CN114106627B - 一种环保水性油墨及其制备方法及其应用 - Google Patents

一种环保水性油墨及其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保水性油墨及其制备方法及其应用。环保水性油墨由改性丙烯酸树脂40‑65份、水性聚氨酯15‑30份、三乙胺20‑30份、大豆油6‑15份、水性颜料3‑10份、分散剂0.2‑0.8份、抗磨剂0.3‑0.8份和水10‑15份制备而成。先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油三乙胺和分散剂搅拌均匀，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，最后加入抗磨剂和水，调节体系pH值为7.5‑8，高速分散30min以上得到环保水性油墨。将环保水性油墨印刷到牛皮纸上，所得的颜色牛皮纸具有低色差和优异的耐磨性。

Description

一种环保水性油墨及其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及印刷领域，尤其是涉及一种环保水性油墨及其制备方法及其应用。
背景技术
水性油墨作为一种新型包装印刷材料，其最大的优点是不含有挥发性有机溶剂，它的使用降低了有机挥发物（VOC）的量，不会损害油墨制造者和印刷操作者的健康，改善了环境质量，因而号称环保油墨。水性油墨的最大特点是对环境无污染，对人体健康无影响，不易燃烧，安全性好。它不仅可以减少印刷品表面残留的毒性，使印刷设备清洗方便，而且可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险，因此从这个意义上讲，水性油墨是一种新型的“绿色”包装印刷材料。水性油墨除了环境特性的优势外，印刷特性也较好。墨性稳定，不腐蚀版材，操作简单，价格便宜，印后附着力好，抗水性强，干燥也较迅速（印刷速度可达150～200米/分钟）。水性油墨除运用于凹印外，也适用于发展潜力很大的柔印和网印。
但因水性油墨中水的沸点高，蒸发热大，印刷品的光泽相对来说差一点。另外，水性油墨颜料易沉淀，在使用前要对油墨桶中的油墨均匀搅拌，在印刷使用时还要经常对油墨槽中的油墨进行搅拌，防止由于油墨颜料的沉淀，造成印刷品颜色和标准有一定的差异。制备水性油墨通常使用连接料、颜料、助剂和溶剂，目前为了改善这一方面的问题，通过选用不同的材料，或是对连接料进行一系列改性，以减少色差。
对此，发明人认为，现有的水性油墨从影印到显色的过程仍有色彩的丢失，色差值很容易超出合格品的色差值，需要进一步改进。
发明内容
为了得到在牛皮纸上总色差小的油墨，本申请提供一种环保水性油墨及其制备方法及其应用。
第一方面，本申请提供一种环保型水性油墨，由以下质量份数的组分制备而成：
改性丙烯酸树脂40-65份；
水性聚氨酯15-30份；
三乙胺20-30份；
大豆油6-15份；
水性颜料3-10份；
分散剂0.2-0.8份；
抗磨剂0.3-0.8份；
水10-15份。
优选的，所述环保型水性油墨由以下质量份数的组分制备而成：
改性丙烯酸树脂40-58份；
水性聚氨酯15-25份；
三乙胺20-25份；
大豆油6-12份；
水性颜料3-6份；
分散剂0.2-0.5份；
抗磨剂0.3-0.6份；
水10-12份。
通过改性丙烯酸树脂、聚氨酯、大豆油、水性颜料以及其余助剂以上述比例配合，颜料表面润湿得很充分，减少了以“聚集体”的状态存在的颜料粒子，达到良好的分散状态，树脂在颜料表面得以充分润湿，且颜料粒子间被树脂填充，形成一定的空间效应，阻碍粒子之间的相互接触，使粒子能够较好的分散。当颜料粒子与树脂之间具有良好亲和性时，被分散的颜料粒子能够很好地吸附树脂，保持油墨体系中颜料良好的分散稳定性，颜料得以在牛皮纸表面均匀地印刷，从而减少了印刷品与标准品之间的色差。
优选的，所述抗磨剂是由聚甘油酯和聚乙烯蜡以1：（0.1-1.5）的质量比复配而成。
优选的，所述抗磨剂是由十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡以1：（0.6-1.2）的质量比复配而成。
