CN110066544A - 一种用于塑料外包装的水性印刷油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于塑料外包装的水性印刷油墨及其制备方法。所述用于塑料外包装的水性印刷油墨的原料由水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂、陶瓷粉、无机颜料、流平剂、消泡剂和去离子水组成。同时公开了相应的制备方法，即向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂在制得预混合物，将陶瓷粉、无机颜料制成混合色浆，最后将二者在反应釜中与流平剂、消泡剂共同搅拌，经分散研磨后得到成品油墨。上述用于塑料外包装的水性印刷油墨，不存在溶剂挥发问题，相比于传统印刷油墨更加健康、环保。并且通过加入经特定方法制备而成的改性丙羧酸树脂，使油墨的附着力、粘度和着色力有了显著提高，具有良好的应用前景。

Description

一种用于塑料外包装的水性印刷油墨及其制备方法
技术领域
本发明涉及印刷油墨技术领域，特别是涉及一种用于塑料外包装的水性印刷油墨及其制备方法。
背景技术
众所周知，传统的塑料包装用油墨是苯酮溶型的，尽管对溶剂残留做了严格要求，但也存在对健康所产生的伤害和印刷后溶剂残留影响包装品尤其是食品和药品的安全等问题。苯溶型复合油墨由于其以大量的芳香烃作为溶剂，已经逐渐不能适应我国日益发达的软包装行业的要求。出于对健康安全的考虑和适应日益严格的安全法规，人们迫切需要环保型油墨，即希望不要在印刷油墨中以及油墨的使用过程中添加甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂。因此，积极开发和应用符合环保要求的绿色凹印油墨及水性油墨将成为一个必然趋势
水不仅无毒无害，绿色环保，还是人体生存的必备物质。用水做主要溶剂在油墨生产和印刷时有机溶剂挥发量极低，产品较溶剂型更稳定，同时能保护生产一线员工的身体健康。由于水不能发生燃烧，水性油墨在生产和使用时均不存在火灾隐患。在食品包装和医药包装中，包装材料直接与食品或药物直接接触，对包装原材料的要求不仅仅停留在盛装和密封，更体现在对食品和药物的卫生以及安全性的保证。水性油墨以其零污染，极低VOC排放对包装材料的安全可靠发挥至关重要的作用。但是水性油墨用于塑料外包装印刷时，往往存在附着牢度不足、着色力差等缺陷，对水性油墨的进一步推广应用有着不利的影响。
发明内容
基于当前水性印刷油墨在使用性能方面尚不能满足消费者需求的问题，本发明提供一种用于塑料外包装的水性印刷油墨及其制备方法。
一种用于塑料外包装的水性印刷油墨，由以下重量百分比的原料组成：
水性醇酸树脂30～50％
改性丙烯酸树脂15～25％
陶瓷粉3～5％
无机颜料2.5～4.5％
流平剂0.5～1.5％
消泡剂0.5～1.5％
去离子水余量；
其中，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
上述用于塑料外包装的水性印刷油墨，不存在溶剂挥发问题，相比于传统印刷油墨更加健康、环保。并且通过加入经特定方法制备而成的改性丙羧酸树脂，使油墨的附着力、粘度和着色力有了显著提高，具有良好的应用前景。
在其中一个实施例中，所述水性醇酸树脂的分子量为2000～2500。
在其中一个实施例中，所述甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比进行混合。
在其中一个实施例中，所述引发剂为过氧化苯甲酸、过硫酸钾、和过氧化二异丙苯中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述流平剂为氟化硅氧烷、烷基苯改性聚二甲基硅氧烷、和聚丙烯酸酯中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
本申请还提供了上述用于塑料外包装的水性印刷油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在50～60℃的温度下按照400～600转/分钟的速率搅拌30～50分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为35～40℃，搅拌速率为500～600转/分钟，搅拌20～30分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1000～1200转/分钟的速率高速搅拌60～80分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂和分散剂进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
上述印刷油墨的制备方法的原料易得、工艺简单，适用于大规模工业化生产。
在其中一个实施例中，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
在其中一个实施例中，渗透剂为TEP或SP-2，分散剂为科莱恩分散剂2774。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明克服了现有技术中印刷油墨溶剂易挥发造成环境污染的问题，产品绿色环保，不会对环境产生不利影响。
(2)本发明通过向印刷油墨原料中添加改性丙烯酸树脂，使油墨的附着力、粘度和着色力有了显著提高，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下实施例中所用原料和试剂均为市售普通原料和试剂。
一种用于塑料外包装的水性印刷油墨，由以下重量百分比的原料组成：
水性醇酸树脂30～50％
改性丙烯酸树脂15～25％
陶瓷粉3～5％
