專利名稱：以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于印刷用油墨及其生產(chǎn)工藝，特別是水性印刷用油墨及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
在包裝印刷行業(yè)目前廣泛采用的液體油墨以芳香烴、酯、酮等有毒有害物為溶劑，油墨中有機溶劑的含量一般為50％～70％。這類溶劑在印刷過程中大部分會揮發(fā)，一個油墨用量達30噸/年的印刷車間，每年向大氣環(huán)境中釋放的有機溶劑高達20噸以上，嚴重污染了車間及大氣環(huán)境，對操作人員及周圍居民的健康構(gòu)成了嚴重的威脅。另外，存放在車間里的油墨屬于易燃易爆物質(zhì)，對工廠的安全也是一個隱患。油墨中的殘留溶劑對包裝內(nèi)容物的品質(zhì)有一定的影響。
水性油墨系水性高分子樹脂、顏料及相關(guān)助劑經(jīng)化學(xué)過程與物理混合而制得的水基印刷油墨，適用于柔版和凹版印刷。水墨中不含揮發(fā)性有機溶劑，在印刷過程中對工人健康無不良影響，對大氣環(huán)境無污染。水墨的獨特優(yōu)點符合日益嚴格的環(huán)境保護法規(guī)，在全球范圍內(nèi)日益受到包裝印刷界的青睞。以美國為例，1998年全國包裝印刷行業(yè)的水墨用量已超過23萬噸，95％為柔性版印刷品，80％的凹版印刷品，20％的塑料印刷品都采用水墨，現(xiàn)在，美國報刊業(yè)的柔版印刷年遞增率為87％，加、英、意等發(fā)達國家印刷廠均宣布改用柔印機。
目前，我國柔性版和凹版印刷所采用的印刷油墨為傳統(tǒng)的水性油墨和醇溶性油墨兩大類傳統(tǒng)的水性油墨普遍存在干燥速度慢、光澤度低、易造成紙張收縮、印刷圖案不耐水洗、容易掉色等缺點；醇溶性油墨，是以醇類為主要溶劑因而價格昂貴，且具有毒害性。
在油墨制造過程中，其核心是基體樹脂的選用。在以往的水性油墨的制造過程中，大多數(shù)廠家是選擇國外進口的丙烯酸乳液及固體樹脂為基體而制造水墨，該法以乳液為主體。從技術(shù)角度看，以乳液為主的油墨流變性不太好，成膜光澤不好，再溶性不好，對顏料的潤濕性不好，特別是對印版及印刷基材的潤濕不好，而造成印刷適應(yīng)性差，印刷效果不好；從經(jīng)濟角度看，進口的丙烯酸乳液成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨及其制備方法，它具有無毒、無污染、不燃、不爆、使用安全性好、濃度高、用量少、性能穩(wěn)定、印刷適應(yīng)性好、附著牢度強、干燥快、印刷品干后無有害殘留物質(zhì)、耐水和抗磨性能優(yōu)良、不脫色、掉色、制造成本低廉等特點。
解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的方案是水性油墨的配方中各組分重量百分比為，水性固體丙烯酸樹脂5％～20％、助溶劑5％～20％、顏料10％～30％、助劑0.5％～3％、胺類物質(zhì)0.5％～10％，余量為水，且其中的水性固體丙烯酸樹脂為10％～50％丙烯酸系混合單體、0.1％～1.5％過硫酸銨和余量為水的各組分共聚反應(yīng)的產(chǎn)物。
水性油墨的制備方法是，(1)以丙烯酸系混合單體為共聚單體，以過硫酸銨為引發(fā)劑，以水為反應(yīng)介質(zhì)，按上述比例，在攪拌狀態(tài)下進行水相懸浮共聚反應(yīng)，再冷卻過濾，洗滌，烘干，得到白色顆粒狀水性固體丙烯酸樹脂；(2)按上述比例，先以水、助溶劑和胺類物溶解上所得的水性固體丙烯酸樹脂，再配以顏料、水和助劑，經(jīng)砂磨機研磨而成水性油墨。
本發(fā)明水性油墨配方中的丙烯酸系混合單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺中的二種以上，其中還可混入了苯乙烯；所配方中述胺類物質(zhì)可為氨水、乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基丙醇中的單一物或混合物；助溶劑可為乙醇、異丙醇、乙二醇單醚、丙二醇甲醚中的單一物或混合物；助劑選用的是油墨用有機硅酮類和炔醇類混合助劑；在制備水性固體丙烯酸樹脂時的反應(yīng)介質(zhì)還包括醇類。
在制備水性固體丙烯酸樹脂時，首先按配方量向反應(yīng)釜中加入反應(yīng)介質(zhì)，攪拌升溫至60℃～90℃，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘～80轉(zhuǎn)/分鐘，加入1/3的引發(fā)劑，再開始緩慢滴加丙烯酸系混合單體，控制在1小時～2小時內(nèi)滴加完畢，在滴加過程中定時補加引發(fā)劑，混合單體滴加完時也補加完剩余的引發(fā)劑，并保溫反應(yīng)1小時～2小時。
在制備水性油墨工序中，先按配方量將水、助溶劑、胺類物質(zhì)投入另一反應(yīng)釜中，再將上述水性固體丙烯酸樹脂按配方量投入反應(yīng)釜中溶解，溶完后，投入顏料、水、助劑，以900轉(zhuǎn)/分鐘～1400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度高速分散，最后經(jīng)過砂磨機研磨至小于10μm的成品水性油墨。
