CN106833116B

CN106833116B - 一种水性聚氨酯印刷油墨及其制备工艺

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Publication number: CN106833116B
Application number: CN201710129766.3A
Authority: CN
Inventors: 张明杨; 朱礼圣
Original assignee: Ningbo Ruilian Special Ink Co Ltd
Current assignee: Ningbo Ruilian Special Ink Co Ltd
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: CN106833116A

Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯印刷油墨及其制备工艺，其技术方案要点是：所述油墨由以下组分组成，各组分以及各组分的质量份数为水性聚氨酯乳液70~90份、去离子水8~15份、有机颜料6~8份或者无机颜料30~35份、水性蜡乳液3~8份、甲基醇胺类中和剂2~6份、增稠剂1~5份、消泡剂1~3份、润湿剂1~3份，该油墨中还添加有质量份为颜料的0.5~1%的分散助剂，通过分散、研磨，制得油墨，该油墨没有溶剂挥发，环保，弹性高，附着力高，适用于各类服装和运动鞋印花。

Description

一种水性聚氨酯印刷油墨及其制备工艺

技术领域

本发明涉及印刷油墨，特别涉及一种水性聚氨酯印刷油墨及其制备工艺。

背景技术

水性油墨是以水为溶剂，由水性高分子树脂、颜料等主机复配二成的一种新型环保的印刷材料，其具有两个主要特点：一是黏度低，流动性好；二是不使用有机溶剂，与溶剂型油墨相比，VOC含量极低，大大改善了油墨制造者和印刷操作者的工作环境，降低了有害物质对他们身体的危害。

但是水性油墨较之于溶剂型油墨，在抗水性、光泽度和稳定性上略有欠缺，为解决上述问题，公开号为10128966A的专利公开了一种聚氨酯基水性油墨，其特征在于：按质量百分比由以下组分组成：水性聚氨酯乳液为50％～58％；水性色浆为38％～46％；润湿剂为1％～1.5％；表面活性剂为1％～2％；消泡剂为1.5％～2％，总质量为100％。该专利解决了现有水性油墨存在的抗水性不理想、光泽度差，以及干燥时间难以控制的问题。

基于此，本发明人也希望提供一种水性聚氨酯印刷油墨，在现有的聚氨酯油墨耐水性佳、光泽感好的同时，进一步提升其性能。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种弹性高，在各类服装、运动鞋上附着力好的水性聚氨酯印刷油墨。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水性聚氨酯印刷油墨，所述油墨由以下组分组成，各组分以及各组分的质量份数为：水性聚氨酯乳液70～90份、去离子水8～15份、有机颜料6～8份或者无机颜料30～35份、水性蜡乳液3～8份、甲基醇胺类中和剂2～6份、增稠剂1～5份、消泡剂1～3份、润湿剂1～3份，该油墨中还添加有质量份为颜料的0.5～1％的分散助剂。

通过采用上述技术方案，聚氨酯树脂相较于传统的树脂连接料，具有成膜性好的特点，还具有极好的耐磨性，耐擦伤性，耐溶剂性，粘接性能以及良好的低温性能、高光泽、保光性和广泛的可调性；颜料能够为油墨提供色彩，并能够改变油墨的黏度和流变性；水性蜡乳液加入水性油墨后，蜡在成膜过程中漂移至涂膜表面，均匀分散开，在涂膜上形成蜡保护层，降低了摩擦系数，涂层的耐磨性和滑爽性极佳，同时还改变了涂层受力的方向，改善了涂层的抗划伤性；甲基醇胺类中和剂具有中和及润湿双重作用，又是一种低挥发的有机醇胺化合物；增稠剂的链段由于氢键的作用而互相连接，结果形成三维网状结构，阻碍了油墨的流动，从而提高了油墨的黏度，由于油墨黏度的提高，在研磨过程中，其剪切应力也相应提高，导致颜料得到更好的分散，从而提高细度，改善水性油墨的抗水性，同时提升油墨的附着力；油墨起泡会使生产效率降低，能耗增加，造成印刷制品表面缺陷及其生产印刷难以进行等困扰，消泡剂的添加可以能使泡沫局部表面张力降低、膜弹性遭到破坏从而导致泡沫破灭；润湿剂的添加，可以提高颜料润湿的分散性，具有流平性能，不增进滑爽，不影响层间附着力和重涂性；分散助剂能够提升油墨的分散性，从而使油墨的流动性、流变性、展色性、覆盖性、光泽度都大幅度提高，进一步提升油墨的附着力，油墨在使用过程或储存过程中，其稳定性也会相对提高，沉淀、分层现象减少。

