CN115093749A - 一种环保型凹版水性油墨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型凹版水性油墨及其制备方法,所述油墨按质量份数计包括以下组分,水性聚酯树脂40‑60份,分散介质15‑45份,着色剂5‑20份,助剂1‑5份,所述分散介质为水,助剂包括分散剂、增稠触变剂、胺中和剂、润湿剂、催干剂、流平剂、消泡剂。本发明油墨的制备采用了水加乙醇预溶解水性树脂,再通过升温加热的办法将乙醇去除得到了纯水分散体系均匀分散且状态稳定的树脂分散液。通过本方法制得的油墨极大的降低了油墨的VOC含量,还兼顾了其他性能。降低了对环境的污染,同时给使用者降低了环保处理费用,节约资源。
Description
技术领域
本发明属于水性油墨技术领域,具体涉及一种环保型凹版水性油墨及其制备方法。
背景技术
随着油墨市场的不断扩大,在满足印刷需要的前提下,各国政府的环保意识与法律逐渐加重。水性油墨区别于传统溶剂型油墨,一般是由水溶性树脂、着色剂、分散介质和助剂经复合加工研磨而成,由于其具备了无污染、低VOC,在印刷过程中对工人健康无影响、成本低,安全等多项优点,其研究受到了越来越多的重视,我国水性油墨的研究与推荐也已经成为了油墨行业未来发展的重点方向。凹版印刷是水性油墨目前最主要的应用领域之一。
现有的水性凹印油墨,为了提高其印刷适应性,通常都会添加部分脂类和醚类等分散介质来解决上述问题,或加入大量醇类(<30%)溶剂,用以改善上述问题。目前主要是采用水和醇作为分散介质,例如,专利申请201810022632.6公开的环保型水性凹版油墨及专利申请202010343483.0 公开的水性薄膜凹印复合油墨等。在凹版水性油墨领域中,改良后的水性油墨的分散介质采用了水+醇(<30%),虽然满足了现有标准《GB/T 26394-2011水性薄膜凹印复合油墨 》中对于醇类溶剂的要求,但是在实际应用中,仍有大量(10~30%)有机溶剂的排放,影响企业的生产效率提高了生产成本,排放过程中对大气环境仍有不良影响。同时油墨中有机溶剂含量仍然占有一定的比例(>10%),因而严格意义上来讲,仍属于溶剂型油墨的范畴,只是采用了比甲苯、丁酮这类溶剂危害小的醇类。
但如果只采用水作为分散介质并且需要保证油墨的稳定性,往往需要加入大量的水,会造成油墨的固含过低,而水性油墨印刷后只能靠挥发干燥固化,若固含过低,则会严重影响印刷速度,进而达不到稳定的印刷效果,更是无法满足凹版印刷机80-200m/min的快速印刷要求。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种环保型凹版水性油墨及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种环保型凹版水性油墨,所述油墨按质量份数计包括以下组分,水性聚酯树脂40-60份,分散介质15-45份,着色剂5-20份,助剂1-5份,所述分散介质为水,所述助剂包括分散剂、增稠触变剂、胺中和剂、润湿剂、催干剂、流平剂、消泡剂。
优选地,所述助剂各组分比例为:分散剂:增稠触变剂:胺中和剂:润湿剂:催干剂:流平剂:消泡剂=1:0.5-0.8:1:0.3-0.5:0.5-1.5:0.3-0.5:0.5-1.5。
优选地,所述分散剂为烷基聚氧乙烯醚、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠中的一种或一种以上;
所述增稠触变剂有机膨润土、有机改性水辉石、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中的一种或一种以上;
所述胺中和剂为二甲基乙醇胺、 二甲基乙酰胺、三乙胺、N,N-二乙基乙酰胺中的一种或一种以上;
所述润湿剂为二辛基磺化琥珀酸钠、甘油、二甲基亚砜、磺化油、大豆卵磷脂、聚氧化乙烯烷化醚中的一种或一种以上;
所述催干剂为二月桂酸二丁基锡;
所述流平剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中一种或一种以上;
