CN107903707A - 一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨的组成及含量为：10‑35wt%颜料、30‑65wt%研磨树脂、1‑3wt%分散剂、0.01‑0.1wt%消泡剂、0.1‑0.5wt%流平剂、1‑5wt%水性蜡、0.1‑1wt%水性防沉剂、5‑30wt%去离子水、0.01‑0.5wt%PH调节剂、0.1—1wt%防脏版剂；所述的环保型水性油墨其制备方法为：先将颜料、部分研磨树脂、分散剂、部分去离子水用分散机高速分散后，置于砂磨机研磨至细度小于5微米，细度合格后加入消泡剂、流平剂、水性蜡浆、剩余的另一部分去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余的另一部分研磨树脂高速分散一个小时后得到环保型水性油墨。

Description

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨及其制备方法

技术领域

本发明属于水性油墨技术领域，具体涉及一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨及其制备方法。

背景技术

在我国凹版印刷领域，为了达到适宜的印刷效果，使用溶剂是不可避免的，当溶剂以有机物(如链烷烃、烯烃、醛、醇、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含硫化合物等等)为介质时，就是我们常说的有机溶剂，因此使用有机溶剂作为油墨组成成分的油墨就是我们常说的溶剂型油墨。

目前，在印刷行业中，多数企业仍在大量的使用溶剂型油墨，虽保证了产品质量，但也存在诸多的潜在风险：

1.环境风险。溶剂型油墨在使用过程中所排放的大量碳氢化合物对大气造成了极大的污染，日益带来环境的恶化；

2.相关行业人员以及用户健康风险。在食品包装以及人体接触的包装中，含有大量的溶剂残留，也对人体造成了直接的危害；

3.爆炸、着火等相关风险。溶剂型油墨由于使用有机溶剂，因此属于易燃易爆，在操作过程中如有不慎将造成不可弥补的损失。

因此在印刷油墨中要求减少甚至完全不用溶剂型油墨的呼声此起彼伏，所以，将使用凹版水性环保型油墨取代传统溶剂型油墨作为防大气污染等方面的理想手段，就越来越受到印刷行业以及油墨行业的关注。

对此，近年来，中国包装协会已经提高了各类包装物的有机溶剂限量标准，对其中的16种挥发性有机化合物(VOCs)进行了控制，大大提高了包装行业中印刷油墨的环保要求，各地方政府也先后出台针对工业有机废物废气的处理处罚，范围将覆盖全国，包括各种中小型企业，这将促使相关的包装行业集中精力研发水性凹版油墨，以便彻底解决溶剂残留问题。由于包装行业在工业领域处于领先地位，因此印刷包装行业对推动凹版印刷水性化有着决定性的作用。

我国凹版印刷方式份额占印刷市场份额超60％，随着环保要求的日益提高，水性凹版油墨在未来行业中将具有无比广阔的应用前景。

最早用于水性油墨的树脂为虫胶，它是一种天然树脂，溶于乙醇和碱性水溶液，对颜料和染料型的油墨有良好的湿润性，可以用来制造无毒油墨。后来使用改性松香马来酸树脂，它是由马来酸同松香酸进行加成反应后再通过碱中和而溶于水，虽然用此树脂制作油墨成本比较低，但油墨结膜后硬而脆，需配合其它树脂一起使用。

但由于水性油墨本身的特殊性，其化学以及物理特性也大大不同于传统溶剂型油墨，在印刷使用过程中存在诸多问题，如干燥性能上(干燥速度慢)、稳定性上(脏拉条、干版堵版、爆色、气泡、印刷白点、易沉淀、分层)等问题。

目前市场上多数采用丙烯酸树脂作为连接料使用，主要是因为丙烯酸脂类单体的主链为碳碳链，有很高的光、热以及化学稳定性。因此丙烯酸树脂制备的涂料有很好的耐候性、耐污性以及耐化学药品等性能，由于上述结构特点，使其还拥有防腐、耐水、保色性佳以及安全等优点。但单独使用水性丙烯酸经相关研究资料显示，其具有自身不可消除的缺点，主要为树脂成膜后热粘冷脆、抗回粘性差等，在实际印刷生产中常表现为油墨干结易爆色、油墨复溶性不佳、干版、刀线等问题。

