CN114574031A - 一种绿色环保的水性油墨及印刷工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及印刷技术领域，具体公开了一种绿色环保的水性油墨及印刷工艺。绿色环保的水性油墨包括如下重量份数的组分：环氧改性聚氨酯乳液100‑120份；颜料5‑10份；助剂6‑10份；溶剂20‑30份；所述环氧改性聚氨酯乳液的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇混合，加入扩链剂Ⅰ反应得到聚氨酯预聚体，然后加入环氧树脂反应后，加入丙酮，降温后剪切分散，加入扩链剂Ⅱ扩链，即得环氧改性聚氨酯乳液。本申请的水性油墨不含有毒有害成分，使用时产生的挥发性有机化合物少，有利于环保。
Description
技术领域
本申请涉及印刷技术领域，更具体地说，它涉及一种绿色环保的水性油墨及印刷工艺。
背景技术
油墨是用于印刷的重要材料，其连结料树脂、颜料、填料、助剂和溶剂等组成。随着社会需求增大，油墨品种和产量也相应扩展和增长。挥发性有机化合物是由汽车尾气、涂料、印刷、石油产业等以及各类工厂中排放出来的挥发性有害成分。在印刷行业，油墨中的挥发性有机化合物主要是指油墨中的矿物油成分，当印刷完毕后，油墨在干燥的过程中，树脂和植物油成分能够在空气中氧化成膜，停留在印刷制品表面，而矿物油成分则会通过挥发排放至环境中，形成挥发性有机化合物。
已有的溶剂型油墨中有机溶剂易挥发，不但污染环境，还给行业工人带来了身体健康上的危害。因此，为了响应环保的号召，并减少对作业人员的危害，研究出一种具有低挥发性有机化合物挥发量的油墨具有十分重大的意义。
发明内容
为了减少印刷过程中可挥发性有机化合物的排放量，降低对环境的污染，本申请提供一种绿色环保的水性油墨及印刷工艺。
第一方面，本申请提供一种绿色环保的水性油墨，采用如下的技术方案：
一种绿色环保的水性油墨，包括如下重量份数的组分：
环氧改性聚氨酯乳液100-120份；
颜料5-10份；
助剂6-10份；
溶剂20-30份；
所述环氧改性聚氨酯乳液的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇混合，加入扩链剂Ⅰ反应得到聚氨酯预聚体，然后加入环氧树脂反应后，加入丙酮，降温后剪切分散，加入扩链剂Ⅱ扩链，即得环氧改性聚氨酯乳液。
通过采用上述技术方案，本申请的油墨以环氧树脂为改性树脂，甲苯二异氰酸酯和聚醚二元醇为主要原料，制备环氧改性聚氨酯乳液，相比于已有的溶剂型油墨，本申请的油墨不含有毒有害物质，在使用过程中无挥发性有机化合物排放，是一种环境友好型油墨。并且，本申请的油墨还具有较好的耐摩擦性能和耐水、耐碱性能，可满足实际应用的要求。
优选的，所述环氧树脂的环氧值为0.2-0.5mol/100g。
优选的，所述环氧树脂的环氧值为0.2mol/100g。
通过采用上述技术方案，环氧树脂环氧值的不同对环氧改性聚氨酯乳液的性能有较明显影响。当环氧值较低时，环氧树脂相对分子量较大，羟值较大，环氧树脂作为大分子扩链剂参与反应，使合成的乳液具有较大的交联密度。但是当环氧值过低时，聚合物大分子支链之间相互缠绕，从而降低了乳液的贮藏稳定性，从而使得到的水性油墨容易出现沉淀现象。
优选的，所述环氧树脂的用量占甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的2-8％。
优选的，所述环氧树脂的用量占甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的6％。
通过采用上述技术方案，环氧树脂的用量对油墨的性能会有较明显影响。随着环氧树脂用量的增加，水性油墨的耐水、耐碱、耐摩擦性能存在明显的先升高后降低的情况，具体为当环氧树脂用量占甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的2-6％时，所得水性油墨的各项性能会有明显的升高，当超过6％时，油墨的各项性能又会有所降低。
优选的，所述扩链剂Ⅰ由2,2-二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇按重量比(4-5):1混合组成。
通过采用上述技术方案，2,2-二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇共同组成的扩链剂可提高制得乳液的成膜性能，从而提高水性油墨的耐摩擦性能。在上述范围内，最终所得的水性油墨具有较好的耐摩擦性能。
优选的，所述扩链剂Ⅱ为乙二胺。
优选的，所述颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:(0.2-0.4)混合组成。