所述消泡剂为乳化硅油、甘油三羟基聚醚、聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或一种以上。
优选地,所述水的含量为23.5~43.5份。
优选地,以上所述的一种环保型凹版水性油墨制备方法:包括如下步骤:
S1、将水和乙醇按比例投入到反应釜中,升温加热并搅拌均匀;
S2、向反应釜内加入由多元醇和多元酸通过缩聚反应并引入磺酸钠基团制备而成的水性聚酯树脂进行分散搅拌至充分溶解;
S3、继续升温,待冷凝液体收集瓶内的液体体积与初始投入乙醇量相等时停止加热,保持搅拌状态待温度降至室温后依次加入颜料、分散剂、增稠触变剂进行充分分散搅拌均匀;该步骤中蒸发冷凝回流收集的乙醇可进行循环使用,至少循环使用10次以上。
S4、将S3中的物料移到研磨机进行研磨,至达到细度要求后,将磨好的基墨材料移到反应釜内,再按配方依次加入其他助剂继续搅拌,即可得到目标水性油墨产品。所述研磨机为卧式研磨机、离心研磨机、滚筒研磨机或转轴式研磨机。
搅拌器为旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、桨式搅拌器或锚式搅拌器中的一种。
优选地,所述S1中水和乙醇的比例为3:2-2:3。
优选地,所述多元酸为己二酸、间苯二甲酸中的一种,多元醇为1,4-丁二醇、乙二醇中的一种,所述磺酸钠基团来自5-磺酸钠间苯二甲酸乙二酯、5-磺酸钠1,3间苯二甲酸二甲酯中的一种。
优选地,所述S2中水性聚酯树脂为第一水性聚酯树脂和第二水性聚酯树脂的混合;
所述第一水性聚酯树脂为5-磺酸钠间苯二甲酸乙二酯、1,4-丁二醇,己二酸,反应得到水性聚酯树脂WS01;
所述第二水性聚酯树脂为5-磺酸钠1,3间苯二甲酸二甲酯、乙二醇及间苯二甲酸,反应得到水性聚酯树脂WS02。
优选地,所述水性聚酯树脂WS01与水性聚酯树脂WS02的混合比例为2:3-3:2。
本发明油墨的制备采用了水加乙醇预溶解水性树脂,再采用升温加热的办法将乙醇去除的方法得到了纯水分散体系均匀分散且状态稳定的树脂分散液。该制备方法所利用的机理在于:水性树脂在水中的溶解性与水性单体的含量有直接关系,水性单体太多,树脂的耐水性耐化学性,光泽性等性能较差,水性单体太少,不易溶于水中,此时需要通过加入部分含量的助溶剂。助溶剂在分散液里提供一定的溶解力,使分子链伸展,加入的亲水性醇醚类助溶剂在水与聚合物颗粒之间起桥梁作用,一方面使得分散体的粒径足够小,另一方面阻止粒子聚集体的形成。
分散相粒子之间存在范德华力,会使粒子聚结向降低比表面积的趋势,比表面积大带来的过多的表面能,粒子在表面张力的作用下倾向于能量低的较小比表面状态,因此就如同高处的水有向下流的趋势,团聚的发生也是自发的。水性体系中存在静电稳定性,当有两个相同电荷的微粒接近时会导致一个排斥的作用, 由此产生的库伦相斥力的带电粒子使系统保持稳定。只有当粒子之间的静电排斥力大于范德华的吸引力,分散体才稳定。当水加助溶剂溶解树脂,使得树脂颗粒足够小,树脂颗粒间的范德华力小于粒子之间的静电排斥力,这时候,粒径小,分布窄,去除助溶剂分子,溶液体系仍可以保持稳定的状态。
本发明的有益效果体现在:本发明中的油墨其连接料、着色剂、助剂直接配比合理,极大的降低了油墨的VOC含量的同时,还兼顾了其他性能。降低了对环境的污染,同时给使用者降低了环保处理费用,节约资源。
本发明的制备过程简单,能耗低,成本低廉,制备和使用过程中环保性均较好,适合推广生产使用。本发明中的环保水性油墨的分散介质全部采用去离子水,产品稳定性维持至少半年,且前后性能差异变化不大。极大提升了水性油墨的保质期以及保质期内油墨的稳定性。
具体实施方式
水溶性树脂在油墨中主要起连接料的作用,使颜料颗粒均匀分散;另外,可以使油墨具有一定的流动性,产生与承印物材料的粘附力,使油墨在印刷后形成均匀的膜层。以下结合实施例具体阐述本发明的技术方案。
实施例1-5:
配方如表1所示。
