CN113755047B - 一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油 - Google Patents

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Abstract

一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，包括超支化聚甘油的制备，改性纳米二氧化硅的制备，含植物成分的抗菌纳米胶囊的制备，水性光油复配；所制备的水性光油，初干性4~15毫米/25℃•30秒，终干性34~89秒，光泽度79~92，耐划伤性1802~2365克，耐磨擦性1.2~4.6%（GB/T1786‑2006）、706~863次/4磅（QB∕T 5345‑2018）。

Description

一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油
技术领域
本发明涉及一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，属于印刷材料领域。
背景技术
水性光油是以水溶性树脂或水性树脂为成膜物，水作主要溶剂，配以相关助剂而成的涂覆用液体材料，这种化学组成赋予水性光油无毒、无有机挥发物排放、绿色环保的先天优势。涂覆后得到的膜，光泽度高、透明感强、韧性好硬度高、耐磨性好、耐水耐油、耐化学品优异，加之成本低、原材料来源丰富等优点，水性光油已广泛应用于食品医药卫生包装、烟草包装、图文印刷品等领域的表面处理和防护上。
水性光油以水为载体，含水量相对较大，干燥速度慢的问题与生俱来，严重影响水性光油在印刷行业的高质高效使用。光油所成膜的光泽度、耐划伤性、耐磨性也是印刷行业重点关注的关键指标，尤其像儿童读物这类特殊印刷品，对上述指标有着更高的要求。中国专利CN111876019A公开的一种水性光油及制备工艺，通过向丙烯酸酯加入苯乙烯单体、烯丙基醚酯单体以及含氟烯烃单体制得改性丙烯酸酯乳液来提高光油的干燥速度和耐磨擦效果，该专利中初干性最好只能达到30毫米/25℃•30秒，耐磨擦性400次/4磅，光泽度最高55。中国专利CN108976945A公开的一种环保型高光泽、高耐磨水性光油及其制备工艺，配方中引入弹性乳液和高抗磨蜡水分散体来提高水性光油的耐磨度，引入改性丙烯酸乳液和高光蜡乳液来提高光泽度，耐磨性达到611次/4磅，但光泽度仅能达到75。
发明内容
针对上述现有水性光油产品存在的不足，本发明提供一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，实现以下发明目的：所制备的水性光油，成膜时间短，干燥速度快，光泽度高，耐划伤性好，耐磨性好，含抗菌成分，适宜儿童读物使用。
为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，包括超支化聚甘油的制备，改性纳米二氧化硅的制备，含植物成分的抗菌纳米胶囊的制备，水性光油复配。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
步骤（1）超支化聚甘油的制备
甘油和柠檬酸按摩尔比10:1投入高温高压反应釜内，加入甘油和柠檬酸总质量5%的三氧化钼粉末，通氮气置换釜内空气，搅拌速率3500转/分，2℃/分升温速率下升温并恒温至150℃，通氮气将釜内压力稳定在6MPa，恒温恒压反应2小时。反应完毕，停止搅拌卸去压力，降至室温后，过滤除去三氧化钼粉末，得到的液体为含未反应甘油的粗超支化聚甘油，再加入与所得液体等质量的20wt%氯化钠水溶液，萃取除去未反应甘油，得到超支化聚甘油。
步骤（2）改性纳米二氧化硅的制备
0.5wt%的十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌速率10000转/分的速率下加入纳米二氧化硅，分散均匀后，将搅拌速率降低至1500转/分，再缓慢滴入一定量50wt%的硫酸水溶液，调节反应体系PH=3，升温至90℃，逐滴滴加乙酰乙酸甲酯，滴加完毕后，90℃继续反应2小时后，降至室温，高速离心分离出二氧化硅粉末，用无水乙醇洗涤多次后真空干燥，得到改性纳米二氧化硅；
所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅HL-200，粒径10nm，比表面积220m2/g，加入量为十二烷基硫酸钠水溶液质量的10%；
所述乙酰乙酸甲酯加入量为十二烷基硫酸钠水溶液质量的6%。
步骤（3）含植物成分的抗菌纳米胶囊的制备
阿拉伯胶、去离子水和十二烷基硫酸钠按质量份3份、100份和2份混合均匀后加3份植物成分，6000转/分转速下乳化10分钟，得到含植物成分乳液；将3份壳聚糖溶于100份去离子水中，用醋酸调节PH=4.0，充分搅拌使壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；