为了环保而加入大豆油代替其他树脂，但大豆油成膜后其耐磨强度较低，使油墨在牛皮纸上成膜后很容易被刮花。在本申请特定的树脂体系中，抗磨剂的种类对耐磨性影响较大。经研究发现，当抗磨剂是由聚甘油酯和聚乙烯蜡以1：（0.1-1.5）的质量比复配而成时，对颜色牛皮纸的耐磨性有很大的改善。
优选的，所述分散剂为烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚以1：（2-6）：（0.6-1.4）的质量比复配而成。
由于抗磨剂是由十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡复配，肉眼看上去色差值基本没有变化，但是使用仪器测试时发现，此种抗磨剂会对油墨的总色差值，尤其是对明度L值有影响。对分散剂的种类和比例进行设计，在本申请的树脂和颜料的配比关系下，选用烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚并以1：（2-6）：（0.6-1.4）的质量比复配，不但能够减少抗磨剂带来的L值差值问题，而且还减小了a值和b值的差异，使水性油墨的总色差值得以减小。
优选的，所述烷基氧化胺为十四烷基二羟乙基氧化胺和十四烷基二甲基氧化胺以1：（2-4）的质量比复配而成，所述烷基磺基甜菜碱为十二烷基磺基甜菜碱。
分散剂含量不同对油墨的分散效果也不同。随着分散剂含量的增加，油墨的分散性提高，但是分散剂含量继续增加时反而会使油墨分散性下降。随分散剂含量继续增加，油墨分散性会变差。这是因为分散剂含量不同，在颜料表面所形成的电子层的离子浓度也不同。当分散剂含量较低时，离子浓度低、斥力小；当分散剂含量较高时，粒子间距离减小，当粒子间距离很近时，吸引能随粒子间距离的变小而激增，使引力占优势，总位能下降为负值，这意味着粒子将发生聚集,从而影响油墨的分散效果。因此，分散剂的含量对油墨的性能有着较大的影响，在本申请的环保水性油墨的体系中，通过控制各类分散剂的含量，控制体系中颜料的分散性，使油墨在牛皮纸上的上色更均匀，总色差值得以降低。
优选的，所述改性丙烯酸树脂的分子量为1500-3000，所述聚氨酯的分子量为1200-2000。
树脂的分子量增加将使分子运动阻力增加，使成膜表面强度增加，从而使其耐划伤性强度增大。从材料受力时的破坏机理出发，随着分子量的减小，分子链间相互作用力也越小，则树脂耐磨性越差，树脂强度较小。分子量的分布的影响主要考虑低聚物，随着低聚物含量的增加，容易导致局部分子间受破坏时材料强度降低，耐磨性降低。干燥后树脂分子交联固化，形成网状分子化合物，在改性丙烯酸树脂的分子量为1500-3000，所述聚氨酯的分子量为1200-2000的条件下产生适度的交联，有效增加分子间的联系，限制分子链间的相对滑移及分子链的活动性，使膜层的耐磨性增强。
第二方面，本申请提供一种环保水性油墨的制备方法，包括以下步骤：将上述的环保型水性油墨的配方，先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油三乙胺和分散剂搅拌均匀，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，最后加入抗磨剂和水，调节体系pH值为7.5-8，高速分散30min以上。
第三方面，本申请提供一种环保水性油墨的应用，将环保水性油墨印刷到牛皮纸上，印刷时，刮刀压力100-200N/m2，印刷速度0.5-1.0m/s。
本申请研发的油墨配合生产过程中的工艺参数控制，使环保水性油墨在牛皮纸上得以很好地上色，总色差值控制在2.0以内，满足正常出货的要求。
综上所述，通过改性丙烯酸树脂、聚氨酯、大豆油、水性颜料以及其余助剂以上述比例配合，颜料表面润湿得很充分，减少了以“聚集体”的状态存在的颜料粒子，保持油墨体系中颜料良好的分散稳定性，颜料得以在牛皮纸表面均匀地印刷，从而减少了印刷品与标准品之间的色差。
具体实施方式
实施例中的改性丙烯酸树脂购于安徽中恩化工有限公司BA-8411的改性丙烯酸树脂。
