CN105542561A - 抗菌水性油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌水性油墨及其制备方法，抗菌水性油墨按重量份数计各组分的含量为：丙烯酸树脂液20-60份、有机颜料10-30份、去离子水10-20份、15-20份乙醇、抗菌剂0-10份、填料及助剂0-2份；所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米铜、纳米银或纳米金中的一种或几种。对抗菌剂进行改性，使得其含有功能化表面基团，进而增加了抗菌水性油墨的亲水性，提高抗菌水性油墨的稳定性，此外，由于抗菌性含有功能化表面基团，使得其具有优异的抗氧化和抗菌性能，重金属含量低。
Description
技术领域
本发明属于油墨技术领域，尤其是涉及一种抗菌水性油墨及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，印刷业逐渐成为衡量一个国家现代化水平的标志。但印刷业在发展的同时，业造成了大量的环境污染，其中有机挥发物是主要的污染源。因此，油墨业的绿色、环保产品已经受到越来越多的关注，成为主要的发展方向。水性油墨以水为主要溶剂，几乎没有挥发性有机物的污染，大大降低环境污染的风险，也有效避免了对生产者和使用者的健康危害，同时由于水价格较低廉，具有成本低的优势。
水性油墨目前最主要的应用领域是包装装潢印刷，其中食品、药品、烟酒包装等占有很大的比重。但随着人们环保意识的提高，对食品、药品、烟酒包装材料中的挥发性有机物和重金属含量的控制、抗菌抑菌等新性能提出了更高的要求，研究具有特殊性能的水性油墨意义重大。
水性油墨是由连结料、颜料、助剂等物质组成的均匀浆状物质。连结料提供油墨必要的转移性能，颜料赋予油墨以色彩。水性油墨的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。
在中国专利文献CN104946007A，公开了一种水松纸专用抗菌水性油墨，是由下列质量份数的成分制备而成的：40～70份丙烯酸树脂液、15～25份颜料及填料、5～15份乙醇、5～10份去离子水、1份润湿分散剂、0.1份消泡剂、0～1份流平剂、0～1.5份抗菌助剂。
上述技术方案中的水松纸专用抗菌水性油墨，其制备方法包括的步骤有：
(1)备料与称量：将丙烯酸树脂液、颜料及填料、乙醇、去离子水、润湿分散剂、消泡剂、流平剂以及抗菌助剂按配比逐一称量备用；
(2)搅拌预分散：将丙烯酸树脂液与颜料及填料混合搅拌均匀，后加入乙醇、去离子水和润湿分散剂，继续搅拌分散均匀；
(3)研磨：将搅拌预分散均匀的浆料，用三辊机研磨至细度15μm以下；
(4)调浆：将消泡剂、流平剂和抗菌助剂加入研磨好的浆料中搅拌分散均匀；
(5)检验：检验各项指标合格后包装。
但是，上述方法中采用的天然抗菌剂为油溶性的成分，无论是对抗菌剂进行混合的过程中，还是在制备油墨的过程中都需要添加表面活性剂，增加其溶解效果，且制备出的油墨不具备降低重金属含量的功效。采用上述技术方案制备得到的抗菌水性油墨，在有机物含量、性质稳定、重金属含量、抗氧化和抗菌性能等方面还存在一定的缺陷，因此，急需开发出一种有机物含量低，性质稳定，相对于传统的水性油墨而言，重金属含量低，具有优异的抗氧化和抗菌性能的抗菌水性油墨。
发明内容
本发明要解决的技术问题是是针对现有技术中存在的不足，提供一种有机物含量低，性质稳定，重金属含量低，具有优异的抗氧化和抗菌性能的抗菌水性油墨。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该抗菌水性油墨，按重量份数计各组分的含量为：丙烯酸树脂液20-60份、有机颜料10-30份、去离子水10-20份、15-20份乙醇、抗菌剂0-10份、填料及助剂0-2份；所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米铜、纳米银或纳米金中的一种或几种。
虽然采用添加表面活性剂可增加树脂和水的亲和力及颜料与水溶性连接料的亲和力，从而解决油墨的稳定性问，诸多文章中也有记载，但是并没有现有技术公开对抗菌剂进行改性，使得其含有功能化表面基团，进而增加了抗菌水性油墨的亲水性，提高抗菌水性油墨的稳定性，此外，由于抗菌剂含有功能化表面基团，使得其具有优异的抗氧化和抗菌性能，重金属含量低；此外，需要说明的是，对于抗菌剂0-10份，并不包含0份的情况，填料及助剂0-2份，也是不包含0份的情况。功能化基团对抗菌剂进行表面修饰后，一方面可以提高抗菌剂的亲水性，另一方面可赋予其去除重金属的作用，从而降低油墨中的重金属铅的含量。
进一步的改进在于，所述功能化表面基团的成分为吡啶硫酮无机盐、含2-4个羟基的酚类或酚酸类化合物、天然植物的乙醇提取物中的一种或多种混合物。