将含植物成分乳液缓慢均匀的滴入壳聚糖醋酸溶液中，加30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至5.0，于60℃水浴中搅拌反应30分钟，然后冷却至室温，再加入适量30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至7.0，加入1.5份戊二醛固化60分钟，再置于50℃水浴中，反应2小时，得到含植物成分抗菌纳米胶囊乳液，再经离心，去离子水洗涤，真空干燥后得到含植物成分的抗菌纳米胶囊。
步骤（4）水性光油复配
水性光油中各组分含量如下：
70~80wt%水性生物基丙烯酸乳液；
8~24%wt%去离子水；
1~2wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.1~0.5wt%聚醚改性硅油DT9825；
2.5~4wt%超支化聚甘油；
0.5~1.5wt%改性纳米二氧化硅；
1~2wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
0.5~1.5wt%含植物成分的抗菌纳米胶囊；
0.2~0.5wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410；
按水性光油中各组分含量，将水性生物基丙烯酸乳液加到混合釜中，然后在搅拌速率8000转/分的速率下，依次将去离子水、聚羧酸钠盐SN5040、聚醚改性硅油DT9825、超支化聚甘油、改性纳米二氧化硅、丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯、含植物成分的抗菌纳米胶囊、聚醚硅氧烷共聚物TEGO410加入混合釜，强力搅拌至稳定的乳液状态后制得水性光油成品。
优选的技术方案：
步骤（4）水性光油复配中，水性光油中各组分含量如下：
75wt%水性生物基丙烯酸乳液；
16.5%wt%去离子水；
1.5wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.2wt%聚醚改性硅油DT9825；
3wt%超支化聚甘油；
1wt%改性纳米二氧化硅；
1.5wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
1wt%含植物成分的抗菌纳米胶囊；
0.3wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
本发明所制备的水性光油，初干性4~15毫米/25℃•30秒，终干性34~89秒，光泽度79~92，耐划伤性1802~2365克，耐磨擦性1.2~4.6%（GB/T1786-2006）、706~863次/4磅（QB∕T5345-2018）。
初干性测试具体为：将光油置刮板仪槽的100微米处，迅速刮下，同时开始计时，经30秒后用一张刮样纸，下端对准零刻度处，平贴凹槽上并用手掌压一下，揭下纸，测量未粘光油的长度，以毫米表示，即为初干性（毫米/25℃•30秒，相对湿度65±5%）；
终干性测试具体为：将光油置刮板仪槽100微米处（墨量以刮满槽为准）迅速刮下，立刻用一张刮样纸盖在其上，用手掌压一下，马上揭下，同时计时，用空白纸粘印迹，到100微米处光油干透所用的时间，则为终干性（秒/100微米25℃，相对湿度65±5%）；
光泽度参照GB/T1743-89漆膜光泽度测定法测试；
耐划伤性参照ISO 12137-2:1997标准；
耐磨擦性参照GB/T1786-2006和QB∕T 5345-2018标准测试。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油
包括以下步骤：
所述水性光油中各组分含量如下：
75wt%水性生物基丙烯酸乳液；
16.5%wt%去离子水；
1.5wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.2wt%聚醚改性硅油DT9825；
3wt%超支化聚甘油；
1wt%改性纳米二氧化硅；
1.5wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
1wt%含桧柏油的抗菌纳米胶囊；
0.3wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410。
所述水性光油制备过程如下：
1、超支化聚甘油的制备
高温高压反应釜内，按摩尔比10:1投入甘油和柠檬酸共500千克，再加入25千克三氧化钼粉末，通氮气将釜内空气全部置换后，搅拌速率3500转/分，2℃/分升温速率下升温至150℃，温度恒定后，通氮气将釜内压力稳定在6MPa，继续搅拌恒温恒压反应2小时。反应完毕后，卸去压力，降至室温后，过滤除去三氧化钼粉末，得到含未反应甘油的超支化聚甘油液体493千克，再加入493千克20wt%氯化钠水溶液，萃取除去未反应甘油，得到481.5千克超支化聚甘油。