实施例和对比例中的水性颜料购自科莱恩有机颜料水性油墨涂料红PermanentRubineP-L5B01颜料。
实施例和对比例中的大豆油为市售的大豆油。
实施例和对比例中的聚氧乙烯脂肪醇醚购自于AEO-9 脂肪醇聚氧乙烯醚 非离子表面活性剂。
实施例和对比例中的聚乙烯蜡购自于睿科化学RKZ3001型聚乙烯蜡。
实施例和对比例中的十聚甘油肉豆蔻酸酯购自于康迪斯化工(湖北)有限公司货号为kds654456465 十聚甘油肉豆蔻酸酯。
实施例
实施例1
本实施例公开一种环保水性油墨，由以下组分制备而成：
改性丙烯酸树脂400g、水性聚氨酯150g、三乙胺200g、大豆油60g、水性颜料30g、抗磨剂3g、分散剂2g和水100g。
其中，抗磨剂为聚乙烯蜡，分散剂为6.7g烷基氧化胺、10g烷基磺基甜菜碱和3.3g聚氧乙烯脂肪醇醚复配而成，即烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚的质量比为1：1.5：0.5。
烷基氧化胺选自十八烷基二甲基氧化胺、烷基磺基甜菜碱选自十六烷基磺丙基甜菜碱。
改性丙烯酸树脂的分子量为1500-3000，聚氨酯的分子量为1200-2000。
环保水性油墨的制备方法为：先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油三乙胺和分散剂加入分散剂中搅拌，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，搅拌20min后加入抗磨剂和水，2000ppm的分散速度下分散5min，调节体系pH值为7.5，得到环保水性油墨。
实施例2
本实施例公开一种环保水性油墨，由以下组分制备而成：
改性丙烯酸树脂650g、水性聚氨酯300g、三乙胺300g、大豆油150g、水性颜料100g、抗磨剂8g、分散剂8g和水150g。
其中，抗磨剂为二聚甘油肉豆蔻酸酯，分散剂为8.8g烷基氧化胺、57.8g烷基磺基甜菜碱和13.3g聚氧乙烯脂肪醇醚复配而成，即烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚的质量比为1：6.5：1.5。
烷基氧化胺选自十八烷基二甲基氧化胺，烷基磺基甜菜碱选自十二烷基磺基甜菜碱。
环保水性油墨的制备方法为：先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油三乙胺和分散剂加入分散剂中搅拌，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，搅拌25min后加入抗磨剂和水，1500ppm的分散速度下分散10min，调节体系pH值为8，得到环保水性油墨。
实施例3
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例2的区别在于，由以下组分制备而成：改性丙烯酸树脂580g、水性聚氨酯250g、三乙胺250g、大豆油120g、水性颜料60g、抗磨剂6g、分散剂5g和水120g。
其中，抗磨剂为二聚甘油肉豆蔻酸酯，分散剂为5.5g烷基氧化胺、36.1g烷基磺基甜菜碱和8.3g聚氧乙烯脂肪醇醚复配而成，即烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚的质量比为1：6.5：1.5。
烷基氧化胺选自十八烷基二甲基氧化胺，烷基磺基甜菜碱选自十二烷基磺基甜菜碱。
环保水性油墨的制备方法为：先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油三乙胺和分散剂加入分散剂中搅拌，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，搅拌30min后加入抗磨剂和水，2000ppm的分散速度下分散5min，调节体系pH值为7.5，得到环保水性油墨。
实施例4
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例3的区别在于，抗磨剂为2.9g十聚甘油肉豆蔻酸酯和0.3g聚乙烯蜡复配而成。即十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡的质量比为1:0.1。