进一步的改进在于，所述吡啶硫酮无机盐包括钠盐、铜盐、锌盐、镁盐及铁盐等无机盐。
进一步的改进在于，所述含2-4个羟基的酚类或酚酸类化合物包括二羟基苯酚和/或三羟基苯酚和/或四羟基苯酚和/或二羟基苯甲酸和/或三羟基苯甲酸和/或四羟基苯甲酸。
进一步的改进在于，所述天然植物的乙醇提取物包括迷迭香和/或水杉和/或黄菖蒲和/或花椒和/或大蒜。
进一步的改进在于，丙烯酸树脂液47份、有机颜料20份、去离子水12份、18份乙醇、1份迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银、其它填料及助剂2份。、
进一步的改进在于，丙烯酸树脂液45份、有机颜料20份、去离子水13份、20份乙醇、0.5份3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米银、其它填料及助剂1.5份。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种环保高效，成本低，无毒无害的抗菌水性油墨的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，包括以下步骤：
(1)表面处理：对抗菌剂进行表面处理，使得其表面含有功能化表面基团，所述抗菌剂为纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米铜、纳米银或纳米金中的一种或几种；
对抗菌剂进行改性，使得其含有功能化表面基团，进而增加了抗菌水性油墨的亲水性，提高抗菌水性油墨的稳定性，此外，由于抗菌性含有功能化表面基团，使得其具有优异的抗氧化和抗菌性能，重金属含量低；
(2)称重：按重量份数计各组分，丙烯酸树脂液20-60份、有机颜料10-30份、去离子水10-20份、15-20份乙醇、抗菌剂1-10份、填料及助剂0-2份、以及经过所述步骤(1)表面处理的抗菌剂0-10份；
(3)搅拌预分散：将所述步骤(2)中称重好的丙烯酸树脂液、有机颜料、填料混合搅拌均匀后，再加入去离子水、乙醇，继续搅拌，得浆料；
(4)研磨：将所述步骤(3)中的搅拌预分散得到的浆料进行研磨至细度15μm以下；
(5)调浆得到产品：将所述步骤(2)中称重好的助剂加入至所述步骤(4)中研磨好的浆料中进行搅拌分散均匀，得产品。
进一步的改进在于，在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米银，对纳米银进行表面处理的具体步骤为：
a、迷迭香乙醇提取物的制备：将烘干至恒重的迷迭香用粉碎机粉碎后，称取10g迷迭香粉末与200毫升50％的乙醇混合后，采用超声提取方式，于40℃，提取2小时，得到含迷迭香活性成分的提取溶液，将该提取液用旋转蒸发仪进行浓缩后，得迷迭香乙醇提取物，备用；
b、含有功能化表面基团的纳米银的制备：向银氨溶液中加入所述迷迭香乙醇提取物，于25℃搅拌反应20min，离心分离，得到迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银，即含有功能化表面基团的纳米银，所述银氨溶液由6mM硝酸银和12mM氨水混合配成。
进一步的改进在于，在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为为含有功能化表面基团的纳米金，对纳米金进行表面处理的具体步骤为：
金种子的制备：在4℃向200mL的超纯水中加入3mL1％HAuCl4，搅拌，再加入1mL0.2mol·L-1的K2CO3，最后快速加入9mL0.5mg·mL-1的NaBH4，搅拌5min，将得到的酒红色的金种子溶液于4℃保存备用；
含有功能化表面基团的纳米金的制备：以HAuCl4/K2CO3溶液为生长液，边搅拌边依次加入制得的金种子，再加入0.5mg/mL3,4-二羟基苯甲酸溶液，反应10min后，离心分离，得到3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米金抑菌剂，即得到表面含有功能化表面基团的纳米金。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的解释，但不对本发明具有限定作用。
1、实施例
实施例1：抗菌水性油墨，按重量份数计各组分的含量为：丙烯酸树脂液47份、有机颜料20份、去离子水12份、18份乙醇、1份迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银、填料及助剂2份。
上述抗菌水性油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)表面处理：对抗菌剂进行表面处理，使得其表面含有功能化表面基团，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米银，即迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银；
