CN115895334A - 一种强附着的自干型水性油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种强附着的自干型水性油墨及其制备方法，至少包括以下重量份的组分：

所述水性聚氨酯为低聚物多元醇、甲苯二异氰酸酯、醇类扩链剂、亲水剂聚合，引入封闭异氰酸酯自交联性能改进的聚合物；所述水性自交联丙烯酸为甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和己二酸二酰肼进行自由基溶液聚合的共聚物；所述阳离子湿强树脂为聚酰胺表氯醇；所述干燥剂为氧化钙。

Description

一种强附着的自干型水性油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及油墨技术领域，具体涉及一种强附着的自干型水性油墨及其制备方法。

背景技术

目前，凹印机烘箱的加热温度一般为60℃至80℃，在此干燥条件下用纯水型凹印油墨印刷，由于油墨容易在表面脱落，且干燥速度慢，水性油墨在通过凹印机印刷于纸上时油墨在纸上时容易脱落，印刷时效短，且干燥速度慢，无法满足凹印机的印刷速度。因此，需要针对性的研发一款既不容易脱落又能够快速干燥的水性油墨。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的水性油墨在通过凹印机印刷于纸上时油墨在纸上时容易脱落，印刷时效短，且干燥速度慢，无法满足凹印机的印刷速度。

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种强附着的自干型水性油墨，包括以下重量份的组分：

所述水性聚氨酯为低聚物多元醇、甲苯二异氰酸酯、醇类扩链剂、亲水剂聚合，链段长度为200-50000，引入封闭异氰酸酯自交联性能改进的聚合物；

所述水性自交联丙烯酸为甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和己二酸二酰肼进行自由基溶液聚合的共聚物；

所述阳离子湿强树脂为聚酰胺表氯醇；

所述干燥剂为由内部氧化钙和外部疏水型化合物壳体材料构成的温控微胶囊；

本发明针对现有技术中存在的干燥剂过早生效的问题，提供了一种温控微胶囊型干燥剂；微胶囊型干燥剂的制备方法，包括：

将疏水型化合物溶于乙醇溶剂中，再加入氧化钙粉末，通过搅拌使疏水型化合物包覆在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂；然后将胶囊体进行分离提纯、干燥，得到氧化钙温控微胶囊。

所述的疏水型化合物为月桂酸；

所述的表面活性剂为脂肪酸单甘酯和脂肪酸二甘酯。

制备微胶囊壳体中使用的乙醇可通过蒸馏或者减压蒸馏等分离技术进行回收，不向外部环境中排放，以循环利用。

在一实施方案中，可降解的自干型水性油墨，还包括

在上述实施方案中，所述低聚物多元醇为聚醚二醇，所述扩链剂为乙二醇。

在一实施例中，所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与烷基酚醚磺基的混合物，其配比为1:2。