实施例5
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例3的区别在于，抗磨剂为2.4g十聚甘油肉豆蔻酸酯和3.6g聚乙烯蜡复配而成。即十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡的质量比为1:1.5。
实施例6
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例3的区别在于，抗磨剂为3.8g十聚甘油肉豆蔻酸酯和2.3g聚乙烯蜡复配而成。即十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡的质量比为1:0.6。
实施例7
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例3的区别在于，抗磨剂为2.7g十聚甘油肉豆蔻酸酯和3.3g聚乙烯蜡复配而成。即十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡的质量比为1:1.2。
实施例8
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例6的区别在于，分散剂是由1.4g烷基氧化胺、2.8g烷基磺基甜菜碱和0.8g聚氧乙烯脂肪醇醚复配而成。即烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚的质量比为1：2：0.6，其中烷基氧化胺为十四烷基二羟乙基氧化胺，烷基磺基甜菜碱为十二烷基磺基甜菜碱。
实施例9
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例6的区别在于，分散剂是由0.6烷基氧化胺、3.6g烷基磺基甜菜碱和0.8g聚氧乙烯脂肪醇醚复配而成。即烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚的质量比为1：6：0.4，其中烷基氧化胺为十四烷基二羟乙基氧化胺，烷基磺基甜菜碱为十二烷基磺基甜菜碱。
实施例10
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例8的区别在于，烷基氧化胺是由0.5g十四烷基二羟乙基氧化胺和0.9g十四烷基二甲基氧化胺复配而成，即十四烷基二羟乙基氧化胺和十四烷基二甲基氧化胺的质量比为1：2。
实施例11
本实施例公开一种环保水性油墨，与实施例8的区别在于，烷基氧化胺是由0.3g十四烷基二羟乙基氧化胺和1.1g十四烷基二甲基氧化胺复配而成，即十四烷基二羟乙基氧化胺和十四烷基二甲基氧化胺的质量比为1：4。
对比例
对比例1
与实施例1的区别为：使用帝斯曼B731的丙烯酸树脂等量代替本申请的改性丙烯酸树脂。
对比例2
与实施例1的区别为：使用聚氧乙烯脂肪醇醚等量代替基氧化胺和烷基磺基甜菜碱。
应用例
应用例1
将实施例1的环保水性油墨应用到牛皮纸张上时，印刷机的刮刀压力100N/m2，印刷速度0.5m/s。
应用例2-11
将实施例2-11的环保水性油墨应用到牛皮纸张上时，印刷机的刮刀压力200N/m2，印刷速度1.0m/s。
试验测试
试验1 测试色差
取实施例1-11和对比例1-2的环保水性放到展色仪的胶棍上，开机让胶辊上的油墨打均匀，在展色仪上夹一张印件所用的牛皮纸张，开动展色仪，将油墨印到牛皮纸张上后，取下颜色牛皮纸样1#-13#。将标准色样与1#-13#的颜色牛皮纸样并排放在色温箱里，用分光密度仪进行检测纸样和标样的明度值L、色度值a和b，标样的值为L=44.87，a=67.72，b=37.44，1#-13#纸样的数据记录在表1中。最后计算总色差值△Eab=[（△L）2+(△a)2+(△b)2）]1/2，（△L=L纸样-L标准，△a=a纸样-标准，△b=b纸样-b标准），总色差值小于2为合格品。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