(2)称重：按重量份数计各组分，丙烯酸树脂液47份、有机颜料20份、去离子水12份、18份乙醇、1份迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银、其它填料及助剂2份；
(3)搅拌预分散：将所述步骤(2)中称重好的丙烯酸树脂液、有机颜料、填料混合搅拌均匀后，再加入去离子水、乙醇，继续搅拌，得浆料；
(4)研磨：将所述步骤(3)中的搅拌预分散得到的浆料进行研磨至细度15μm以下；
(5)调浆得到产品：将所述步骤(2)中称重好的助剂加入至所述步骤(4)中研磨好的浆料中进行搅拌分散均匀，得产品。
在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米银，对纳米银进行表面处理的具体步骤为：
a、迷迭香乙醇提取物的制备：将烘干至恒重的迷迭香用粉碎机粉碎后，称取10g迷迭香粉末与200毫升50％的乙醇混合后，采用超声提取方式，于40℃，提取2小时，得到含迷迭香活性成分的提取溶液，将该提取液用旋转蒸发仪进行浓缩后，得迷迭香乙醇提取物，备用；
b、含有功能化表面基团的纳米银的制备：向银氨溶液中加入所述迷迭香乙醇提取物，于25℃搅拌反应20min，离心分离，得到迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银，即含有功能化表面基团的纳米银，所述银氨溶液由6mM硝酸银和12mM氨水混合配成。
实施例2：抗菌水性油墨，按重量份数计各组分的含量为：丙烯酸树脂液45份、有机颜料20份、去离子水13份、20份乙醇、0.5份3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米银、填料及助剂1.5份。
上述抗菌水性油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)表面处理：对抗菌剂进行表面处理，使得其表面含有功能化表面基团，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米金，即3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米金；
(2)称重：按重量份数计各组分，丙烯酸树脂液45份、有机颜料20份、去离子水13份、20份乙醇、0.5份3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米银、填料及助剂1.5份；
(3)搅拌预分散：将所述步骤(2)中称重好的丙烯酸树脂液、有机颜料、填料混合搅拌均匀后，再加入去离子水、乙醇，继续搅拌，得浆料；
(4)研磨：将所述步骤(3)中的搅拌预分散得到的浆料进行研磨至细度15μm以下；
(5)调浆得到产品：将所述步骤(2)中称重好的助剂加入至所述步骤(4)中研磨好的浆料中进行搅拌分散均匀，得产品。
在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米金，对纳米金进行表面处理的具体步骤为：
金种子的制备：在4℃向200mL的超纯水中加入3mL1％HAuCl4，搅拌，再加入1mL0.2mol·L-1的K2CO3，最后快速加入9mL0.5mg·mL-1的NaBH4，搅拌5min，将得到的酒红色的金种子溶液于4℃保存备用；
含有功能化表面基团的纳米金的制备：以HAuCl4/K2CO3溶液为生长液，边搅拌边依次加入制得的金种子，再加入0.5mg/mL3,4-二羟基苯甲酸溶液，反应10min后，离心分离，得到3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米金抑菌剂，即得到表面含有功能化表面基团的纳米金。
下表为本发明制得的水性油墨与普通水性油墨的杀菌性能及重金属铅含比较：
| 检测指标 | 实施例1的水性油墨 | 实施例2的水性油墨 | 普通水性油墨 |
| 杀菌率(大肠杆菌) | 99.2％ | 99.5％ | 53.3％ |
| 杀菌率(金黄色葡萄球菌) | 98.5％ | 99.0％ | 49.7％ |
| 杀菌率(枯草芽孢杆菌) | 91.1％ | 92.6％ | 44.7％ |
| 杀菌率(蜡样芽孢杆菌) | 90.2％ | 91.3％ | 32.1％ |
| 重金属(Pb)(mg/kg) | 19 | 21 | 88 |
| 毒性测试 | 无毒 | 无毒 | 微量 |
| 抗菌稳定性(月) | 24 | 25 | 12 |
