專利名稱：塑料薄膜水性凹版印刷油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IPC分類CO9D、CO9F領(lǐng)域的適用于應(yīng)用在丙烯酸酯共聚物乳液中的水性凹版油墨，尤其是一種塑料薄膜水性凹版印刷油墨。
背景技術(shù)：
油墨是目前印刷工業(yè)的最大污染源，世界油墨年產(chǎn)量已達(dá)350萬噸左右，每年由油墨造成的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)污染排放量達(dá)50萬噸以上。這些有機(jī)揮發(fā)物包括烷烴、芳香烴、醇類、酮類、醚類及其他有機(jī)溶劑，可以形成比二氧化碳更為嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，并直接危害人類健康。尤其用于食品、飲料、藥品、日用品和兒童玩具等包裝物印刷的凹版油墨、柔性版油墨，對環(huán)境的污染和對人體健康的危害最為嚴(yán)重。這些油墨中所使用的溶劑大多來源于不可再生的石油資源。針對這種狀況，一種以水為主要溶劑的水性油墨引起了人們的極大關(guān)注。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家在上世紀(jì)七十年代開始研制成功水性油墨并推向市場，而我國也在隨后研發(fā)了用于紙類產(chǎn)品印刷的低檔水性油墨。目前水性油墨的發(fā)展日新月異，在包括紙張、紙板、卡紙、塑料薄膜、鋁箔多種基材上都可以印刷。但是用于塑料薄膜印刷的水性凹版油墨仍存在著干燥速度慢、附著力不夠好、光澤度較低、穩(wěn)定性較差等缺陷，成為油墨科技工作者的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人在多年潛心研究水性油墨的基礎(chǔ)上，利用不同類型的丙烯酸酯共聚物乳液的特點(diǎn)，合理匹配，取長補(bǔ)短，又通過使用附著力改進(jìn)劑，界面改性劑，穩(wěn)定劑等多種助劑的優(yōu)化組合，終于制成了抗堿、抗乙醇和水都大為提高，干燥快，附著力極佳，光澤度大，印刷適性好的塑料薄膜水性凹版水印刷油墨。
為了解決塑料薄膜水性凹版印刷油墨的抗堿、抗乙醇和水的性能，本發(fā)明首次將硅改性丙烯酸酯共聚物乳液加入到水性油墨的制備中，將其與不同Tg值(玻璃化溫度)的丙烯酸酯共聚物乳液混合制備油墨。本發(fā)明采用了彼此相溶的低Tg值丙烯酸酯共聚物乳液，高Tg值丙烯酸酯共聚物乳液，硅改性丙烯酸酯共聚物乳液進(jìn)行優(yōu)化配比組合，作為油墨的主要成膜物質(zhì)。低Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，賦于油墨具有優(yōu)良的成膜性并能增加墨膜的耐水性、耐油脂性和柔韌性，以及對BOPP、PE、PET薄膜的附著牢度；高Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，能夠增加墨膜的硬度、光澤度、耐熱性，并能提高墨膜的干燥速度；硅改性丙烯酸酯共聚物乳液，能提高墨膜的光澤、耐摩擦性和附著牢度。選用適應(yīng)在水性體系中的有機(jī)彩色顏料、二氧化鈦顏料和炭黑作為著色劑，與水溶性樹脂研磨分散成色漿；并且添加了附著力促進(jìn)劑、界面改性劑等多種助劑，調(diào)制成塑料薄膜水性凹版印刷油墨。該類印刷油墨各組份彼此相溶的、以水為溶劑、以丙烯酸酯共聚物和硅改性丙烯酸酯共聚物為成膜物質(zhì)，具有無毒、無刺激味、不燃、不爆等安全環(huán)保特點(diǎn)，其干燥性能、附著牢度、光澤、印刷適性也都能達(dá)到較高的水平，在經(jīng)過處理后表面張力達(dá)到36~42dyn/cm的BOPP、PE、PET等塑料薄膜上，可適應(yīng)印刷速度為20~100m/min的輪轉(zhuǎn)凹版印刷。
