專利名稱：一種通用于非吸收性底材水性油墨及其制作方法
技術領域：
本發明涉及用于柔版和凹版的水性油墨及其制作方法，尤其是一種通用于非吸收 性底材水性油墨及其制作方法。
背景技術：
作為解決消防安全、減少石油資源消耗、降低車間大氣環境污染以及提高食品包 裝衛生要求的重要方向，對于油墨和印刷行業，一個公認的共識是發展和使用水性油墨。在 這個領域，已經有眾多的研究者開展了開拓性的工作，然而，大部分的研究和應用都局限在 吸收性底材(如各種涂層和非涂層紙)領域，在非吸收性底材上的應用則非常之少，主要問 題在于水性油墨的潤濕、干燥、以及附著力問題的解決都是比較困難的。另外，本文也注意 到了近年來一些涉及非吸收性底材應用的文獻或專利，如公開號為CN101(^9194A(塑料薄 膜水性凹印印刷油墨)、公開號為CN1290728 (用于塑料薄膜凸版印刷的水性油墨及其制造 方法)、公開號為CN1010M490A (水性多用途塑料復合與表印系列油墨及其制備方法)、公 開號為CN1702126A (—種水性塑料油墨)、公開號為CN101570657(—種紙張、塑料通用水性 油墨及制備方法)等等，然而采用以上專利所示配方制作的油墨在實際應用過程中，隨著 底材不同或者底材表面狀態變化、印刷條件的變化等，很容易出現起泡、縮孔或潤濕不良的 問題，或者說很難得到高質量的印刷品，這也正是業界雖然在水性油墨上進行了大量努力， 但在對各類非吸收性底材的實際應用卻幾乎沒有的原因。通過系統的研究，我們發現上述專利在制墨上有一些規律，譬如均在配方中使用 了小分子量共聚丙烯酸(除丙烯酸外通常還會有苯乙烯、馬來酸酐或其他成分等共聚成 分，在本文中均簡稱為共聚丙烯酸)類樹脂的氨溶液、以及大分子量共聚丙烯酸乳液，我們 已經知道，共聚丙烯酸樹脂在氨化后會呈現一種皂性結構，比較容易起泡，而乳液則由于乳 化劑的大量使用，更加容易起泡，另一方面，由于水的表面張力大、對各種非吸收性底材的 潤濕能力很差，為了克服這個問題有時還必須加入特定的表面活性劑降低體系的表面張 力，這就更加劇了體系的起泡性，可以說，容易起泡是水性油墨的最大問題，問題在于，上述 專利均不約而同的使用了消泡劑進行泡沫控制，消泡劑的種類包括礦物油、植物油、疏水二 氧化硅、硬脂酸皂、有機硅氧烷和其他有機消泡劑，而消泡劑本身是利用與體系不相容的原 理進行消泡的，消泡劑相容性越差(如有機硅氧烷)則消泡效果越好，但與此同時，這種不 相容的特性很容易在底材上造成涂膜的縮孔，這種縮孔的傾向會隨著消泡劑的種類、用量、 底材的不同已經油墨的經時老化而變化，或者說，只要是使用了消泡劑，在一定的條件下， 涂膜就會表現出一定的縮孔傾向。遺憾的是，上述專利中沒有給出解決這個問題的辦法，或 則說沒有認識到使用消泡劑造成的不良后果。
發明內容
本發明的目的正是為了克服上述技術的不足，而提供一種通用于非吸收性底材水 性油墨及其制作方法，其在如鍍鋁紙、鋁箔(或鋁箔復合紙)、薄膜(如PP、PE、PET、PVC等)等各種常用的非吸收性底材上均能夠順利應用。本發明解決其技術問題采用的技術方案這種通用于非吸收性底材水性油墨，配 方重量比為色漿40 60%、乳液20 50%，水與水溶性溶劑5 15%，油墨助劑1 15% ；色漿的配方是水5 10%、水溶性溶劑8 20%、分散樹脂液20 40%、分散劑 0 5%、顏料5 40%。配方中不使用消泡劑，消泡劑的特征為礦物油、植物油、疏水二 氧化硅、硬脂酸皂、有機硅氧烷和其他有機消泡劑中的一種或復配物。