2、改性纳米二氧化硅的制备
0.5wt%的十二烷基硫酸钠水溶液中400千克，搅拌速率10000转/分的速率下加入40千克纳米二氧化硅，分散均匀后，将搅拌速率降低至1500转/分，再缓慢滴入一定量50wt%的硫酸水溶液，调节反应体系PH=3，升温至90℃，按0.1千克/分速率滴加24千克乙酰乙酸甲酯，滴加完毕后，90℃继续反应2小时后，降至室温，高速离心分离出二氧化硅粉末，用无水乙醇洗涤多次后真空干燥，得到改性纳米二氧化硅；
改性纳米二氧化硅可提高丙烯酸乳液成膜的交联度同时又有纳米增强效应，可大幅提高光油所成膜的耐划伤性和耐磨性。
3、含桧柏油的抗菌纳米胶囊的制备
将3千克阿拉伯胶溶液100千克去离子水中，加入2千克十二烷基硫酸钠，混合均匀后加3千克桧柏油，6000转/分转速下乳化10分钟，得到桧柏油乳液；将3千克壳聚糖溶于100千克去离子水中，用醋酸调节PH=4.0，充分搅拌至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将桧柏油乳液缓慢均匀的滴入壳聚糖醋酸溶液中，加30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至5.0，于60℃水浴中搅拌反应30分钟，然后冷却至室温，再加入适量30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至7.0，加入1.5千克戊二醛固化60分钟；加入50℃水浴中，继续反应2小时，得到纳米桧柏油胶囊乳液；将乳液离心，用去离子水冲洗3次后离心分离，真空干燥后得到含桧柏油的抗菌纳米胶囊。
4、水性光油复配
按前述水性光油中各组分含量，将水性生物基丙烯酸乳液加到混合釜中，然后在搅拌速率8000转/份的速率下，依次将去离子水、聚羧酸钠盐SN5040、聚醚改性硅油DT9825、超支化聚甘油、改性纳米二氧化硅、丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯、含桧柏油的抗菌纳米胶囊、聚醚硅氧烷共聚物TEGO410加入混合釜，强力搅拌至稳定的乳液状态后制得水性光油成品。
实施例1所得水性光油初干性4毫米/25℃•30秒，终干性34秒，光泽度92，耐划伤性（干膜10微米）2365克，耐磨擦性1.2%（GB/T1786-2006）、863次/4磅（QB∕T 5345-2018）。
实施例2：
所述水性光油中各组分含量如下：
80wt%水性生物基丙烯酸乳液；
8%wt%去离子水；
2wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.5wt%聚醚改性硅油DT9825；
4wt%超支化聚甘油；
1.5wt%改性纳米二氧化硅；
2wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
1.5wt%含茶树油的抗菌纳米胶囊；
0.5wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410；
所述水性光油制备：1、超支化聚甘油的制备和2、改性纳米二氧化硅的制备同于实施例1；
3、含茶树油的抗菌纳米胶囊的制备
将3千克阿拉伯胶溶液100千克去离子水中，加入2千克十二烷基硫酸钠，混合均匀后加3千克茶树油，6000转/分转速下乳化10分钟，得到茶树油乳液；将3千克壳聚糖溶于100千克去离子水中，用醋酸调节PH=4.0，充分搅拌至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将茶树油乳液缓慢均匀的滴入壳聚糖醋酸溶液中，加30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至5.0，于60℃水浴中搅拌反应30分钟，然后冷却至室温，再加入适量30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至7.0，加入1.5千克戊二醛固化60分钟；加入50℃水浴中，继续反应2小时，得到纳米茶树油胶囊乳液；将乳液离心，用去离子水冲洗3次后离心分离，真空干燥后得到含茶树油的抗菌纳米胶囊；
4、水性光油复配同于实施例1。
实施例2所得水性光油初干性7毫米/25℃•30秒，终干性38秒，光泽度86，耐划伤性（干膜10微米）2124克，耐磨擦性2.7%（GB/T1786-2006）、793次/4磅（QB∕T 5345-2018）。
实施例3：
所述水性光油中各组分含量如下：
70wt%水性生物基丙烯酸乳液；
24%wt%去离子水；
1wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.1wt%聚醚改性硅油DT9825；
2.5wt%超支化聚甘油；
0.5wt%改性纳米二氧化硅；
1wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
0.7wt%含牛至油的抗菌纳米胶囊；
0.2wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410；
所述水性光油制备：1、超支化聚甘油的制备和2、改性纳米二氧化硅的制备同于实施例1。
3、含牛至油的抗菌纳米胶囊的制备
将3千克阿拉伯胶溶液100千克去离子水中，加入2千克十二烷基硫酸钠，混合均匀后加3千克牛至油，6000转/分转速下乳化10分钟，得到牛至油乳液；将3千克壳聚糖溶于100千克去离子水中，用醋酸调节PH=4.0，充分搅拌至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖醋酸溶液；将牛至油乳液缓慢均匀的滴入壳聚糖醋酸溶液中，加30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至5.0，于60℃水浴中搅拌反应30分钟，然后冷却至室温，再加入适量30wt%三乙醇胺水溶液将PH调节至7.0，加入1.5千克戊二醛固化60分钟；加入50℃水浴中，继续反应2小时，得到纳米牛至油胶囊乳液；将乳液离心，用去离子水冲洗3次后离心分离，真空干燥后得到含牛至油的抗菌纳米胶囊；
4、水性光油复配同于实施例1。
实施例3所得水性光油初干性15毫米/25℃•30秒，终干性89秒，光泽度79，耐划伤性（干膜10微米）1802克，耐磨擦性4.6%（GB/T1786-2006）、706次/4磅（QB∕T 5345-2018）。
对比例1：
水性光油配方中不加3wt%超支化聚甘油，去离子水增加3wt%，其余组分含量同实施例1；
所述水性光油中各组分含量如下：
75wt%水性生物基丙烯酸乳液；
19.5%wt%去离子水；
1.5wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.2wt%聚醚改性硅油DT9825；
1wt%改性纳米二氧化硅；
1.5wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
1wt%含桧柏油的抗菌纳米胶囊；
0.3wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410。
所述水性光油制备同于实施例1。
对比例1所得水性光油初干性47毫米/25℃•30秒，终干性99秒，光泽度81，耐划伤性（干膜10微米）1986克，耐磨擦性2.8%（GB/T1786-2006）、821次/4磅（QB∕T 5345-2018）。
对比例2：
水性光油配方中纳米二氧化钛不再改性，即1wt%改性纳米二氧化硅替换为1wt%纳米二氧化硅，其余组分含量同实施例1；
所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅HL-200，粒径10nm，比表面积220m2/g；
所述水性光油中各组分含量如下：
75wt%水性生物基丙烯酸乳液；
16.5%wt%去离子水；
1.5wt%聚羧酸钠盐SN5040；
0.2wt%聚醚改性硅油DT9825；
3wt%超支化聚甘油；
1wt%纳米二氧化硅；
1.5wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯；
1wt%含桧柏油的抗菌纳米胶囊；
0.3wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410。
所述水性光油制备同于实施例1。
对比例2所得水性光油初干性6毫米/25℃•30秒，终干性39秒，光泽度87，耐划伤性（干膜10微米）1349克，耐磨擦性8.9%（GB/T1786-2006）、481次/4磅（QB∕T 5345-2018）。
以上实施例与对比例初干性、终干性、光泽度、耐划伤性、耐磨擦性具体测试方法分别为：
初干性测试方法：将光油置刮板仪槽的100微米处，迅速刮下，同时开始计时，经30秒后用一张刮样纸，下端对准零刻度处，平贴凹槽上并用手掌压一下，揭下纸，测量未粘光油的长度，以毫米表示，即为初干性（毫米/25℃•30秒，相对湿度65±5%）；
终干性测试方法：将光油置刮板仪槽100微米处（墨量以刮满槽为准）迅速刮下，立刻用一张刮样纸盖在其上，用手掌压一下，马上揭下，同时计时，用空白纸粘印迹，到100微米处光油干透所用的时间，则为终干性（秒/100微米25℃，相对湿度65±5%）；
光泽度测试方法：参照GB/T1743-89漆膜光泽度测定法测试，将少许的光油乳液涂布于按GB/T 450选取128g的铜版纸上，干燥成膜后，选用75°角的光泽仪测量干燥膜层的光泽度；