丙烯酸酯共聚物乳液雖然是制備油墨的常用原料，但硅改性丙烯酸酯共聚物乳液用于水性凹版印刷油墨未見報道。硅改性丙烯酸酯共聚物乳液是在丙烯酸樹脂主鏈中引入有機(jī)硅官能團(tuán)，改善丙烯酸酯乳液的性能。本領(lǐng)域?qū)τ诠韪男员┧狨サ闹苽湟延卸喾N研究(鄭平萍等，有機(jī)硅改性丙烯酸酯樹脂的研究進(jìn)展；陳麗瓊等，有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液性能的研究；CN1362430A等)。本發(fā)明可使用任意的硅改性丙烯酸酯共聚物乳液，優(yōu)選Tg值40-80℃，固體含量48％的硅改性丙烯酸酯共聚物乳液。
本發(fā)明使用的消泡劑、穩(wěn)定劑、分散劑、防腐防霉劑、附著力改進(jìn)劑、界面改進(jìn)劑、成膜助劑、稀釋劑均為本領(lǐng)域已知的常規(guī)助劑，其具體選擇不作為對本發(fā)明的限制，如適用的消泡劑包括醇類、脂肪酸類、磷酸酯、酰胺、硅油等多種類型，用于穩(wěn)定pH的穩(wěn)定劑，分散劑包括水溶性高分子聚電解質(zhì)類、親水性丙烯酸酯共聚物、線性大分子離子型或非離子型化合物、疏水共聚物分散劑等，界面改進(jìn)劑如可溶性鋇鹽等，成膜助劑可以是乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯等，稀釋劑為1∶1重量份水醇混合溶液，醇類可選用乙醇、異丙醇、正丙醇等。
雖然本發(fā)明關(guān)鍵點(diǎn)在于各成分的組合，但是仍舊不作為限制的給出各成分適用的比例，以重量份計，色漿制備過程中樹脂胺化水性樹脂液20-70，純凈水10-30，穩(wěn)定劑1-10，防腐防霉劑1-5，潤濕分散劑0.5-3，顏料10-50，消泡劑0.1-1，合計100。油墨配制過程中，以重量份計，色漿20-50，附著力改進(jìn)劑1-2，界面改進(jìn)劑1-5，低Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液10～50，高Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液10-30，硅改性丙烯酸酯共聚物乳液10-20，成膜助劑1-2，消泡劑0.1-1，稀釋劑1-10，合計100。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
1、選用一種高酸值、低分子量的堿溶性丙烯酸酯共聚樹脂，其酸值為210~220mgKOH/g，平均分子量6000~9000，并且與下面所選的丙烯酸酯共聚物乳液有極好的相溶性。該樹脂經(jīng)胺化后作為顏料的研磨分散介質(zhì)。
2、篩選適應(yīng)于水性體系的有機(jī)彩色顏料(例如單偶氮紅、雙偶氮黃、酞箐藍(lán)、酞箐綠等)、二氧化鈦顏料、炭黑等，在經(jīng)過胺化的樹脂的水溶液中進(jìn)行研磨分散成為色漿，作為油墨的著色劑。
3、選用一種低Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值-16~37℃，固體含量48~50％；一種高Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值50~100℃，固體含量48~50％；一種硅改性丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值40-80℃，固體含量48％。合理配比成為油墨的主連接料。
4、加入了對提高油墨附著牢度、穩(wěn)定性、印刷適性有顯著效果的附著力改進(jìn)劑、界面改性劑等多種助劑，使油墨的應(yīng)用性能進(jìn)一步得到改善。
