彩印纸板醇溶快干上光涂料的研制

0 引言
随着人们对产品包装质量要求的提高,纸品上光工艺快速发展。纸品上光不仅使印刷品表面更光亮、平滑,色泽更鲜亮,而且还起防潮、防污、防伪和耐磨等作用,明显提高了印刷品的装饰效果和保护功能。目前市场上相当部分的上光涂料是以合成树脂为基料,以苯类、酮类等毒性有机物为溶剂,此类涂料对环境和人体健康具有较大的危害性。随着人们环保和安全意识的增强,醇溶性上光涂料的研制和应用正获得大力发展。醇溶性纸张上光涂料固化速度快,成膜时间短,低毒,光亮度高,附着力强,适用于各类铜版纸、白版纸等包装盒和印刷品。相较于紫外光固化纸张上光涂料,该涂料对设备的要求较低,且价格低廉是其突出优点。研究和应用表明,醇溶性纸张上光涂料使用效果的好坏与成膜树脂、溶剂、稀释剂和各种助剂的配比紧密相关。

1 实验部分
1.1 主要原料及仪器
原料:0.5 s 硝化棉(工业级),湘江涂料厂;氨基树脂585-1,湘江涂料厂;助溶剂,自制;无水乙醇(分析纯),天津大茂化学试剂厂;催干剂;流平剂。
仪器:LND-1 涂4 杯黏度计,上海江仪仪器厂;60 W 紫外碳弧灯;KGZ-1B 型镜象光泽度仪;常用玻璃仪器;涂覆样板:彩印铜版纸(50 mm×100 mm×0.5 mm);测试样板:马口铁片(50 mm×100 mm×1 mm);自制上光机,烘烤温度60~80℃,传送带速度40 m/min。

1.2 涂料的配制
将一定量的树脂和助溶剂放入250 mL 的三口烧瓶中,加热到35~40℃熔化。另将一定量溶解在溶剂中的硝化棉倒入三口烧瓶中,充分搅拌溶合。然后加入一定量的催干剂、流平剂等助剂,并以无水乙醇为稀释剂搅拌均匀,制得醇溶性纸张上光涂料。

1.3 性能检测
1.3.1 涂料性能检测
(1) 自然表干时间:用毛刷将涂料试样刷涂到样板表面,立即按下秒表,在自然干燥下,用手指轻触涂膜表面,不显手指纹时,按停秒表,记录表干时间。
(2) 热吹表干时间:用毛刷将涂料试样刷涂到样板表面,立即按下秒表,并用电吹风(热风温度约40~60℃)使涂膜达到表干,记录表干时间。
(3) 固含量的测定:用一个已知质量为Q的干燥小烧杯装少许涂料,并称得其质量为M,再放入烘箱内,在(105±2)℃下烘干2 h,在干燥器中放置12 h后称得其质量为N,则固含量为[(N-Q)/(M-Q)]×100%。

1.3.2 涂膜性能检测
(1) 光泽度:在室温下(25℃)用 KGZ-1B 型镜象光泽度仪以60° 角测定。
(2) 耐候性:用紫外碳弧灯在300~380 nm 的紫外光下连续照射,观察涂膜的老化变黄现象,每隔10 h检测一次,记录开始老化的时间。
(3) 耐水性:将表面涂覆涂料的干燥测试样板常温下于水中浸泡约10 d,每隔一段时间观察涂膜有无脱落,起皱,失光,起泡,变色等现象。3 块样板中至少应有2 块样板的涂膜性能良好,则为合格。
(4) 附着力:用保险刀片在漆膜上划6 道平行的划透漆膜的刀痕,然后在垂直方向上划6 道同样的刀痕,形成许多方格,用不干胶黏贴揭起,以方格脱落的多少判断漆膜附着力的大小。切割边缘完全平滑,无一格脱落为0 级;交叉处有少许涂层脱落,受影响面积不能明显大于5% 为1 级;在切口交叉处或沿切口边缘有涂层脱落,影响面积为5%~15%,为2 级。