作为优选，所述水性聚氨酯乳液的固含量为33～36％，其pH值为7～8。

通过采用上述技术方案，水性聚氨酯的固含量越高，其降低水分挥发负荷的效果越好，成模时间和干燥时间短，还具有设备利用率高、运输成本和单位产品能耗低等特点，但是固含量的增加，会使水性聚氨酯的制造成本升高，同时产品黏度控制困难，固含量在33～36％的水性聚氨酯乳液具有较好的附着力以及耐磨性的同时，黏度控制相对简单，水性聚氨酯乳液的碱性过强会导致油墨黏度剧增，干燥速度太快，造成脏版糊版等缺陷，在pH值处于7～8的水性聚氨酯乳液和甲基醇胺类中和剂混合使用，其能够提升颜料的分散效果，增强链接聊的性能，从而减少分散助剂的用量，减少泡沫含量。

作为优选，所述水性蜡乳液为微晶蜡乳液、巴西棕榈蜡乳液、聚乙烯蜡乳液、氧化聚乙烯蜡乳液的其中一种。

通过采用上述技术方案，微晶蜡乳液具有硬度小、韧性好、受力情况下倾向塑性流动、延伸度大、覆盖性好的特点，在使用时无需加热熔融或实用溶剂溶解，而且其成膜均匀、覆盖性好，易于和其他物质的水溶液或乳状液复合使用，更好地用于水性体系，减少了挥发性有机溶剂的使用；巴西棕榈蜡乳液和聚乙烯蜡乳液用于水性油墨，具有抗酸、抗碱、耐硬水、水溶性强、乳液稳定的特点，任意比例水稀释不分层、不破乳、不结块、保质期长、固含量高、分散性好；聚乙烯蜡乳液有很好的抗划伤、防水、抗粘防污、耐磨、柔软、表面润滑；氧化聚乙烯蜡乳液相较于微晶蜡乳液、巴西棕榈蜡乳液、聚乙烯蜡乳液，乳液制备较为简单，乳化量高，用于水性聚氨酯乳液中时，两者还具有抗静电的效果。

作为优选，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚氨酯缔合增稠剂的其中一种。

通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素在带有羟基的大分子链能与水产生强烈的水和作用，从而提升体系乳液的粘度，同时还能赋予体系优异的机械性能以及物理化学稳定性；聚氨酯缔合增稠剂的核心在于其能形成地和网络，通过分子内和分子间的互相作用将不同的乳胶颗粒桥接起来而达到可逆转的增稠效果。

作为优选，所述消泡剂为乳化硅油、季戊四醇硬脂酸酯、硅醚共聚物、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的其中一种。

通过采用上述技术方案，乳化硅油、为硅类消泡剂，表面张力小，表面活性高，消泡力强，用量少，成本低，热稳定性好且与水及多数有机物不相混溶，对大多数气泡介质均能消泡；硅醚共聚物结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点，具有无毒无害，对菌种无害，添加量极少，具有消泡迅速，抑泡时间长和安全无毒等特点；季戊四醇硬脂酸酯、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚均在水体系里是具凸出的消泡效果。

作为优选，所述润湿剂为聚丙烯酸酯、聚乙二醇醚、十二烷基苯磺酸钠的其中一种。

通过采用上述技术方案，上述润湿剂用于该油墨体系中，还能提升该油墨的抗水性。

作为优选，钛酸酯偶联剂35～40份，丙烯酸乳液30～35份，二氧化硅气凝胶1～2份，聚季铵盐1～2份，单甘酯1～2份，二甲氨基丙胺1～2份。

通过采用上述技术方案，上述配比形成的分散助剂能够包覆颜料，提升颜料的分散性、润湿性、相容性和展色性，同时，二氧化硅气凝胶还能进一步增强消泡剂的消泡效果；单甘酯能够增强内润滑性，提升分散助剂的包覆效果，聚季铵盐与本专利中的增稠剂协同使用，还具有一定的杀菌效果。