将水醇(去离子水/乙醇=1/1)混合溶剂投入到反应釜,将反应釜升温加热至50℃搅拌,搅拌速度为200r/min,逐渐向釜内加入水性聚酯树脂固体颗粒,树脂在水醇混合溶剂中充分搅拌并且均匀分散,搅拌120min后待固体树脂完全溶解后,升温至70℃,转速不变,此时,冷凝液体收集瓶内逐渐流入乙醇,当冷凝液体收集瓶内的液体体积与初始投入乙醇量相等时停止加热,降温至室温,此过程中不停止搅拌,然后将颜料、分散剂、增稠触变剂依次投入到反应釜内,充分分散搅拌均匀。将分散好的材料移到卧式磨砂机中开展研磨,研磨2-5道,测细度做到15μm,达到细度要求后,将磨好的基墨材料移到反应釜内,再按配方依次加入其他剩余助剂继续搅拌,搅拌速度为800r/min,30min,即可得到目标水性油墨产品。
对比例1:配方如表1所示。
制备步骤:
首先将水醇(去离子水/乙醇=1/1)混合溶剂投入到反应釜内,将反应釜升温加热至50℃搅拌,搅拌速度为200r/min,逐渐向釜内加入水性聚酯树脂固体颗粒,树脂在水醇混合溶剂中充分搅拌并且均匀分散,搅拌120min后待固体树脂完全溶解后,升温至70℃,转速不变,此时,冷凝液体收集瓶内逐渐流入乙醇,当冷凝液体收集瓶内的液体体积与初始投入乙醇量相等时停止加热,降温至室温,此过程中不停止搅拌,然后将颜料、分散剂、增稠触变剂依次投入到反应釜内,分散搅拌均匀。分散好的材料移到卧式磨砂机中开展研磨,研磨2-5道,测细度做到15μm,达到细度要求后,将磨好的基墨材料移到反应釜内,再按配方依次加入其他剩余助剂继续搅拌,搅拌速度为800r/min,30min,即可得到目标水性油墨产品。
对比例2-6:
配方如表1所示。
制备步骤与对比例1相同。
对比例7:
组成如表1所示。
制备步骤:
首先将水醇(去离子水/乙醇=1/1)混合溶剂投入到反应釜内,将反应釜升温加热至50℃搅拌,搅拌速度为200r/min,逐渐向釜内加入水性聚酯树脂固体颗粒,树脂在水醇混合溶剂中充分搅拌并且均匀分散,搅拌120min后待固体树脂完全溶解后,升温至70℃,转速不变,此时,冷凝液体收集瓶内逐渐流入乙醇,当冷凝液体收集瓶内的液体体积与初始投入乙醇量相等时停止加热,降温至室温,此过程中不停止搅拌,然后将颜料投入到反应釜内,充足分散搅拌均匀。分散好的材料移到卧式磨砂机中开展研磨,研磨2-5道,测细度做到15μm,达到细度要求后,将磨好的基墨材料移到反应釜内,再按配方依次加入分散剂、增稠触变剂和其他剩余助剂继续搅拌,搅拌速度为800r/min, 30min,即可得到目标水性油墨产品。
所述原料配比按质量份,具体如表1所示。
表1:原料配比
以上其他助剂包括:0.2份二甲基乙醇胺、0.1份二辛基磺化琥珀酸钠、0.3份二月桂酸二丁基锡、0.1份聚二甲基硅氧烷和0.2份乳化硅油。
具体的测试方法
对实施例和对比例制备得到的产品进行性能测试,测试方法如下,
根据国标内标准方法或所述具体测试方法测得。具体如下
颜色、光泽、细度、黏度、初干性、着色力、附着牢度、抗粘性根据以下国标中得测试方法所测。
GB/T 13217.3-2008《液体油墨检验方法 细度检验方法》
GB/T 13217.4-2008《液体油墨检验方法 黏度检验方法》
GB/T 13217.7-2008《液体油墨检验方法 附着牢度检验方法》
GB/T 13217.5-2008《液体油墨检验方法 初干性检验方法》
GB/T 13217.2-2008《液体油墨检验方法 光泽检验方法》
QB 568-83 《油墨耐乙醇、耐酸、耐碱、耐水的检测方法:浸泡法》
GB/T23986-2009 《色漆和清漆 挥发性有机化合物(VOC)含量的测定气相色谱法》
稳定性:将油墨之于50℃烘箱中7天,对比黏度细度变化是否增稠反粗,如无或仅轻微增稠返粗,说明体系稳定性良好。
彻干性:将油墨放置刮板细度计100um处(墨量以刮满槽为准)迅速刮下,立刻用聚丙烯(pp)膜,盖在其上,用轻压使pp沾上油墨,马上揭下;同时计时,用一次性薄膜手套黏印记,到100um处墨迹干透,不黏一次性薄膜手套时,所用的时间,则为彻干性(25℃,相对湿度65±5%)。
相关测试结果:
对比例1与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料为单组份树脂。
对比例2与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料为单组份树脂。
