CN104448162A - 一种用于塑料薄膜的水性油墨用环氧丙烯酸树脂制备方法 - Google Patents
一种用于塑料薄膜的水性油墨用环氧丙烯酸树脂制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于塑料薄膜印刷的水性油墨用环氧丙烯酸树脂连接料制备方法。该方法首先使丙烯酸与环氧树脂进行酯化反应，然后与丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯发生聚合。该树脂制备原料按质量份数组成为：环氧树脂4-7份，正丁醇4-7份，乙二醇甲醚4-7份，N.N-二甲基乙醇胺0.06-0.2份，甲基丙烯酸0.6-1.8份，丙烯酸8-10份，N-羟甲基丙烯酰胺1-6份，丙烯酸丁酯48-53份，甲基丙烯酸甲酯29-33份，丙烯酸羟乙酯12-16份，无水乙醇110-120份，偶氮二异丁腈0.6-1.6份。由其配制的油墨在PP和PET薄膜上具有良好的附着力和耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及塑料印刷油墨技术领域，特别是涉及一种用于塑料薄膜印刷的水性油墨用环氧丙烯酸树脂连接料制备方法。
背景技术
塑料薄膜印刷油墨用途广泛，目前国内塑料软包装印刷主要采用凹版印刷，而凹版印刷主要采用的是以苯类、酯类、酮类等有机化合物作为溶剂的溶剂型油墨。溶剂型油墨在生产和印刷过程中会挥发大量的有害气体，破坏大气环境并对人的健康和安全产生危害。水性油墨无有害气体排放且不燃不爆，逐渐代替溶剂型油墨是大势所趋。但是由于非吸收基质塑料薄膜的表面张力较小，导致水性油墨在塑料薄膜上的附着力差，使得水性油墨在塑料薄膜印刷领域的应用受到限制。为此，一些研究者发明了改善油墨在塑料表面附着力的技术。专利CN101255297A通过在聚氨酯/聚脲树脂中引入端羟基聚烯烃结构，以非极性的低表面张力基团取代部分强极性基团，以提高油墨在塑料表面的附着力。CN102382516A是通过将低玻璃化转变温度的丙烯酸共聚物软乳液与高玻璃化转变温度的硬乳液复配制成水性塑料印刷油墨粘结剂。CN101348541A则是通过选择聚合收缩率小，表面张力小、具有高渗透性的功能单体与其他乙烯基单体进行乳液聚合得到塑料油墨用丙烯酸酯混合物乳液。
环氧树脂具有良好的粘结功能，分子结构中引入环氧树脂组分能够有效提高附着力，因此，许多研究者采用环氧树脂或环氧化合物改性丙烯酸树脂，应用于涂料、防锈漆、粘合剂等领域。也有一些研究者将环氧树脂应用于制备水性油墨。如CN101735691A公开了一种高性能水性环氧油墨的制备方法，该专利将经过亲水性改性的环氧乳液与水性润湿剂、水性固化剂及其他助剂配成油墨，但专利未细述亲水性改性的环氧乳液的制备方法。专利CN 103102743A公开了一种塑料油墨及其制备方法，该专利是将丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酮树脂溶解于溶剂中组成混合溶液，然后与包含润湿分散剂、氯化聚乙烯等助剂的混合物进行研磨混合制成塑料油墨。该专利所述方法中环氧树脂与丙烯酸树脂属于物理混合。
发明内容
本发明的目的是针对水性油墨在塑料薄膜上附着力差的缺陷，提供一种在塑料薄膜上具有良好附着力的水性油墨连接料的制备方法。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：首先使丙烯酸与环氧树脂与进行酯化反应，然后将包含不饱和键的环氧树脂与丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯发生聚合，得到环氧丙烯酸树脂。其特征在于依次以以下步骤制备：
原料配方按质量份数计为：环氧树脂4-7份，正丁醇4-7份，乙二醇甲醚4-7份，N.N-二甲基乙醇胺0.06-0.2份，甲基丙烯酸0.6-1.8份，丙烯酸8-10份，N-羟甲基丙烯酰胺1-6份，丙烯酸丁酯48-53份，甲基丙烯酸甲酯29-33份，丙烯酸羟乙酯12-16份，无水乙醇110-120份，偶氮二异丁腈0.6-1.6份。
制备步骤：
(1)将上述准备的环氧树脂溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到100-105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温100-120分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH,然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到回流温度75-77℃，至回流稳定。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加20-30分钟完毕，保温15-20分钟。保温完毕升温到80-83℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加2-3小时完毕，保温2-3小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
