CN107384006A - 一种水松纸用水性凹版油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水松纸用水性凹版油墨及其制备方法，所述水性凹版油墨由颜料、填料、改性干酪素溶液、十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2‑戊二醇、润湿分散剂、消泡剂、助溶剂和去离子水组成。本发明合成的改性干酪素溶液对颜料具有锚固作用，可提高油墨分散稳定性和流平性，且干酪素成膜疏松，使墨膜透气性好，可实现香烟的降焦减害；N‑乙烯基吡咯烷酮保湿性能优异，与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2‑戊二醇共用可有效避免印刷纸张因吸水过多而卷曲变形；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的引入，可使聚合物形成三维网状结构，改善成膜透气性，增加附着力。本发明制备的水松纸用水性凹版油墨，无毒无味，分散稳定性好，印刷产品干燥时不变形、不卷边，透气性能佳。

Description

一种水松纸用水性凹版油墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细化工技术和印刷原材料领域，具体为一种水松纸用水性凹版油墨及其制备方法。
背景技术
水松纸即“烟用接装纸”，是将烟支与过滤嘴接装起来的专用纸。目前，水松纸印刷厂大多采用醇溶性和酯溶性的油墨印刷水松纸，印刷过程中涉及的大量挥发性有机溶剂及印刷品内的溶剂残留会给环境和人们的身心健康带来一定的影响。随着2008 年《卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量》YC263-2008 等强制性标准的出台，使得不符合产业政策的产品在使用上受到限制并被逐步淘汰，水松纸印刷用环保水性油墨成为行业发展的方向。
目前，水松纸印刷用水性凹版油墨存在的主要问题是：由于水性油墨使用大量的水作为溶剂，而水松纸纸质较薄、孔隙又大、吸附快，造成水松纸对水分吸收过多，纸张出现严重的收缩变形、抗张强度下降、纸张变脆等问题。
另外，随着消费者对自身健康和环保意识的增加，加之2011年全国烟草会议对烟草降焦减害的要求，如何降低香烟的有害物质成为各卷烟公司研究的重点。除了从烟丝配方及工艺加工等方面进行降焦减害，还可通过采用滤嘴（或嘴头）通风技术，使抽吸时，一部分空气从滤嘴通风孔进入，有效减少燃烧锥抽吸容量，实现降焦减害。要通过滤嘴通风实现降焦，则所使用的水松纸自身需具有透气性。目前能够实现水松纸透气的方法有电火花打孔、静电打孔、激光打孔或通过高透的水松纸原纸实现透气。由于打孔水松纸只在固定的打孔区域内有很高的透气度，而不打孔的普通水松纸的透气度都非常低，通常只有2 CU~10CU，因此对烟气的稀释不均匀，对卷烟吸味影响很大。为改善该性能，开发具有高自然孔隙率和透气性能的水性油墨，并用于印刷制备水松纸，使抽吸过程中烟气与空气混合更为均匀，吸味更为柔和，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种水松纸用水性凹版油墨。所述水性凹版油墨无毒无味，分散稳定性好，印刷产品干燥时不变形、不卷边，透气性能佳。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
颜料 10~18%
填料 3~8%
改性干酪素溶液 35~60%
十八脂肪醇聚氧乙烯醚 0.1~0.5%
1,2-戊二醇 0.5~3%
润湿分散剂 0~2%
消泡剂 0.1~2%
助溶剂 0~5%
去离子水 余量，
所述改性干酪素溶液由以下重量百分比的原料制成：
干酪素 12~20%
碱性助溶物 3~8%
N-乙烯基吡咯烷酮 8~15%
丙烯腈 1~3%
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 0.3~1.5%
引发剂 0.3~1.0%
杀菌防霉剂 0.3~1%
去离子水 余量。
本发明所述颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑中的一种或多种的混合物。
所述填料为碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种的混合物。
作为一种优选方案，所述消泡剂为炔二醇类消泡剂和有机硅消泡剂中的一种或多种的混合物。