对比例3与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料树脂含量不同。
对比例4与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料树脂含量不同。
对比例5与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料树脂双组分之间的比例不同。
对比例6与实施例3相比,区别在于油墨配方中的连结料树脂双组分之间的比例不同。
对比例7与实施例3相比,区别在于油墨制备过程中操作顺序不同,实施例3为先依次添加颜料、分散剂、增稠触变剂后进行研磨,然后加入其他剩余助剂;对比例7为先添加颜料后研磨,然后再依次加入分散剂、增稠触变剂和其他剩余助剂。
具体性能测试结果如下表2和表3所示。
表2:各个实施例的性能测试结果对比
检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | QB/T4103-2010 | 检测方法 |
细度/μm | 13 | 12 | 11 | 12 | 12 | ≤20 | GB/T13217.3 |
粘度/(s/3#) | 25 | 24 | 24 | 24 | 24 | 10~35 | GB/T13217.4 |
着色力/% | 99 | 98 | 100 | 99 | 99 | 90~105 | GB/T13217.6 |
附着牢度/% | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | ≥90 | GB/T13217.7 |
初干性/(mm/30s) | 30 | 28 | 23 | 23 | 23 | 10~30 | GB/T13217.5 |
彻干性(s) | 240 | 200 | 170 | 170 | 170 | ||
光泽度/% | ≥50 | ≥50 | ≥50 | ≥50 | ≥50 | ≥50 | GB/T13217.2 |
耐水级/级 | ≥3 | ≥3 | ≥4 | ≥4 | ≥4 | ≥3 | QB 568-83 |
耐磨性/次 | ≥100 | ≥100 | ≥100 | ≥100 | ≥100 | ≥100 | QB/T4103 |
VOC含量/% | <1% | <1% | <1% | <1% | <1% | ≤30 | GB/T23986-2009 |
表3:各个对比例的性能测试结果对比
检测项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | 对比例7 | QB/T4103-2010 | 检测方法 |
细度/μm | 12 | 13 | 11 | 12 | 12 | 12 | 12 | ≤20 | GB/T13217.3 |
粘度/(s/3#) | 24 | 24 | 15 | 40 | 24 | 24 | 24 | 10~35 | GB/T13217.4 |
着色力/% | 99 | 98 | 85 | 99 | 99 | 99 | 80 | 90~105 | GB/T13217.6 |
附着牢度/% | 100 | 100 | 90 | 100 | 100 | 100 | 80 | ≥90 | GB/T13217.7 |
初干性/(mm/30s) | 29 | 29 | 55 | 20 | 23 | 26 | 23 | 10~30 | GB/T13217.5 |
彻干性(s) | 180 | 180 | 240 | 150 | 170 | 180 | 170 | ||
光泽度/% | ≥50 | ≥50 | ≥50 | 30 | ≥50 | ≥50 | 40 | ≥50 | GB/T13217.2 |
耐水级/级 | 2 | ≥3 | 2 | ≥4 | ≥3 | 2 | 2 | ≥3 | QB 568-83 |
耐磨性/次 | ≥100 | 50 | 20 | ≥100 | 75 | ≥100 | 80 | ≥100 | QB/T4103 |
