油墨是印刷行业的最基本的原料，它主要是由树脂和有机溶剂(如苯类、烃类、酯类)组成 这些有机溶剂不仅给行业的工人的身体带来危害．而且极大地污染环境口 ．近年来，随着树脂的不断改性．涂料、油墨类新产品的结构也发生了很大变化．发达国家为考虑环保的要求，已经开发出诸多的水性油墨，它们已开始用于纸张、塑料薄膜、包装袋及特种印刷方面．
目前．用于水性油墨的成膜物主要是丙烯酸树脂类 ．这是由于水性聚丙烯酸酯类具有稳定性高、光泽性好、流变性能和表面吸附性能好的优点．但由于它干燥后的水吸胀性和膜易剥离及对塑料的粘接能力较差．一般在合成中都予以改性．
本工作中，我们按文献的方法．以丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等为基料，在过硫酸铵、过氧化苯甲酰存在下，以水和醇作溶剂进行聚合，然后加入聚乙烯醇、苯乙烯、环氧树脂、醋酸乙烯等改性，合成了水溶性丙烯酸改性树脂．我们将上述树脂加人颜料、消泡剂、分散剂等制成水性油墨，经测定其成膜性、干燥时间、耐水性、耐磨性能，达到了水性油墨在印刷上所要求的标准．
1 实验部分
1. 1 水性树脂的合成
1. 1. 1 主要原料和仪器
主要原料均为试剂级. 主要仪器: 粘度测试用涂4 粘度计.
1. 1. 2 水性树脂的制备
所需原料及配方见表1.
上述三种配方中都包括基本原料甲基丙烯酸甲酯、A-甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸丁酯及溶剂和引发剂等. 氨水主要用于中和pH 值(约为8～ 9). 3种配方中的主要区别在于: 配方二中加入了丙烯酰
胺; 配方三中加入了聚乙烯醇.
制备方法:
配方一, 将混合均匀的基本单体甲基丙烯酸甲酯、A2甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸丁酯中取1/3 量加入到2 000 mL 三颈烧瓶中, 然后加入水和异丙醇, 加热搅拌至回流(约80 ℃左右) , 加入引发剂,同时开始滴加剩余2/3 量的单体和乙酸乙烯酯, 滴加时间约1 h, 全部单体滴加完毕后, 保温约85 ℃左右, 时间为4 h (在此过程中加入少量阻聚剂).降温至60 ℃, 加入氨水进行中和, 至pH 值约为8～ 9. 继续搅拌0. 5 h 后, 冷却至室温后倒出.
配方二, 将混合均匀的基本单体取1/3 量加入至2 000mL 三颈烧瓶中, 然后加入水和异丙醇, 加热, 搅拌至回流(约80 ℃左右) , 加入引发剂, 同时开始滴加剩余2/3 量的单体和醋酸乙烯酯、丙烯酰胺, 滴定时间约1 h. 当全部单体滴完毕, 约85 ℃左右保温2 h (在此过程中加入阻聚剂) , 然后加入聚乙烯醇, 2 h 后, 降温至60 ℃. 加入氨水进行中和,同时用水稀释, 并调节pH 值约8～ 9, 继续搅拌0. 5 h后, 冷却至室温后倒出.
配方三与配方二基本相同, 只是用聚乙烯醇代替丙烯酰胺.
1. 2 水性油墨的研制
将配方一、二、三的树脂分别加入240 mL 的水/醇混合液(4 份水和1 份醇) , 搅拌均匀后, 加入到具有剪切、搅拌、乳化功能的SFJ 容器中, 然后再加入分散颜料(W 245 色素碳或卡博2400R 碳黑,即CB2400) 100 g、消泡剂10 mL、分散剂10 mL 及其它添加剂, 经高速剪切、乳化、分散, 再经砂磨, 然后再加500 mL 水/醇混合液, 继续搅拌30 m in, 产品倒入过滤器皿中, 抽滤, 得油墨成品. 使用时继续加水或醇调节至所需的粘度.
2 结果与讨论
水性树脂的性能见表2.
吸胀率公式:
吸胀率= (吸水质量/样品质量) ×100%.
在使用或测试时, 将上述所制的油墨加2 倍的水稀释, 我们对照文献所报道的参数进行测量[4 ] ,其测试结果见表3.
注: ① 上述性能主要是塑料薄膜印刷试验, ② a、b、c 分别为配方1、2、3 的树脂,③膜的溶解性是指水中浸渍60 h、4% 醋酸中浸48 h、成品酱油中浸48 h 不脱色.
从水性树脂到油墨的研制我们认为:
(1) 树脂产品性能的好坏很大程度上取决于聚合的均匀性. 对许多聚合速度不同的单体, 要严格控制聚合条件. 本实验则采用了混合单体分批加入法.
(2) 亲水性基团和分子量大小对树脂的水溶性有较大影响. 水性丙烯酸类树脂的亲水基团为丙烯酸, A2甲基丙烯酸及其所形成的铵盐. 因此, 控制丙烯酸的含量可提高产品的亲水性. 本实验控制丙烯
酸含量不低于15% , 以20%～ 50% 为宜.
(3) 分子量大小受聚合温度、时间、引发剂及阻聚剂等因素的影响. 本实验在整个聚合反应过程中, 温度控制在90 ℃以下. 聚合时间控制在4～ 6h. 此外, 中和条件的选择对树脂的水溶性也有影响. 本实验选用氨水和三乙胺(3∶1) , 它具有良好的稳定性, 中和时调节pH 值为8～ 9.
(4) 上述树脂均适用于制造水性油墨, 但印刷塑料包装时, 使用加入聚乙烯醇和醋酸乙烯酯改性的树脂对PE 薄膜的印刷较合适.
(5) 用进口的CB 型碳黑颜料比国产的W 400型好, 这是因为碳黑颜料的细度和光泽度对油墨的质量有较大影响.
(6) 与其它同类产品相比较, 本实验所得产品具有非常好的水溶性, 具有较大的粘度. 稀释至20% 时, 相对粘度可达70～ 100 S, 而同类产品在固含量为40% 时, 粘度只有30～ 50 S. 制备时样品都可达到很高的固含量, 最高为63% , 因此作为水性油墨应用时可以十分方便地用水稀释.
致谢: 本文在完成的过程中得到了化学系朱传方教授、陈义锋老师以及龚启学老师的悉心指导. 在此, 向他们表示最衷心的感谢!