本发明的第二个目的是提供一种水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺，进一步提升油墨的光泽度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将有机颜料或者无机颜料、甲基醇胺类中和剂置于砂磨机内，砂磨10～15min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂、部分消泡剂，600～800r/min搅拌5～10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液、去离子水、水性蜡乳液、增稠剂、润湿剂，以及剩余的消泡剂1200～1500r/min搅拌20～30分钟，即得水性聚氨酯印刷油墨。

(4)经三辊机研磨至细度到达15μm以下，700～900r/min高速搅拌2～3min，即得油墨产品。

通过采用上述技术方案，砂磨过程可以提升颜料的均一性，同时使其具有更好的分散性，通过搅拌，进一步提升其分散性，最后通过混合搅拌，即可得到光泽度较好的水性聚氨酯印刷油墨。

作为优选，经步骤(1)研磨后的有机颜料或者无机颜料的目数为600～800目。

通过采用上述技术方案，颜料目数越大，其细度越小，分散性越好，但是过细会降低颜色的鲜艳度，目数过小，油墨的光泽度会下降，在印刷时还容易堵网、堆墨，目数在600～800目之间的颜料的分散性好，颜色鲜艳，对光泽度的影响较小。

作为优选，所述步骤(3)搅拌时的温度控制在70～80℃。

通过采用上述技术方案，温度过高的状态下，体系内部分低熔点有机物容易挥发，形成小分子挥发性有机物，影响油墨的使用，同时使人危害健康，将温度控制在80℃以下，可以减少有机物挥发，将温度控制在70℃以上，则可以提升搅拌的效果，提升搅拌的效率。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、该水性聚氨酯印刷油墨本身具有较好的耐水性和光泽度，通过水性蜡乳液、润湿剂、分散助剂，进一步提升了颜料在水性聚氨酯乳液中的分散性，分散助剂具有的核壳结构，从而提升了该油墨的稳定性，使油墨富有光泽，通过消泡剂与水性蜡乳液，使该油墨的致密性较好，从而提高了其耐水性和附着力；

2、该水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺简单，具有较好的实用性，通过对颜料的处理加工以及对温度的控制，使制备而得的水性油墨颜色鲜艳，具有较好的光泽感。