通过采用上述技术方案，以天然植物提取颜料作为主要染色物质，进一步降低了油墨的毒性，有助于保护环境。通过将植物颜料与气相二氧化硅按上述比例复配，提高了植物颜料的稳定性，且改善了植物颜料容易脱色的缺陷，从而提高了油墨的着色性能和着色的持久性。
第二方面，本申请提供一种绿色环保的印刷工艺，采用如下的技术方案：
一种绿色环保的印刷工艺，包括以下步骤：
基材预处理：去除基材表面的污染物；
印刷：使用上述绿色环保的水性油墨对预处理后的基材进行印刷，烘干；
固化：将印刷后的基材进行微波固化成膜，即得印刷成品。
通过采用上述技术方案，本申请的印刷方法过程简单，且过程中不会产生挥发性有机物，对环境友好，且不会对工作人员的身体健康带来危害。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用环氧树脂对聚氨酯进行改性，得到环氧改性聚氨酯乳液，并将其作为主要连接料，最终制得的油墨在使用时无挥发性气体排放，是一种环境友好型油墨，有效降低了印刷过程对环境的污染；
2、本申请采用天然植物提取颜料作为主要染色成分，在使用时无挥发性有机物产生，且通过复配气相二氧化硅，提高了植物颜料的稳定性，改善了植物颜料易脱色的缺陷，使制得的油墨具有较好的耐摩擦性能和稳定性；
3、本申请的印刷工艺，步骤简单，且过程中不会产生挥发性有机化合物，是一种绿色环保的印刷工艺。
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。
本申请的各实施例中所用的原料，除下述特殊说明之外，其他均为市售：
聚醚二元醇的分子量为400，型号为330HP；
环氧树脂CYD-014U的环氧值为0.105mol/100g；
环氧树脂CYD-0111的环氧值为0.210mol/100g；
环氧树脂CYD-128的环氧值为0.525mol/100g；
环氧树脂E-44的环氧值为0.43mol/100g。
环氧改性聚氨酯乳液的制备例
制备例1
一种环氧改性聚氨酯乳液，其制备步骤为：将3kg聚醚二元醇加入7kg的甲苯二异氰酸酯中，控制温度为75℃，反应40min，然后升温至80℃反应10min，控制温度为75℃，加入0.6kg 2,2-二羟甲基丙酸反应30min，得到聚氨酯预聚体，加入0.1kg环氧树脂CYD-014U(环氧值0.1mol/100g)，控制温度为70℃，反应30min，加入0.5kg丙酮后，冷却至40℃，在8000r/min下剪切分散20min，分散期间，每隔5min加入0.1kg水，然后加入0.2kg 1,4-丁二醇，反应20min，即得环氧改性聚氨酯乳液。
制备例2-4
一种环氧改性聚氨酯乳液，与制备例1的不同之处在于，所使用的环氧树脂不同，具体如下表所示。
制备例1-4环氧树脂的种类及环氧值：
制备例5-7
一种环氧改性聚氨酯乳液，与制备例2的不同之处在于，所使用的环氧树脂的使用量不同，具体如下表所示。
制备例2及制备例5-7环氧树脂的用量：
制备例8-10
一种环氧改性聚氨酯乳液，与制备例6的不同之处在于，所使用的扩链剂Ⅰ不同，具体如下表所示。
制备例6及制备例8-10扩链剂Ⅰ的使用情况：
制备例11
一种环氧改性聚氨酯乳液，与制备例9的不同之处在于，扩链剂Ⅱ为0.2kg乙二胺。
性能检测试验
试验一：
以实施例和对比例中的油墨作为测试对象，进行VOC含量检测，检测方法如下：将称量皿放在110℃的烘箱中加热20min，然后在25℃下冷却10min，称取称量皿的重量，记为Ag；称取油墨样品于称量皿中，将油墨样品的重量记为Bg；将称量皿放入烘箱，在100℃的温度下，加热60min，然后在25℃下冷却10min，再次称取加热后称量皿与油墨残渣的重量，记为Cg，则VOC含量(％)＝(A+B-C)/B×100％。
试验二：
以实施例和对比例中的油墨作为测试对象，参照GB/T 13217.7-2009《液体油墨附着牢度检验方法》中的方法，测试油墨附着牢度。
试验三：
以实施例和对比例中的油墨作为测试对象，参照GB/T 6753.3-1986《涂料贮存稳定性试验方法》中的方法，测试油墨的贮藏稳定性。
试验四：
以实施例和对比例中的油墨作为测试对象，参照QB 568-1983中的方法，测试油墨的耐水溶剂性。
实施例
实施例1
一种绿色环保的水性油墨，由100kg环氧改性聚氨酯乳液、5kg颜料、6kg助剂和20kg溶剂经机械搅拌混合制备而成。
其中，环氧改性聚氨酯乳液由制备例1制得；颜料为无机颜料；助剂由1.6kg有机硅类消泡剂、2.4kg钛酸酯分散剂、1kg有机硅类流平剂和1kg硅烷偶联剂组成；溶剂为水。
实施例2