在一实施例中，所述分散剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物。

在一实施例中，所述颜料为酸性粒子元青、胭脂树橙E160b、氧化铁蓝中的一种，可根据具体的色彩印刷需求选用。

在一实施例中，所述消泡剂为硅聚醚消泡剂。

在一实施例中，所述消光粉为二氧化硅。

在一实施例中，所述聚乙烯蜡为水性聚乙烯蜡乳液。

本发明在于提供一种强附着的自干型水性油墨，按照如下步骤进行：

S1、按配比将水性聚氨酯、水性自交联丙烯酸、水性交联剂、St/BuAc共聚物、去离子水混合均匀，得到混合原料；

S2、向步骤S1制得的混合原料中加入润湿剂、阳离子湿强树脂和分散剂搅拌均匀，制得混合分散料；

S3、向向步骤S2制得的混合分散料中加入温控微胶囊、水性乙酸纤维素并搅拌均匀，制得油墨半成品。

S4、根据需求向步骤S3制得的油墨半成品中加入所需打印颜色的颜料、消泡剂、消光粉和聚乙烯蜡，搅拌均匀后制得强附着的自干型水性油墨。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1、水性油墨对基材的附着力和柔韧性取决于聚合物乳液的性能，这些乳剂通常以丙烯酸树脂为基础，种类繁多。虽然这些聚合物耐热性较差，但在许多薄膜衬底上使用时，较软、低玻璃化转变温度(Tg)的聚合物通常具有更佳的附着力和灵活性；而以纳米共聚物为粘合剂的样品在耐水性、色密度和粘度方面都有提高；本发明水性油墨可用于纸张、雕刻和双面印刷，并用于制造罐头或纸箱；与一般聚醚硅氧烷共聚物相比，纳米St/BuAc聚合物的粘度值略高，这种较高的粘度会减少油墨在表面的扩散，这可以增加耐污性，使其不容易脱落。添加阳离子湿强树脂通过聚酰胺表氯醇分子结构上的高密正电荷与纤维结构上的负电荷相互作用而留着在纤维表面，分子上的活性基团与纤维上的羟基起化学反应，形成稳固的化学键结构，能够抵抗水分子对它的破坏，这样利用分子链的“架桥”，可增强产品耐水性；用手摇滚筒在纸上涂上适量的柔版油墨后，将纸浸入25℃的蒸馏水中静置30秒。然后观察墨水是否从纸上流下来。如图1所示，纳米St/BuAc聚合物具有较强的疏水性，可大幅提高印制纸的耐水性。

2、当温控微胶囊与水性聚氨酯、水性交联剂、水性自交联丙烯酸、水性乙酸纤维素混合后，部分交联聚合物通过氢键或范德华力粘附于温控微胶囊表面，形成一定的空间位阻，以阻止温控微胶囊内的氧化钙；当凹印机的烘箱加热升温时，使温控微胶囊表面的交联聚合物和壳体材料破裂，释放氧化钙与水性油墨中的水发生反应放热，以利于水性油墨快速干燥。

附图说明

图1是本发明实施例的纳米St/BuAc聚合物具有较强的疏水性示意图；

图2是本发明实施例的PH值变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：本实施例提供一种强附着的自干型水性油墨，包括以下重量份的组分：

在实施例中，所述水性聚氨酯为低聚物多元醇、甲苯二异氰酸酯、醇类扩链剂、亲水剂聚合，链段长度为200-50000，引入封闭异氰酸酯自交联性能改进的聚合物；

所述水性自交联丙烯酸为甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和己二酸二酰肼进行自由基溶液聚合的共聚物；