所述的环氧树脂为环氧树脂E-44，E-51和E-20之中的一种或几种的组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的环氧丙烯酸树脂作为塑料水性油墨用树脂连接料，配制的油墨在PET和PP塑料薄膜上附着力良好，并且具有良好的耐水性、成膜性和颜料润湿分散性，环保安全。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例作进一步详细说明，但本发明内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例中油墨附着牢度测试方法参照GB/T13217.7；油墨细度测试方法参照GB/T13217.3-2008；油墨初干性测试方法参照GB/T13217.5；树脂涂膜吸水率测试方法为：取一块洁净的聚四氟乙烯片，将树脂用丝棒涂覆在聚四氟乙烯片上，放入烘箱中70℃下烘干24小时，取出，将涂膜从聚四氟乙烯片上撕下并称重；将称重后的涂膜放入水中浸泡24小时，取出，吸干表面水分，再次称重。计算浸水后涂膜质量增加的百分数，即得到树脂涂膜吸水率；油墨耐水性测试方法为：用丝棒将油墨涂在PET和PP薄膜上，并将其浸泡水中，观察PET和PP膜上的油墨墨层是否脱色，是否起泡。
实施例1
该塑料油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成为按重量份数计的下述组分：环氧树脂E-446份，正丁醇6份，乙二醇甲醚6份，N.N-二甲基乙醇胺0.1份，甲基丙烯酸1.2份，丙烯酸8份，N-羟甲基丙烯酰胺3份，丙烯酸丁酯50份，甲基丙烯酸甲酯30.5份，丙烯酸羟乙酯14份，无水乙醇113份，偶氮二异丁腈1份。
其制备方法为：
(1)将上述准备的环氧树脂E-44溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温120分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH,然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到76℃。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加20分钟完毕，保温15分钟。保温完毕升温到80℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加2小时完毕，保温2小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
以制备的环氧丙烯酸树脂作为连接料树脂配制油墨，配制油墨的配方和工艺是：(1)色浆制备：将永固桃红FB 40份，分散剂TS-W97012(上海添粟贸易有限公司)15份，消泡剂FOAMASTER(巴斯夫公司产品)0.1份，水45份混合均匀，在快速摇摆机上研磨2小时，当细度≤15μm时，停止研磨。(2)将研磨好的色浆与所制备树脂按质量比3:7混合，搅拌均匀。测试油墨的细度，初干性，耐水性以及在PET和PP薄膜上的附着力。
本实施例进行测试，可达到如下特性技术参数。
表一
| 项目 | 技术指标 |
| 树脂涂膜吸水率/％ | 3.5 |
| 细度/μm | <15 |
| 油墨耐水性 | 无起泡、脱色 |
| 初干性/mm | 15 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥98 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥92 |
实施例2
该塑料油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成为按重量份数计的下述组分：环氧树脂E-44 7份，正丁醇7份，乙二醇甲醚7份，N.N-二甲基乙醇胺0.2份，甲基丙烯酸1.8份，丙烯酸8.5份，N-羟甲基丙烯酰胺4份，丙烯酸丁酯48份，甲基丙烯酸甲酯30份，丙烯酸羟乙酯13份，无水乙醇115份，偶氮二异丁腈0.8份。
其制备方法为：
(1)将上述准备的环氧树脂E-44溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温115分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH,然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到76℃。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加23分钟完毕，保温17分钟。保温完毕升温到81℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加2.5小时完毕，保温2.3小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