具體實施例方式
實施例1將占重量百分比55％的水和4.0％的乙醇加入反應(yīng)釜中，升溫至60℃，以80轉(zhuǎn)/分鐘攪拌均勻，加入過硫酸銨總量的1/3，緩慢滴加丙烯酸系混合單體，控制在1小時～2小時內(nèi)滴加完畢，丙烯酸系混合單體為占重量百分比16％丙烯酸丁酯、12％甲基丙烯酸甲酯、12％丙烯酸。在滴加過程中定時補加過硫酸銨，混合單體滴加完時也補加完剩余的過硫酸銨，其全部總量占1.0％，并保溫反應(yīng)1小時～2小時。反應(yīng)后，再冷卻過濾、洗滌、烘干得到固體樹脂粉末，其主要指標(biāo)為，外觀呈白色粉末狀，固體量＞98％，玻璃化溫度為20℃，酸值為233mgKOH/g。按比例在另一反應(yīng)釜中，先以占45％的水、乙醇10％、乙醇胺5％、濃度28％的NH4OH 1.0％，溶解占重量百分比20％的水性固體丙烯酸樹脂，溶完后，投入15％的顏料和4.0％的助劑，以900轉(zhuǎn)/分鐘～1400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度高速分散，最后研磨成粒徑小于10μm水性油墨，顏料采用瑞士科萊恩公司的WF483，助劑為美國氣體化工公司的占1.0％的surfyno 1440、占3.0％的surfynolCT-131和占全部總量0.5％的surfynol DF-66。經(jīng)過過濾、調(diào)色、包裝，可供彩印廠使用。生產(chǎn)好的水性油墨的主要指標(biāo)如下顏色對色樣偏差5％內(nèi)細度＜10μm著色力90～100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5干燥速度100～200m/min。
實施例2將占重量百分比55％的水和4.2％的乙醇加入反應(yīng)釜中，升溫至80℃，以70轉(zhuǎn)/分鐘攪拌均勻，加入過硫酸銨總量的1/3，緩慢滴加苯乙烯、丙烯酸系混合單體，控制在1小時～2小時內(nèi)滴加完畢，苯乙烯、丙烯酸系混合單體為占重量百分比24％的苯乙烯、8％的丙烯酸丁酯和8％的丙烯酸。在滴加過程中定時補加過硫酸銨，混合單體滴加完時也補加完剩余的過硫酸銨，其全部總量占0.8％，并保溫反應(yīng)1小時～2小時。反應(yīng)后，再冷卻過濾、洗滌、烘干得到固體樹脂粉末，其主要指標(biāo)為，外觀呈白色粉末狀，固體量＞98％，玻璃化溫度為55℃，酸值為155mgKOH/g。按比例在另一反應(yīng)釜中，先以占42％的水、乙醇15％、乙醇胺3％、濃度28％的NH4OH 1.0％溶解占重量百分比20％的水性固體丙烯酸樹脂，溶完后，投入15％的顏料和4.5％的助劑，以900轉(zhuǎn)/分鐘～1400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度高速分散，最后研磨成粒徑小于10μm水性油墨，顏料采用瑞士科萊恩公司的WF13，助劑為美國氣體化工公司的占1.0％的surfyno 1440、占3.0％的surfynol CT-131和占全部總量0.5％的surfynol DF-66。經(jīng)過過濾、調(diào)色、包裝，可供彩印廠使用。生產(chǎn)好的水性油墨的主要指標(biāo)如下顏色對色樣偏差5％內(nèi)細度＜10μm著色力90～100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5
干燥速度100～200m/min。
實施例3將占重量百分比58.5％的水加入反應(yīng)釜中，升溫至90℃，以50轉(zhuǎn)/分鐘攪拌均勻，加入過硫酸銨總量的1/3，緩慢滴加丙烯酸系混合單體，控制在1小時～2小時內(nèi)滴加完畢，丙烯酸系混合單體為占重量百分比8％的甲基丙烯酸丁酯、20％的甲基丙烯酸甲酯和12％的甲基丙烯酸。在滴加過程中定時補加過硫酸銨，混合單體滴加完時也補加完剩余的過硫酸銨，其全部總量占1.5％，并保溫反應(yīng)1小時～2小時。反應(yīng)后，再冷卻過濾、洗滌、烘干得到固體樹脂粉末，其主要指標(biāo)為，外觀呈白色粉末狀，固體量＞98％，玻璃化溫度為95℃，酸值為195mgKOH/g。按比例在另一反應(yīng)釜中，先以占36％的水、乙醇20％、乙醇胺4％、濃度28％的NH4OH 1.0％溶解占重量百分比20％的水性固體丙烯酸樹脂，溶完后，投入15％的顏料和4.5％的助劑，以900轉(zhuǎn)/分鐘～1400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度高速分散，最后研磨成粒徑小于10μm水性油墨，顏料采用瑞士科萊恩公司的WF153，助劑為美國氣體化工公司的占1.0％的surfyno440、占3.0％的surfynol CT-131和占全部總量0.5％的surfynol DF-66。經(jīng)過過濾、調(diào)色、包裝，可供彩印廠使用。生產(chǎn)好的水性油墨的主要指標(biāo)如下顏色對色樣偏差5％內(nèi)細度＜10μm著色力90-100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5干燥速度100～200m/min。