1.3.3 上光试验
用实验室自制的纸张上光机,在40 m/min,60~80℃烘温下进行上光试验。

2 结果与讨论
2.1 树脂用量对涂膜性能的影响
树脂用量对涂膜性能有显著影响,实验证明:在加有辅助成膜物质硝化棉的情况下,不加树脂,涂膜的透明度不高。树脂用量增加时,在醇中的溶解度相应增大,涂料的稳定性提高,同时光泽度也会提高,但树脂用量增加至超出配方稀释剂的溶解能力时,由于涂料太黏稠而使其流平性下降,容易出现“桔皮”等弊病,使涂膜光泽度降低。调整配方中树脂用量,可显著改善涂料流平性而使涂膜光泽度提高。树脂用量对涂膜性能的影响如表1 所示。由表1可见:随树脂用量的增加,干燥时间相应延长,光泽度和细腻度提高。综合考虑固含量及涂膜性能,树脂用量以4~6 g 为宜。

2.2 硝化棉用量对涂膜性能的影响
硝化棉可减少缩孔、流挂、丝纹现象,缩短指触干时间;改善流平性,控制黏度;增强底涂层的抗再溶解性。可见,硝化棉对涂料的质量有重要影响。硝化棉用量对涂膜性能的影响如表2 所示。由表2可见:硝化棉用量对涂膜的耐水性、附着力影响较小。随着硝化棉用量的增加,干燥时间缩短,但同时涂料的黏度增大,流平性变差,且成本增加。硝化棉用量以8~10 g 为宜。
表2 硝化棉用量对涂膜性能的影响

2.3 助溶剂用量对涂膜性能的影响
助溶剂对上光涂料的黏度,尤其是稳定性的影响很大。其原因一方面是助溶剂对游离基聚合的调节作用不同而导致相对分子质量各异;另一方面是不同配比混合溶剂的溶解度参数有差别,影响聚合物分子在其中的溶解状态。助溶剂用量对涂膜性能的影响如表3 所示。由表3 可见:随着助溶剂用量的增加,干燥时间增加,黏度降低。助溶剂用量小于23 g 时,硝化棉难溶解,涂料难搅匀。
表3 助溶剂用量对涂膜性能的影响

2.4 催干剂用量对涂膜性能的影响
催干剂能加快涂料的氧化交联成膜,复合催干剂提高氧化干燥速度的效果更明显。同时,添加催干剂会影响涂料的贮存稳定性,以及涂膜的耐水性及耐候性。故催干剂对于涂料是一把双刃剑,需选择合适的用量,使涂料的贮存稳定性、耐水性、耐候性与氧化交联成膜速度达到较好的平衡。催干剂用量对涂膜性能的影响见表4。由表4 可见:随着催干剂用量增加,干燥时间缩短,同时涂料和涂膜的透明度变差,涂膜的光泽度较低,其对老化时间、耐水性、附着力的影响较小。

2.5 正交实验优化配方
选取影响涂料干燥速度及性能的因素:树脂、0.5 s硝化棉、助溶剂、催干剂,将以上四因素取三水平进行正交实验,正交实验表见表5。
表5 正交实验表

正交实验结果见表6,以涂料的干燥时间,涂膜
的光泽度作为评判标准,确定涂料的最佳配方。
表6 正交实验结果

由表6 可见:干燥时间为3 s,光泽度为88% 时,涂料性能最佳。此时涂料的配方为:树脂4.0 g,0.5 s硝化棉10.0 g,助溶剂21.0 g,催干剂1.0 g。

2.6 稀释剂用量的影响
根据文献和前期实验探索,稀释剂用量对涂膜性能的影响如表7 所示。稀释剂的加入,降低了上光油的成本、黏度,且由于稀释剂是高挥发的乙醇,同时也加快了涂膜的干燥速率。当稀释剂用量为30%~40% 时,涂料和涂膜的综合性能最佳。

2.7 涂料性能检测
优化配方涂料的自然表干时间为58 s,热吹表干时间为6 s,固含量为43.58% ;涂膜的光泽度为80%,附着力为1~2 级,耐水性合格,耐候性良好。

2.8 上光机试验
在自制的纸张上光机上,以40~60 m/min 的速度(60~80℃)下涂膜完全固化,光泽度好。

3 结语
以氨基树脂585-1、0.5 s 硝化棉作为成膜物质,再辅以助溶剂、催干剂配制快干醇溶上光涂料。实验表明:当树脂、硝化棉、溶剂、催干剂配比为4 ∶10 ∶ 21 ∶ 1 时,上光涂料的干燥速率最大,光泽度良好,耐水性合格,耐候性良好,附着力为1~2 级,无水乙醇的用量为30%~40% 时,涂料和涂膜的综合性能最佳。

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