超细水性油墨的研制

data-full-width-responsive="true"> 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