CN107502049A - 一种水性纳米四色油墨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性纳米四色油墨，包括水性纳米聚氨酯、助剂、水、色粉、水性慢干膏、架桥剂等组分，其中，水性纳米聚氨酯为聚碳型水性聚氨酯，水性慢干膏为甜菜碱改性聚乙二醇；该水性油墨具有稳定性好、色彩强度及光泽性和透明度优异，粒径细，着色率高，套色性好，网点不扩散，不塞版，图像清晰等优点，特别是其印刷图案耐水洗，耐磨，耐弯曲达10万次以上。

Description

一种水性纳米四色油墨

技术领域

本发明涉及一种水性纳米四色油墨，特别涉及一种适应网版印刷的水性四色油墨，具体涉及一种织物、鞋材专用的水性四色纳米油墨，属于水性油墨技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们的环保意识也在不断增强，越来越多的人已开始关注人类自身的生活环境，因此在追求时尚的同时，人们也开始注重环保型涂料的选择。传统的溶剂型油墨中含有大量的有机溶剂，在生产及施工的过程中会排放出大量的VOC，直接危害人类的健康，并造成环境的污染。据相关数据统计，目前全球每年向大气排放的VOC高达500～600万吨，而目前市场上用于鞋材、家具及门窗的木器漆大多是以聚氨酯漆和硝基漆溶剂型清漆为主，这些漆会释放出大量有毒有害的物质和挥发性溶剂，严重污染人们居住、工作和学习环境。因此，人们已逐渐减少使用传统的溶剂型涂料，而选择环境友好型涂料——水性漆。由于水性涂料采用水作为分散介质，生产成本低，具有经济实惠、毒性低、耐黄变、涂膜好和非易燃、高固含量、无有机挥发物、可用水稀释和清洗、并且对操作要求相对较宽等特点，性能卓越，它最低限度地减少了有害物质.因而符合绿色生产的要求，故具有十分广阔的发展前景。

水性油墨是由水溶性或水分散性连结料、颜料、溶剂(水)和相关助剂组成。水性油墨中比较重要的是水性粘接料，主要作用是使颜料完全粘附于基材表面，从而完成印刷着色和承担以后图案色彩的作用。现有技术中可以作为水性油墨连接料的材料很多，主要为水溶性树脂或水分散树脂。如比较常见的松香改性马来酸树脂作粘接剂来制作油墨，但此种油墨仅能用于印刷一般纸箱，满足不了中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性的要求。氨基甲酸乙酯树脂的稳定性较好，但印刷适应性和可溶性略差一些，其他还有用苯乙烯改性马来酸树脂、水性氨基树脂以及聚乙烯醇和羧甲基纤维素等，这些高分子树脂一般均含有羧基、羟基、胺基等亲水基团，经过特定的工艺处理，成为完全溶于水的树脂，可以作为水性油墨的粘接剂。但是，依然明显地存在一些不尽人意的地方，且对水性油墨的印刷适应性、光泽度、耐水性等都有不同的影响，同时也不能完全杜绝VOC排放。如中国专利(CN103613999A)公开了一种水性油墨，按照质量份数计，其组成为：水溶性丙烯酸树脂、马来松香改性丙烯酸树脂、水、乙醇、三乙胺、颜料、助剂等，改水性油墨，环境友好，生产成本低，生产效率高，能够实现瞬时干燥，不用喷粉，产品稳定，分散均匀，使用效果好，可广泛应用食品包装的印刷用油墨。中国专利(CN102532994A)公开了一种适应于柔版印刷和凹版印刷的水性油墨，由颜料、粘结剂、分散剂和助剂组成，所述粘结剂为聚烯烃乳液，由于采用聚烯烃(聚乙烯基和聚丙烯基)乳液作为水性油墨的粘接剂，因其成膜温度相对丙烯酸类聚合物高，加上聚烯烃天然分子结构，所以其耐水耐油等三防的性能、透明性和反光性都远远高于丙烯酸类聚合物，因而在印刷上体现出非常高的综合性能，但是其仍然需要采用大量的有机溶剂作为助溶剂，没有真正杜绝VOC的排放。