本發明所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，步驟如下A、色漿的制作；B、加入乳液進行攪拌混合；C、加入水和水溶性溶劑的混合物進行粘度調劑；D、加入油墨助劑進行最終性能調節；E、過濾及包裝；作為優選，色漿配方中使用的分散樹脂液，在攪拌狀態在，在攪拌釜中依次加入水 20 50%、水溶性溶劑10 30、堿溶性共聚丙烯酸樹脂20 40%、堿性化合物3 10，在 50 80攝氏度下保溫溶解。作為優選，分散樹脂液中使用了堿溶性共聚丙烯酸樹脂，數均分子量5000 40000，酸價50 300 ；分散樹脂液中使用了堿性化合物，是有機類堿性化合物或者無機類 堿性化合物中的一種或幾種；分散樹脂液中使用堿性化合物的是使配方中和率達到80 200%。作為優選，色漿中使用了分散劑是高分子量的聚合物分散劑，使用的顏料是有機 或無機顏料。作為優選，步驟B中乳液使用無皂聚合方式聚合的乳液，無皂乳液數均分子量為 50000 250000 ；酸值是50 150之間；固含量在30 50%；乳液加入量占配方總重量比 在20 50%，需要在低速攪拌的狀態下加入，攪拌槳的線速度最高不能超過lOm/s。作為優選，步驟C中水與水溶性溶劑必須混合之后再加入，以防止體系出現破 乳、析出的問題，混合重量比例為水水溶性溶劑=3 7 9 1之間。水溶性溶劑可以 是能夠與水進行混容的任何有機溶劑，如低分子量酮類、醇類、醚類、部分含氮化合物溶劑 如N-甲基吡咯烷酮、部分含醇、醚基團的多官能團溶劑中的一種或幾種，最合適的是如乙 醇、丙醇、丁醇等低碳鏈醇類(含C6及其以下的)以及如乙二醇醚、丙二醇醚等多官能團醇 醚溶劑，用量過少達不到效果，過多的用量將使體系失去穩定性。作為優選，步驟D中包括蠟、潤濕劑、PH調整劑、增稠劑、固化劑，蠟是其聚乙烯 蠟、氧化聚乙烯蠟、聚四氟乙烯蠟、石蠟、酰胺蠟中的一種或幾種，潤濕劑是聚醚改性硅烷、 含氟表面活性劑或炔二醇類表面活性劑；pH調整劑是有機類堿性化合物或者無機類堿性 化合物中的一種或幾種；固化劑是氧化鋅溶液、噁唑啉類、鈦酸酯、氮丙錠、碳化二胺物質中 的一種或幾種。作為優選，油墨采用密閉式砂磨分散工藝進行加工制造，先使用砂磨機對色漿進 行顏料的研磨分散工作，待研磨完成后再加入后添加的樹脂、油墨助劑成分完成油墨配方 合成。首先要使用一種低起泡性的乳液，以控制體系的起泡性在一個比較溫和的程度。通過分析體系中的成分可以得知乳液中含有的小分子乳化劑是體系最大的起泡源，乳化劑 的種類、含量不同其起泡性各有不同，本文中根據本發明的特性采用一種方法可以快速辨 別乳液的起泡性用(水乙醇=3 1)的混合溶劑對樣品進行100%稀釋，取50ml稀釋 液裝入250ml玻璃瓶中密閉，在快速震蕩儀中進行標準震蕩后取出靜置10分鐘，觀察樣品 瓶中的泡沫高度按泡沫的高度以IOml為梯度進行分級(泡沫高度IOml為1級、20ml為 2級、30ml為3級、40ml為4級、50ml及以上為5級)，1級與2級判定為低起泡性乳液，優 選1級。這種方法也適用于后續配方中其他成分起泡性的鑒別。考慮到本文的應用方向主 要為非吸收性底材領域，小分子乳化劑同時還會對體系的耐水性和附著力造成不良影響， 因此進一步優選考慮使用無皂聚合方式制造的乳液。這種乳液中不含或僅含微量的小分子 乳化劑，乳液在分子鏈段上共聚有水溶性單體、并通常輔助使用可反應乳化劑或大分子量 乳化劑進行(自)乳化，這種乳液的起泡性普遍較低。除了常見的共聚丙烯酸類型外，無皂 聚合乳液還包括了采用自乳化方式穩定的聚氨酯乳液、或則丙烯酸/聚氨酯雜化乳液，在 本文中不做特別限制，而乳液間的一個共同點在于乳液中不含或僅含微量的乳化劑。