耐划伤性测试方法：参照ISO 12137-2:1997标准，将光油涂布在满足GB9271标准的150*70mm硬铝板上，并在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的条件下至少干燥16小时以上，将试板夹在滑板上，逐渐加大砝码，测出划针刺穿膜层的最小克重；
耐磨擦性按两种方法测试：1、参照GB/T1786-2006标准测试，将干燥后的样品放置在剥离磨擦表面系数仪上，采用固定的速度为仪器标定速度1和磨擦次数为10次的磨擦实验，测试磨擦前后样品光泽变化，用光泽度磨耗量表示光油的耐磨擦，光泽度磨耗量越小，说明水性光油的耐磨性越好，反之越差，光泽度磨耗量=（光泽度-摩擦后光泽度）/光泽度；2、参照QB∕T 5345-2018 标准测试，用YMTS油墨耐磨擦测试仪，在4磅载重下，磨擦到开始掉色时记录磨擦次数。

Claims (5)

1.一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，其特征在于：所述水性光油各组分含量如下：
70~80wt%水性生物基丙烯酸乳液
8~24%wt%去离子水
1~2wt%聚羧酸钠盐SN5040
0.1~0.5wt%聚醚改性硅油DT9825
2.5~4wt%超支化聚甘油
0.5~1.5wt%改性纳米二氧化硅
1~2wt%丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯
0.5~1.5wt%含植物成分的抗菌纳米胶囊
0.2~0.5wt%聚醚硅氧烷共聚物TEGO410；
所述超支化聚甘油的制备方法为：甘油和柠檬酸按摩尔比10:1投入高温高压反应釜内，加入甘油和柠檬酸总质量5%的三氧化钼粉末，通氮气置换釜内空气，搅拌速率3500转/分，2℃/分升温速率下升温并恒温至150℃，通氮气将釜内压力稳定在6MPa，恒温恒压反应2小时；反应完毕，停止搅拌卸去压力，降至室温后，过滤除去三氧化钼粉末，得到的液体为含未反应甘油的粗超支化聚甘油，再加入与所得液体等质量的20wt%氯化钠水溶液，萃取除去未反应甘油，得到超支化聚甘油；
所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：0.5wt%的十二烷基硫酸钠水溶液中，搅拌速率10000转/分的速率下加入纳米二氧化硅，分散均匀后，将搅拌速率降低至1500转/分，再缓慢滴入一定量50wt%的硫酸水溶液，调节反应体系pH=3，升温至90℃，逐滴滴加乙酰乙酸甲酯，滴加完毕后，90℃继续反应2小时后，降至室温，高速离心分离出二氧化硅粉末，用无水乙醇洗涤多次后真空干燥，得到改性纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅为亲水性纳米二氧化硅HL-200，粒径10nm，比表面积220m2/g，加入量为十二烷基硫酸钠水溶液质量的10%；所述乙酰乙酸甲酯加入量为十二烷基硫酸钠水溶液质量的6%。
2.根据权利要求1所述的一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，其特征在于：所述水性光油，其配制方法为：按水性光油各组分含量，将水性生物基丙烯酸乳液加到混合釜中，依次加入离子水、聚羧酸钠盐SN5040、聚醚改性硅DT9825、超支化聚甘油、改性纳米二氧化硅、丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯、含植物成分的抗菌纳米胶囊、聚醚硅氧烷共聚物TEGO410，强力搅拌得到稳定的乳液即为水性光油成品。
3.根据权利要求1所述的一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，其特征在于：所述含植物成分的抗菌纳米胶囊，其制备方法为：将含植物成分乳液滴入壳聚糖醋酸溶液中，三乙醇胺溶液调节PH至5.0，60℃反应30分钟，冷却至室温，再加三乙醇胺溶液将pH调至7.0，加戊二醛固化60分钟，50℃反应2小时后离心洗涤，真空干燥得到含植物成分的抗菌纳米胶囊。
4.根据权利要求3所述的一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，其特征在于：所述含植物成分乳液，由阿拉伯胶、去离子水和十二烷基硫酸钠按质量份3份、100份和2份混合均匀后加3份植物成分，6000转/分转速下乳化10分钟后得到；所述壳聚糖醋酸溶液，将3份壳聚糖溶于100份去离子水中，用醋酸调节pH=4.0，充分搅拌使壳聚糖完全溶解后得到。
5.根据权利要求4所述的一种应用于儿童读物的含植物成分的大生物水性光油，其特征在于：所述植物成分为桧柏油、茶树油或牛至油中的一种。
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