙和壳体材料构成，壳体材料为疏水型化合物。首先，将疏水型化合物溶于溶剂中，溶剂不溶氧化钙且不与氧化钙反应，再加入氧化钙粉末，通过研磨、搅拌使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂；然后将胶囊体进行分离提纯、干燥，得到适用于水性凹印油墨的温控微胶囊型干燥剂。本发明的温控微胶囊型干燥剂能够有效提高水性塑料凹印油墨干燥速度，印刷速度由40米/分钟增加到了120米/分钟以上，同时油墨印刷适性良好，印刷品印刷质量良好。

Description

一种温控微胶囊型干燥剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种温控微胶囊型干燥剂及其制备方法和应用，该干燥剂适用于水性凹印油墨，属于包装印刷领域。

背景技术

凹印油墨的干燥方式为挥发干燥，挥发干燥是在印刷后，油墨连接树脂中的水分挥发逸出，在承印物表面留下固态的树脂和颜料，达到墨层干燥固着。为了加快挥发干燥的速度，大多数情况下采用印刷后加热通风的手段，加速溶剂挥发，使油墨迅速干燥。水性凹印油墨属于环保型油墨，油墨中不含有任何的有机溶剂。由于油墨中的挥发物主要是水分，而水的挥发速度较有机溶剂要慢的多，因此水性凹印油墨存在着干燥性差的问题。

对于水性凹印油墨干燥性的研究主要集中在研发新型的快速成膜树脂，以及添加有机促挥发溶剂（例如：乙醇）等方面。但这些方法不能从根本上解决水分挥发较慢的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的水性凹印油墨干燥性差的问题，提供了一种水性凹印油墨的温控微胶囊型干燥剂。本发明研制的温控微胶囊型干燥剂可以在凹印机干燥烘箱加热时释放出来可以与水发生反应并产生热量的氧化钙，从而起到促进油墨干燥的作用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种温控微胶囊型干燥剂，适用于水性凹印油墨，主要由氧化钙和壳体材料构成，所述的壳体材料为疏水型化合物。

所述的疏水化合物为饱和脂肪酸类化合物，如：月桂酸、花生酸、珠光脂酸、硬脂酸、木蜡酸和/或蜡酸。

所述的壳体材料中还含有表面活性剂；所述的表面活性剂为脂肪酸酯类和/或烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂，如：聚乙二醇辛基苯基醚，吐温-20，吐温-80，月桂醇硫酸钠、乙烯醚类表面活性剂A(市售)。

本发明还提供了上述温控微胶囊型干燥剂的制备方法。

一种温控微胶囊型干燥剂的制备方法，包括如下步骤：将疏水型化合物溶于溶剂中，所述的溶剂不溶氧化钙且不与氧化钙反应，再加入氧化钙粉末，通过研磨、搅拌使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂，使胶囊具有能够很好的在水中分散的性能；然后将胶囊体进行分离提纯、干燥，得到适用于水性凹印油墨的温控微胶囊型干燥剂。