水性聚氨酯是一类由软、硬段构成的嵌段共聚物，其同时具有橡胶和塑料的一些基本特性，又由着其它高分子聚合材料所不具有的特殊物理性能，如较强的粘接能力，较高的机械强度，很好的耐高温、低温性及耐候性等等，同时水溶性好，是作为水性油墨或涂料比较理想的连结料，但是前使用的水性聚氨酯存在着耐磨性、耐水性和光泽度不佳等缺点。中国专利(CN1012849668A)公开了一种聚氨酯基水性油墨，很好地解决了这些问题，聚氨酯基水性油墨由水性聚氨酯乳液、水性色浆、润湿剂、表面活性剂、消泡剂等组成。该水性油墨能解决目前水性油墨抗水性不理想、光泽度差等性能缺点，其抗水性优良，同时具有良好的耐磨性；水性油墨光泽度好、附着力强，满足高档水性印刷的需求。

鞋材及织物是日常生活必需品，鞋材和织物表面经常设计有美观的图案，这些图案可以采用纺织工艺编织，通过编织得到的图案耐磨、不脱落，但是编织工艺复杂，成本高，不利于工业化生产。而采用印刷技术印制图案，方便快捷，成本大大降低，但是现有的用于织物和鞋材油墨一般是油性油墨，刷气味大，存在大量VOC排放，干燥慢，耐曲折差，塞版造成图像不清晰等问题。

发明内容

针对现有技术中用于鞋材、织物等油墨存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有稳定性好、色彩强度及光泽性和透明度优异，粒径细，着色率高，套色性好，网点不扩散，不塞版，图像清晰等优点的水性油墨，特别是其印刷图案耐水洗，耐磨，耐弯曲达10万次以上。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种水性纳米四色油墨，包括以下质量百分比组分：水性纳米聚氨酯70～80％，助剂6～16％，水5～15％，色粉3～10％，水性慢干膏3～10％；架桥剂1～5％；

所述水性纳米聚氨酯为聚碳型水性聚氨酯，数均分子量为8～12万，平均粒径小于100纳米；

所述水性慢干膏为甜菜碱改性聚乙二醇。

优选的方案，所述甜菜碱改性聚乙二醇由甜菜碱与聚乙二醇通过缩合反应得到。甜菜碱改性聚乙二醇的制备可以借鉴现有的常规酯化反应制备方法，如将甜菜碱与聚乙二醇在三氯化铝等催化剂作用下，于100～130℃进行缩合反应，即可得到甜菜碱改性聚乙二醇。

较优选的方案，甜菜碱与聚乙二醇的摩尔比为1～2:1。

较优选的方案，所述聚乙二醇为分子量为200～1000。如PEG200、PEG300、PEG400、PEG500等等。

优选的方案，所述水性纳米聚氨酯包括科思创2077、欧宝迪3251、台湾超鸿T80中至少一种。

优选的方案，所述色粉包括中色素碳黑、15:3酞青蓝、PY155黄或PR122紫桃。

优选的方案，所述架桥剂包括科思创306。优选的架桥剂能够大大提高油墨的附着力，同时提高物性。

优选的方案，所述助剂包括水性表面活性剂、水性分散剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂、pH调节剂、杀菌剂和增稠剂。

较优选的方案，所述水性表面活性剂的质量为四色油墨质量的0.5～2％。优选的水性表面活性剂为SINOPOL 1105(中日合成)。

较优选的方案，所述水性分散剂的质量为四色油墨质量的1～3％。优选的水性分散剂为FLUIJET2001(宁柏迪)。

较优选的方案，所述流平剂的质量为四色油墨质量的0.1～1％。优选的流平剂为迪高265和WET500按质量比1:0.5～1.5组合。

较优选的方案，所述消泡剂的质量为四色油墨质量的0.5～1％。优选的消泡剂为汉高1293。

较优选的方案，所述增稠剂的质量为四色油墨质量的0.5～2％。优选的增稠剂为OMG0625和PTF按质量比1:1～3。优选的增稠剂能够确保流平但又不造成图像扩散，是本发明配方比较理想的增稠剂。

