CN103992691B - 一种水性油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性油墨及其制备方法，该水性油墨由碾磨树脂、乳化树脂、分散剂、流平剂、消泡剂、色料、填料、醇水混合液和水性蜡组成；制备方法是用部分醇水混合液将碾磨树脂、色料和填料润湿，碾磨成油墨色浆；再添加消泡剂、流平剂和分散剂后，搅拌均匀；再在所述油墨色浆中添加乳化树脂、水性蜡和余下部分醇水混合液，高速搅拌乳化，过滤，即得水性油墨；该制备方法操作简单、成本低，制得的水性油墨保存时间长，无破乳、分层、粘结现象，并且改善了水性油墨的呈印刷品的耐磨性，提高油墨的使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性油墨及其制备方法，属于油墨领域。
背景技术
水性油墨特别是印刷型油墨其组成主要包括：连接料(聚合性预聚物)、颜料、水和其它助剂。它的特点是采用了水性树脂作为连结料，主要分为两种类型：水稀释型和水分散型。前者可以使用的树脂类型有很多种，比如顺丁烯二酸树脂、紫胶、马来酸树脂改性虫胶、乌拉坦、水溶性丙烯酸树脂和水性氨基树脂等。水分散型的连结料是在水中通过乳化的单体聚合所得，它是两相体系，其中油相以颗粒状在水相中分散，虽不能够被水溶解，但能够被水稀释，所以也可以认为是水包油乳液型。
上世纪末，日本、韩国和东南亚等国家和地区就已经淘汰了甲苯类印刷油墨。美国在上世纪80年代就提倡印刷油墨水性化，并禁止在其国内使用溶剂型油墨印刷塑料。
使用水性油墨印刷，首先它不需要使用溶剂，只用清水即可。有一种错误的认为，油墨中加入溶剂越多越好，这样的成本就越低。其实不然，所加入的溶剂，是在整个印刷过程中加入的。这是由于溶剂的挥发引起油墨粘度变化而加入。印刷速度越快，所需调配的稀释剂的挥发性就要越快，加入溶剂的次数就越多。这就等于不断地增加印刷成本。以油墨行业的标准来看，油墨的色浓度高，粘度低才是好油墨。油墨中加入稀释剂，只作为降低油墨的粘度。使其适宜印刷，如过量的加入，油墨的色浓度会降低。连接料的分量同时降低，这样变印不出好产品。所以水性油墨只加纯净水，而且是一次性加入(印前)。在印刷过程中，它不会因为粘度的变化而引起颜色的变化，更不会像油墨那样，因印刷途中需加入稀释剂时所产生的废品，这样就大大提高了印品的合格率。节省了溶剂的成本，减少了废品的出现。这便是水性塑料油墨成本优势之一。
油墨的制备工艺通常包括：配料、预分散、研磨、助剂调整、高速分散、过滤后包装这几个环节。低级的油墨也可以仅仅通过高速搅拌或者通过球磨机分散后即可，但是，一般的高级油墨如凹版、柔版油墨往往需要通过砂磨机进行研磨预分散后再进行高速搅拌，这样制备的油墨方可适应于印刷设备的要求。水性油墨的制备也需要进行砂磨机的预分散，预分散前的配料中，往往需要加入一定量的树脂，这样有利于色浆的分散，然而，进行多级研磨后树脂容易出现破乳的现象，导致最后成型的油墨容易出现分层的现象，严重影响油墨的品质。有人也考虑在研磨阶段不加入树脂，这样制备的油墨色浆分散不均，导致印刷的品质下降。
传统的油墨制备往往采用单一的树脂，在研磨预分散阶段和高速乳化阶段都采用同一树脂，这样的油墨往往只能体现某一方面的优势，但是，单一树脂油墨往往难以满足多种工艺和功能的需求。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种安全环保、成本低、保存时间长、能增加呈印品耐磨性能的水性油墨。
本发明的另一个目的是在于提供一种操作简单、成本低制备所述水性油墨的方法。
本发明提供了一种水性油墨，该水性油墨由以下质量百分比组分组成：碾磨树脂20～35％；乳化树脂20～40％；分散剂0.5～1％；流平剂0.2～1％；消泡剂0.2～0.5％；色料10～15％；填料2～10％；醇水混合液10～20％；水性蜡10～15％；所述的碾磨树脂为硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物；所述的乳化树脂由硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物和丙烯酸酯改性水性聚氨酯按质量比16～19:1～2的组合。
本发明的水性油墨还包括以下优选的技术方案：
优选的硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物数均分子量低于4×103，重均分子量低于9×103。
所述的硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物的制备按常规的方法得到：将异丙醇、表面活性剂和水，放入反应釜中，搅拌均匀，加热，待升温到60～80℃后通入氮气；然后把丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和/或甲基丙烯酸按质量比5～10:5～10:15～20:5～10:2～5混合(其中，包括丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯、和苯乙烯单体在内的硬单体总质量不低于单体总质量的60％)，再配入适量引发剂，缓慢滴入三口瓶中，控制反应温度不高于100℃，混合物控制在3h内滴加完毕，滴加完毕后保温1～2h后停止加热，待温度冷却到50℃以下后，将NaOH水溶液和氨水的混合液缓慢流入反应釜中，搅拌0.5h后测得pH值为8，冷却后出料，即得。