一种绿色环保的水性油墨，与实施例1的不同之处在于，由110kg环氧改性聚氨酯乳液、8kg颜料、8kg助剂和25kg溶剂经机械搅拌混合制备而成。
其中，助剂由2.1kg有机硅类消泡剂、3.3kg钛酸酯分散剂、1.3kg有机硅类流平剂和1.3kg硅烷偶联剂组成。
实施例3
一种绿色环保的水性油墨，与实施例1的不同之处在于，由120kg环氧改性聚氨酯乳液、10kg颜料、10kg助剂和30kg溶剂经机械搅拌混合制备而成。
其中，助剂由2.6kg有机硅类消泡剂、4kg钛酸酯分散剂、1.7kg有机硅类流平剂和1.7kg硅烷偶联剂组成。
对比例1
一种油墨，为市售的溶剂型油墨。
实施例1-3及对比例1的性能检测结果：
由上述数据可知，本申请的水性油墨在使用过程的VOC排放量不足1％，而对比例1中市售的溶剂型油墨在使用过程的VOC排放量可达15％以上，由此表明了本申请的水性油墨是一种环境友好型材料，使用过程基本无挥发性有机化合物产生。进一步的，通过对比附着牢度、贮藏稳定性和耐水溶剂性可知，本申请实施例1-3制得的水性油墨与对比例1中市售的溶剂型油墨具有相当的贮藏稳定性，测试之后均无沉淀产生；实施例1-3的水性油墨相比于对比例1的油墨具有更好的附着牢度；虽实施例1的水性油墨在进行耐水溶剂性测试后出现了轻微起泡现象，但整体仍具有较好的耐水溶剂性能。
实施例4-6
一种绿色环保的水性油墨，与实施例2的不同之处在于，环氧改性聚氨酯乳液依次由制备例2-4制备获得。
实施例2及实施例4-6的性能检测结果：
由上述数据可知，实施例3-6制得的水性油墨具有更好的附着牢度，相较于实施例2均有不同程度的提高。其中，实施例4为较优实施例，其制得水性油墨的附着牢度可达91.22％。
实施例7-9
一种绿色环保的水性油墨，与实施例4的不同之处在于，环氧改性聚氨酯乳液依次由制备例5-7制备获得。
实施例4及实施例7-9的性能检测结果：
由上述数据可知，实施例7-9制得的水性油墨具有更好的附着牢度，相较于实施例4均有不同程度的提高。但是实施例9制得的水性油墨的贮藏稳定性相较于其他实施例而言具有较明显降低，由此表明了，当环氧树脂的使用量为甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的8％时，所得的水性油墨虽然具有更好的附着牢度，但是贮藏稳定性却有所降低。
实施例10-12
一种绿色环保的水性油墨，与实施例8的不同之处在于，环氧改性聚氨酯乳液依次由制备例8-10制备获得。
实施例8及实施例10-12的性能检测结果：
由上述数据可知，在制备环氧改性聚氨酯乳液的过程中，当扩链剂Ⅰ由2,2-二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇按重量比(4-5):1混合组成时，最终制得的水性油墨具有更好的附着牢度，其中，当扩链剂Ⅰ由2,2-二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇按重量比4.5:1混合组成时，所得水性油墨的附着牢度更佳。
实施例13
一种绿色环保的水性油墨，与实施例11的不同之处在于，环氧改性聚氨酯乳液由制备例11制备获得。
实施例11及实施例13的性能检测结果：
由上述数据可知，实施例13制得的水性油墨相比于实施例11而言，具有更好的附着牢度，由此表明了，在环氧改性聚氨酯乳液中，使用乙二胺作为扩链剂Ⅱ进行扩链反应，最终所得的水性油墨具有更好的附着牢度。
实施例14
一种绿色环保的水性油墨，与实施例13的不同之处在于，水性油墨中，颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:0.2混合组成。
实施例15
一种绿色环保的水性油墨，与实施例13的不同之处在于，水性油墨中，颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:0.3混合组成。
实施例16
一种绿色环保的水性油墨，与实施例13的不同之处在于，水性油墨中，颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:0.4混合组成。
实施例13及实施例14-16的性能检测结果：
由上述数据可知，使用植物颜料复配气相二氧化硅作为油墨的颜料，不仅可进一步降低使用过程中的挥发性有机化合物排放量，还提高了水性油墨的附着牢度。其中，当颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:0.3混合组成时，所得水性油墨的附着牢度最佳。
应用例
一种绿色环保的印刷工艺，包括以下步骤：
基材预处理：去除基材表面的污染物；