VOC含量/% | <1% | <1% | <1% | <1% | <1% | <1% | <1 | ≤30 | GB/T23986-2009 |
综上所述,本发明中的环保水性油墨不易燃烧,方便运输和存储。满足1089-2020《印刷工业污染防治可行技术指南》标准。VOC含量远远小于标准QB/T4103-2010的要求,真正的做到了环保水性油墨。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种环保型凹版水性油墨,其特征在于:所述油墨按质量份数计包括以下组分,水性聚酯树脂40-60份,分散介质15-45份,着色剂5-20份,助剂1-5份,所述分散介质为水,所述助剂包括分散剂、增稠触变剂、胺中和剂、润湿剂、催干剂、流平剂、消泡剂。
2.如权利要求1所述的一种环保型凹版水性油墨,其特征在于:所述助剂各组分比例为:分散剂:增稠触变剂:胺中和剂:润湿剂:催干剂:流平剂:消泡剂=1:0.5-0.8:1:0.3-0.5:0.5-1.5:0.3-0.5:0.5-1.5。
3.如权利要求1所述的一种环保型凹版水性油墨,其特征在于:所述分散剂为烷基聚氧乙烯醚、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠中的一种或一种以上;
所述增稠触变剂有机膨润土、有机改性水辉石、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中的一种或一种以上;
所述胺中和剂为二甲基乙醇胺、 二甲基乙酰胺、三乙胺、N,N-二乙基乙酰胺中的一种或一种以上;
所述润湿剂为二辛基磺化琥珀酸钠、甘油、二甲基亚砜、磺化油、大豆卵磷脂、聚氧化乙烯烷化醚中的一种或一种以上;
所述催干剂为二月桂酸二丁基锡;
所述流平剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中一种或一种以上;
所述消泡剂为乳化硅油、甘油三羟基聚醚、聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或一种以上。
4.如权利要求1所述的一种环保型凹版水性油墨,其特征在于:所述水的含量为23.5~43.5份。
5.如权利要求1-4中任一所述一种环保型凹版水性油墨制备方法:其特征在于:包括如下步骤:
S1、将水和乙醇按比例投入到反应釜中,升温加热并搅拌均匀;
S2、向反应釜内加入由多元醇和多元酸通过缩聚反应并引入磺酸钠基团制备而成的水性聚酯树脂进行分散搅拌至充分溶解;
S3、继续升温,待冷凝液体收集瓶内的液体体积与初始投入乙醇量相等时停止加热,保持搅拌状态待温度降至室温后依次加入颜料、分散剂、增稠触变剂进行充分分散搅拌均匀;
S4、将S3中的物料移到研磨机进行研磨,至达到细度要求后,将磨好的基墨材料移到反应釜内,再按配方依次加入其他助剂继续搅拌,即可得到目标水性油墨产品。
6.如权利要求5所述的一种环保型凹版水性油墨制备方法:其特征在于:所述S1中水和乙醇的比例为3:2-2:3。
7.如权利要求5所述的一种环保型凹版水性油墨制备方法:其特征在于:所述多元酸为己二酸、间苯二甲酸中的一种,多元醇为1,4-丁二醇、乙二醇中的一种,所述磺酸钠基团来自5-磺酸钠间苯二甲酸乙二酯、5-磺酸钠1,3间苯二甲酸二甲酯中的一种。
8.如权利要求5所述的一种环保型凹版水性油墨制备方法:其特征在于:所述S2中水性聚酯树脂为第一水性聚酯树脂和第二水性聚酯树脂的混合;
所述第一水性聚酯树脂为5-磺酸钠间苯二甲酸乙二酯、1,4-丁二醇,己二酸,反应得到的水性聚酯树脂WS01;
所述第二水性聚酯树脂为5-磺酸钠1,3间苯二甲酸二甲酯、乙二醇及间苯二甲酸,反应得到的水性聚酯树脂WS02。
9.如权利要求8所述的一种环保型凹版水性油墨制备方法:其特征在于:所述水性聚酯树脂WS01与水性聚酯树脂WS02的混合比例为2:3-3:2。
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GR01 | Patent grant | ||
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