根据12#、13#纸样与1-3#纸样的总色差值△Eab的值对比可得，12#、13#纸样的总色差值小于1-3#纸样，说明通过改性丙烯酸树脂、聚氨酯、大豆油、水性颜料以及其余助剂按比例配合，当颜料粒子与树脂之间具有良好亲和性时，被分散的颜料粒子能够很好地吸附树脂，保持油墨体系中颜料良好的分散稳定性，颜料得以在牛皮纸表面均匀地印刷，从而减少了印刷品与标准品之间的色差。
试验2 测试耐磨性
将1#-13#颜色牛皮样张切成5*25cm长条，然后固定在耐磨测试仪的底座下，上面配重部分夹一张4*20 cm的A4白纸，开动仪器，当白纸上出现颜色时读出摩擦次数，记录在表2中。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
通过4#-7#的耐磨次数与1#-3#的相比，4#-7#的耐磨次数远大于1#-3#，说明在本申请由聚甘油酯和聚乙烯蜡以1：（0.1-1.5）的质量比复配而成的抗磨剂的作用下，对因大豆油加入导致耐磨性降低问题得到了很大的改善。
通过4#-7#的色差与1#-3#相比，4#-7#的L值偏差大于1#-3#，说明，由十聚甘油肉豆蔻酸酯和聚乙烯蜡复配的抗磨剂会对油墨的总色差值，尤其是对明度L值有影响，通过8#-11#的色差值与4#-7#的色差对比，8#-11#的色差值小于4#-7#，说明选用烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚并以1：（2-6）：（0.6-1.4）的质量比复配，不但能够减少抗磨剂带来的L值差值问题，而且还减小了a值和b值的差异，使水性油墨的总色差值得以减小。
以上所述实施例仅为本发明优选实施例，用于解释说明本发明而不用于限制本发明的范围。本发明的染料和染料制备方法已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种环保型水性油墨，其特征在于：由以下质量份数的组分制备而成：
改性丙烯酸树脂40-65份；
水性聚氨酯15-30份；
三乙胺20-30份；
大豆油6-15份；
水性颜料3-10份；
分散剂0.2-0.8份；
抗磨剂0.3-0.8份；
水10-15份；
所述分散剂为烷基氧化胺、烷基磺基甜菜碱和聚氧乙烯脂肪醇醚以1：（2-6）：（0.6-1.4）的质量比复配而成；
所述抗磨剂是由聚甘油酯和聚乙烯蜡以1：（0.1-1.5）的质量比复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种环保型水性油墨，其特征在于：由以下质量份数的组分制备而成：
改性丙烯酸树脂40-58份；
水性聚氨酯20-25份；
三乙胺20-25份；
大豆油6-12份；
水性颜料3-6份；
分散剂0.2-0.5份；
抗磨剂0.3-0.6份；
水10-12份。
3.根据权利要求1所述的一种环保型水性油墨，其特征在于：所述烷基氧化胺为十四烷基二羟乙基氧化胺和十四烷基二甲基氧化胺以1：（2-4）的质量比复配而成，所述烷基磺基甜菜碱为十二烷基磺基甜菜碱。
4.根据权利要求1所述的一种环保型水性油墨，其特征在于：所述改性丙烯酸树脂的分子量为1500-3000，所述聚氨酯的分子量为1200-2000。
5.根据权利要求1所述的一种环保型水性油墨，其特征在于：所述抗磨剂是由聚甘油酯和聚乙烯蜡以1：（0.6-1.2）的质量比复配而成。
6.一种环保型水性油墨的制备方法，其特征在于：按照权利要求1-5任一项所述环保型水性油墨的配方，先将改性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、大豆油、三乙胺和分散剂搅拌均匀，在搅拌过程中慢慢加入水性颜料，最后加入抗磨剂和水，调节体系pH值为7.5-8，高速分散30min以上。
7.一种环保型水性油墨的应用，其特征在于：将权利要求1-5任一项所述环保水性油墨印刷到牛皮纸上，印刷时，刮刀压强100-200N/m2，印刷速度0.5-1.0m/s。
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