发明内容

针对现有技术存在的油墨干结、易爆色、油墨复溶性不佳等问题，提高实际印刷适用性，解决印刷使用过程中常见问题。本发明以水性丙烯酸树脂接枝聚合氨酯、乙烯醇结构作为研磨树脂，配以颜料、分散剂、防脏版剂等制得一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，可解决实际印刷使用中油墨热粘冷脆、抗回粘性差、油墨干结易爆色、油墨复溶性不佳、干版堵版、印刷白点等印品质量问题，使得油墨兼顾复溶与抗水两方面，解决常见刀线问题，提高油墨整体的使用稳定性，降低印刷耗用量，同时针对传统的溶剂型油墨，由于无需使用有机溶剂，大大减少了企业VOC的排放量，印制后的产品用气相色谱检测表面溶剂残留时表现非常有优异。

本发明采用的技术方案是：一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，所述环保型水性油墨的组成及含量为：

具体的，所述研磨树脂通过在丙烯酸树脂的基础上接枝聚合氨酯、乙烯醇结构得到的共聚物，研磨树脂糅杂了聚氨酯的柔韧性以及乙烯醇的水复溶性，一定程度上解决丙烯酸的容易爆色以及印刷过程中的油墨复溶性问题；

具体的，所述颜料包括有机颜料和/或无机颜料，显示油墨颜色；

优选的，所述无机颜料包括碳黑、二氧化钛，所述有机颜料包括酞菁蓝、永固黄G、永固洋红FBB等，不包括金、银等特种油墨颜料。

优选的，所述分散剂为醇胺类有机物，能够帮助研磨树脂进行快速、稳定的分散颜料至合格的细度范围；

优选的，所述消泡剂为聚硅氧烷类，能够消除水的表面张力大而带来的大量气泡；

优选的，所述流平剂为丙烯酸酯类，能够消除水的表面张力大而带来的墨层铺展不良问题；

具体的，所述水性蜡为氧化聚乙烯蜡乳液，能够提高油墨表层的耐擦伤性能；

优选的，所述水性防沉剂为聚酰胺类，能够提高水性油墨粘度低、长时间存储带来的颜料沉降问题，特别对于是白色油墨由于钛白粉密度大，很容易发生钛白粉沉降；

优选的，所述PH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇，能够调整油墨PH值；

具体的，所述防脏版剂成分为十二烷基苯磺酸钠，能够防止油墨脏版；所述环保型水性油墨颜料细度小于10μm。

所述的环保型水性油墨的制备方法为：

步骤1)：按照配方质量百分数先将颜料、分散剂、20-60％研磨树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2)：用卧式砂磨机研磨步骤1)中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3)：向将步骤2)磨好细度的色浆加入配方中消泡剂、流平剂、水性蜡、部分去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余的40-80％的研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度控制在10—14秒，若黏度高于标准值，加入配方剩余部分的水进行调整；PH值控制在7.5—8.5，若测定的PH值不在标准范围内，加入用PH调节剂进行调整。

本发明的环保型水性油墨颜料的作用机理为：在常规丙烯酸基础上接枝聚合氨酯、乙烯醇结构作为研磨树脂，糅杂聚氨酯的柔韧性以及乙烯醇的水复溶性，一定程度上解决丙烯酸的容易爆色以及印刷过程中的油墨复溶性问题。同时，通过接枝乙烯醇结构，使得本发明的颜料在醇胺类有机物分散剂和研磨树脂良好的协同下更易分散，实现高固低粘的油墨，从而得到实现高浓度的颜色，同时减少油墨中的挥发成分，既环保，又能大大缩短干燥的时间，实现和油性油墨一样快的干燥速度。本发明在成分中添加有效成分为十二烷基苯磺酸钠的防脏版剂能够有效防止油墨中大颗粒颜料的析出，造成脏版拉条的问题，从而使得颜料分散更均匀，提高稳定性。另外本发明的组分中加入氧化聚乙烯蜡类水性蜡乳液，而非常规的水性蜡粉，是因为氧化聚乙烯蜡类水性蜡乳液能很好的分散在油墨体系中，解决油墨长时间存储过程中出现的蜡浮出在油墨表面，造成分散不均匀，导致油墨耐磨性能下降的问题。