所述的溶剂不能溶解氧化钙且不与氧化钙反应，包括：乙醇、苯、氯仿和/或四氯化碳等。

所述的疏水型化合物溶于溶剂中，所得到溶液的浓度为0.006～2g/ml。

疏水型化合物溶于不同溶剂中，所得到溶液的浓度也可有所不同，例如：

疏水型化合物溶于乙醇中，所得到溶液的浓度为0.006～0.1g/ml。

疏水型化合物溶于苯中，所得到溶液的浓度为0.025～1g/ml。

疏水型化合物溶于氯仿中，所得到溶液的浓度为0.05～2g/ml。

疏水型化合物溶于四氯化碳中，所得到溶液的浓度为0.02～1g/ml。

所述的疏水型化合物与氧化钙粉末的重量比为：（1～30）：100；所述的氧化钙粉末的粒度范围为1微米～25微米。

所述的表面活性剂与氧化钙粉末的重量比为：（0.5～20）：100。

所述的研磨为采用砂磨机进行研磨，研磨速度为500～4000转/分钟，研磨时间为1～3小时。

所述的搅拌为采用高速搅拌器，搅拌速度范围为200～600转/分钟，搅拌时间为1～3小时。

所述的分离提纯为离心提纯，采用离心机，离心机转速在1000～10000转/分钟，离心分离时间为5～20分钟。

取出离心机提纯后的固体，放入烘干箱中，所述的干燥温度为30℃～150℃，干燥时间为5小时以上。最后将烘干完毕的干燥剂研磨成固体粉末。

用X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)分析氧化钙包敷前后相组成的变化。对粉末进行红外(infrared，IR)光谱分析和热重(thermogravimetric，TG)、差热(differential scanning colorimetry，DSC)分析。用电子扫描显微镜观察微胶囊表面形态，用激光粒度仪测量微胶囊粒径。采用本发明的疏水性化合物及疏水性化合物的用量，氧化钙在包敷过程中基本没有损失，并且在其外面形成了微胶囊壳体。包敷良好的氧化钙，测试微胶囊的抗水性良好，检测其在60℃～80℃（凹印机烘箱通常的加热温度）下的破裂情况，完全符合使用要求。

本发明还提供了上述温控微胶囊型干燥剂在水性凹印油墨中的应用。

上述温控微胶囊型干燥剂在水性凹印油墨中的应用，包括选择合适的分散工艺，将微胶囊型干燥剂分散在塑料凹印水性油墨中，保证油墨的粒径。通过实验室打样、工厂上机测试的方式，测试油墨的印刷适性，经过调整涂覆层及涂敷工艺，使添加了微胶囊型促干燥填料的油墨印刷适性达到较佳水平。

微胶囊干燥剂的分散工艺有三种：一是将干燥剂在油墨使用砂磨机研磨前或研磨后直接加入到油墨中，干燥剂占油墨质量的0.1%～10%。二是将干燥剂经高速分散机或砂磨机分散在丙烯酸类成膜树脂B（市售）中，再加入到油墨中，干燥剂占丙烯酸类成膜树脂B（市售）质量的1%～50%，干燥剂占油墨质量的0.1%～10%。三是将干燥剂经高速分散机或砂磨机分散在水中，再加入到油墨中，干燥剂占水质量的1%～80%，干燥剂占油墨质量的0.1%～10%。后两种方式中，在分散时还可以加入适量的表面活性剂。

本发明的优点：

本发明选择作为微胶囊壳体的疏水化合物，配合微胶囊的涂敷、提纯、干燥工艺，使得微胶囊体在常温下具有抗水性，在升温后（一般升温到50℃-以上），微胶囊壳体破裂，使得温控微胶囊型干燥剂可以在凹印机干燥烘箱加热时释放出来可以与水发生反应并产生热量的氧化钙，从而起到促进油墨干燥的作用。

通过将微胶囊干燥剂分散在油墨中，最后确定微胶囊干燥剂对于油墨的印刷适性无影响，能够有效增强水性油墨的干燥效果。

采用温控微胶囊干燥剂来提高水性凹印油墨的干燥性是一种全新的方法。本发明的温控微胶囊型干燥剂能够有效提高水性塑料凹印油墨干燥速度，含有微胶囊干燥剂的水性油墨干燥速度有了明显的增加，印刷速度由40米/分钟增加到了120米/分钟以上，同时油墨印刷适性良好，印刷品印刷质量良好。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1-1和图1-2分别为含有温控微胶囊型干燥剂粉末与氧化钙粉末的TG曲线图和DSC曲线图。

图2为含有温控微胶囊型干燥剂粉末与氧化钙粉末不同温度下水溶液的pH值曲线图。

图3为温控微胶囊干燥剂对油墨干燥速度的影响。

图4为含有温控微胶囊型干燥剂的水性凹印油墨的印刷样品。

具体实施方式

本发明首先选择可溶于乙醇或其他溶剂（该溶剂不溶氧化钙、不与氧化钙反应）中的疏水型化合物作为壳体材料，将此种化合物溶于酒精或其他溶剂（该溶剂不溶氧化钙、不与氧化钙反应）中，然后加入氧化钙粉末，通过研磨、高速搅拌使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂，使胶囊具有能够很好的在水中分散的性能，将胶囊体过滤出来，提纯、干燥。