本發(fā)明的有益效果是獲得一種抗堿、抗乙醇和水都大為提高，干燥快，附著力極佳，光澤度大，印刷適性好的塑料薄膜水性凹版水印刷油墨，使用上述油墨可以避免或明顯降低由含有大量有毒有害溶劑的同類產(chǎn)品所造成的環(huán)境污染和對人體健康的危害，使印刷品表面殘留的有害物質(zhì)達(dá)到安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。同時還可明顯降低能源消耗。


圖1本發(fā)明中水性凹版印刷油墨的制備工藝流程。
具體實(shí)施例方式
1、研磨分散介質(zhì)選用高酸值、低分子量的堿溶性樹脂，例如堿溶性丙烯酸共聚樹脂，馬來酸改性丙烯酸共聚樹脂，富馬酸改性丙烯酸樹脂等。本發(fā)明選用堿溶性丙烯酸共聚樹脂，其酸值為210~220mgKOH/g，平均分子量6000~9000，該樹脂在純凈水和異丙醇或乙醇溶纖劑、乙醇胺中經(jīng)胺化成為水溶性樹脂液，以此做為著色顏料的研磨分散介質(zhì)。
配方實(shí)例以重量份計，見表1。
表1 樹脂胺化水溶性樹脂液配方實(shí)施例原料名稱 例1 例2 例3堿溶性丙烯酸共聚樹脂 30.0 30.0 30.0純凈水 50.0 50.0 50.0乙基溶纖劑 3.0 3.0 3.0異丙醇 9.0 5.0乙醇 9.0 4.0乙醇胺 8 8 8消泡劑 1 1 1合計 100.0 100.0 100.0操作方法將純凈水、乙基溶纖劑、異丙醇或乙醇或二者混合物按配分量投入搪瓷反應(yīng)釜中，開動攪拌，慢慢加入堿溶性丙烯酸共聚樹脂，攪拌均勻。然后將稱好的乙醇胺約用20-30分鐘慢慢加入進(jìn)行胺化反應(yīng)，控制溫度＜50℃，檢查pH值應(yīng)＞9.0；胺化反應(yīng)約2小時，其間不斷檢查溶液的pH值，直至溶液的pH值穩(wěn)定在8.5~9.0，并且樹脂完全胺化和溶解完畢，加入消泡劑攪拌10分鐘，即可經(jīng)過濾裝入容器備用。
上述樹脂胺化水溶性樹脂液技術(shù)指標(biāo)如下外觀清澈透明，無機(jī)械雜質(zhì)涂-4粘度40~80s/25℃pH值8.5~9.0固體含量≥30％2、色漿制備作為著色劑的各種顏料要求具備色澤鮮艷、飽和度高、耐堿性好、在水性體系中易分散的特點(diǎn)。例如單偶氮紅顏料中的P.R48:1紅、P.R48:3紅、P.R57:1紅；雙偶氮黃顏料中的P.Y12黃、P.Y13黃；銅酞菁顏料中的P.B15:3藍(lán)，P.G7綠等。白色顏料選用金紅石型鈦白粉，黑色顏料選用色素炭黑。顏料在樹脂胺化水溶性樹脂液研磨分散時，須加入潤濕分散劑、穩(wěn)定劑、防腐防霉劑、消泡劑等添加劑。
色漿配方實(shí)例以重量份計，見表2
表2 色漿配方原料名稱 品紅色漿 中黃色漿 天藍(lán)色漿 黑色漿樹脂胺化水性樹脂液 20 40 55 70純凈水 14.4 30 15 10穩(wěn)定劑 10 5 5 1防腐防霉劑 5 3.71.51潤濕分散劑 0.51 3 2P.R57:1洋紅6B顏料 50P.Y12聯(lián)苯胺黃顏料 10P.Y13聯(lián)苯胺黃GR顏料 10P.B15:3酞菁藍(lán)BGS顏料 20P.B15酞菁藍(lán)B顏料5色素炭黑10消泡劑 0.10.30.51合計 100.0 100.0 100.0 100.0操作方法在配料容器中按配方量稱入純凈水、潤濕分散劑、穩(wěn)定劑、防腐防霉劑、消泡劑等，在高速分散機(jī)下充分?jǐn)嚢瑁芙饩鶆?，再稱入配方量的樹脂胺化水溶性樹脂液和顏料、消泡劑，繼續(xù)攪拌進(jìn)行預(yù)分散約20-30分鐘，至料漿細(xì)膩光亮；將預(yù)分散料漿移至砂磨機(jī)，泵入砂磨機(jī)內(nèi)開始研磨分散。經(jīng)數(shù)遍反復(fù)研磨后，色漿細(xì)度經(jīng)檢測≤15微米，顏色與色濃度達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)樣近似時，經(jīng)過濾出料裝入容器。
