一種水性塑料裡印複合凹版印刷油墨及其製備方法與流程
2024-02-27 22:48:15
本發明涉及水性塑料凹版印刷技術應用領域，具體涉及一種水性塑料裡印複合凹版印刷油墨及其製備方法。
背景技術：
隨著經濟的發展及社會的進步，人們對環境保護意識的增強，工業生產及對應產品的應用逐漸向零排放零汙染方向發展。在包裝印刷行業，人們對包裝材料及印刷油墨提出了更為嚴格的要求。
油墨在包裝印刷過程中起到了關鍵作用，通過印刷將文字和圖案生動形象地呈現在承印物上，油墨品種的選擇及印刷效果的好壞直接影響消費者對產品的喜好。在人們安全環保意識的不斷增強中，市場上的油墨經歷了從苯溶性到酯溶性，再到目前逐漸推廣的醇溶性和水溶性油墨。目前各基材上印刷的主流油墨仍以酯溶性油墨為主，溶劑型油墨在生產及印刷過程中會排放出對人類和環境均有害的揮發性有機化合物。在當前保護環境和綠色生產為主題的大環境下，溶劑型油墨已經不能滿足人們對於綠色生產生活的要求。為了解決溶劑型油墨對安全和環境的影響，科研技術人員開始了對水性油墨的探索，水性油墨主要以為水作為溶劑，在生產印刷過程中幾乎沒有揮發性有機化合物的排放，具有良好的安全性。但是由於水的沸點高，以水作為溶劑的水性油墨不能滿足高速印刷的要求。同時水的表面張力較大，對顏料的潤溼性較差，製成的水性油墨色飽和度低，附著牢度差，在印刷過程存在堵版、刀絲現象嚴重等問題，而且油墨的存儲穩定性也較差。在本發明中我們通過特殊工藝分散的顏料，製備得到的水性油墨具有色彩鮮豔，色飽和度高，用淺版印刷即可達到傳統溶劑型油墨深版印刷的效果；且印刷過程中刀線問題，儲存穩定性也大幅提高。這樣一方面大幅提高了印刷速度，另一方面也替客戶節省了油墨的使用量，降低了成本。樹脂選用我們自已合成的聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液，自製的具有特殊功能結構的乳液具有良好的耐ca2+，mg2+性能，這樣在製備水性油墨的過程中可直接添加自來水，而且也增強了水性油墨的再溶解性能，解決了印刷過程中的堵版問題。
目前，與傳統溶劑型油墨相比較，水性油墨在市場上的佔有率相對較小，應用市場還有很大的上升空間。水性油墨較之傳統溶劑型油墨在安全環保方面也具有巨大優勢，但是其在乾燥性、附著牢度、複合強度及印刷性能等個別方面較之傳統溶劑型油墨相對較差。本發明提出的一種環保型水性塑料裡印複合凹版印刷油墨針對塑料凹版水性油墨存在的問題進行了改進。該水性油墨主要以自來水作為溶劑，在該水性油墨的製備及印刷過程中，幾乎沒有vocs的排放。該水性油墨通過配方的調整和油墨製備工藝的改進來完善水性油墨所需的各項性能指標。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種環保型水性塑料裡印複合凹版印刷油墨及其製備方法。
為了達成上述的目的，本發明提供了一種環保型水性塑料裡印複合凹版印刷油墨，以重量百分比計包括：
顏料10%~40%；
水性連結料30~60%；
溼潤劑0.1%~5%；
消泡劑0.1%~1%；
溶劑24%~50%；
上述各組分的重量百分比之和為100%。
在根據本發明的一個實施方案中，上述所用顏料為為水性紅色顏料、水性黃色顏料、水性藍色顏料、水性黑色顏料或水性白色顏料。
在根據本發明的一個實施方案中，所述水性紅色顏料為pr146紅；所述水性黃色顏料為py14黃；所述水性藍色顏料為pb15：3酞菁藍；所述水性黑色顏料為pbl7炭黑；所述水性白色顏料為pw6鈦白。
在根據本發明的一個實施方案中，所述水性連接料為聚丙烯酸乳液或聚氨酯乳液或按1:1～10:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液；所述聚丙烯酸乳液或聚氨酯乳液的固含量在30wt%~60wt%之間。
在根據本發明的一個實施方案中，所述潤溼劑為hlb值為6~8中的聚氧乙烯醚類化合物中的一種或多種。