在乳 液聚合方法方面，目前已經可以查找到大量公開文獻，國內外的制造商如BASF、羅門哈斯、 Nuplex Resins等生產的最新產品都能夠在油墨應用中達到實用的水平，因而在本文中將 直接選用商業產品而非自己制作。這種乳液的另一個優點是對醇、醚類水溶性溶劑的容納 度比普通乳液要高，這有利于下面第2點敘述內容的應用。加入水溶性溶劑進行體系表面張力調節和泡沫控制。使用上述乳液制作的油墨由 于缺少小分子表面活性劑作為潤滑和潤濕，體系呈現出流動不良、涂膜不平整等現象，體系 在起泡性上雖然得到了一定的控制，然而泡沫的消除仍然十分緩慢。我們試驗個各種(除 使用消泡劑之外)方法，改善的效果均十分有限，然而但我們在體系中加入水溶性溶劑并 增加到一定的劑量時，令人驚奇的發現，油墨的起泡性得到了非常明顯的抑制，同時產生的 泡沫的消除十分迅速，而涂膜的質量也得到了極大的提高。這種效果是利用了水溶性溶劑 親油、低表面張力的特性(當水溶性溶劑加入時，體系溶劑(水)相的表面張力降低，親油 性增加，兩親物質的取向性降低進而泡沫的穩定性降低，從而達到抑泡的效果)。本發明有益的效果是通過配方的整合優化，實現完全不用消泡劑、從而避免涂膜 縮孔缺陷的水性油墨配方，制作出一種完全不需使用消泡劑且起泡很少，潤濕效果良好，同 時在各種非吸收性底材上均具有非常優良的印刷性能和物理性能的水性油墨。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明本發明的配方和工藝分如下步驟A、色漿(基墨)的制作；B、加入乳液進行攪拌混合C、加入水和水溶性溶劑的混合物進行粘度調劑D、加入油墨助劑進行最終性能調節E、過濾及包裝。對于A部分的色漿(基墨)，在油墨配方總重量重占有40 60%，最普遍應用的 是采用密閉式砂磨機進行顏料研磨的工藝，色漿(基墨)中的成分和配方如下所示
成分比例(重量比)成分例說明水5^10%水溶性溶劑8~20%乙醇、丙醇、丁醇等低碳鏈醇類(含 C6及其以下的)以及乙二醇醚、丙二醇醚 等多官能團醇醚溶劑中的一種或幾種分散樹脂液20 40%共聚丙烯酸樹脂的氨溶液
分散劑0^5%根據不同的顏料特性按需使用，優選 嵌段結構的丙烯酸共聚物，可以使用BYK、 CIBA、Lubrizol等公司生產的高分子量的 聚合物分散劑，低分子量的分散劑通常有 較強的起泡性不建議使用。顏料5 40%有機顏料或炭黑、鈦白粉等無機顏 料，沒有特別的限定總計40~60%配料全部完成后在攪拌機中進行充分攪拌，之后輸往密閉式砂磨機砂磨顏料粒徑到 指定細度，砂磨機內物料溫度設定為40飛0攝氏度。對于配方中的顏料分散樹脂液，由于市場上銷售的商品為了控制生產過程中產生 的泡沫，通常其中都含有的消泡劑，因此本發明中分散樹脂液采用自己制作，配方中均不含 有消泡劑而是代之以加入水溶性溶劑，原理上面已經闡述，配方及工藝如下
權利要求
1.一種通用于非吸收性底材水性油墨，其特征是配方重量比為色漿40 60%、乳 液20 50%，水與水溶性溶劑5 15%，油墨助劑1 15%;色漿的配方是水5 10%、 水溶性溶劑8 20 %、分散樹脂液20 40 %、分散劑0 5 %、顏料5 40 %。
2.一種制作如權利要求1所述的通用于非吸收性底材水性油墨的方法，其特征在于 步驟如下A、色漿的制作；B、加入乳液進行攪拌混合；C、加入水和水溶性溶劑的混合物進行粘度調劑；D、加入油墨助劑進行最終性能調節；E、過濾及包裝；