无机颜料2.5～4.5％
流平剂0.5～1.5％
消泡剂0.5～1.5％
去离子水余量；
其中，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
经上述方法制备而成的改性丙烯酸树脂，其起始成分之间在反应过程中发生了交联作用，形成了空间结构更为复杂的化合物，在油墨体系中能够增强粒子阻滞性，提高粘度。同时，制成的改性丙烯酸树脂具有良好的颜料分散性，并且能够促进水性醇酸树脂的成膜性以及对于无机颜料颗粒的包覆能力，显著提高油墨在塑料表面的附着力。
在一优选的实施方式中，所述水性醇酸树脂的分子量为2000～2500。
在一优选的实施方式中，所述甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比进行混合。
在一优选的实施方式中，所述引发剂为过氧化苯甲酸、过硫酸钾、和过氧化二异丙苯中的任意一种。
在一优选的实施方式中，所述流平剂为氟化硅氧烷、烷基苯改性聚二甲基硅氧烷、和聚丙烯酸酯中的任意一种。
在一优选的实施方式中，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
本申请还提供了上述用于塑料外包装的水性印刷油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在50～60℃的温度下按照400～600转/分钟的速率搅拌30～50分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为35～40℃，搅拌速率为500～600转/分钟，搅拌20～30分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1000～1200转/分钟的速率高速搅拌60～80分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂和分散剂进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
在一优选的实施方式中，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
在一优选的实施方式中，渗透剂为TEP或SP-2，分散剂为科莱恩分散剂2774
下面通过实施例进一步阐明本发明。需要指出的是，本发明并非仅局限于所述实施例。
实施例1
制备改性丙烯酸树脂：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比混合均匀，加热反应釜，待温度达到65℃时保温搅拌35分钟，随后升温至85℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
按照下述重量百分比准备原料：
水性醇酸树脂30％
改性丙烯酸树脂15％
陶瓷粉3％
无机颜料2.5％
流平剂0.5％
消泡剂0.5％
去离子水余量；
制备用于塑料外包装的水性印刷油墨：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在50℃的温度下按照400转/分钟的速率搅拌30分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为35℃，搅拌速率为500转/分钟，搅拌20分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1000转/分钟的速率高速搅拌60分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂TEP和科莱恩分散剂2774进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
实施例2
制备改性丙烯酸树脂：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比混合均匀，加热反应釜，待温度达到67.5℃时保温搅拌40分钟，随后升温至86.5℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌60分钟，待保温结束后调节溶液pH值至8.0，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
按照下述重量百分比准备原料：
水性醇酸树脂40％
改性丙烯酸树脂20％
陶瓷粉4％
无机颜料3.5％
流平剂1％
消泡剂1％
去离子水余量；
制备用于塑料外包装的水性印刷油墨：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在55℃的温度下按照500转/分钟的速率搅拌40分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为37.5℃，搅拌速率为550转/分钟，搅拌25分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1100转/分钟的速率高速搅拌70分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂TEP和科莱恩分散剂2774进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
实施例3
制备改性丙烯酸树脂：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比混合均匀，加热反应釜，待温度达到70℃时保温搅拌45分钟，随后升温至88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
按照下述重量百分比准备原料：
