CN111704826A - 一种环保型水性油墨的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型水性油墨的制备方法，该环保型水性油墨由连接料、颜料、润滑剂、流平剂、去离子水经特定顺序混合制得。其中，以质量份数计，连接料为15～27份，颜料为16～28份，润滑剂为3～7份，流平剂为2～6份，去离子水为32～64份。该发明所得环保型水性油墨，生产成本低，所用原料安全无害，抗菌性能好，环境友好可降解，具有一定的防水抗污性能和良好的油墨基本性能。

Description

一种环保型水性油墨的制备方法

技术领域

本发明属于水性油墨领域，具体涉及一种环保型水性油墨的制备方法。

背景技术

随着现代经济的迅速发展，印刷包装行业的需求越来越大，同时带动了油墨制造业的繁荣，使其得到了广泛的重视。特别是对于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装印刷产品而言，油墨的安全稳定性、防水抗污性、附着力、均匀度、可降解性都有着更高的要求，从而催生了水性油墨的诞生和发展。

目前的水性油墨虽然没有挥发性溶剂存在，但由于对连接料品质的要求更高，仍有成本较高、附着力较低、不够均匀的缺点，并且环保安全性还有提升的空间。

低分子量聚氨酯水溶液作为连接料的基本性能较好，但成本过高、耐溶剂性较差，而采用聚乙烯醇这类成膜性、水溶性均优异但本身防腐性较差的物质作为连接料，以抗菌剂进行改性，则可以达到较好的连接料基本性能并保证其稳定性；微生物的发酵功能，可以大幅度降低合成成本，且更加环保；有机硅物质的界面结合能力，可以提高颜料的附着力。如能将这三者应用于水性油墨中，便可以在兼顾成本、环保、稳定性的同时，保证水性油墨具有更好的基本性能，如此则能获得较为理想和性能稳定的环保型水性油墨，从而满足市场的迫切需要。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种由改性聚乙烯醇、生物质提取物发酵产物、有机硅增粘剂作为连接料的环保型水性油墨的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种环保型水性油墨的制备方法，其特征在于由连接料、颜料、润滑剂、流平剂、去离子水经特定顺序混合制得。其中，以质量份数计，连接料为15～27份，颜料为16～28份，润滑剂为3～7份，流平剂为2～6份，去离子水为32～64份。

作为本发明所述的环保型水性油墨的一种优选方案：所述连接料包括改性聚乙烯醇、生物质提取物发酵产物、有机硅增粘剂。

作为本发明所述的环保型水性油墨的一种优选方案：所述润滑剂包括聚乙二醇-200、聚丙二醇-400、木质素磺酸盐中的两种或两种以上。

作为本发明所述的环保型水性油墨的一种优选方案：所述流平剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖中的两种或两种以上。

作为本发明所述的环保型水性油墨的一种优选方案：所述改性聚乙烯醇通过向3％～7％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％～0.7％的抗菌剂、0.15％～0.35％的催化剂，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到。

进一步地，所述改性聚乙烯醇的制备方法，其特征在于：所述抗菌剂为聚六亚甲基双胍、甲壳素的组合物；所述催化剂为氯化锂、苯并三氮唑。

作为本发明所述的环保型水性油墨的一种优选方案：所述生物质提取物发酵产物通过在30～40份去离子水中加入0.15～0.2份的微生物、3～4份的生物质提取物与0.6～0.8份的助长剂，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入4.5～6份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至7.5～10份得到。

进一步地，所述生物质提取物发酵产物的制备方法，其特征在于：所述微生物为丝状真菌、铜绿假单胞菌、弧菌、粘细菌中的一种或两种及其以上的组合物；所述生物质提取物为蜗牛提取物、贻贝提取物、芦荟提取物、仙人掌提取物中的两种或两种以上的组合物；所述助长剂包含但不限于碳酸氢钠、硫酸钾、氯化镁的组合物；所述过滤所用的滤网孔径为15～30μm，过滤泵压为0.025～0.05MPa。

进一步地，所述的环保型水性油墨的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

向32～64份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入5～9份改性聚乙烯醇、4～7份生物质提取物发酵产物、6～11份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3～7份润滑剂、16～28份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2～6份流平剂，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨。