优选的硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物数均分子量高于1×104，重均分子量高于1×105。
所述的硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物的制备方法和硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物的制备方法一样，只是单体加入不同，丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸和/或甲基丙烯酸按质量比10～15:10～15:15～20:2～5混合，还可加入少量丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯(其中，硬单体丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯、和苯乙烯单体的总质量质量不高于单体总质量的50％)。
优选的丙烯酸改性水性聚氨酯为丙烯酸酯单体接枝到聚氨酯分子链上得到的由聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚氨酯/聚丙烯酸酯接枝共聚物组成的混合物。
优选的流平剂为聚醚、聚酯、长链烷基或芳烷基改性的聚二甲基硅氧烷。
优选的消泡剂包括二甲硅油、聚乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、OP系、吐温系中的一种或几种。
优选的分散剂包括十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、丙烯酸/丙烯酸钠聚合物、甲基戊醇中的一种或几种。
优选的水性蜡为水性聚乙烯蜡乳。
优选的醇水混合液中醇的体积比不大于55％；最优选为50％。
所述的醇水混合液优选为乙醇和水的混合溶液。
所述的色料包括：C.I.颜料红101、C.I.颜料黄042、C.I.颜料黑7、C.I.颜料白6、C.I.颜料蓝15酞菁蓝、食品红9苋菜红或C.I.颜料黑7。
所述的填料以滑石粉或钙粉为主。
本发明还提供了一种所述的水性油墨的制备方法，该制备方法是用部分醇水混合液将碾磨树脂、色料和填料润湿，在800～1000转/分钟的搅拌速度下搅拌均匀，形成固体混合物；将所得固体混合物碾磨成油墨色浆；在所得油墨色浆中添加消泡剂、流平剂和分散剂后，搅拌均匀；再在所述油墨色浆中添加乳化树脂、水性蜡和余下部分醇水混合液，在300～400转/分钟的搅拌速度下搅拌乳化，过滤，即得水性油墨。
本发明的水性油墨的制备方法还包括以下优选方案：
优选的制备方法中在800～1000转/分钟的搅拌速度下搅拌的时间为0.5～1.5h。
优选的制备方法中乳化的时间为20～60min。
所述的碾磨可根据实际情况进行多次碾磨，研磨过程中可补加适量的醇水混合溶液。
本发明复配得到的水性油墨相对现有技术中的水性油墨具有以下无可比拟的技术效果：现有技术中的一般水性油墨的制备需要进行砂磨机的预分散，预分散前的配料中，往往需要加入一定量的树脂，这样有利于色浆的分散，然而，进行多级研磨后树脂容易出现破乳的现象，导致最后成型的油墨容易出现分层的现象，严重影响油墨的品质。研发者有考虑在研磨阶段不加入树脂，这样制备的油墨色浆分散不均，导致印刷的品质下降；而且，传统的油墨制备往往采用单一的树脂，即在研磨预分散阶段和高速乳化阶段都采用同一树脂，这样的油墨往往体现不出多方面优势，制备出的油墨往往难以满足多种工艺和功能的需求。本发明通过采用分子量较低，而苯乙烯等硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物用于碾磨分散阶段有效地解决了其他树脂碾磨易破乳的问题，同时结合使用分子量较高而苯乙烯等硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物和丙烯酸改性水性聚氨酯复合聚合物作为乳化分散剂，使整个水性油墨分散均匀，保存时间长，从而避免了水性油墨存储过程中容易出现分层和板结的现象；同时水性油墨耐磨性能好，可以满足某些印刷品对于耐磨性能要求较高的使用，改善了其承印物的耐磨性等。此外，水性油墨以水为溶剂，成本低，安全环保，提高了水性油墨的使用安全性能。本发明的制备方法简单、原料廉价，可以大规模工业生产。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明的内容，而不限制本发明的保护范围。
实施例1