上述色漿的技術(shù)指標(biāo)如下顏色與標(biāo)準(zhǔn)樣近似色濃度為標(biāo)準(zhǔn)樣的95~110％細(xì)度≤15微米3、塑料薄膜水性凹版印刷油墨配制選用一種低Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值-16~37℃，固體含量48~50％；一種高Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值50~100℃，固體含量48~50％；一種硅改性丙烯酸酯共聚物乳液，其Tg值40-80℃，固體含量48％。三種乳液和樹脂胺化水性樹脂液之間有很好的相容性，按配方比例組合作為本發(fā)明油墨的主要成膜物質(zhì)。在樹脂胺化水性樹脂液為研磨分散介質(zhì)的色漿中，添加附著力改進(jìn)劑提高油墨對印刷基材的附著牢度，添加界面改性劑進(jìn)一步促進(jìn)油墨對印刷基材的附著牢度。乳液、色漿和助劑(添加劑)共同組成了本發(fā)明所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨。
配方實(shí)例以重量份計，見表3。
表3 塑料薄膜水性凹版印刷油墨配方，以重量份計如下(表中括號內(nèi)為共聚物乳液的Tg值(℃))原料名稱品紅油 中黃油 天藍(lán)油黑色油墨 墨 墨墨品紅色漿20中黃色漿 30天藍(lán)色漿 40黑色漿 50附著力改進(jìn)劑1 2 1 1界面改性劑 5 1 2 2低Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液 50(-16)30(0) 10(15)10(37)高Tg值的丙烯酸酯共聚物乳液 10(50) 10(65) 30(80)10(100)硅改性丙烯酸酯共聚物乳液10(40) 15(50) 10(70)20(80)成膜助劑2.91 2.5 5消泡劑 0.11 0.5 0.1稀釋劑(1∶1水醇溶液)1 10 4 1.9合計100.0 100.0 100.0 100.0操作方法在配料容器中按配方量稱入色漿和三種乳液，置高速分散機(jī)下攪拌均勻；在不斷攪拌下按配方量稱入附著力改進(jìn)劑、界面改性劑、成膜助劑、消泡劑和稀釋劑，攪拌約20~30分鐘混勻，取樣測涂-4粘度。過濾至包裝容器內(nèi)。
產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下顏色 (刮樣法)近似標(biāo)準(zhǔn)樣著色力(刮樣法)為標(biāo)準(zhǔn)樣的95-105％
細(xì)度(刮板細(xì)度計法)≤15微米pH值 8.0~9.0粘度(涂-4杯，25℃)20~50秒初干性(刮板細(xì)度計法，25℃)10~30毫米附著牢度(刮樣24小時后)揉搓牢度-100％無脫落；剝離牢度-100％無脫落；耐1∶1水醇性能(浸泡2小時)墨膜無脫落耐堿性(1％NaOH溶液浸泡2小時)墨膜無脫落比較例選用國內(nèi)、國外油墨和本發(fā)明的水墨樣品，以大紅色樣品為例，進(jìn)行下述性能比較，如表4所示。
表4 各種油墨樣品比較著色 光澤 細(xì)度 涂 4 初干徹干 粘膏 揉搓力 (μm) 粘 度 性 性牢度 牢度(秒 (mm/3 (s/28/25 0s25℃)℃) ℃)國內(nèi)公司樣品好大 20 115 6 123 差好1#國外公司樣品好很大 30 22 12 215 稍差 好2#本發(fā)明水墨樣好很大 ＜10 26 17 202 好好品1#產(chǎn)品主要缺欠附著牢度差，干燥速度慢，可以在生產(chǎn)中勉強(qiáng)使用，但根本性問題沒有解決。2#產(chǎn)品可以在30-100米/分凹版印刷機(jī)上使用，但附著牢度稍差。用本發(fā)明水性凹印油墨印刷的BOPP薄膜經(jīng)沸水煮沸半小時后取出吹干，其粘膏牢度與未煮沸前相同，不掉墨。將其放40℃的30％濃度的雙氧水中兩分鐘后取出吹干后，光澤如初，粘膏牢度不變。經(jīng)生產(chǎn)印刷中使用證明本發(fā)明水性凹版油墨的性能已完全滿足凹印機(jī)生產(chǎn)中的要求，在附著牢度，干燥速度、顏色濃度和光澤度等主要性能指標(biāo)上已達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。
