超细水性油墨的研制

随着全球经济的迅速发展, 印刷和包装出现了前所未有的机遇, 与此同时, 人类赖以生存的环境也遭到了空前的污染和破坏, 近年来环保型油墨的开发得到了全世界的关注, 而水性油墨作为环保油墨的一种, 由于不含挥发性有机溶剂, 大大减少了VOC 排放, 减低了对环境和人类健康的威胁, 价格与其他环保油墨相比相对低廉, 因此研究相当活跃[1- 2] 。目前我国水性油墨的研究起步较晚且技术含量低, 多数高档油墨都依靠进口。
油墨通常由连接料、颜料、助溶剂和其他助剂组成, 其中颜料的粒径对油墨的遮盖力及光泽性有一定影响, 水性超细有机颜料色浆颜色鲜艳、着色强度高, 可以制备出高档水性涂料及油墨。连接料作为油墨的主要成膜物质, 是决定油墨性能指标的主要因素, 它对油墨的粘度、附着力、光泽度、干燥性及印刷适应性都有很大的影响[3] 。本文首先以苯乙烯和丙烯酸作为聚合单体, 采用溶液聚合法合成了水溶性聚合物型颜料分散剂, 接下来以自制聚合物为分散剂制备了超细颜料色浆, 与自制乳液一起通过分散研磨制成了超细水性油墨, 并对超细油墨的各项性能进行了测试。

1 实验
1. 1   仪器与试剂
四口烧瓶, 电动搅拌器, 球形冷凝管, 温度计, 滴液漏斗, 精密电子天平, 抽滤瓶, 布氏漏斗, 真空泵, 0. 6 L 立式砂磨机,BT- 9300S 激光粒度分析仪( 丹东百特仪器有限公司) 。甲基丙烯酸甲酯( MMA ) , 丙烯酸丁酯( BA) 、丙烯酸( AA) , 十二烷基硫酸钠( SDS) , 壬基酚聚乙烯醚( OP- 10) , 过硫酸铵, 碳酸氢钠, 丙硫醇, 异丙醇, 颜料, 消泡剂。

1. 2  分散剂的制备[ 4]
在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗、回流冷凝管的四口烧瓶内加入适量的溶剂甲苯, 将体系升温至100度 , 加入一定单体、过硫酸铵、丙硫醇, 回流反应2. 0 h。冷却至室温, 向体系中加入试剂中和至中性, 加热蒸出有机溶剂, 得水溶性颜料分散剂。

1. 3   分散剂分散性测试
称取一定量的颜料, 加入质量分数( 以颜料为基准) 为10%的分散剂和一定量的异丙醇及去离子水, 先用高速分散机进行预分散, 再放入球磨机中, 进行球磨, 一定时间后, 取样, 用激光粒度分析仪测试粒径。

1. 4  乳液的制备[ 5]
将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸按一定比例与部分水、复合乳化剂置于四口烧瓶中快速搅拌, 预乳化30 min后, 倒入容器中密封备用, 然后向四口烧瓶中加一定量的水、乳化剂、部分引发剂和部分预乳化液, 搅拌并水浴加热, 待温度升到80~ 86度 进行乳液聚合直至乳液出现蓝色荧光; 乳液呈明显蓝色荧光后, 继续滴加剩余预乳化液, 同时, 以恒定速率滴加剩余引发剂水溶液, 滴毕, 继续搅拌并保温一段时间, 再升温到90 度 保温30 min, 降温后用碳酸氢钠调节至pH 值7~ 8, 得乳液产品。

1. 5  超细水性油墨的制备
称取一定量的颜料, 加入一定量的分散剂、异丙醇及去离子水, 先用高速分散机进行预分散, 再放入砂磨机中, 经砂磨机研磨分散到细度小于1 um, 再加入自制成膜乳液及相关助剂,搅拌, 过滤。

2  结果与讨论
2. 1  颜料的选择
水性油墨的配制过程中, 颜料的选择相当重要, 要综合考虑颜料的着色力及在色浆中的分散性, 依据分散性对几种颜料筛选的结果见表1。