在制备过程中，步骤1)首先将颜料与部分研磨树脂先进行高度分散得到膏状混合物，利用研磨树脂枝接乙烯醇结构后所具有的复溶性，能够在步骤2)的研磨过程中增强其分散性；且在步骤2)中研磨机温度设置45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，此条件下能够以最快的研磨速度至得到细度到小于5微米的色浆；步骤3)中磨好细度的色浆加入配方中其他组分以及剩余的另一部分研磨树脂，在颜料成为细度到小于5微米的色浆时再与其他组分进行混合研磨能够增强各组分在油墨体系中的分散性，并且研磨后通过去离子水和PH调节剂来调节油墨的粘度和PH值，以得到符合标准的水性油墨。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)绿色环保。本发明的油墨，由于使用纯水，不加任何有机溶剂，车间现场无任何溶剂气味，对环境无任何污染，本身也无任何异味，并且安全系数高，对操作人员以及用户身体健康不造成任何伤害，避免了使用传统的油性油墨由于需要使用大量极易挥发的有机溶剂，而造成的车间弥漫有机溶剂气味、影响车间员工身体健康的问题和有机溶剂所带来的易燃易爆等火灾安全隐患问题，以及使用普通水性油墨，由于干燥慢而加入酒精调整干燥速度所带来的气味问题；

(2)利于后道压印加工，压痕处油墨干结不易爆色。本发明采用在常规丙烯酸基础上接枝聚合氨酯、乙烯醇结构作为研磨树脂，聚氨酯水分散体粘结力强，具有优越的弹性、耐磨性和耐低温性，综合性能优良，而乙烯醇结构也属于高柔性结构，耐弯曲，耐折性很好，通过三者接枝聚合赋予油墨一定的弹性与柔韧性，在印刷中可表现出印品压痕干结不易爆色，柔韧度提高。

(3)提高油墨复溶性能，兼顾复溶与抗水两方面，可长时间印刷连续不同百分比浅网方面色调，过渡均匀，小字清晰，一定程度上解决印刷过程中油墨堵版、析出以及咬色问题。本发明树脂中的乙烯醇的多羟基结构对水具有较好的亲和力，可表现出对树脂具有更好的溶解力，对树脂本身一定的纯水再溶性有提升，使得实际印刷中，网穴不易出现堵网现象，同时限于乙烯醇结构只占树脂分子结构的较小一部分，加上树脂本身其他分子非亲水结构，因此又不至于墨膜在完全干燥后对水的抵抗性很差，兼顾了复溶与抗水两方面。

(4)降低印刷过程中刀线以及印刷白点产品质量问题。本发明的油墨，在长时间使用过程中无刀线现象，生产稳定。这是因为加入的乙烯醇的多羟基结构自带的一定水复溶性，很好的杜绝了油墨干结成相对较硬的墨渣，同时由于水的良好导电性，相对不容易吸附空气中的静电杂质，进一步减少了杂质而引起的刀线现象，避免静电吸附空气中的纸粉纸屑以致于造成印刷白点；避免了使用传统油性油墨由于有机溶剂抗静电能力差，在长时间使用过程中，油墨槽中吸附大量车间空气中、纸张散落过程中的粉尘，造成刀线产生的问题，以及使用普通水性油墨因供墨槽中油墨干结、复溶性不佳、树脂析出、易凝结颗粒而造成油墨反粗导致生产过程中经常性有刀线故障、产品合格率下降、生产效率降低的问题。