權(quán)利要求
1.一種塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，利用堿溶性樹脂經(jīng)胺化成為水溶性樹脂液作為顏料的研磨分散介質(zhì)制備色漿，所制成的色漿與低Tg值丙烯酸酯共聚物乳液、高Tg值丙烯酸共聚物乳液、硅改性丙烯酸酯共聚物乳液及助劑混和均勻，制得各組份彼此相溶的水性凹版印刷油墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，所述低Tg值丙烯酸酯共聚物乳液Tg值為-16～37℃，高Tg值丙烯酸共聚物乳液Tg值為50～100℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，所述堿溶性樹脂為堿溶性丙烯酸共聚樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，堿溶性丙烯酸共聚樹脂使用乙醇胺進(jìn)行胺化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，胺化過程中加入消泡劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，所使用的顏料適應(yīng)于水性體系的有機(jī)彩色顏料、二氧化鈦顏料、色素炭黑等。
7.如權(quán)利要求6所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，所使用的有機(jī)彩色顏料為單偶氮紅、雙偶氮黃、酞箐藍(lán)、酞箐綠等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，色漿制備過程中加入穩(wěn)定劑、防腐防霉劑、潤濕分散劑、消泡劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨，其特征在于，在配制油墨中添加了附著力改進(jìn)劑、界面改性劑。
10.權(quán)利要求1-9任一權(quán)利要求所述的塑料薄膜水性凹版印刷油墨的制備方法，其特征在于，步驟如下(1)堿溶性樹脂經(jīng)胺化在純凈水和異丙醇或乙醇溶纖劑、乙醇胺中經(jīng)胺化成為水溶性樹脂液；(2)顏料在(1)中的樹脂胺化水溶性樹脂液中研磨分散制備色漿；(3)將(2)得到的色漿與低Tg值丙烯酸酯共聚物乳液、高Tg值丙烯酸共聚物乳液、硅改性丙烯酸酯共聚物乳液及添加劑混和均勻，制得塑料薄膜水性凹版印刷油墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料薄膜水性凹版印刷油墨，該油墨的原料組成中包括堿溶性丙烯酸共聚樹脂、低Tg值丙烯酸酯共聚物乳液、高Tg值丙烯酸酯共聚物乳液、硅改性丙烯酸酯共聚物乳液，作為研磨分散介質(zhì)和成膜物質(zhì)。所用的顏料具有色洋鮮艷，飽和度高，耐堿性好和易分散特性。在油墨中添加了附著力改性劑，界面改性劑和其他多種助劑，顯著收善了油墨性能。所述油墨按原料組份百分比可分別制成品紅油墨，中黃油墨，天藍(lán)油墨，黑色油墨及其他色澤的油墨。
文檔編號B41M1/10GK101029194SQ200610057929
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者凌云星, 馬禾 申請人:北京英科凡化工產(chǎn)品有限公司