所述杀菌防霉剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并咪唑化合物中的一种或多种的混合物，进一步优选为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑-3-酮、2-（4-噻唑基）苯并咪唑、苯并咪唑氨基甲酸甲酯中的一种或多种的混合物。
所述助溶剂为乙醇、正丙醇、异丁醇中的一种或多种的混合物。助溶剂可用于调节水性油墨的干燥速度。
本发明采用N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯接枝改性干酪素。干酪素带有大量的羧基、氨基、羟基、巯基等极性基团，对颜料分散效果好，且成膜疏松，透气性能佳；但由于极性基团多，氢键作用强，干酪素的成膜硬脆，延伸性小，且易发霉。通过接枝改性，可削弱干酪素分子链间的氢键作用，改善成膜柔韧性；接枝的聚乙烯基吡咯烷酮保湿性能优异，能明显改善印刷纸张因吸水过多而卷曲变形；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的引入，可使聚合物形成三维网状结构，减少因聚乙烯吡咯烷酮的良好成膜性导致的成膜透气性下降；丙烯腈的引入则起到了杀菌作用，减缓干酪素发霉。
本发明所述的碱性助溶物为硼砂、乙醇胺、三乙醇胺、硅酸钠中的一种或多种的混合物。
所述的引发剂为过硫酸盐类、过氧化物类引发剂中的一种或多种的混合物。
所述的过硫酸盐类优选为过硫酸钾、过硫酸钠。
所述的过氧化物类优选为叔丁基过氧化氢。
所述的十八脂肪醇聚氧乙烯醚和1,2-戊二醇均具有保湿功能，与干酪素中接枝的聚乙烯吡咯烷酮共用，可进一步提高印刷纸张的抗卷曲性；且十八脂肪醇聚氧乙烯醚可提高印刷流畅性和改善粘辊性能，1,2-戊二醇则具有极佳的防腐效果，可减少杀菌防腐剂的使用量。
所述一种水松纸用水性凹版油墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在反应釜中加入去离子水和干酪素，升温至55~65℃，滴加碱性助溶物，搅拌至干酪素完全溶解，调节pH值为7.5~7.9；升温至70~80℃，滴加N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合单体，同时滴加引发剂，反应并加入杀菌防霉剂，得到改性干酪素溶液；
S2.在反应釜中依次投入润湿分散剂、消泡剂、去离子水、步骤S1制得的改性干酪素溶液、颜料和填料，以800~1500r/min的搅拌速度高速分散，然后经过砂磨机研磨至细度≤15μm，得到水性色浆；
S3.将步骤S2制得的水性色浆与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇、助溶剂和去离子水混合，搅拌均匀，即得水松纸用水性凹版油墨。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明采用改性干酪素为连接料，干酪素是一种天然高分子，环保、无毒、具有良好的粘合力，其分子链含大量的羧基、氨基和羟基等官能团，对颜料具有良好的锚固作用，用于颜料分散可有效提高墨水的分散稳定性和流平性；另外，干酪素成膜疏松，孔隙率高，透气性能好，可实现香烟的降焦减害，使吸味更为柔和。
（2）本发明采用N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯对干酪素进行改性，乙烯基吡咯烷酮的聚合物保湿性能优异，与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇共用，可有效避免印刷纸张因吸水过多而卷曲变形；三官能团丙烯酸酯的引入，可使聚合物形成三维网状结构，改善成膜透气性，增加附着力。
（3）本发明制备的水松纸用水性凹版油墨，无毒无味，分散稳定性好，印刷产品干燥时不变形、不卷边，透气性能佳。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
水性凹版油墨的性能按照GB/T 26395-2011《水性烟包凹印油墨》进行测试；
抗卷曲性测试：将水性油墨印刷于水松纸上，干燥后观察其卷曲变形现象；
水性凹版油墨印制的水松纸透气度按照GB/T 23227-2008进行测试，实验中所用原纸透气度为280 CU。
实施例1
表1 改性干酪素溶液配方
物质名称 质量/g
干酪素 12
硼砂 1.7
硅酸钠 0.6
三乙醇胺 0.7
N-乙烯基吡咯烷酮 12
丙烯腈 3
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 1
