CN113429826A - Led光固化油墨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED光固化油墨，按质量份计，该LED光固化油墨包括组分：50~70份的预聚物、1~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及16~24份的颜料。其中，50~70份的预聚物包括45~55份的松香聚酯以及5~15份的六官聚氨酯丙烯酸。1~10份的单体包括1~10份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。1~3份的助剂包括0.5~1份的脂肪酸改性剂、0.1~0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、0.3~0.5份的纳米碳酸钙以及0.1~1份的有机硅油。5~10份光引发剂包括1.5~3份的369、1.5~3份的DETX以及2~4份的四乙基米氏酮。本发明的LED光固化油墨通过在复合光引发剂中引入四乙基米氏酮使得本发明中的光固化体系在395纳米波段的光固化效率得到大幅度提升，由于在LED光源下的光固化效率提升，油墨表面干燥速度也得到有效提升。

Description

LED光固化油墨
技术领域
本发明涉及油墨技术领域，特别是涉及一种LED光固化油墨。
背景技术
光固化反应以其固化高效快速、无挥发性有机化合物、可精确控制等优点在涂料、油墨、胶粘剂等商业化领域得到广泛应用。但在传统光固化使用的汞灯能耗高、使用寿命短且易产生臭氧破坏环境，与如今提倡的环保理念并不相符，因此人们将目光转向了更为高效、节能和环保的LED固化光源。
目前的UV~LED光固化技术，波长位于400纳米一下，常用的波长有365、385以及395纳米。而根据紫外线LED的发光原理，LED灯工作时，能带被激发，一部分转化成热量散失，另一部分转化为光固化所需的光能量。对于光固化油墨而言，波长越短，其光频率越高，在相同电功率下转换成热量散失的能量也就越多。一般来说，在1瓦的电功率下，采用365、385以及395纳米波长的光进行固化，其光功率分别约为0.35、0.45以及0.55瓦。因此，采用长波长的LED光源进行固化，显然对提高油墨的固化效率，降低成本有极大的好处。
然而，在现有技术中，受制于油墨本身的配方设计，目前的UV~LED光固化技术采用紫外光进行固化，油墨在395纳米以下的波段发生光化学反应后固化的速率较快，一般几秒即可。而395纳米以上波段的光波，其能量随波长的增加而逐渐下降，油墨固化时间显著增加，油墨表层氧阻聚的影响增大，从而使得油墨固化效率下降，表面固化变慢。
发明内容
基于此，有必要针对现有的LED光固化油墨在395纳米波段下的固化效率显著下降的技术问题，提供一种LED光固化油墨。
一种LED光固化油墨，按质量份计，该LED光固化油墨包括组分：LED光固化油墨包括组分：50~70份的预聚物、1~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及16~24份的颜料；
其中，预聚物包括45~55份的松香聚酯以及5~15份的六官聚氨酯丙烯酸；
单体包括1~10份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯；
助剂包括0.5~1份的润湿分散剂、0.1~0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、0.3~0.5份的纳米碳酸钙以及0.1~1份的有机硅油；
光引发剂包括1.5~3份的369、1.5~3份的DETX以及2~4份的四乙基米氏酮。
在其中一个实施例中，上述的LED光固化油墨包括组分：50~60份的预聚物、1~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及16~21份的颜料。
在其中一个实施例中，上述的LED光固化油墨包括组分：60~70份的预聚物、5~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及15~22份的颜料。
在其中一个实施例中，上述的LED光固化油墨包括组分：50~55份的预聚物、4~7.5份的单体、1~3份的助剂、5~8份的光引发剂以及16~18份的颜料。
在其中一个实施例中，上述的LED光固化油墨包括组分：60~65份的预聚物、5~10份的单体、1~3份的助剂、5~8份的光引发剂以及20~23份的颜料。
上述的LED光固化油墨通过在复合光引发剂中引入四乙基米氏酮使得本发明中的光固化体系在395纳米波段的光固化效率得到大幅度提升，该LED光固化油墨不仅生产成本低廉，由于在LED光源下的光固化效率提升，同时由于硅油助剂的加入，使得油墨表层干燥速度也得到有效提升，以此还能有效减弱油墨表层氧阻聚的影响，进而显著提升印刷效率并提升产品良率。
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，下文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。但是本发明能够以很多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改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明揭示了一种LED光固化油墨，按质量份计，该LED光固化油墨包括组分：50~70份的预聚物、1~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及16~24份的颜料。