所述阳离子湿强树脂为聚酰胺表氯醇；

所述干燥剂为由内部氧化钙和外部疏水型化合物壳体材料构成的温控微胶囊；

所述低聚物多元醇为聚醚二醇，所述扩链剂为乙二醇；

所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与烷基酚醚磺基的混合物，其配比为1:2；

所述分散剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物；

所述颜料为酸性粒子元青、胭脂树橙E160b、氧化铁蓝中的一种，可根据具体的色彩印刷需求选用；

所述消泡剂为硅聚醚消泡剂；

所述消光粉为二氧化硅；

所述聚乙烯蜡为水性聚乙烯蜡乳液。

实施例2：本实施例提供一种可降解的自干型水性油墨，与实施例1相比存在以下区别技术特征：

组分：

实施例3：本实施例提供一种可降解的自干型水性油墨，与实施例1相比存在以下区别技术特征：

组分：

实施例4：本实施例提供一种可降解的自干型水性油墨，与实施例1相比存在以下区别技术特征：

组分：

实施例5：本实施例提供一种可降解的自干型水性油墨，与实施例1相比存在以下区别技术特征：

在本实施例中，所述干燥剂为氧化钙粉末。

本发明的第二目的在于提供一种可降解的自干型水性油墨的制备方法，按照如下步骤进行：

S1、按配比将水性聚氨酯、水性自交联丙烯酸、水性交联剂、St/BuAc共聚物、去离子水混合均匀，得到混合原料；

S2、向步骤S1制得的混合原料中加入润湿剂、阳离子湿强树脂和分散剂搅拌均匀，制得混合分散料；

S3、向向步骤S2制得的混合分散料中加入温控微胶囊、水性乙酸纤维素并搅拌均匀，制得油墨半成品。

S4、根据需求向步骤S3制得的油墨半成品中加入所需打印颜色的颜料、消泡剂、消光粉和聚乙烯蜡，搅拌均匀后制得强附着的自干型水性油墨。

将实施例1-5制备的可降解的自干型水性油墨进行性能测试，具体包括以下内容：

1、油墨附着力测试

按标准测试方法ASTM D 3359A方法测试附着牢度，将油墨结合牢度性能效果分为4个等级：优为5，良为4，中为3，差为2。测试对中性纸张基材结合牢度性能：

表1

实施例	结合牢度性能等级
		1	5
2	2
		3	3
4	4
		5	2

从图1可看出，本发明制备的水性油墨相较普通水性油墨结合牢度性能有显著提升，但随着干燥剂的增多，结合牢度性能有所下降，最佳配比为实施例1。

2、微胶囊包覆效果测试

为了测试微胶囊的包覆效果，将相同质量的氧化钙和实施例1的微胶囊干燥剂分别加入水中，在其他条件保持不变的情况，分别测量温度在30℃，40℃，50℃，60℃，65℃，70℃，80℃下含有不同添加物的水pH值的变化，结果如图2所示。

由图2可见，氧化钙粉末一旦与水接触，即发生剧烈的水解反应，溶液中由于[OH–]浓度不断增大，导致pH值逐步升高，温度为30℃时，溶液的pH值达到9.21。而经过微胶囊工艺处理的氧化钙粉末在20℃～60℃时具有很好的化学稳定性，pH值基本保持不变。随着温度的进一步升高，壳体材料在水分子的Brown运动作用下被不断撞击，从氧化钙表面脱落，氧化钙粉末与水分子接触，发生化学反应，pH值迅速提高。

因此，微胶囊干燥剂包敷良好，测试微胶囊的抗水性良好，其在60℃～80℃(凹印机烘箱通常的加热温度)下的破裂情况，完全符合使用要求。

3、干燥效果测试

为了测试干燥剂对水性凹印油墨干燥性的影响，用实施例1-4的油墨在中性纸张、水松纸上进行印刷，烘箱温度设为80℃，分别记录30，40，50，60，70，80，90，110，120m/min速度下油墨的干燥效果。将油墨干燥效果分为4个等级：优为5，良为4，中为3，差为2。实施例1-5的油墨的干燥效果对比如下表所示。

由此可见，在干燥效果同样为5级优的情况下，加入微胶囊干燥剂的油墨的印刷速度可以从原来的30m/min提高到120m/min以上，大大提高了生产效率。

对实施例1-4的油墨同样进行干燥效果测试：实施例1-4的温控微胶囊型干燥剂能够有效提高水性塑料凹印油墨干燥速度，含有微胶囊干燥剂的水性油墨干燥速度有了明显的增加，速度可以从原来的40m/min提高到120m/min以上，同时油墨印刷适性良好，印刷品印刷质量良好。而直接添加干燥剂粉末的实施案例，由于干燥剂过早生效，导致印刷时适性较差，无法在70m/min下使用。

本发明可广泛用于于纸张、雕刻和双面印刷，并用于制造罐头、纸箱、纸印花和水松纸印刷，解决了水性凹版油墨附着牢度差、色密度低、干燥速度慢的瓶颈，油墨流平性好具有优异的印刷效果，油墨干燥成膜后耐水性好。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种强附着的自干型水性油墨，其特征在于，至少包括以下重量份的组分：

所述水性聚氨酯为低聚物多元醇、甲苯二异氰酸酯、醇类扩链剂、亲水剂聚合，引入封闭异氰酸酯自交联性能改进的聚合物；所述水性自交联丙烯酸为甲基丙烯酸二甲胺基乙酯和己二酸二酰肼进行自由基溶液聚合的共聚物；所述阳离子湿强树脂为聚酰胺表氯醇；所述干燥剂为氧化钙。

2.根据权利要求1所述的强附着的自干型水性油墨，其特征在于，所述St/BuAc共聚物是采用乳液聚合技术，以过硫酸钾为引发剂，制备的苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和丙烯酰胺单体共聚物纳米乳液。