(5)增强印刷过程色相的稳定性。本发明的水性油墨由于使用纯水，水的挥发速率相对有机溶剂几乎可以忽略，粘度和固含量稳定性得到提高，同时由于乙烯醇成分结构带来的良好纯水复溶性，一定程度长时间保证了网穴中油墨处于正常转移状态，不至于干结难复溶而导致的网穴越来越浅的现象，进而导致转移后的墨膜出现转移率不稳定的现象，避免了使用传统油性油墨由于有机溶剂极易挥发，而造成墨槽中油墨固含量一直处于不稳定状态，同时油墨粘度也一直在变化，需要人工不停去补加溶剂，每隔一个小时测量出的同一个位置的色差值差异较大得问题，以及使用普通水性油墨因需要加入一定量的有机溶剂酒精来提升干燥速度而引起的墨槽中局部油墨复溶性变差、色差值也变化较大的问题。

(6)印刷干燥速度较快，同时耗用量较少。因为本发明中的氨酯结构为脂肪族碳酸酯型氨酯结构，该类型结构的聚氨酯在水中的粘度较低，同时可以适当加大树脂的分子量，而不至于产生太高的粘度，由此油墨整体可以做到低的粘度而固含量较高，有效减少配方中水的含量，印刷制版方面可以把网穴设计到更浅，这样同样色密度图案，需要的湿墨量更低，加上湿墨高固含的特性，需要被蒸发的水分相对较少，进一步提升油墨干燥的速度，提高油墨整体印刷适应性；

(7)可有效降低印品反粘现象。一方面由于本发明组分中加入适宜量的防脏版剂，可有效防止油墨在使用过程中脏版，另一方面因为本发明使用的水性树脂分子量更大，不容易出现高压状态下树脂“渗”入其他介质层的现象；

(8)可增强并稳定印品表面耐磨擦性能。由于组分中的水性蜡乳液能很好的分散在油墨体系中，解决了油墨长时间存储过程中出现的蜡浮出在油墨表面的问题，提高油墨的耐磨性能，避免常规的水性蜡粉会出现的蜡不能很好长时间稳定分散在油墨中，出现后期印刷墨膜表面性能不稳定，出现油墨耐磨性能不稳定乃至下降的问题；

具体实施方式

实施例一

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，其组成及含量为：

上述环保型水性油墨的制备方法为：

步骤1)：按照配方质量百分数先将颜料、分散剂、50％树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2)：用卧式砂磨机研磨步骤1)中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3)：向将步骤2)磨好细度的色浆加入配方中消泡剂、流平剂、水性蜡、1/3去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余50％的研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度控制在15秒，黏度高于标准值，加入配方剩余部分的水进行调整至黏度为13秒；PH值为8.2。

实施例二

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，所述环保型水性油墨颜料的组成及含量为：

上述环保型水性油墨的制备方法为：

步骤1)：按照配方质量百分数先将颜料、分散剂、50％树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2)：用卧式砂磨机研磨步骤1)中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3)：向将步骤2)磨好细度的色浆加入配方中分散剂、消泡剂、流平剂、水性蜡、1/3去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余50％研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度为11秒；PH值为7.2，测定的PH值不在标准范围内，加入用PH调节剂进行调整PH值为8.5。

实施例三

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，所述环保型水性油墨颜料的组成及含量为：

上述环保型水性油墨的制备方法为：

步骤1)：按照配方质量百分数先将颜料、分散剂、40％树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2)：用卧式砂磨机研磨步骤1)中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3)：向将步骤2)磨好细度的色浆加入配方中消泡剂、流平剂、水性蜡、1/3去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余的60％研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度为13秒，PH值控制在8.0。

实施例四

一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，所述环保型水性油墨颜料的组成及含量为：

上述环保型水性油墨的制备方法为：

步骤1)：按照配方质量百分数先将颜料、分散剂、60％树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2)：用卧式砂磨机研磨步骤1)中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3)：向将步骤2)磨好细度的色浆加入配方中消泡剂、流平剂、水性蜡、1/3去离子水、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余的40％研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度为12秒；PH值为7.8。