權(quán)利要求
1.一種以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于各組分的重量百分比為，水性固體丙烯酸樹脂5％～20％、助溶劑5％～20％、顏料10％～30％、助劑0.5％～5％、胺類物質(zhì)0.5％～10％，余量為水，且其中的水性固體丙烯酸樹脂為10％～50％丙烯酸系混合單體、0.1％～1.5％過硫酸銨和余量為水的各組分共聚反應(yīng)的產(chǎn)物。
2.按權(quán)利要求1所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于丙烯酸系混合單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺中的二種以上。
3.按權(quán)利要求1所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于所述胺類物質(zhì)可為氨水、乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基丙醇中的單一物或混合物。
4.按權(quán)利要求1所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于助溶劑可為乙醇、異丙醇、乙二醇單醚、丙二醇甲醚中的單一物或混合物。
5.按權(quán)利要求1所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于所述助劑為油墨用有機硅酮類和炔醇類混合助劑。
6.按權(quán)利要求2所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于在丙烯酸系混合單體中還混入了苯乙烯。
7.按權(quán)利要求1所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨，其特征在于水性固體丙烯酸樹脂的反應(yīng)介質(zhì)還包括醇類。
8.一種以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨的制備方法，其特征在于(1)以10％～50％的丙烯酸系混合單體為共聚單體，以0.1％～1.5％的過硫酸銨為引發(fā)劑，以剩余重量百分比的水為反應(yīng)介質(zhì)，在攪拌下進行水相懸浮共聚反應(yīng)，再冷卻過濾，洗滌，烘干，得到白色顆粒狀樹脂；(2)以水、助溶劑和胺類物溶解上一工序所得水性固體丙烯酸樹脂，再配以顏料、水和助劑，經(jīng)砂磨機研磨而成水性油墨，且各組分的重量百分比為，水性固體丙烯酸樹脂5％～20％、助溶劑5％～20％、顏料10％～30％、助劑0.5％～5％、胺類物質(zhì)0.5％～10％，余量為水。
9.按權(quán)利要求8所述的以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨的制備方法，其特征在于(1)在制備水性固體丙烯酸樹脂時，按配方量首先向反應(yīng)釜中加入反應(yīng)介質(zhì)，攪拌升溫至60℃～90℃，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘～80轉(zhuǎn)/分鐘，加入1/3的引發(fā)劑，再開始緩慢滴加丙烯酸系混合單體，控制在1小時～2小時內(nèi)滴加完畢，在滴加過程中定時補加引發(fā)劑，混合單體滴加完時也補加完剩余的引發(fā)劑，并保溫反應(yīng)1小時～2小時；(2)在制備水性油墨工序中，先按配方量將水、助溶劑、胺類物質(zhì)投入另一反應(yīng)釜中，再將上述水性固體丙烯酸樹脂按配方量投入反應(yīng)釜中溶解，溶完后，投入顏料、水、助劑，以900轉(zhuǎn)/分鐘～1400轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度高速分散，最后經(jīng)過砂磨機研磨至小于10μm的成品水性油墨。
全文摘要
以合成水性固體丙烯酸樹脂為基料的水性油墨及其制備方法。本發(fā)明屬于印刷用油墨及其生產(chǎn)工藝，特別是水性印刷用油墨及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明以丙烯酸系混合單體為共聚單體，以過硫酸銨為引發(fā)劑，以水為反應(yīng)介質(zhì)，在攪拌下進行水相懸浮共聚反應(yīng)得到水性固體丙烯酸樹脂；用水、助溶劑和胺類物溶解水性固體丙烯酸樹脂，再配以顏料、水和助劑，經(jīng)砂磨機研磨而制成水性油墨。本發(fā)明的產(chǎn)品具有無毒、無污染、不燃、不爆、使用安全性好、濃度高、用量少、性能穩(wěn)定、印刷適應(yīng)性好、附著牢度強、干燥快、印刷品干后無有害殘留物質(zhì)、耐水和抗磨性能優(yōu)良、不脫色、掉色、制造成本低廉等特點。
文檔編號C09D11/10GK1718646SQ20051001091
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者張愛國 申請人:昆明樂頓油墨科技開發(fā)有限公司