具体实施方式

水性聚氨酯乳液选为Sancure 777，购于美国诺誉化工(上海)有限公司。

将微晶蜡乳液选为水性蜡乳液A；将巴西棕榈蜡乳液选为水性蜡乳液B；将聚乙烯蜡乳液选为水性蜡乳液C；将氧化聚乙烯蜡乳液选为水性蜡乳液D。

将羟丙基甲基纤维素选为增稠剂A；将羟乙基纤维素选为增稠剂B；将聚氨酯缔合增稠剂选为增稠剂C。

将乳化硅油选为消泡剂A；将季戊四醇硬脂酸酯选为消泡剂B；将硅醚共聚物选为消泡剂C；将聚氧丙烯甘油醚选为消泡剂D；将聚氧丙烯选为消泡剂E。

将聚丙烯酸酯选为润湿剂A；将聚乙二醇醚选为润湿剂B；将十二烷基苯磺酸钠选为润湿剂C。

选取钛酸酯偶联剂35份，丙烯酸乳液30份，二氧化硅气凝胶1份，聚季铵盐1份，单甘酯1份，二甲氨基丙胺1份，混合配成分散助剂A；

选取钛酸酯偶联剂36份，丙烯酸乳液35份，二氧化硅气凝胶1份，聚季铵盐2份，单甘酯1份，二甲氨基丙胺2份，混合配成分散助剂B；

选取钛酸酯偶联剂37份，丙烯酸乳液32份，二氧化硅气凝胶2份，聚季铵盐2份，单甘酯2份，二甲氨基丙胺2份，混合配成分散助剂C；

选取钛酸酯偶联剂38份，丙烯酸乳液34份，二氧化硅气凝胶2份，聚季铵盐1份，单甘酯2份，二甲氨基丙胺1份，混合配成分散助剂D；

选取钛酸酯偶联剂39份，丙烯酸乳液33份，二氧化硅气凝胶1份，聚季铵盐2份，单甘酯1份，二甲氨基丙胺2份，混合配成分散助剂E；

选取钛酸酯偶联剂40份，丙烯酸乳液33份，二氧化硅气凝胶1.5份，聚季铵盐1.5份，单甘酯1.5份，二甲氨基丙胺1.5份，混合配成分散助剂F。

实施例一

(1)将下列组分按质量份添加，无机颜料30份、甲基醇胺类中和剂6份置于砂磨机内，砂磨15min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂A0.32份、消泡剂A1份，600/min搅拌10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液70份、去离子水8份、水性蜡乳液A3份、增稠剂A1份、润湿剂A1份，以及剩余的消泡剂A1份，75℃、1200r/min搅拌30分钟，即得水性聚氨酯印刷油墨。

实施例二

(1)将下列组分按质量份添加，无机颜料35份、甲基醇胺类中和剂6份置于砂磨机内，砂磨15min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂D 0.4份、消泡剂A 1.5份，800/min搅拌10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液88份、去离子水12份、水性蜡乳液C 8份、增稠剂B 2份、润湿剂A 2份，以及剩余的消泡剂A 1.5份，80℃、1350r/min搅拌25分钟；

实施例三

(1)将下列组分按质量份添加，有机颜料8份、甲基醇胺类中和剂3份置于砂磨机内，砂磨13min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂C 0.04份、消泡剂C 1份，800/min搅拌10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液90份、去离子水15份、水性蜡乳液C 8份、增稠剂C 5份、润湿剂C 3份，以及剩余的消泡剂C 1份，72℃、1400r/min搅拌25分钟；

实施例四

(1)将下列组分按质量份添加，有机颜料7份、甲基醇胺类中和剂3份置于砂磨机内，砂磨11min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂D 0.04份、消泡剂D 0.5份，600/min搅拌12min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液75份、去离子水9份、水性蜡乳液D 8份、增稠剂C 4份、润湿剂B 2份，以及剩余的消泡剂D 1份，70℃、1500r/min搅拌23分钟；

实施例五

(1)将下列组分按质量份添加，有机颜料7份、甲基醇胺类中和剂3份置于砂磨机内，砂磨12min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂E 0.07份、消泡剂E 1.5份，800/min搅拌10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液85份、去离子水13份、水性蜡乳液C 5份、增稠剂B 2份、润湿剂A 3份，以及剩余的消泡剂E 1.5份，79℃、1400r/min搅拌28分钟；

实施例六

(1)将下列组分按质量份添加，有机颜料7.5份、甲基醇胺类中和剂3份置于砂磨机内，砂磨14min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂F 0.05份、消泡剂C 2份，700/min搅拌10min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液76份、去离子水10份、水性蜡乳液C 6份、增稠剂B 3份、润湿剂C 3份，以及剩余的消泡剂A1份，77℃、1500r/min搅拌20分钟；

实施例七

(1)将下列组分按质量份添加，有机颜料6份、甲基醇胺类中和剂5份置于砂磨机内，砂磨10min；

(2)将步骤(1)所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂B0.06份、消泡剂B 1份，600/min搅拌12min；

(3)在步骤(2)中加入水性聚氨酯乳液80份、去离子水10份、水性蜡乳液B 5份、增稠剂B 3份、润湿剂B 3份，以及剩余的消泡剂A 2份，72℃、1500r/min搅拌20分钟；