疏水型化合物与乙醇或其他溶剂的重量体积比范围为1g疏水化合物溶于0.5ml-150ml的溶剂中，具体为：

1g疏水化合物溶于10ml-150ml的乙醇中；

1g疏水化合物溶于1ml-40ml的苯中；

1g疏水化合物溶于0.5ml-20ml的氯仿中；

1g疏水化合物溶于1ml-50ml的四氯化碳中。

实施例1

将0.8g的硬脂酸溶于50ml乙醇中，再加入10g的氧化钙（氧化钙粉末的粒度范围为1微米～25微米，以下同），通过砂磨机研磨1小时，转速为1500转/分钟，使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入0.5g的表面活性剂吐温80，使用高速分散剂分散1小时，转速400转/分钟，使胶囊具有能够很好的在水中分散的性能。使用离心机进行提纯，转速4000转/分钟，离心分离时间为20分钟。提纯后放入烘干箱在60℃下干燥5小时以上。将干燥后的固体物质制作成粉末。

将1g的粉末、0.01g烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂A(市售)加入到10g的丙烯酸类成膜树脂B（市售）中进行搅拌分散，再将混合物加入到100g的油墨中。

实施例2

将2g的花生酸溶于40ml乙醇中，再加入10g的氧化钙，通过砂磨机研磨研磨2小时，转速1800转/分钟，使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入0.4g的表面活性剂吐温80，使用高速分散剂分散1小时，转速400转/分钟。使用离心机进行提纯，转速2000转/分钟，离心分离时间为10分钟。提纯后放入烘干箱在60℃下干燥5小时以上。将干燥后的固体物质制作成粉末。

将1g的粉末加入到8g的丙烯酸类成膜树脂B（市售）中进行搅拌分散，再将混合物加入到100g的油墨中。

实施例3

将1g的硬脂酸溶于30ml乙醇中，再加入10g的氧化钙，通过砂磨机研磨研磨1小时，转速1500转/分钟，使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入0.6g的表面活性剂吐温80，加入0.5g烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂A(市售)，使用高速分散剂分散1小时，转速400转/分钟。使用离心机进行提纯，转速3000转/分钟，离心分离时间为15分钟。提纯后放入烘干箱在80℃下干燥5小时以上。将干燥后的固体物质制作成粉末。

将1g的粉末加入到20g的丙烯酸类成膜树脂B（市售）中进行搅拌分散、砂磨机研磨（转速1500转/分钟），再将混合物加入到100g的油墨中。

实施例4

将0.8g的硬脂酸溶于40ml乙醇中，再加入10g的氧化钙，通过砂磨机研磨研磨1小时，转速1500转/分钟，使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入0.5g的表面活性剂吐温80，加入0.4g烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂A(市售)，使用高速分散剂分散1小时，转速400转/分钟。使用离心机进行提纯，转速3000转/分钟，离心分离时间为20分钟。提纯后放入烘干箱在80℃下干燥5小时以上。将干燥后的固体物质制作成粉末。

将1g的粉末、0.01g烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂A(市售)加入到20g的丙烯酸类成膜树脂B（市售）中进行搅拌分散、砂磨机研磨（转速1500转/分钟），再将混合物加入到100g的油墨中。

性能测试：

1）X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)分析氧化钙包敷前后相组成的变化

对实施例1-4制备的微胶囊型干燥剂，用电子扫描显微镜观察微胶囊表面形态，用激光粒度仪测量微胶囊粒径。结果发现，氧化钙在包敷过程中基本没有损失，并且在其外面形成了微胶囊壳体。

2）热重(thermogravimetric，TG)、差热(differential scanning colorimetry，DSC)分析

如图1-1和图1-2所示，为氧化钙粉末与实施例1的微胶囊干燥剂粉末的TG-DSC曲线，其中，曲线1：氧化钙粉末，曲线2：微胶囊干燥剂粉末。由图可见，微胶囊干燥剂在100℃左右有2%的质量损失，应主要是粉末间分子水受热挥发产生的质量损失，相对应的微胶囊干燥剂的DSC曲线上100℃左右有一个吸收峰，微胶囊干燥剂在100℃～200℃之间有2%的质量损失，应主要是表面活性剂的质量损失，相对应的微胶囊干燥剂的DSC曲线上140℃左右有一个吸收峰，微胶囊干燥剂在200℃～400℃之间有一个放热峰，相对应的微胶囊干燥剂的质量损失为5%，应主要是饱和脂肪酸类化合物包覆材料的质量损失。