取现有技术中色特丽化工GSK8134黑色水性油墨作为对比例一，取中圆品牌GPO2T-308橙水性油墨作为对比例二，对上述对比例一、对比例二以及本发明上述实施例所制备的环保型水性油墨进行测试，测试结果如下

从上述测试结果可得，通过本发明的配方及制备方法制得水性油墨经检测细度均控制在10微米以下；光泽度以标准样为准，±5度；遮盖力目测近似标样；色相与标样色差小于1；油墨存储一个月，油墨无分层，无蜡浆上浮，细度无反粗等不良现象，符合适用于凹版印刷的环保型水性油墨的测试标准。而对比例一和对比例二的水性油墨细度均大于10微米，光泽度以标准样为准大于+5度，色相大于1，且在存储一个月后，油墨有分层的现象出现；因此通过测试结果可知，本发明的水性油墨细度均控制在10微米以下证明通过本发明的配方及制备方法制得的水性油墨的颜料分散性好，解决了现有技术中水性油墨研磨时间长，效率低下的问题；固含量控制在理论值±1％，色差控制在标准样小于1、光泽度控制在标准样±5度，证明本发明的水性油墨配方稳定，批量生产的可重复性，保证大批量生产的稳定性。

通过生产的实际油墨样进行大批量的印刷厂批量使用印刷，其生产的印刷产品色相控制比较稳定，印刷成品后加工过程中无爆色问题，在印刷过程中油墨没有发生堵版、脏版、经常性刀线现象，色相稳定，耗用量对比大幅降低，稳定性强。

Claims (8)

1.一种适用于凹版印刷的环保型水性油墨，其特征在于，所述环保型水性油墨的组成及含量为：

颜料 10-35wt%

研磨树脂 30-65wt%

分散剂 1-3wt%

消泡剂 0.01-0.1wt%

流平剂 0.1-0.5wt%

水性蜡 1-5wt%

水性防沉剂 0.1-1wt%

去离子水 5-30wt%

PH调节剂 0.01-0.5wt%

防脏版剂 0.1—1wt%

所述研磨树脂为在丙烯酸树脂的基础上接枝聚合氨酯、乙烯醇结构得到的共聚物；

所述水性蜡为氧化聚乙烯蜡乳液；

所述防脏版剂成分为十二烷基苯磺酸钠；

所述环保型水性油墨细度小于10μm。

2.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于，所述颜料包括有机颜料和/或无机颜料；所述无机颜料包括碳黑、二氧化钛，所述有机颜料包括酞菁蓝、永固黄G、永固洋红FBB。

3.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于，所述分散剂为醇胺类有机物。

4.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于，所述消泡剂为聚硅氧烷类。

5.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于所述流平剂为丙烯酸酯类。

6.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于，所述水性防沉剂为聚酰胺类。

7.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于，所述PH调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

8.一种权利要求1-7所述的环保型水性油墨，其特征在于，其制备方法为：

步骤1）：按照配方质量组分配比先将颜料、分散剂、20-60%研磨树脂加入分散缸中，以1000r/min的转速高速分散转1个小时，得到膏状混合物；

步骤2）：用卧式砂磨机研磨步骤1）中已分散好的膏状混合物至细度到小于5微米，砂磨机内温度控制在45到55摄氏度，流量控制在一分钟10公斤到15公斤之间，得到细度到小于5微米的色浆；

步骤3）：向将步骤2）磨好细度的色浆加入配方中消泡剂、流平剂、水性蜡浆、部分去离子水、水性防沉剂、水性防沉剂、防脏版剂以及剩余40-80%研磨树脂，在分散机中以1000r/min的转速高速分散1小时后检测各项指标，其中黏度控制在10—14秒，若黏度高于标准值，加入配方剩余部分的去离子水进行调整；PH值控制在7.5—8.5，若测定的PH值不在标准范围内，加入用PH调节剂进行调整。