其中，预聚物包括45~55份的松香聚酯以及5~15份的六官聚氨酯丙烯酸。
单体包括1~10份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。
助剂包括0.5~1份的润湿分散剂、0.1~0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1~10份的纳米碳酸钙以及0.1~1份的有机硅油。
光引发剂包括369、DETX以及四乙基米氏酮。光引发剂是光固化体系中非常重要的组分，关系到油墨体系在紫外光照射时是否能够引发预聚物和单体发生交联聚合反应，所以，光引发剂对油墨的光固化速度起着决定性作用。固定油墨其他组分及含量，改变光引发剂种类按油墨配方制备油墨样品，使用395纳米波长UV-LED光源固化，考察混合光引发剂对UV-LED胶印油墨固化的影响。为了确定LED光固化油墨的最佳配方，本实施例采用单纯形中心设计的实验方法，并通过该实验方法确定369、DETX以及四乙基米氏酮的最佳配比。本实验中采用三阶重心多项式作为单纯形重心设计的回归方程：
Figure 420573DEST_PATH_IMAGE001
Figure 150631DEST_PATH_IMAGE002
三因素三阶单纯形重心设计的试验点共有7个，实验设计如表1.1所述：
表1.1三组分单纯形重心设计
Figure 350669DEST_PATH_IMAGE003
将表1.1中的双键转换率数据代入公式计算得到回归系数，并将回归系数带入方程，得到固化速度Y与变量之间的回归方程，如公式2所示。
Figure 875191DEST_PATH_IMAGE004
根据上述回归方程以及本发明的LED光固化油墨的其他组分配比情况，本发明的LED光固化油墨中，光引发剂包括1.5~3份的369、1.5~3份的DETX以及2~4份的四乙基米氏酮。
实施例1
在本实施例中，该LED光固化油墨包括组分：50份的预聚物、10份的单体、2.2份的助剂、5.5份的光引发剂以及16份的颜料，。
其中，50份的预聚物包括45份的改性大豆油基松香聚酯以及5份的六官聚氨酯丙烯酸；改性大豆油基松香聚酯通过引入具有蜂窝状结构的松香并加入环氧大豆油，具有对有机颜料的湿润分散性，从而使得油墨的光泽喝转移性能得到显著提高，并且大豆油基松香聚酯分子量大、软化点高、树脂的结构更加紧密，进而使得油墨的抗水、抗飞墨、耐磨以及耐溶剂性能得到显著提高。
在光固化时，引发剂引起聚氨酯丙烯酸酯的碳碳双键与含有不饱和双键的活性溶剂反应。而六官聚氨酯丙烯酸作为本实施例中光固化体系的预聚物，其具有高反应活性、极好的耐刮擦性能、极好的耐化学性能、高硬度以及优良的热稳定性，从而使得本发明的油墨固化速度更快、硬度更高，同时使得本发明的油墨具有更好的润湿性，并且流平好、光泽高以及丰满度高。
在本实施例中，1份的单体为1份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯；在本实施例中，双三羟甲基丙烷丙烯酸酯作为本光固化体系的多官能团单体，其具有高沸点、高活性、低挥发以及低粘度的特性，并且其作活性稀释剂与丙烯酸类预聚体有良好的相容性，能够用于UV及EB辐射交联，从而赋予油墨良好的耐磨性和硬度附着力及光亮度。
在本实施例中，2.2份的助剂包括1份的润湿分散剂、0.1份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1份的纳米碳酸钙以及0.1份的有机硅油；在本实施例中，润湿分散剂主要是含有羟基、氨基以及氢硫基的脂肪族、芳香族或喊芳烷基的脂肪酸盐。该类改性剂一端为长链烷基，其与聚合物相容性好，其另一端的羧酸根能与碳酸钙表面的钙离子形成化学键，从而产生活性包覆层，进而防止碳酸钙粒子团聚。
N~亚硝基~N~苯基羟胺铝在本光固化体系中作为阻聚剂效果优于传统的阻聚剂，其能够有效提高油墨的储存稳定性，并有效防止暗反应。在光固化体系中，预聚物以及活性单体都是聚合活性较高的物质，同时光引发剂极容易产生自由基或者阳离子物质，因此N~亚硝基~N~苯基羟胺铝能够减缓光固化体系发生不必要的光固化反应。
纳米碳酸钙在本光固化体系中作为填充剂能够将颜料分散成细小颗粒成为悬浮分散体，其主要是改善对集采润湿、涂料的流动和流平、提高涂膜的平滑、抗划伤、消泡以及脱泡等性能，并且，纳米碳酸钙作为填充剂能够降低产品成本，从而提高市场竞争力。此外，纳米碳酸钙能够使得油墨身骨及粘性更好，从而提高油墨的印刷性能和稳定性。
有机硅油在本光固化体系中的消泡剂能够一直、降低甚至消除涂料中的气泡。表面活性剂、流平剂等原料本身会产生气泡，加入颜料和固体粉末是会夹带气泡进入油墨，在油墨搅拌、分散以及研磨过程中也容易卷入空气形成气泡，而有机硅油能够有效消除上述过程中产生的气泡，并可以改善固化后油墨表面的耐磨性。
在本实施例中，5.5份光引发剂包括2份的369、2份的DETX以及1.5份的四乙基米氏酮。369是一种感光范围高，高UV吸收性的高效UV紫外光引发剂，用于引发自由基的光聚合反应，其紫外光区吸收范围为250~420纳米，其可见光区吸收范围为400~700纳米，因此其适用于LED光固化油墨的有色体系固化；DETX能够吸收紫外光段，并适用于不饱和聚酯、丙烯酸单体等组成的光固化体系，其与有机溶剂有良好的互溶性，并且可用于有色的光固化体系中；四乙基米氏酮也即光引发剂EMK，其同时拥有苯酮和叔胺结构，从而使其在UV固化体系中即可起到光引发的作用，又具有胺固化剂的效果。此外，EMK在350~400纳米的紫外光区具有很强的吸收光谱，从而增强了395纳米波段的光固化效率，进而克服了油墨表层干燥的氧阻聚问题并加快油墨表层的固化速度。
实施例2
在本实施例中，该LED光固化油墨包括组分：60份的预聚物、5份的单体、3份的助剂、5份的光引发剂以及21份的颜料。
其中，预聚物包括50份的松香聚酯以及10份的六官聚氨酯丙烯酸。
在本实施例中，单体为5份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。
在本实施例中，助剂包括1份的脂肪酸改性剂、0.1份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1份的纳米碳酸钙以及0.9份的有机硅油。
在本实施例中，光引发剂包括1.5份的369、1.5份的DETX以及2份的四乙基米氏酮。
实施例3
在本实施例中，该LED光固化油墨包括组分：70份的预聚物、10份的单体、3份的助剂、6.5份的光引发剂以及22份的颜料。
在本实施例中，预聚物包括55份的松香聚酯以及15份的六官聚氨酯丙烯酸。
在本实施例中，单体为10份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。
在本实施例中，助剂包括1份的脂肪酸改性剂、0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1份的纳米碳酸钙以及0.5份的有机硅油。
在本实施例中，光引发剂包括2份的369、2份的DETX以及2.5份的四乙基米氏酮。
实施例4
在本实施例中，该LED光固化油墨包括组分：55份的预聚物、4份的单体、3份的助剂、4份的光引发剂以及18份的颜料。
在本实施例中，预聚物包括45份的松香聚酯以及10份的六官聚氨酯丙烯酸。
在本实施例中，单体为2.5份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。
在本实施例中，助剂包括1份的脂肪酸改性剂、0.1份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1份的纳米碳酸钙以及0.9份的有机硅油。
在本实施例中，光引发剂包括1份的369、1份的DETX以及2份的四乙基米氏酮。
实施例5
在本实施例中，该LED光固化油墨包括组分：65份的预聚物、7份的单体、3份的助剂、6份的光引发剂以及23份的颜料。
在本实施例中，预聚物包括55份的松香聚酯以及10份的六官聚氨酯丙烯酸。
在本实施例中，单体为7份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯。
在本实施例中，助剂包括1份的脂肪酸改性剂、0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、1份的纳米碳酸钙以及0.5份的有机硅油。
在本实施例中，光引发剂包括2份的369、2份的DETX以及2份的四乙基米氏酮。
综上所述，本发明揭示的一种LED光固化油墨通过在复合光引发剂中引入四乙基米氏酮使得本发明中的光固化体系在395纳米波段的光固化效率得到大幅度提升，该LED光固化油墨不仅生产成本低廉，由于在LED光源下的光固化效率提升，油墨表层干燥速度也得到有效提升，以此还能有效减弱油墨表层氧阻聚的影响，进而显著提升印刷效率并提升产品良率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种LED光固化油墨，其特征在于，按质量份计，所述LED光固化油墨包括组分：50~70份的预聚物、1~10份的单体、1~3份的助剂、5~10份的光引发剂以及16~24份的颜料；
其中，所述预聚物包括45~55份的松香聚酯以及5~15份的六官聚氨酯丙烯酸；
所述单体包括1~10份的双三羟甲基丙烷丙烯酸酯；
所述助剂包括0.5~1份的润湿分散剂、0.1~0.5份的N~亚硝基~N~苯基羟胺铝、0.3~0.5份的纳米碳酸钙以及0.1~1份的有机硅油；
所述光引发剂包括1.5~3份的369、1.5~3份的DETX以及2~4份的四乙基米氏酮。
2.根据权利要求1所述的LED光固化油墨，其特征在于，所述LED光固化油墨包括组分：50~60份的所述预聚物、1~10份的所述单体、1~3份的所述助剂、5~10份的所述光引发剂以及16~21份的所述颜料。
3.根据权利要求1所述的LED光固化油墨，其特征在于，所述LED光固化油墨包括组分：60~70份的所述预聚物、5~10份的所述单体、1~3份的所述助剂、5~10份的所述光引发剂以及15~22份的所述颜料。
4.根据权利要求1所述的LED光固化油墨，其特征在于，所述LED光固化油墨包括组分：50~55份的所述预聚物、4~7.5份的所述单体、1~3份的所述助剂、5~8份的所述光引发剂以及16~18份的所述颜料。
5.根据权利要求1所述的LED光固化油墨，其特征在于，所述LED光固化油墨包括组分：60~65份的所述预聚物、5~10份的所述单体、1~3份的所述助剂、5~8份的所述光引发剂以及20~23份的所述颜料。
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