3.一种强附着的自干型水性油墨，其特征在于：所述St/BuAc共聚物以苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和丙烯酰胺作为基本单体，通过以下步骤制成：

S1:蒸馏水和乳化剂苯乙烯和丙烯酸丁酯在装有均质器的烧瓶中混合30分钟，在持续均质过程中将丙烯酸添加到共聚物中，制得预乳液；

S2:乳化剂苯乙烯单体和丙烯酸丁酯的共聚合是在水浴中进行的，原料在一个1000ml的三颈烧瓶中回流，配有搅拌器和气体入口系统；全程氮气保护下，在玻璃反应器中加入80.5ml蒸馏水，加入2.2g十二烷基硫酸钠和12g月桂基硫酸钠作为阴离子表面活性剂；然后加入0.4g壬基酚乙氧基酸钠非离子表面活性剂，再加入8ml蒸馏水和0.1g过硫酸钾作为引发剂；混合物在80℃下搅拌；将十二烷基硫酸钠溶于蒸馏水(59.6g中2.2g)，加入26g苯乙烯和24g丙烯酸丁酯，用匀浆器在室温下搅拌30分钟；将S1得到的10％预乳液充入反应器中30分钟作为播种期，等待30分钟后，逐渐加入溶于17ml蒸馏水的0.1g过硫酸钾引发剂；将2％的丙烯酸和0.4的壬基酚乙氧基酸钠与剩下的90％预乳剂混合，使用均质器，并在3小时内充电进入反应器；反应在80转/分的持续搅拌下进行，然后将温度提高到83℃；在预乳液加入结束时，将温度从83℃提高到85℃ 1小时，完成聚合反应；然后将制备的乳液冷却到40℃，使用氨水溶液将pH值调整为pH值8；制得St/BuAc共聚物。

4.根据权利要求1所述的强附着的自干型水性油墨，进一步改进在于，为避免干燥剂过早生效，所述干燥剂为氧化钙温控微胶囊，由氧化钙和疏水型化合物壳体材料构成；通过以下步骤制成：将疏水型化合物溶于乙醇溶剂中，再加入氧化钙粉末，通过搅拌使疏水型化合物包覆在氧化钙表面，形成胶囊结构，加入表面活性剂；然后将胶囊体进行分离提纯、干燥，得到氧化钙温控微胶囊。

5.根据权利要求4所述的强附着的自干型水性油墨，其特征在于：所述的疏水型化合物为月桂酸；所述的表面活性剂为脂肪酸单甘酯和脂肪酸二甘酯。

6.根据权利要求1所述的强附着的自干型水性油墨，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1所述的强附着的自干型水性油墨，其特征在于：所述低聚物多元醇为聚醚二醇，所述扩链剂为乙二醇，所述亲水剂为单硬脂酸甘油酯。所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与烷基酚醚磺基的混合物，其配比为1:2；所述分散剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物。

8.根据权利要求6所述的可降解的自干型水性油墨，其特征在于：所述颜料为酸性粒子元青、胭脂树橙E160b、偶氮类红色染料中的一种；所述消泡剂为硅聚醚消泡剂；所述消光粉为二氧化硅；所述聚乙烯蜡为水性聚乙烯蜡乳液。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的强附着的自干型水性油墨的制备方法，其特征在于，包括：

S1、按配比将水性聚氨酯、水性自交联丙烯酸、水性交联剂、St/BuAc共聚物、去离子水混合均匀，得到混合原料；

S2、向步骤S1制得的混合原料中加入润湿剂、阳离子湿强树脂和分散剂搅拌均匀，制得混合分散料；

S3、向向步骤S2制得的混合分散料中加入温控微胶囊、水性乙酸纤维素并搅拌均匀，制得油墨半成品。

S4、根据需求向步骤S3制得的油墨半成品中加入所需打印颜色的颜料、消泡剂、消光粉和聚乙烯蜡，搅拌均匀后制得强附着的自干型水性油墨。

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