印刷：使用上述实施例1-16制得的水性油墨对预处理后的基材进行印刷，控制温度为50℃烘干2h；
固化：将印刷后的基材进行微波固化成膜，微波频率1800MHz，固化时间4min，即得印刷成品。
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做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 (9)
1.一种绿色环保的水性油墨，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
环氧改性聚氨酯乳液 100-120份；
颜料 5-10份；
助剂 6-10份；
溶剂 20-30份；
所述环氧改性聚氨酯乳液的制备方法为：将甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇混合，加入扩链剂Ⅰ反应得到聚氨酯预聚体，然后加入环氧树脂反应后，加入丙酮，降温后剪切分散，加入扩链剂Ⅱ扩链，即得环氧改性聚氨酯乳液。
2.根据权利要求1所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述环氧树脂的环氧值为0.2-0.5mol/100g。
3.根据权利要求3所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述环氧树脂的环氧值为0.2mol/100g。
4.根据权利要求1所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述环氧树脂的用量占甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的2-8%。
5.根据权利要求4所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述环氧树脂的用量占甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇总重量的6%。
6.根据权利要求1所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述扩链剂Ⅰ由2,2-二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇按重量比(4-5):1混合组成。
7.根据权利要求1所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述扩链剂Ⅱ为乙二胺。
8.根据权利要求1所述的绿色环保的水性油墨，其特征在于，所述颜料由植物颜料和气相二氧化硅按重量比1:(0.2-0.4)混合组成。
9.一种绿色环保的印刷工艺，其特征在于，包括以下步骤：
基材预处理：去除基材表面的污染物；
印刷：使用权利要求1-8任一项所述的水性油墨对预处理后的基材进行印刷，烘干；
固化：将印刷后的基材进行微波固化成膜，即得印刷成品。
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| CN202210196747.3A CN114574031A (zh) | 2022-03-01 | 2022-03-01 | 一种绿色环保的水性油墨及印刷工艺 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116278439A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-23 | 苏州市深广印刷有限公司 | 一种高附着力油墨印刷工艺 |
| CN116769352A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-09-19 | 萍乡市辉龙包装材料有限公司 | 一种水性凹印卷筒纸油墨及其制备方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113354982A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 上海景条印刷有限公司 | 一种绿色环保的印刷工艺 |
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2022
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Patent Citations (1)
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