按上述七组实施例所示方法制得七组油墨，并进行如下实验：

细度(μm)：采用刮板细度仪按照GB/T13217.3-19测定油墨细度；

初干性(mm/30s)：在25℃，湿度为65％下，按照GB/T13217.5-91测定油墨在干燥30秒时由也太变为固态的墨膜厚度；

附着力测试：

Step1.准备同一批次的尼龙板，塑料板大小为50x50m，将其分为若干组，每组含7片，将7组油墨涂覆于对应组别的尼龙板上，涂覆面积为30x30mm，

Step2.用美工刀将涂覆区域分割成3x3mm的小格子；

Step3.将3M800测试胶带紧粘在测试部分，盖住整个测试区域；

Step4.等待5min后，与塑料板呈45°角撕下胶带，重复3次；

Step5.检查脱油面积，将脱油面积与实验面积的比值作为测试结果，取平均值记录。

抗粘连性：在25℃，湿度为65％下，按照GB/T13217.8-91测定油墨的抗粘连性；

耐水性：将油墨按30×30×3mm的尺寸(允许误差5％)涂在塑料薄膜上，在40℃鼓风干燥2h，得到油墨样品，每组制备30个样品，将10个样品完全浸入水中，10个样品一半浸入水中，10个样品置于自然环境中，静置24h，取出后晾干，进行如下实验：

(1)样品油墨均进行抗粘连性实验；

(2)观察水体染色情况以及样品褪色情况。

测试结果见下表：

综上，选择实施例七作为最优实施例，并进行如下实验。

对比例一

对比例一为实施例七不添加甲基醇胺类中和剂制得的油墨。

对比例二

对比例二为实施例七不添加水性蜡乳液制得的油墨。

对比例三

对比例三为实施例七不添加分散助剂制得的油墨。

对比例四

对比例四为实施例七在步骤(3)一次性添加消泡剂制得的油墨。

对比例五

对比例五为实施例七在步骤(3)搅拌过程中不控制温度制得的油墨。

对比例六

对比例六为实施例七不添加消泡剂制得的油墨。

将上述六组对比例制得六组油墨，并进行上述实验与实施例七进行比较。

测试结果见下表：

综上，本发明的油墨具有较好的耐水性，不易褪色，具有较好的稳定性和附着力，油墨富有光泽。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种水性聚氨酯印刷油墨，其特征在于，所述油墨由以下组分组成，各组分以及各组分的质量份数为：水性聚氨酯乳液70~90份、去离子水8~15份、有机颜料6~8份或者无机颜料30~35份、水性蜡乳液3~8份、甲基醇胺类中和剂2~6份、增稠剂1~5份、消泡剂1~3份、润湿剂1~3份，该油墨中还添加有质量份为颜料的0.5~1%的分散助剂；

所述水性聚氨酯乳液的固含量为33~36%，其pH值为7~8；

所述水性蜡乳液为微晶蜡乳液、巴西棕榈蜡乳液、聚乙烯蜡乳液、氧化聚乙烯蜡乳液的其中一种；

所述分散助剂由以下组分组成，各组分以及各组分的质量份数为：钛酸酯偶联剂35~40份，丙烯酸乳液30~35份，二氧化硅气凝胶1~2份，聚季铵盐1~2份，单甘酯1~2份，二甲氨基丙胺1~2份。

2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯印刷油墨，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚氨酯缔合增稠剂的其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯印刷油墨，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、季戊四醇硬脂酸酯、硅醚共聚物、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯印刷油墨，其特征在于，所述润湿剂为聚丙烯酸酯、聚乙二醇醚、十二烷基苯磺酸钠的其中一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将有机颜料或者无机颜料、甲基醇胺类中和剂置于砂磨机内，砂磨10~15min；

（2）将步骤（1）所得颜料加入高速搅拌机，加入分散助剂、部分消泡剂，600~800r/min搅拌5~10min；

（3）在步骤（2）中加入水性聚氨酯乳液、去离子水、水性蜡乳液、增稠剂、润湿剂，以及剩余的消泡剂1200~1500r/min搅拌20~30分钟；

（4）经三辊机研磨至细度到达15μm以下，700~900r/min高速搅拌2~3min,即得油墨产品。

6.根据权利要求5所述的一种水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺，其特征在于，经步骤（1）研磨后的有机颜料或者无机颜料的目数为600~800目。

7.根据权利要求5所述的一种水性聚氨酯印刷油墨的制备工艺，其特征在于，所述步骤（3）搅拌时的温度控制在70~80℃。