本发明的有益效果：通过在聚乙烯醇上进行接枝改性，提高了聚乙烯醇的抗菌、防腐性能，保证了水性油墨在烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装下的安全稳定性。另外，通过微生物对天然富粘性物质的动植物的自然发酵和浓缩提纯，得到成本低廉的辅助性连接料。此外，有机硅增粘剂与改性聚乙烯醇、生物质提取物发酵产物的合理复配，大大提高了连接料的基本性能，保证了水性油墨具有优良的附着力、均匀度、着色率。此外，发明人还意外地发现，该环保型水性油墨还获得了很好的防水抗污性能，从而进一步提高了油墨在各类印刷、包装等上的安全稳定性。经分析，该性能可能是由于有机硅增粘剂的降低表面能作用与颜料本身的粗糙微粒结构相结合而造成的。该发明所得环保型水性油墨，生产成本低，所用原料安全无害，环境友好可降解，并具有良好的油墨基本性能。

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，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

附图说明

图1是本实施例1所得环保型水性油墨的不同颜色涂于卡纸上的实物图。

测试方法

1、抗菌性能测试：采用烧瓶振荡法。实验结果为三次测量的平均数值。通过涂有环保型水性油墨的卡纸(50毫克油墨/1克卡纸)对于阴性革兰氏大肠杆菌的抗菌效果来衡量。

2、防水抗污性能测试：通过水性笔、油性笔在涂有环保型水性油墨的卡纸(50毫克油墨/1克卡纸)上划写后的易擦除程度来衡量，能擦除90％以上为“优”，能擦除60～89％为“良”，能擦除60％以下为“差”。

3、附着力：对涂有环保型水性油墨的卡纸采用划格法进行检测。

4、挥发性有机化合物测试：参考GB/T 23986-2009的方法对环保型水性油墨进行测试。

5、均匀度测试：将100毫克环保型水性油墨在卡纸上的连续划写，观察划线的间断、毛糙部分出现的个数，0个为“优”，1～2个为“良”，3个及其以上为“差”。

实施例1：

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、1.5份贻贝提取物、2份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入7份改性聚乙烯醇、5.5份生物质提取物发酵产物、8.5份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨。

测试结果：菌类生长抑制率为99.83％；防水性能“优”，抗污性能“优”；附着力为5B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“优”。

对照例1：

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、3.5份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物(与实施例1相比，生物质提取物只用芦荟提取物)；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入7份改性聚乙烯醇、5.5份生物质提取物发酵产物、8.5份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨。

测试结果：菌类生长抑制率为94.17％；防水性能“优”，抗污性能“良”；附着力为4B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“优”。

对照例2：

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、1.5份贻贝提取物、2份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入8份生物质提取物发酵产物、13份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨(与实施例1相比，未添加改性聚乙烯醇，而以生物质提取物发酵产物、有机硅增粘剂补充余量)。

测试结果：菌类生长抑制率为65.24％；防水性能“优”，抗污性能“良”；附着力为2B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“良”。

对照例3：

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入9.5份改性聚乙烯醇、11.5份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨(与实施例1相比未添加生物质提取物发酵产物，而以改性聚乙烯醇、有机硅增粘剂补充余量)。

测试结果：菌类生长抑制率为83.10％；防水性能“优”，抗污性能“良”；附着力为3B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“良”。

对照例4

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、1.5份贻贝提取物、2份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入12.5份改性聚乙烯醇、9份生物质提取物发酵产物，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨(与实施例1相比，未添加有机硅增粘剂，而以生物质提取物发酵产物、改性聚乙烯醇补充余量)。

测试结果：菌类生长抑制率为91.35％；防水性能“良”，抗污性能“差”；附着力为2B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“良”。

对照例5

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、1.5份贻贝提取物、2份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入7份改性聚乙烯醇、5.5份生物质提取物发酵产物、8.5份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2.5份羧甲基纤维素钠、1.5份壳聚糖，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨(与实施例1相比，未添加润滑剂)。

测试结果：菌类生长抑制率为95.69％；防水性能“优”，抗污性能“良”；附着力为4B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“良”。

对照例6

向5％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％的聚六亚甲基双胍、0.2％的甲壳素、0.1％的氯化锂、0.15％的苯并三氮唑，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到改性聚乙烯醇；

在35份去离子水中加入0.1份铜绿假单胞菌、0.075份粘细菌、1.5份贻贝提取物、2份芦荟提取物与0.5份碳酸氢钠、0.3份硫酸钾，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入5.25份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至8.75份得到生物质提取物发酵产物；

向48份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入7份改性聚乙烯醇、5.5份生物质提取物发酵产物、8.5份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3份聚丙二醇-400、2份木质素磺酸盐、22份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨(与实施例1相比，未添加流平剂)。