3）微胶囊包覆效果测试

为了测试微胶囊的包覆效果，将相同质量的氧化钙和实施例1的微胶囊干燥剂分别加入水中，在其他条件保持不变的情况，分别测量温度在30℃，40℃，50℃，60℃，65℃，70℃，75℃，80℃下含有不同添加物的水pH值的变化，结果如图2所示。

由图2可见，氧化钙粉末一旦与水接触，即发生剧烈的水解反应，溶液中由于[OH–]浓度不断增大，导致pH值逐步升高，温度为30℃时，溶液的pH值达到9.1。而经过表面改性工艺处理的氧化钙粉末在20℃～60℃时具有很好的化学稳定性，pH值基本保持不变。随着温度的进一步升高，氧化钙粉末表面包裹的有机物在水分子的Brown运动作用下被不断撞击，从氧化钙表面脱落，氧化钙粉末与水分子接触，发生化学反应，pH值迅速提高。

因此，微胶囊干燥剂包敷良好，测试微胶囊的抗水性良好，其在60℃～80℃（凹印机烘箱通常的加热温度）下的破裂情况，完全符合使用要求。

4）干燥效果测试

为了测试干燥剂对水性凹印油墨干燥性的影响，首先用不加干燥剂的油墨在塑料薄膜、水松纸上进行印刷，烘箱温度设为80℃，分别记录30，40，50，60，70，80m/min速度下油墨的干燥效果；其次，在油墨中如加入1wt%的干燥剂，以上面相同的条件进行印刷，分别记录30，50，70，90，110，120m/min速度下油墨的干燥效果。将油墨干燥效果分为4个等级：优为5，良为4，中为3，差为2。不加干燥剂的油墨和加干燥剂油墨的干燥效果对比如图3所示。

由此可见，在干燥效果同样为5级优的情况下，加入微胶囊干燥剂的油墨的印刷速度可以从原来的30m/min提高到120m/min以上，大大提高了生产效率。

对实施例1-4的油墨同样进行干燥效果测试：实施例1-4的温控微胶囊型干燥剂能够有效提高水性塑料凹印油墨干燥速度，含有微胶囊干燥剂的水性油墨干燥速度有了明显的增加，在干燥效果均为优的情况下，含有微胶囊干燥剂的油墨的印刷速度可以从原来的40m/min提高到120m/min以上，同时油墨印刷适性良好，印刷品印刷质量良好，如图4所示。

Claims (6)

1.一种温控微胶囊型干燥剂的制备方法，该干燥剂主要由氧化钙和壳体材料构成，所述的壳体材料为疏水型化合物，所述的疏水化合物为饱和脂肪酸类化合物，所述的饱和脂肪酸类化合物为月桂酸、花生酸、珠光脂酸、硬脂酸、木蜡酸和/或蜡酸，其制备方法包括如下步骤：将疏水型化合物溶于溶剂中，所述的溶剂不溶氧化钙且不与氧化钙反应，再加入氧化钙粉末，通过研磨、搅拌使疏水化合物涂敷在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂；然后将胶囊体进行分离提纯、干燥，得到适用于水性凹印油墨的温控微胶囊型干燥剂。

2.如权利要求1所述的温控微胶囊型干燥剂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为乙醇、苯、氯仿和/或四氯化碳。

3.如权利要求1所述的温控微胶囊型干燥剂的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为脂肪酸酯类和/或烷基聚氧乙烯醚类表面活性剂。

4.如权利要求1所述的温控微胶囊型干燥剂的制备方法，其特征在于：所述的疏水型化合物溶于溶剂中，所得到溶液的浓度为0.006～2g/ml。

5.如权利要求1所述的温控微胶囊型干燥剂的制备方法，其特征在于：所述的疏水型化合物与氧化钙粉末的重量比为1～30：100；所述的氧化钙粉末的粒度为1微米～25微米；所述的表面活性剂与氧化钙粉末的重量比为0.5～20：100。

6.如权利要求1所述的温控微胶囊型干燥剂的制备方法，其特征在于：所述的研磨速度为500-4000转/分钟；所述的搅拌速度为200～600转/分钟；所述的分离提纯为离心提纯，转速为1000～10000转/分钟；所述的干燥温度为30℃～150℃。