3.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于色 漿配方中使用的分散樹脂液，在攪拌狀態在，在攪拌釜中依次加入水20 50%、水溶性溶 劑10 30、堿溶性共聚丙烯酸樹脂20 40%、堿性化合物3 10，在50 80攝氏度下保溫溶解。
4.根據權利要求3所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于分 散樹脂液中使用了堿溶性共聚丙烯酸樹脂，數均分子量5000 40000，酸價50 300 ；分 散樹脂液中使用了堿性化合物，是有機類堿性化合物或者無機類堿性化合物中的一種或幾 種；分散樹脂液中使用堿性化合物的是使配方中和率達到80 200%。
5.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于色 漿中使用了分散劑是高分子量的聚合物分散劑，使用的顏料是有機或無機顏料。
6.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于步 驟B中乳液使用無皂聚合方式聚合的乳液，無皂乳液數均分子量為50000 250000 ；酸值 是50 150之間；固含量在30 50% ；乳液加入量占配方總重量比在20 50%，需要在 低速攪拌的狀態下加入，攪拌槳的線速度最高不能超過lOm/s。
7.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于步 驟C中水與水溶性溶劑必須混合之后再加入，混合重量比例為水水溶性溶劑=3 7 9 1之間。
8.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于步 驟D中包括蠟、潤濕劑、PH調整劑、增稠劑、固化劑，蠟是其聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚四 氟乙烯蠟、石蠟、酰胺蠟中的一種或幾種，潤濕劑是聚醚改性硅烷、含氟表面活性劑或炔二 醇類表面活性劑；PH調整劑是有機類堿性化合物或者無機類堿性化合物中的一種或幾種； 固化劑是氧化鋅溶液、噁唑啉類、鈦酸酯、氮丙錠、碳化二胺物質中的一種或幾種。
9.根據權利要求2所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，其特征在于油 墨采用密閉式砂磨分散工藝進行加工制造，先使用砂磨機對色漿進行顏料的研磨分散工 作，待研磨完成后再加入后添加的樹脂、油墨助劑成分完成油墨配方合成。
全文摘要
本發明涉及一種通用于非吸收性底材水性油墨及其制作方法，配方重量比為色漿40～60％、乳液20～50％，水與水溶性溶劑5～15％，油墨助劑1～15％；色漿的配方是水5～10％、水溶性溶劑8～20％、分散樹脂液20～40％、分散劑0～5％、顏料5～40％。步驟如下A、色漿的制作；B、加入乳液進行攪拌混合；C、加入水和水溶性溶劑的混合物進行粘度調劑；D、加入油墨助劑進行最終性能調節；E、過濾及包裝。本發明有益的效果是通過配方的整合優化，實現完全不用消泡劑、從而避免涂膜縮孔缺陷的水性油墨配方，制作出一種完全不需使用消泡劑且起泡很少，潤濕效果良好，同時在各種非吸收性底材上均具有非常優良的印刷性能和物理性能的水性油墨。
文檔編號C09D11/10GK102086324SQ20101061953
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者林日勝 申請人:湖州杭華油墨科技有限公司