以制备的环氧丙烯酸树脂作为连接料树脂配制油墨，配制油墨的配方和工艺是：(1)色浆制备：将酞菁蓝(PB 15:3，巴斯夫公司产品)40份，分散剂TS-W97012(上海添粟贸易有限公司)15份，消泡剂FOAMASTER(巴斯夫公司产品)0.1份，水45份混合均匀，在快速摇摆机上研磨2小时，当细度≤15μm时，停止研磨。(2)将研磨好的色浆与所制备树脂按质量比3:7混合，搅拌均匀。测试油墨的细度，初干性，耐水性以及在PET和PP薄膜上的附着力。
本实施例进行测试，可达到如下特性技术参数。
表二
| 项目 | 技术指标 |
| 树脂涂膜吸水率/％ | 2.1 |
| 细度/μm | <15 |
| 油墨耐水性 | 无起泡、脱色 |
| 初干性/mm | 16 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥98 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥90 |
实施例3
该塑料油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成为按重量份数计的下述组分：环氧树脂E-44 5份，正丁醇5份，乙二醇甲醚5份，N.N-二甲基乙醇胺0.12份，甲基丙烯酸1份，丙烯酸9份，N-羟甲基丙烯酰胺2份，丙烯酸丁酯53份，甲基丙烯酸甲酯29份，丙烯酸羟乙酯12份，无水乙醇117份，偶氮二异丁腈0.9份。
其制备方法为：
(1)将上述准备的环氧树脂E-44溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温120分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH,然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到75℃。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加26分钟完毕，保温19分钟。保温完毕升温到83℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加3小时完毕，保温3小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
以制备的环氧丙烯酸树脂作为连接料树脂配制油墨，配制油墨的配方和工艺是：(1)色浆制备：将联苯胺黄G 40份，分散剂TS-W97012(上海添粟贸易有限公司)15份，消泡剂FOAMASTER(巴斯夫公司产品)0.1份，水45份混合均匀，在快速摇摆机上研磨2小时，当细度≤15μm时，停止研磨。(2)将研磨好的色浆与所制备树脂按质量比3:7混合，搅拌均匀。测试油墨的细度，初干性，耐水性以及在PET和PP薄膜上的附着力。
本实施例进行测试，可达到如下特性技术参数。
表三
| 项目 | 技术指标 |
| 树脂涂膜吸水率/％ | 14.8 |
| 细度/μm | <15 |
| 油墨耐水性 | 无起泡、脱色 |
| 初干性/mm | 14 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥97 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥92 |
实施例4
该塑料油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成为按重量份数计的下述组分：环氧树脂E-44 4份，正丁醇4份，乙二醇甲醚4份，N.N-二甲基乙醇胺0.06份，甲基丙烯酸0.7份，丙烯酸9.5份，N-羟甲基丙烯酰胺1份，丙烯酸丁酯52份，甲基丙烯酸甲酯33份，丙烯酸羟乙酯16份，无水乙醇120份，偶氮二异丁腈1.4份。其制备方法为：
(1)将上述准备的环氧树脂E-44溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到103℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温110分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH,然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到77℃。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加20分钟完毕，保温20分钟。保温完毕升温到81℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加2.5小时完毕，保温3小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