测试结果：菌类生长抑制率为89.04％；防水性能“优”，抗污性能“良”；附着力为4B；挥发性有机化合物仅为3；均匀度为“良”。

对照例7

某市售水性油墨。

测试结果：菌类生长抑制率为36.81％；防水性能“良”，抗污性能“差”；附着力为3B；挥发性有机化合物为27；均匀度为“良”。

综上，本发明的环保型水性油墨，通过在聚乙烯醇上进行接枝改性，提高了聚乙烯醇的抗菌、防腐性能，结合增稠剂中壳聚糖、生物质提取物发酵产物的协同作用，使得环保型水性油墨的抗菌性能大大提高，保证了水性油墨在烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装下的安全稳定性。

本发明的环保型水性油墨，通过微生物对天然富粘性物质的动植物的自然发酵和浓缩提纯，得到成本低廉的辅助性连接料，通过实验，证明动、植物原料的合理复配能显著提高所得环保型水性油墨的附着力，这说明不同的生物质提取物之间存在协同增效的作用，这可能是由于动物蛋白与植物多糖中的不同的粘性成分能起到不同层次的粘结作用，故合理复配能提高连接料的稳固性和粘结力。

本发明的环保型水性油墨，有机硅增粘剂与改性聚乙烯醇、生物质提取物发酵产物的合理复配，进一步在宏观上产生了协同增效的作用，大大提高了连接料的基本性能，保证了水性油墨具有优良的附着力、均匀度、着色率。

本发明的环保型水性油墨，令人意外地具有很好的防水抗污性能，从而进一步提高了油墨在各类印刷、包装等上的安全稳定性。经分析，该性能可能是由于有机硅增粘剂的降低表面能作用与颜料本身的粗糙微粒结构相结合而造成的。

本发明的环保型水性油墨，生产成本低，所用原料安全无害，生产工艺简便易控，在使用过程中抗菌防污，回收时对于环境友好可降解，并具有良好的油墨基本性能。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种环保型水性油墨的制备方法，其特征在于由连接料、颜料、润滑剂、流平剂、去离子水经特定顺序混合制得；其中，以质量份数计，连接料为15～27份，颜料为16～28份，润滑剂为3～7份，流平剂为2～6份，去离子水为32～64份。

2.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于：所述连接料包括改性聚乙烯醇、生物质提取物发酵产物、有机硅增粘剂。

3.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于：所述润滑剂包括聚乙二醇-200、聚丙二醇-400、木质素磺酸盐中的两种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的环保型水性油墨，其特征在于：所述流平剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖中的两种或两种以上。

5.根据权利要求1或2所述的环保型水性油墨，其特征在于：所述改性聚乙烯醇通过向3％～7％的聚乙烯醇水溶液中加入0.3％～0.7％的抗菌剂、0.15％～0.35％的催化剂，调节pH值在7～9之间，在温度为30～40℃并伴以5500～8500rpm的搅拌的条件下充分反应30min，再在25～30℃下旋蒸干燥得到。

6.根据权利要求5所述的改性聚乙烯醇的制备方法，其特征在于：所述抗菌剂为聚六亚甲基双胍、甲壳素的组合物；所述催化剂为氯化锂、苯并三氮唑。

7.根据权利要求1或2所述的环保型水性油墨，其特征在于：所述生物质提取物发酵产物通过在30～40份去离子水中加入0.15～0.2份的微生物、3～4份的生物质提取物与0.6～0.8份的助长剂，使pH值处于4～8之间，用磁力搅拌器在50～150rpm下密封搅拌3～7d，加入4.5～6份乙醇并过滤后将滤液旋蒸浓缩至7.5～10份得到。

8.根据权利要求7所述的生物质提取物发酵产物的制备方法，其特征在于：所述微生物为丝状真菌、铜绿假单胞菌、弧菌、粘细菌中的一种或两种及其以上的组合物；所述生物质提取物为蜗牛提取物、贻贝提取物、芦荟提取物、仙人掌提取物中的两种或两种以上的组合物；所述助长剂包含但不限于碳酸氢钠、硫酸钾、氯化镁的组合物；所述过滤所用的滤网孔径为15～30μm，过滤泵压为0.025～0.05MPa。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的环保型水性油墨的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

向32～64份45～60℃的去离子水中缓慢并依次加入5～9份改性聚乙烯醇、4～7份生物质提取物发酵产物、6～11份有机硅增粘剂，边加入边以150～210rpm的速度搅拌15～25min；搅拌均匀至澄清后继续加入3～7份润滑剂、16～28份颜料；继续以110～160rpm的速度搅拌至体系颜色均一，最后加入2～6份流平剂，再以60～90rpm的速度搅拌5～10min即得到环保型水性油墨。

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