较优选的方案，所述成膜助剂的质量为四色油墨质量的3～5％。优选的成膜助剂为广州双喜化工351。这种成膜助剂不产生VOC，且能确保水性聚氨酯成膜，改善成膜手感效果。

较优选的方案，所述pH调节剂的质量为四色油墨质量的0.1～1％。优选的pH调节剂为陶氏AMP-95。本发明油墨配方采用陶氏AMP-95能有效稳定水性纳米四色油墨pH值，防止pH波动太大造成塞版报废网版。

较优选的方案，所述杀菌剂的质量为四色油墨质量的0.3～1％。优选的杀菌剂为Acticide F1(N)THOR英国。能有效防止发臭长霉。

本发明的技术方案采用了具有纳米粒径的聚碳型水性聚氨酯作为连接料，适当分子量的聚碳型聚氨酯有利于其碾磨至粒径达到100纳米以下级别。聚碳型水性聚氨酯相对现有的水性聚醚型聚氨酯或水性聚酯型聚氨酯具有更好的耐磨和耐水性，而将其加工成100纳米以下级别，与传统的色精相比，耐光性好，耐迁移4级以上，鲜艳度达到传统色精效果，成本低，同时水性纳米聚碳型聚氨酯具有良好的附着力，展色性好，优越耐磨，柔软性，耐水解，赋予了水性四色纳米油墨的耐磨、附着力及柔性和耐水解性，满足鞋材和织物的使用要求，这是其他类型水性聚氨酯无法媲美的。

本发明的技术方案采用特殊甜菜碱改性聚乙二醇作为慢干膏。甜菜碱改性聚乙二醇关键是要配合聚碳型水性聚氨酯使用，提高油墨的印刷性能。主要由于聚碳型水性聚氨酯具有很好的成膜性，油墨表面水份稍挥发后很容易在表面结膜，而在采用350目网版印刷过程中，很容易堵板，同时造成图像不清晰或不完整，而采用现有的常规慢干剂或慢干膏，无法满足要求。为了解决这一问题，本发明技术方案采用了特殊的甜菜碱改性聚乙二醇，通过大量实验表明，其具有超强保水性，且不会降低四色纳米油墨的粘度，可以保证四色油墨的慢干性，很好地解决了网版印刷过程中的堵板现象，同时保证了印图的清晰。如果加入慢干剂如丙二醇、乙二醇、甘油、PEG等，需要加入量特别大才有慢干效果，但是慢干剂加入量太大造成四色油墨粘度下降，加工时油墨扩散造成图像模糊。

本发明的水性四色纳米油墨的制备方法如下：该方法是将部分聚碳型水性聚氨酯树脂和助剂及水搅拌分散，再加入色粉，进一步分散均匀，分散物料经过砂磨机研磨至粒径小于5微米，然后转入纳米机研磨48小时，测试粒径小于100纳米，再加入余下部分聚碳型水性聚氨酯树脂和助剂，搅拌均匀，用350目过滤网过滤，即得。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明的水性纳米四色油墨采用的组分都为水性原料，无需采用任何有机助溶剂，几乎无VOC排放，真正实现了绿色环保；

2)本发明的水性纳米四色油墨应用于织物或鞋材时表现出较好的综合性能：附着力较好、光泽高、色彩鲜艳度高，配色性好，弯曲10万次以上；

3)本发明的水性纳米四色油墨的分散稳定性好50℃放置48小时不浮色、不发花、不分层；

4)本发明的水性纳米四色油墨印刷过程中不堵板，图像清晰完整不扩散；

5)本发明的水性纳米四色油墨原料易得，制备方法简单，成本低，满足工业生产要求。

附图说明

【图1】为不同水性聚氨酯制备的水性纳米四色油墨印刷制品的耐磨效果对比图；

【图2】为水性纳米四色油墨印刷效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施进一步具体说明本发明内容描述发明的实施例，但本发明的保护范围完全不局限于此。