上面结合测试数据对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化；各组分含量的变化，多种抗菌剂混合。
Claims (10)
1.一种抗菌水性油墨，其特征在于，按重量份数计各组分的含量为：丙烯酸树脂液20-60份、有机颜料10-30份、去离子水10-20份、15-20份乙醇、抗菌剂0-10份、填料及助剂0-2份；所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米铜、纳米银或纳米金中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的抗菌水性油墨，其特征在于，所述功能化表面基团的成分为吡啶硫酮无机盐、含2-4个羟基的酚类或酚酸类化合物、天然植物的乙醇提取物中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求2所述的抗菌水性油墨，其特征在于，所述吡啶硫酮无机盐包括钠盐、铜盐、锌盐、镁盐及铁盐等无机盐。
4.根据权利要求2所述的抗菌水性油墨，其特征在于，所述含2-4个羟基的酚类或酚酸类化合物包括二羟基苯酚和/或三羟基苯酚和/或四羟基苯酚和/或二羟基苯甲酸和/或三羟基苯甲酸和/或四羟基苯甲酸。
5.根据权利要求2所述的抗菌水性油墨，其特征在于，所述天然植物的乙醇提取物包括迷迭香和/或水杉和/或黄菖蒲和/或花椒和/或大蒜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的抗菌水性油墨，其特征在于，丙烯酸树脂液47份、有机颜料20份、去离子水12份、18份乙醇、1份迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银、其它填料及助剂2份。
7.根据权利要求1-5任一项所述的抗菌水性油墨，其特征在于，丙烯酸树脂液45份、有机颜料20份、去离子水13份、20份乙醇、0.5份3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米银、其它填料及助剂1.5份。
8.一种抗菌水性油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)表面处理：对抗菌剂进行表面处理，使得其表面含有功能化表面基团，所述抗菌剂为纳米氧化铜、纳米氧化亚铜、纳米铜、纳米银或纳米金中的一种或几种；
(2)称重：按重量份数计各组分，丙烯酸树脂液20-60份、有机颜料10-30份、去离子水10-20份、15-20份乙醇、抗菌剂1-10份、填料及助剂0-2份、以及经过所述步骤(1)表面处理的抗菌剂1-10份；
(3)搅拌预分散：将所述步骤(2)中称重好的丙烯酸树脂液、有机颜料、填料混合搅拌均匀后，再加入去离子水、乙醇，继续搅拌，得浆料；
(4)研磨：将所述步骤(3)中的搅拌预分散得到的浆料进行研磨至细度15μm以下；
(5)调浆得到产品：将所述步骤(2)中称重好的助剂加入至所述步骤(4)中研磨好的浆料中进行搅拌分散均匀，得产品。
9.根据权利要求8所述的抗菌水性油墨的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米银，对纳米银进行表面处理的具体步骤为：
a、迷迭香乙醇提取物的制备：将烘干至恒重的迷迭香用粉碎机粉碎后，称取10g迷迭香粉末与200毫升50％的乙醇混合后，采用超声提取方式，于40℃，提取2小时，得到含迷迭香活性成分的提取溶液，将该提取液用旋转蒸发仪进行浓缩后，得迷迭香乙醇提取物，备用；
b、含有功能化表面基团的纳米银的制备：向银氨溶液中加入所述迷迭香乙醇提取物，于25℃搅拌反应20min，离心分离，得到迷迭香的乙醇提取物功能化的纳米银，即含有功能化表面基团的纳米银，所述银氨溶液由6mM硝酸银和12mM氨水混合配成。
10.根据权利要求8所述的抗菌水性油墨的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述抗菌剂为含有功能化表面基团的纳米金，对纳米金进行表面处理的具体步骤为：
金种子的制备：在4℃向200mL的超纯水中加入3mL1％HAuCl4，搅拌，再加入1mL0.2mol·L-1的K2CO3，最后快速加入9mL0.5mg·mL-1的NaBH4，搅拌5min，将得到的酒红色的金种子溶液于4℃保存备用；
含有功能化表面基团的纳米金的制备：以HAuCl4/K2CO3溶液为生长液，边搅拌边依次加入制得的金种子，再加入0.5mg/mL3,4-二羟基苯甲酸溶液，反应10min后，离心分离，得到3,4-二羟基苯甲酸功能化的纳米金抑菌剂，即得到表面含有功能化表面基团的纳米金。
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