以制备的环氧丙烯酸树脂作为连接料树脂配制油墨，配制油墨的配方和工艺是：(1)色浆制备：将炭黑660R(卡博特公司产品)40份，分散剂TS-W97012(上海添粟贸易有限公司)15份，消泡剂FOAMASTER(巴斯夫公司产品)0.1份，水45份混合均匀，在快速摇摆机上研磨2小时，当细度≤15μm时，停止研磨。(2)将研磨好的色浆与所制备树脂按质量比3:7混合，搅拌均匀。测试油墨的细度，初干性，耐水性以及在PET和PP薄膜上的附着力。
本实施例进行测试，可达到如下特性技术参数。
表四
| 项目 | 技术指标 |
| 树脂涂膜吸水率/％ | 5.6 |
| 细度/μm | <15 |
| 油墨耐水性 | 无起泡、脱色 |
| 初干性/mm | 15 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥96 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥94 |
实施例5
该塑料油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成为按重量份数计的下述组分：环氧树脂E-51 3份，E-20 4份，正丁醇7份，乙二醇甲醚7份，N.N-二甲基乙醇胺0.2份，甲基丙烯酸1.8份，丙烯酸10份，N-羟甲基丙烯酰胺5份，丙烯酸丁酯51份，甲基丙烯酸甲酯32份，丙烯酸羟乙酯15份，无水乙醇118份，偶氮二异丁腈1.5份。
其制备方法为：
(1)将上述准备的环氧树脂E-51和E-20溶于正丁醇和乙二醇甲醚组成的混合溶剂中，然后将环氧树脂溶液放入带有搅拌装置和冷凝器的反应瓶中，逐渐升温到105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温100分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH，然后降温出料，得到(1)液备用。
(2)将上述丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到76℃。然后将A液滴加到反应瓶中，滴加30分钟完毕，保温20分钟。保温完毕升温到82℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加3小时完毕，保温2小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
以制备的环氧丙烯酸树脂作为连接料树脂配制油墨，配制油墨的配方和工艺是：(1)色浆制备：将永固桃红FB 40份，分散剂TS-W97012(上海添粟贸易有限公司)15份，消泡剂FOAMASTER(巴斯夫公司产品)0.1份，水45份混合均匀，在快速摇摆机上研磨2小时，当细度≤15μm时，停止研磨。(2)将研磨好的色浆与所制备树脂按质量比3:7混合，搅拌均匀。测试油墨的细度，初干性，耐水性以及在PET和PP薄膜上的附着力。
本实施例进行测试，可达到如下特性技术参数。
表五
| 项目 | 技术指标 |
| 树脂涂膜吸水率/％ | 6 |
| 细度/μm | <15 |
| 油墨耐水性 | 无起泡、脱色 |
| 初干性/mm | 15 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥95 |
| PET薄膜附着力/％ | ≥90 |
Claims (3)
1.一种用于塑料薄膜印刷的水性油墨用环氧丙烯酸树脂，其组成按照质量份数计为：环氧树脂4-7份，正丁醇4-7份，乙二醇甲醚4-7份，N.N-二甲基乙醇胺0.06-0.2份，甲基丙烯酸0.6-1.8份，丙烯酸8-10份，N-羟甲基丙烯酰胺1-6份，丙烯酸丁酯48-53份，甲基丙烯酸甲酯29-33份，丙烯酸羟乙酯12-16份，无水乙醇110-120份，偶氮二异丁腈0.6-1.6份。
2.一种如权利要求1所述的用于塑料薄膜印刷的水性油墨用环氧丙烯酸树脂的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将溶有环氧树脂的正丁醇和乙二醇甲醚溶液放入带有搅拌装置和回流冷凝器的反应瓶中，缓慢升温至100-105℃，然后加入称量好的甲基丙烯酸和N.N-二甲基乙醇胺，反应保温100-120分钟后，每10分钟测定一次酸值至酸值≤5mg/KOH，然后降温出料，得到(1)液备用；
(2)将上述权利要求书1中丙烯酸类单体、N-羟甲基丙烯酰胺及偶氮二异丁腈混合后，取1/4为A液，另3/4为B液，同时将称量好的乙醇放入带有回流冷凝器和搅拌装置的反应瓶中，升温到回流温度75-77℃，然后将A液滴加到反应瓶中，滴加20-30分钟完毕，保温15-20分钟，保温完毕升温至80-83℃，然后取(1)液与B液混合，滴加到反应瓶中，滴加2-3小时完毕，保温2-3小时，降温到50℃，用氨水(质量分数为25％-28％)调节体系PH至8-9，出料得到产品，装入密闭容器中。
3.根据权利要求1所述的环氧丙烯酸树脂，其特征在于所述环氧树脂选自于环氧树脂E-44，E-51和E-20之中的一种或几种的组合。
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