过硫酸钾 0.8
1,2-苯并异噻唑-3-酮 0.3
去离子水 67.9
在反应釜中加入52.9g去离子水和干酪素，升温至65℃，滴加溶于10g去离子水中的硼砂、硅酸钠和三乙醇胺，搅拌至干酪素完全溶解，调节pH值为7.5；升温至75℃，滴加N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合单体，同时滴加溶于5g去离子水中的过硫酸钾，反应4h，加入1,2-苯并异噻唑-3-酮，得到改性干酪素溶液。
表2水松纸用水性凹版油墨配方
物质名称 质量/g
氧化铁黄 7
氧化铁红 3
碳酸钙 5
改性干酪素溶液 47
十八脂肪醇聚氧乙烯醚 0.1
1,2-戊二醇 1
润湿分散剂（LOPON WA） 2
消泡剂（Surfynol DF-110D） 1
乙醇 5
去离子水 28.9
在反应釜中依次投入润湿分散剂、消泡剂、15g去离子水、实施例1的改性干酪素溶液、氧化铁黄、氧化铁红和碳酸钙，以1500r/min的搅拌速度高速分散，然后经过砂磨机研磨至细度≤15μm，得到水性色浆；将水性色浆与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇、乙醇和去离子水混合，搅拌均匀，即得水松纸用水性凹版油墨。
实施例2
表3 改性干酪素溶液配方
物质名称 质量/g
干酪素 20
硼砂 6
三乙醇胺 2
N-乙烯基吡咯烷酮 8
丙烯腈 1
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 0.3
过硫酸钠 0.3
2-（4-噻唑基）苯并咪唑 0.4
1,2-苯并异噻唑-3-酮 0.6
去离子水 61.4
在反应釜中加入46.4g去离子水和干酪素，升温至55℃，滴加溶于10g去离子水中的硼砂和三乙醇胺，搅拌至干酪素完全溶解，调节pH值为7.9；升温至80℃，滴加N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合单体，同时滴加溶于5g去离子水中的过硫酸钠，反应4h，加入2-（4-噻唑基）苯并咪唑和1,2-苯并异噻唑-3-酮，得到改性干酪素溶液。
表4水松纸用水性凹版油墨配方
物质名称 质量/g
氧化铁黄 12
氧化铁红 5
氧化铁黑 1
硫酸钡 3
改性干酪素溶液 60
十八脂肪醇聚氧乙烯醚 0.5
1,2-戊二醇 3
消泡剂（Surfynol DF-37） 2
去离子水 12.5
在反应釜中依次投入消泡剂、实施例2的改性干酪素溶液、氧化铁黄、氧化铁红、氧化铁黑和硫酸钡，以800r/min的搅拌速度高速分散，然后经过砂磨机研磨至细度≤15μm，得到水性色浆；将水性色浆与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇和12.5g去离子水混合，搅拌均匀，即得水松纸用水性凹版油墨。
实施例3
表5 改性干酪素溶液配方
物质名称 质量/g
干酪素 15
硼砂 4
乙醇胺 1.5
N-乙烯基吡咯烷酮 15
丙烯腈 1.5
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 1.5
叔丁基过氧化氢 1
2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮 0.6
去离子水 59.9
在反应釜中加入44.9g去离子水和干酪素，升温至60℃，滴加溶于10g去离子水的硼砂和乙醇胺，搅拌至干酪素完全溶解，调节pH值为7.9；升温至80℃，滴加N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合单体，同时滴加溶于5g去离子水中的叔丁基过氧化氢，反应4.5h，加入2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮，得到改性干酪素溶液。
表6水松纸用水性凹版油墨配方
物质名称 质量/g
氧化铁黄 11.5
氧化铁黑 0.5
碳酸钙 5
滑石粉 3
改性干酪素溶液 35
十八脂肪醇聚氧乙烯醚 0.3
1,2-戊二醇 0.5
润滑分散剂（BYK-151） 1
消泡剂（Tego 830） 0.1
异丙醇 3
去离子水 40.1
在反应釜中依次投入润滑分散剂、消泡剂、22g去离子水、实施例3的改性干酪素溶液、氧化铁黄、氧化铁黑、碳酸钙和滑石粉，以1500r/min的搅拌速度高速分散，然后经过砂磨机研磨至细度≤15μm，得到水性色浆；将水性色浆与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇、异丙醇和18.1g去离子水混合，搅拌均匀，即得水松纸用水性凹版油墨。