将异丙醇、表面活性剂和水，放入反应釜中，搅拌均匀，加热，待升温到70℃后通入氮气；然后把丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和/或甲基丙烯酸和适量引发剂，缓慢滴入三口瓶中，控制反应温度不高于100℃，混合物控制在3h内滴加完毕，滴加完毕后保温1～2h后停止加热，待温度冷却到50℃以下后，将NaOH水溶液和氨水的混合液缓慢流入反应釜中，搅拌0.5h后测得pH值为8，冷却后出料，即得。
按配方1：丙烯酸丁酯8份、丙烯酸异辛酯8份、苯乙烯20份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸2份，表面活性剂1份，催化剂0.3份，水50份，其它余量。制得硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物，即碾磨树脂。数均分子量为3.5×103，重均分子量为8.5×103。
按配方2：丙烯酸丁酯12份、丙烯酸异辛酯12份、苯乙烯20份、丙烯酸3份，表面活性剂2份，催化剂0.2份，水50份，其它余量，硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物。数均分子量为1.2×104，重均分子量为1.3×105。
实施例2
准确称量22公斤实施例1配方1制得的碾磨树脂、12公斤氧化铁黄、5公斤轻质碳酸钙放入容器中，然后加入5公斤水:乙醇为1:1的混合溶液，在1000转/分钟的转速下高速搅拌1小时，形成油墨固体混合物；
将之前的油墨固体混合物加入砂磨机中进行碾磨，重复碾磨2次，形成油墨色浆，放入乳化机中；
添加0.2公斤吐温-80、0.3公斤聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.5公斤十二烷基硫酸钠到油墨色浆中，充分搅拌均匀；
混合4公斤的丙烯酸改性的水性聚氨酯和36公斤的实施例1配方2制得的树脂，形成乳化树脂；
将40公斤乳化树脂、10公斤聚乙烯水性蜡乳液及5公斤水:乙醇为1:1的混合溶液到放有油墨色浆的乳化机中，400转/分钟的搅拌速度下充分搅拌乳化0.5小时，过滤后既得合乎要求的水性黄色油墨成品。
通过以上方法制备的水性油墨，静止放置40天以上不会出现油墨板结的现象，用该油墨印刷的纸张其墨层耐磨性>80％；但是，采用相同色料和单一丙烯酸树脂来制备的水性油墨，静止放置15天就出现板结的现象，其印刷品墨层耐磨性<70％。
实施例3
准确称量30公斤实施例1配方1制得的碾磨树脂、12公斤氧化铁红、8公斤轻质碳酸钙放入容器中，然后加入8公斤水:乙醇为1:1的混合溶液，在900转/分钟的转速下高速搅拌40分钟，形成油墨固体混合物；
将之前的油墨固体混合物加入砂磨机中进行碾磨，重复碾磨2次，形成油墨色浆，放入乳化机中；
添加0.5公斤吐温-80、0.75公斤聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.75公斤十二烷基硫酸钠到油墨色浆中，充分搅拌均匀；
混合2公斤的丙烯酸改性的水性聚氨酯和18公斤的实施例1配方2制得的树脂，形成乳化树脂；
将20公斤乳化树脂、14公斤聚乙烯水性蜡乳液及6公斤水:乙醇为1:1的混合溶液到放有油墨色浆的乳化机中，在300转/分钟的搅拌速度下充分搅拌乳化30分钟，过滤后既得合乎要求的水性红色油墨成品。
制备的水性油墨，静止放置30天以上不会出现油墨板结的现象，用该油墨印刷的纸张其墨层耐磨性>80％；但是，采用相同色料和单一丙烯酸树脂来制备的水性油墨，静止放置10天就出现板结的现象，其印刷品墨层耐磨性<70％。
实施例4
准确称量20公斤实施例1配方1制得的碾磨树脂、11公斤炭黑、7公斤轻质碳酸钙放入容器中，然后加入10公斤水：乙醇为1:1的混合溶液，在900转/分钟的搅拌速度下高速搅拌1小时，形成油墨固体混合物；
将之前的油墨固体混合物加入砂磨机中进行碾磨，重复碾磨4次，形成油墨色浆，放入乳化机中；
添加0.4公斤吐温-80、0.8公斤聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.8公斤十二烷基硫酸钠到油墨色浆中，充分搅拌均匀；
混合1.5公斤的丙烯酸改性的水性聚氨酯和28.5公斤实施例1配方2制得的树脂，形成乳化树脂；
将30公斤乳化树脂、10公斤聚乙烯水性蜡乳液及10公斤水：乙醇为1:1的混合溶液到放有油墨色浆的乳化机中，在350转/分钟的搅拌速度下充分搅拌乳化1小时，过滤后既得合乎要求的水性黑色油墨成品。
制备的水性油墨，静止放置50天以上不会出现油墨板结的现象，用该油墨印刷的纸张其墨层耐磨性>80％；但是，采用相同色料和单一丙烯酸树脂来制备的水性油墨，静止放置15天就出现板结的现象，其印刷品墨层耐磨性<70％。
实施例5
1)准确称量30公斤实施例1配方1制得的碾磨树脂、14公斤酞菁蓝、4公斤轻质碳酸钙放入容器中，然后加入10公斤水：乙醇为1:1的混合溶液，在800转/分钟的搅拌速度下高速搅拌50分钟，形成油墨固体混合物；