水性醇酸树脂50％
改性丙烯酸树脂25％
陶瓷粉5％
无机颜料4.5％
流平剂1.5％
消泡剂1.5％
去离子水余量；
制备用于塑料外包装的水性印刷油墨：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在60℃的温度下按照600转/分钟的速率搅拌50分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为40℃，搅拌速率为600转/分钟，搅拌30分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1200转/分钟的速率高速搅拌80分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂TEP和科莱恩分散剂2774进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
对比例1
按照下述重量百分比准备原料：
水性醇酸树脂60％
陶瓷粉4％
无机颜料3.5％
流平剂1％
消泡剂1％
去离子水余量；
制备用于塑料外包装的水性印刷油墨：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂，在55℃的温度下按照500转/分钟的速率搅拌40分钟；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为37.5℃，搅拌速率为550转/分钟，搅拌25分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)经热搅拌后的水性醇酸树脂和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1100转/分钟的速率高速搅拌70分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂TEP和科莱恩分散剂2774进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
性能测试
对实施例1-3制成的用于塑料外包装的水性印刷油墨，对比例1制成的印刷油墨进行使用性能测试，并以市售普通水性印刷油墨(购自烟台恒兴油墨有限公司)作为对照例。其中，附着牢度测试按照GB/T 13217.7-2009执行，着色力测试按照GB/T 13217.6-2008执行，粘度测试按照GB/T 13217.4-2008执行，测试结构见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对照例
附着牢度(％) 100 100 100 90 95
着色力(％) 100 100 100 89 92
粘度 26 27 27 19 20
从表1可以看出，本发明实施例所制备的用于塑料外包装的水性印刷油墨与对比例制备的印刷油墨相比，在附着牢度、着色力、粘度这几个方面均有显著提高，也显著好于市售普通水性印刷油墨。能够证明添加由本发明特定方法制备的改性丙烯酸树脂的对油墨整体性能的提升是具有实质性功效的。可见本发明的用于塑料外包装的水性印刷油墨在使用性能和安全性等方面均取得了预期的技术效果，具有良好的应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：
水性醇酸树脂30～50％
改性丙烯酸树脂15～25％
陶瓷粉3～5％
无机颜料2.5～4.5％
流平剂0.5～1.5％
消泡剂0.5～1.5％
去离子水余量；
其中，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，所述水性醇酸树脂的分子量为2000～2500。
3.根据权利要求1所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯按照6:3:1的摩尔比进行混合。
4.根据权利要求1所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酸、过硫酸钾、和过氧化二异丙苯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，所述流平剂为氟化硅氧烷、烷基苯改性聚二甲基硅氧烷、和聚丙烯酸酯中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向搅拌机中加入水性醇酸树脂、改性丙烯酸树脂，在50～60℃的温度下按照400～600转/分钟的速率搅拌30～50分钟，得到预混合物；
(2)将陶瓷粉、无机颜料投入搅拌机内进行混合搅拌，搅拌温度为35～40℃，搅拌速率为500～600转/分钟，搅拌20～30分钟后将混合浆料经三辊机研磨，研磨至粒度小于10μm，得到混合色浆；
(3)将步骤(1)得到的预混合物和步骤(2)得到的混合色浆共同投入反应釜中，再向反应釜中加入流平剂、消泡剂，以1000～1200转/分钟的速率高速搅拌60～80分钟，得到印刷粗油墨；
(4)向步骤(3)得到的印刷粗油墨中加入渗透剂和分散剂进行分散研磨，直至印刷粗油墨粒径分布达到10～50nm，制成所述用于塑料外包装的水性印刷油墨。
8.根据权利要求7所述的用于塑料外包装的水性印刷油墨的制备方法，其特征在于，所述改性丙烯酸树脂的制备方法为：在反应釜中，将甲基丙烯酸甲酯、三甲基硅烷、和二季戊四醇六丙烯酸酯混合均匀，加热反应釜，待温度达到65～70℃时保温搅拌35～45分钟，随后升温至85～88℃，加入适量引发剂，在该温度下继续保温搅拌55～65分钟，待保温结束后调节溶液pH值至7.5～8.5，再经过滤、干燥后得到改性丙烯酸树脂。
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