实施例1

以下各实施例中慢干膏的制备：将甜菜碱与聚乙二醇400按摩尔比3:2加入含溶剂的反应釜内，在室温下，加入甜菜碱质量5％的三氯化铝作为催化剂及少量三乙胺作为缚酸剂，再升温至120℃温度，反应2h，蒸干溶剂，得到粗产物，分离纯化，即得甜菜碱改性聚乙二醇主要产物。

原料配方根据1～4，本发明的用于织物和鞋材的水性纳米四色油墨的具体制备方法如下：按质量比将1/3水性纳米聚碳型聚氨酯树脂、水性表面活性剂、水性分散剂、去离子水投入反应釜中分散5～10分钟，搅拌均匀，然后慢慢加入色粉，高速分散30分钟，经砂磨机研磨至粒径小于5微米然后转入纳米机研磨48小时，测试粒径小于100纳米，再依次投入剩下的水性纳米聚碳型聚氨酯树脂、pH调节剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂、杀菌剂，搅拌10分钟，然后加入水性慢干膏，搅拌5分钟加入增稠剂调整粘度，搅拌15～20分钟，检测、过滤、包装，得到水性纳米四色油墨基料，使用过程中再配入架桥剂使用。

以下配方1～4中，水性表面活性剂为SINOPOL 1105，水性分散剂为FLUIJET2001，成膜助剂为广州双喜化工351，流平剂为迪高265和WET500按质量比1:1组合；消泡剂为汉高1293，增稠剂为OMG0625和PTF按质量比1:2组合；pH调节剂为陶氏AMP-95，杀菌剂为Acticide F1(N)，架桥剂为科思创306，这些原料都为市售的常规原料。

以下配方1～4中，组分均以质量份计量。

配方1：科思创2077(分子量约为10万)73份，水7.5份，PR122紫桃6份，水性分散剂1.5份，水性表面活性剂1份；成膜助剂3份，流平剂0.5份，消泡剂0.8份，pH调节剂0.2份，杀菌剂0.5份，甜菜碱改性聚乙二醇5份，增稠剂1份。

配方2：欧宝迪3251(分子量约为10万)70份，水8份，PY155黄10份，水性分散剂1份，水性表面活性剂0.5份；成膜助剂3份，流平剂0.5份，消泡剂0.8份，pH调节剂0.2份，杀菌剂0.5份，甜菜碱改性聚乙二醇4份，增稠剂1.5份。

配方3：台湾超鸿T80(分子量约为9万)75份，水6份，15:3酞青蓝5份，水性分散剂1.8份，水性表面活性剂1份；成膜助剂3份，水性流平剂0.5份，水性消泡剂0.8份，pH调节剂0.2份，杀菌剂0.5份，甜菜碱改性聚乙二醇5份，增稠剂1.2份。

配方4：科思创2077(分子量约为10万)70份，水13份，炭黑3份，水性分散剂2.5份，水性表面活性剂1.5份；成膜助剂3份，水性流平剂0.5份，水性消泡剂0.8份，pH调节剂0.2份，杀菌剂0.5份，甜菜碱改性聚乙二醇4份，增稠剂1份。

配方1～4按本领域的常规测试方法进行性能测试：

粘度用常规粘度计测试；

pH值用pH计测试；

光泽采用光泽仪；

固含量是取两克左右样品，经120℃烘干2小时，干重与湿重的比值来计算

物性测试是按ADIDAS测试标准进行测试。

四色油墨的基本参数：

外观：见表1；

粘度(cps，25℃):见表1；

pH值：均稳定在8～9之间；

固含量(％)：均在33～36之间；

有效期：6个月。储存期间不分层，分散稳定性好。

表1配方1～4的水性纳米四色油墨性能检测

项目	配方1	配方2	配方3	配方4
					外观	品红色	黄色	蓝色	黑色
粘度(CPS)	6.2万	6.5万	6.1万	7.2万
					粒径(nm)	55	40	70	80
拉力(kgf)	4.2	5.2	5.1	4.8
					光泽	85	83	85	82
耐磨	好	好	好	好
					弯曲	10万次	10万次	10万	10万