2)将之前的油墨固体混合物加入砂磨机中进行碾磨，重复碾磨3次，形成油墨色浆，放入乳化机中；
3)添加0.2公斤吐温-80、0.9公斤聚醚改性聚二甲基硅氧烷和0.9公斤十二烷基硫酸钠到油墨色浆中，充分搅拌均匀；
4)混合1公斤的丙烯酸改性的水性聚氨酯和19公斤的实施例1配方2制得的树脂，形成乳化树脂；
5)将20公斤乳化树脂、10公斤聚乙烯水性蜡乳液及10公斤水：乙醇为1:1的混合溶液到放有油墨色浆的乳化机中，在400转/分钟的搅拌速度下充分搅拌乳化1小时，过滤后既得合乎要求的水性黑色油墨成品。
制备的水性油墨，静止放置60天以上不会出现油墨板结的现象，用该油墨印刷的纸张其墨层耐磨性>80％；但是，采用相同色料和单一丙烯酸树脂来制备的水性油墨，静止放置15天就出现板结的现象，其印刷品墨层耐磨性<70％。
Claims (12)
1.一种水性油墨，其特征在于，由以下质量百分比组分组成：
碾磨树脂 20～35％；
乳化树脂 20～40％；
分散剂 0.5～1％；
流平剂 0.2～1％；
消泡剂 0.2～0.5％；
色料 10～15％；
填料 2～10％；
醇水混合液 10～20％；
水性蜡 10～15％；
所述的碾磨树脂为硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物；
所述的乳化树脂是由硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物和丙烯酸酯改性水性聚氨酯按质量比16～19:1～2的组合。
2.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的硬段质量含量不低于60％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物数均分子量低于4×103，重均分子量低于9×103。
3.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的硬段质量含量不高于50％的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸/甲基丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸丁酯/丙烯酸异辛酯无规共聚物数均分子量高于1×104，重均分子量高于1×105。
4.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的丙烯酸酯改性水性聚氨酯为丙烯酸酯单体接枝到聚氨酯分子链上得到的由聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚氨酯/聚丙烯酸酯接枝共聚物组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的流平剂为聚醚、聚酯、长链烷基或芳烷基改性的聚二甲基硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的消泡剂包括二甲硅油、聚乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、OP系、吐温系中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的分散剂包括十二烷基硫酸钠、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、丙烯酸/丙烯酸钠聚合物、甲基戊醇中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的水性蜡为水性聚乙烯蜡乳。
9.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述的醇水混合液中醇的体积比不大于55％。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的水性油墨的制备方法，其特征在于，用部分醇水混合液将碾磨树脂、色料和填料润湿，在800～1000转/分钟的搅拌速度下搅拌均匀，形成固体混合物；将所得固体混合物碾磨成油墨色浆；在所得油墨色浆中添加消泡剂、流平剂和分散剂后，搅拌均匀；再在所述油墨色浆中添加乳化树脂、水性蜡和余下部分醇水混合液，在300～400转/分钟的搅拌速度下搅拌乳化，过滤，即得水性油墨。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在800～1000转/分钟的搅拌速度下搅拌的时间为0.5～1.5h。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，乳化的时间为20～60min。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |