CN113549371A - 一种环保型水性印刷油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及油墨技术领域，具体公开了一种环保型水性印刷油墨及其制备方法。环保型水性印刷油墨，包括如下重量份的各组分：水性丙烯酸树脂30‑50%、水性氨基树脂15‑25%、改性颜料10‑35%、助溶剂1‑5%、消泡剂0.1‑2%、中和剂0.5‑2%、水余量。其制备方法为：（1）按配方称取各组分，先将水性丙烯酸树脂和水加入高速分散机中搅拌分散均匀，然后加入改性颜料搅拌分散均匀得到半成品；（2）将半成品加入砂磨机中研磨，再加入其余组分，搅拌均匀即可。本申请的环保型水性印刷油墨采用水性丙烯酸树脂作为基体树脂，以水作为溶剂，无VOC排放，满足环保要求，另外颜料以改性颜料形式加入，可以提高颜料在水性油墨中的分散性，有利于改善印刷图案的颜色均匀性，印刷效果好。

Description

一种环保型水性印刷油墨及其制备方法
技术领域
本申请涉及光油技术领域，更具体地说，它涉及一种环保型水性印刷油墨及其制备方法。
背景技术
油墨是用于印刷的重要材料，它通过印刷或喷绘将图案、文字表现在承印物上。油墨中包括主要成分和辅助成分，它们均匀地混合并经反复轧制而成一种黏性胶状流体。由连结料(树脂)、颜料、填料、助剂和溶剂等组成。用于书刊、包装装潢、建筑装饰及电子线路板材等各种印刷。随着社会需求增大，油墨品种和产量也相应扩展和增长。传统的印刷行业中多采用有机油墨，VOC排放，不利于环保。
中国专利文献CN 111995904 A公开了一种水性环保油墨及其制备方法，各组分以及各组分质量百分比如下：水性氨基树脂30wt％-40wt％、水性丙烯酸树脂20wt％-25wt％、马来酸树脂10wt％-15wt％、颜料1wt％-5wt％、混合溶剂5wt％-10wt％以及助剂1wt％-5wt％。虽然其中的颜料为无机颜料，但由于无机颜料的粒径非常小，通常可达到微纳米级，具有非常高的表面能，在油墨体系中容易团聚，因此直接将粉体颜料加入油墨体系中容易导致颜料分散不均匀，会对印刷效果造成不利影响，而且颜料的分散效果也直接影响油墨膜层的性能。
出于上述原因，为了改善油墨的环保问题，以及油墨体系中的颜料分散问题，有必要开发一种环保型水性油墨，并通过改善颜料的加入方式提高颜料在油墨体系中的分散效果，改善印刷效果。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种环保型水性印刷油墨及其制备方法，环保型水性印刷油墨采用水性丙烯酸树脂作为基体树脂，以水作为溶剂，无VOC排放，满足环保要求，另外颜料以改性颜料形式加入，可以提高颜料在水性油墨中的分散性，有利于改善印刷图案的颜色均匀性，印刷效果好。
第一方面，本申请提供一种环保型水性印刷油墨，采用如下的技术方案：
一种环保型水性印刷油墨，包括如下重量份的各组分：
Figure BDA0003217175490000011
Figure BDA0003217175490000021
作为优选，上述改性颜料是采用硅烷偶联剂改性的无机颜料。
作为优选，上述硅烷偶联剂为带有环氧基的硅烷偶联剂中的至少一种以及带有双键的硅烷偶联剂中的至少一种。
作为优选，上述带有环氧基的硅烷偶联剂为A-186；所述带有双键的硅烷偶联剂的结构式为：CH2＝CH(CH2)n-SiX3，其中，n≥8，X为烷氧基。
作为优选，上述带有环氧基的硅烷偶联剂和带有双键的硅烷偶联剂的质量比为1-2:1。
作为优选，上述硅烷偶联剂与无机颜料的质量比为1：15-20。
作为优选，上述无机颜料为炭黑、钛白粉、铁红、酞青蓝、铅铬黄中的一种或几种。
作为优选，上述改性颜料的制备方法为：向乙醇含量为95％的乙醇水溶液中加入醋酸，调节pH至4.5-5.5，搅拌下加入硅烷偶联剂，使硅烷偶联剂浓度达到2％左右，水解5min，然后加入无机颜料，30-40℃下搅拌20min，过滤、洗涤、干燥，得到改性颜料。
作为优选，上述助溶剂为多元醇。
第二方面，本申请提供一种环保型水性印刷油墨的制备方法，采用如下的技术方案：
一种环保型水性印刷油墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按配方称取各组分，先将水性丙烯酸树脂和水加入高速分散机中搅拌分散均匀，然后加入改性颜料搅拌分散均匀得到半成品；
(2)将半成品加入砂磨机中研磨，再加入其余组分，搅拌均匀即可。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
(1)本申请的环保型水性印刷油墨采用水性丙烯酸树脂作为基体树脂，以水作为溶剂，无VOC排放，满足环保要求，另外颜料以改性颜料形式加入，可以提高颜料在水性油墨中的分散性，有利于改善印刷图案的颜色均匀性，印刷效果好。
(2)本申请的水性丙烯酸树脂中的羟基、羧基可以与水性氨基树脂中的亚氨基等基团发生交联反应，形成紧密的交联网络。而且，改性颜料所用的硅烷偶联剂为至少一种带有环氧基的硅烷偶联剂和至少一种带有双键的硅烷偶联剂，环氧基可以与氨基树脂上的亚氨基发生反应，双键可以与丙烯酸树脂发生反应，使带有环氧基和双键的硅烷偶联剂都参与到体系固化中，将无机颜料包围在三维网络结构中。不仅如此，由于环氧基和双键都参与体系的固化反应，固化过程中还可以较好地引导颜料的分布，有利于颜料粒子的均匀分布，改善印刷的颜色均匀性。
(3)本申请中带有环氧基的硅烷偶联剂采用A-186，该硅烷偶联剂结构中除了具有环氧基，还具有环己基结构，其不仅具有较大的空间位阻，利于颜料的分散，还可以在一定程度上增加印刷膜层的硬度，提高耐磨性，而且其他组分的碳链结构可以穿过环己基形成互穿网络，对颜料形成均匀、紧密的包裹，可以有效解决油墨膜层长时间暴露在空气中，尤其经历日晒后容易出现油墨粉化的问题。
(4)本申请中带有环氧基的硅烷偶联剂和带有双键的硅烷偶联剂的质量比为1-2:1，采用用量相当或略多的环氧基硅烷偶联剂，具有较好的改善耐磨性的效果，也有利于获得更好的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
改性颜料的制备方法为：向乙醇含量为95％的乙醇水溶液中加入醋酸，调节pH至4.5-5.5，搅拌下加入硅烷偶联剂，使硅烷偶联剂浓度达到2％左右，水解5min，然后加入无机颜料，30-40℃下搅拌20min，过滤、洗涤、干燥、研磨，得到改性颜料。
根据上述制备方法制备不同的改性颜料，如下所示：
改性颜料1
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至5，搅拌下加入10g的A-186和10g的CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，水解5min，加入300g钛白粉，升温到40℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
改性颜料2
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至4.5，搅拌下加入12g的A-186和8g的CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，水解5min，加入300g炭黑，升温到30℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
改性颜料3
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至5，搅拌下加入20g的A-186，水解5min，加入300g钛白粉，升温到40℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
改性颜料4
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至5，搅拌下加入20g的CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，水解5min，加入300g钛白粉，升温到40℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
改性颜料5
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至5，搅拌下加入10g的A-186和10g的A-151，水解5min，加入300g钛白粉，升温到40℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
改性颜料6
向乙醇含量为95％的乙醇水溶液(1L)中加入醋酸，调节pH至5，搅拌下加入10g的KH-560和10g的CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，水解5min，加入300g钛白粉，升温到40℃搅拌20min，之后过滤、洗涤、干燥、研磨。
环保型水性印刷油墨的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方称取各组分，先将水性丙烯酸树脂和水加入高速分散机中搅拌分散均匀，然后加入改性颜料搅拌分散均匀得到半成品；
(2)将半成品加入砂磨机中研磨，再加入其余组分，搅拌均匀即可。
根据上述制备方法制备不同组分含量的油墨，实施例1-4和对比例1-4所制备油墨的配方如表1所示：
表1
Figure BDA0003217175490000041
在PE基材上获得实施例1-4和对比例1-4的油墨膜层，并对各油墨膜层进行测试，测试结果见表2。
表2
Figure BDA0003217175490000042
Figure BDA0003217175490000051
其中，附着力按照GB/T 9286-98作为评价标准。
耐水性的测试方法为：分别取实施例1-4和对比例1-4所制备的样品，置于24℃去离子水中恒温浸泡72h，取出观察样品情况。
耐摩擦性的测试方法为：用橡皮载荷500g，行程80mm，往复摩擦1500次(一个来回为一次)。
耐乙醇的测试方法为：棉布包裹400g的砝码，蘸上纯度为99.8％的无水乙醇，在印刷的油墨图案上来回擦拭100次(一个来回为一次)，擦拭结束观察样品表面油墨脱落情况。
耐老化100h后耐乙醇的测试方法为：分别取实施例1-4和对比例1-4所制备的样品，使用加速老化试验机进行100h加速老化，然后按照上述方法进行耐乙醇测试。
耐老化500h后耐乙醇的测试方法为：分别取实施例1-4和对比例1-4所制备的样品，使用加速老化试验机进行500h加速老化，然后按照上述方法进行耐乙醇测试。
结合改性颜料1-6、实施例1-4、对比例1-4以及表2可以看出，实施例1-4所制备的油墨具有良好的附着力、耐水性、耐摩擦性、耐乙醇性和耐老化性能。对比例1采用的改性填料3中使用的硅烷偶联剂全部为A-186，引入较多环己基结构，油墨膜层仍然具有良好的耐水性、耐磨性等，但可能由于颜料粉体表面未能接枝双键长碳链结构，颜料粉体基本上只能通过A-186结构中的环氧基与氨基树脂的亚甲基反应键合固定在体系中，大分子量的丙烯酸树脂和氨基树脂与CH2＝CH(CH2)n-SiX3上的碳链相比，可能不足以充分穿过环己基形成更为紧密的互穿交联网络，导致对比例1的耐老化性能相对较弱。对比例2采用的改性填料4中使用的硅烷偶联剂全部为CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，未添加具有环己基结构的A-186，导致油墨膜层的耐摩擦性明显下降，耐老化性能也下降明显，一方面可能是由于缺少环氧基，无法与氨基树脂发生反应，影响了交联效果；另一方面缺少了环己基结构，无法通过碳链穿过环己基形成有效的锚固作用。对比例3中采用改性颜料5中使用的硅烷偶联剂是A-186和A-151，A-151的碳链长度显著变短，加上接枝在颜料粉体表面存在一定的空间位阻作用，可能无法有效穿过A-186的环己基形成有效的锚固，导致耐老化效果下降。对比例4中采用的改性颜料6中使用的硅烷偶联剂是KH-560和CH2＝CH(CH2)16-Si(OC2H5)3，虽然KH-560中也含有环氧基，但由于缺少环己基结构，导致耐磨性下降，而且无法通过碳链穿过环己基形成有效的锚固作用，耐老化性能下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1. 一种环保型水性印刷油墨，其特征在于：包括如下重量份的各组分：
水性丙烯酸树脂 30-50%
水性氨基树脂 15-25%
改性颜料 10-35%
助溶剂 1-5%
消泡剂 0.1-2%
中和剂 0.5-2%
水 余量。
2.据权利要求1所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述改性颜料是采用硅烷偶联剂改性的无机颜料。
3.据权利要求2所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述硅烷偶联剂为带有环氧基的硅烷偶联剂中的至少一种以及带有双键的硅烷偶联剂中的至少一种。
4.据权利要求3所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述带有环氧基的硅烷偶联剂为A-186；所述带有双键的硅烷偶联剂的结构式为：CH2=CH(CH2)n-SiX3，其中，n≥8，X为烷氧基。
5.据权利要求3所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述带有环氧基的硅烷偶联剂和带有双键的硅烷偶联剂的质量比为1-2:1。
6.据权利要求2述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述硅烷偶联剂与无机颜料的质量比为1：15-20。
7.根据权利要求2所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述无机颜料为炭黑、钛白粉、铁红、酞青蓝、铅铬黄中的一种或几种。
8.根据权利要求2所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述改性颜料的制备方法为：向乙醇含量为95%的乙醇水溶液中加入醋酸，调节pH至4.5-5.5，搅拌下加入硅烷偶联剂，使硅烷偶联剂浓度达到2%左右，水解5min，然后加入无机颜料，30-40℃下搅拌20min，过滤、洗涤、干燥，得到改性颜料。
9.根据权利要求1所述的环保型水性印刷油墨，其特征在于：所述助溶剂为多元醇。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的环保型水性印刷油墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按配方称取各组分，先将水性丙烯酸树脂和水加入高速分散机中搅拌分散均匀，然后加入改性颜料搅拌分散均匀得到半成品；
（2）将半成品加入砂磨机中研磨，再加入其余组分，搅拌均匀即可。
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