对比实施例1

将配方1中的聚碳型水性聚氨酯采用市售的常规聚醚型水性聚氨酯(如超鸿F-620D)或聚酯型水性聚氨酯(如河本A539)替换，制备水性纳米四色油墨，印刷在织物上，耐磨效果如图1及表2所示。从图1中可以看出，以聚醚型水性聚氨酯为连结料的油墨印刷制品，摩擦10次后露底严重(如图1中A)，以聚酯型水性聚氨酯为连结料的油墨印刷制品，摩擦25次后有露底现象(如图1中B)，而本发明的以聚碳型水性聚氨酯为连结料的油墨印刷制品，摩擦50次后基本没有露底现象(如图1中C)。

表2不同水性聚氨酯制备的水性纳米四色油墨印刷制品的耐磨和耐水解性能

类型	耐磨	耐水解
			聚醚型水性聚氨酯	差(10次出现露底)	好，不褪色
聚酯型水性聚氨酯	一般(25次出现露底)	差，褪色，掉漆
			聚碳型水性聚氨酯	很好(50次出现不露底)	好，不褪色

对比实施例2

表3现有的常用慢干剂与本发明的慢干膏性能比较

选用40℃测试原因有两个，一、夏天炎热，大多时候35度以上，二、印刷网版采用尼龙材料制作，不停的快速印刷，摩擦产生热量，粘度较高热量散发慢。

Claims (10)

1.一种水性纳米四色油墨，其特征在于：包括以下质量百分比组分：

水性纳米聚氨酯70～80％，

助剂6～16％，

水5～15％，

色粉3～10％，

水性慢干膏3～10％；

架桥剂1～5％；

所述水性纳米聚氨酯为聚碳型水性聚氨酯，数均分子量为8～12万，平均粒径小于100纳米；

所述水性慢干膏为甜菜碱改性聚乙二醇。

2.根据权利要求1所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：所述甜菜碱改性聚乙二醇由甜菜碱与聚乙二醇通过缩合反应得到。

3.根据权利要求2所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：甜菜碱与聚乙二醇的摩尔比为1～2:1。

4.根据权利要求2所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：所述聚乙二醇为分子量为200～1000。

5.根据权利要求1所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：

所述水性纳米聚氨酯包括科思创2077、欧宝迪3251、台湾超鸿T80中至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：所述色粉包括中色素碳黑、15:3酞青蓝、PY155黄或PR122紫桃。

7.根据权利要求1所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：所述架桥剂包括科思创306。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：所述助剂包括水性表面活性剂、水性分散剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂、pH调节剂、杀菌剂和增稠剂。

9.根据权利要求8所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：

所述水性表面活性剂的质量为四色油墨质量的0.5～2％；

所述水性分散剂的质量为四色油墨质量的1～3％；

所述流平剂的质量为四色油墨质量的0.1～1％；

所述消泡剂的质量为四色油墨质量的0.5～1％；

所述增稠剂的质量为四色油墨质量的0.5～2％；

所述成膜助剂的质量为四色油墨质量的3～5％；

所述pH调节剂的质量为四色油墨质量的0.1～1％；

所述杀菌剂的质量为四色油墨质量的0.3～1％。

10.根据权利要求9所述的一种水性纳米四色油墨，其特征在于：

所述水性表面活性剂为SINOPOL 1105；

所述水性分散剂为FLUIJET2001；

所述成膜助剂为广州双喜化工351；

所述流平剂为迪高265和WET500按质量比1:0.5～1.5组合；

所述消泡剂为汉高1293；

所述增稠剂为OMG0625和PTF按质量比1:1～3；

所述pH调节剂为陶氏AMP-95；

所述杀菌剂为Acticide F1(N)THOR英国。