依据以上实验结果选择了酞菁蓝、永固红2B 和汉沙黄G作为水性油墨用颜料。其中优代表同样条件下分散粒径小于1 um, 良指同样条件下分散粒径大于1um。

2. 2   油墨配方优选试验
为优选油墨配方, 以油墨的耐水性、光泽度、细度和初干性为考察对象, 对颜料、乳液、助溶剂、分散剂和消泡剂用量几个因素设计了正交试验, 筛选出了最佳配方。具体见表2 和3。

根据实验结果, 综合考虑各项性能指标并作了放大实验,得最佳配方, 实验表明蓝墨的优选配方为10 号, 红墨为8 号,黄墨为15 号。实验时所用数值皆为质量百分数, 不足部分用去离子水补充。

2. 3  水性分散剂及成膜乳液的单体选择
颜料- 分散剂- 水3 者之间的作用力是粒子能否稳定分散的决定因素。本实验中选用苯乙烯为亲油部分, 丙烯酸为亲水部分, 在分散过程中, 分散剂的锚固基团吸附于颜料表面, 亲水部分露在外面, 只有分散剂与水有足够的亲和力, 方可具备良好的溶解性, 聚合物链才能在水中充分伸展, 形成有效的立体屏障。在此前提下, 亲油基团与颜料粒子的结合力越大越有利于分散稳定。如果亲水基团比例过高, 则亲油性相对减弱,使得颜料与分散剂间的结合力相对削弱, 分散剂分子易从颜料表面脱落, 同时亲水链与亲水链之间易发生缠结而导致絮凝。反之如果亲水基团的比例过低, 使分散剂的溶剂化链不能充分自由地伸展, 不能形成足够的立体屏障, 与相邻粒子表面结合,从而导致粒子间的聚集[ 6- 7] 。乳液实验中选用丙烯酸甲酯作为硬单体, 丙烯酸丁酯作为软单体, 丙烯酸为功能单体, 硬单体赋予油墨较高的使用温度和一定的光泽, 同时使硬度提高,软单体赋予油墨柔韧性和成膜性, 功能单体使硬度和耐磨蚀性能得到提高[8] 。

2. 4   水性油墨主要技术指标
将自制超细水性油墨与最新水性油墨企业标准进行对比,结果见表4。

3   结论
1) 以苯乙烯丙烯酸共聚物为分散剂, 添加颜料及助溶剂可制得分散粒径小于1 um 超细色浆。与普通色浆相比, 超细色浆颜色鲜艳、着色强度高。
2) 以超细色浆为色料, 自制乳液为连接料, 添加适量其他助剂, 可制备出光泽度、耐水性、细度等指标均优良的超细水性油墨。
该超细油墨制备工艺简单、成品价格低廉, 具用良好的应用前景和经济效益。

参考文献:
[1] 􀀁 彭学军, 汤奠华, 林琳. 水溶性丙烯酸树脂及柔性版水性油墨的研究[ J ] . 包装工程, 2005, 26( 3) : 20- 21.
[ 2] 􀀁 方长青, 张茂荣, 任鹏刚, 等. 聚氨酯基水性油墨的研究[ J ] . 包装工程, 2009, 30( 4) : 45- 47.
[ 3] 􀀁 廖清贵, 宋红. 油墨树脂的合成[ J] . 四川化工与腐蚀控制, 1999,( 2) : 11- 12.
[ 4] 􀀁 张友兰, 黄沛军, 王世荣. 水溶性聚合物型颜料分散剂的研制[ J ] .化学工业与工程, 2006, 23( 4) : 342- 344.
[ 5] 􀀁 赵景菊, 曲丽雯, 张晓东. 环保型水性上光油的制备及性能[ J] . 武汉工程职业技术学院学报, 2009, 21( 2) : 9- 12.
[6] 􀀁 尹月燕, 王利军, 张友兰. 水性体系用颜料分散剂的分子量及分子量分布的控制[ J] . 涂料工业, 1999, 29 ( 10) : 17- 21.
[7] 􀀁 陆建辉, 徐小飞, 王玉丰, 等. 水性超细有机颜料用高分子分散剂的制备及应用[ J] . 上海涂料, 2008, 46( 7) : 6- 9.
[ 8] 􀀁 H ANSE N Nat anya M L, JANKOVA K, H VILS TED S. Flu oropolymer Mat erials and Archit ectu res Prepared by Cont RolledRadical Poly-m eriz at ions[ J ] . European Polymer J ou rnal , 2007, 43( 2) : 255- 293.

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注