对各实施例制备得到的水性凹版油墨、外购水性凹版油墨进行相关测试，结果汇总于下表7中。
表7 实施例制备油墨与外购油墨性能对比
实施例1 实施例2 实施例3 外购油墨
黏度/s 29 38 34 25
细度/μm ≤15 ≤15 ≤15 ≤20
着色力/% 98 101 100 93
抗卷曲性 无卷曲变形 无卷曲变形 无卷曲变形 明显卷边
透气性能/CU 88 103 91 12
贮存稳定性 >1年 >1年 >1年 >6个月
从表4可以看出，本发明实施例所制备的水性凹版油墨与外购水性凹版油墨相比，着色力、贮存稳定性和印品透气度均明显提高，此外实施例所制备的水性凹版油墨，其印刷的水松纸干燥后不会出现卷曲变形，而外购水性油墨印刷的水松纸则出现明显的卷边现象。

Claims (8)

1.一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
颜料 10~18%
填料 3~8%
改性干酪素溶液 35~60%
十八脂肪醇聚氧乙烯醚 0.1~0.5%
1,2-戊二醇 0.5~3%
润湿分散剂 0~2%
消泡剂 0.1~2%
助溶剂 0~5%
去离子水 余量，
所述改性干酪素溶液由以下重量百分比的原料制成：
干酪素 12~20%
碱性助溶物 3~8%
N-乙烯基吡咯烷酮 8~15%
丙烯腈 1~3%
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 0.3~1.5%
引发剂 0.3~1.0%
杀菌防霉剂 0.3~1%
去离子水 余量，
所述的助溶剂为乙醇、正丙醇、异丁醇中的一种或多种的混合物；所述的碱性助溶物为硼砂、乙醇胺、三乙醇胺、硅酸钠中的一种或多种的混合物。
2.根据权利要求1所述一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的颜料为氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的填料为碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的消泡剂为炔二醇类消泡剂和有机硅消泡剂中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的杀菌防霉剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并咪唑化合物中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求5所述一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的杀菌防霉剂优选为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、1,2-苯并异噻唑-3-酮、2-（4-噻唑基）苯并咪唑、苯并咪唑氨基甲酸甲酯中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种水松纸用水性凹版油墨，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸盐类、过氧化物类引发剂中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述一种水松纸用水性凹版油墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.在反应釜中加入去离子水和干酪素，升温至55~65℃，滴加碱性助溶物，搅拌至干酪素完全溶解，调节pH值为7.5~7.9；升温至70~80℃，滴加N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的混合单体，同时滴加引发剂，反应并加入杀菌防霉剂，得到改性干酪素溶液；
S2.在反应釜中依次投入润湿分散剂、消泡剂、去离子水、步骤S1制得的改性干酪素溶液、颜料和填料，以800~1500r/min的搅拌速度高速分散，然后经过砂磨机研磨至细度≤15μm，得到水性色浆；
S3.将步骤S2制得的水性色浆与十八脂肪醇聚氧乙烯醚、1,2-戊二醇、助溶剂和去离子水混合，搅拌均匀，即得水松纸用水性凹版油墨。
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