在根據本發明的一個實施方案中，所述消泡劑為聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷中的一種或多種。
在根據本發明的一個實施方案中，所述溶劑為未經任何處理的自來水。
本發明同時還提供了一種上述水性油墨的製備方法（即微脂漿工藝），包括：
1)將一定量的顏料、水性連接料、潤溼劑及溶劑在1000-15000r/min的攪拌速度下混合均勻，形成溶膠體系，再經過進一步地分散形成微脂漿；
2)先將一定量的消泡劑與溶劑在1000-5000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將步驟1）得到的產物與一定量的水性連接料和潤溼劑加入料罐形成混合物，並以1000-15000的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，再加入混合後的消泡劑和溶劑緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入該混合物，得到油墨初成品；
3)將步驟2）得到的油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨。
在根據本發明的一個實施方案中，在步驟2）中，所述料罐內的溫度不超過50℃。
另外，本發明進一步提供了一種上述水性油墨的製備方法（普通工藝），包括：
1）先將一定量的消泡劑與溶劑在1000-5000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將一定量的顏料、水性連接料和潤溼劑加入料罐並在1000-15000r/min的攪拌速度下混合均勻，然後將混合後的消泡劑和溶劑緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入該混合物，得到油墨初成品；
2）將步驟1）得到的油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨。
在根據本發明的一個實施方案中，在步驟2）中，所述料罐內的溫度不超過50℃。
本發明具有以下有益效果：
本發明所製備的水性油墨，相比於溶劑型油墨，不僅具有無毒無害、不燃不爆、印刷性能優異等特性；而且還具有色彩鮮豔，色飽和度高及印刷效果優良等特點。另外，該油墨可以在bopp、pet和pe等各種塑料基材上印刷，可以使用水膠和無溶劑膠進行複合，均具有良好的附著牢度（可達95%）及複合強度（達到1n/15mm以上）。且本發明所用溶劑為未經任何處理的自來水，使得成本降低。
本發明通過上述配方和微脂漿工藝將製備得到的水性油墨顆粒分散到納米級，得到的水性油墨比傳統工藝製備得到的水性油墨具有更高的色飽和濃度，該水性油墨在各類塑料基材上的附著牢度，複合強度與溶劑型油墨相當，甚至優於溶劑型油墨，該水性油墨同時具有良好的存儲穩定性（保質期可達12個月）。通過上述優化的配方和方法製備得到的水性油墨也成功地解決了在凹版塑料印刷過程中存在的堵版和刀絲嚴重等問題。
附圖說明
圖1為傳統工藝製備得到的油墨粒徑分布圖；
圖2為本發明的方法製備得到的油墨粒徑分布圖。
具體實施方式
為了更好的闡述本發明，下面將結合具體實例對本發明的優選實施方案進行具體描述，應當明確，下面的實施案例只是本發明所包含內容的一部分而非全部，描述實例是為了更好的說明本發明的創新點及其優勢。
本發明提供了一種環保型水性塑料裡印複合凹版印刷油墨，以重量百分比計包括：
顏料10%~40%；
水性連結料30~60%；
溼潤劑0.1%~5%；
消泡劑0.1%~1%；
溶劑24%~50%；
上述各組分的重量百分比之和為100%。
上述配方中的顏料為為水性紅色顏料、水性黃色顏料、水性藍色顏料、水性黑色顏料或水性白色顏料，其中，水性紅色顏料為pr146紅，水性黃色顏料為py14黃，水性藍色顏料為pb15：3酞菁藍，水性黑色顏料為pbl7炭黑，水性白色顏料為pw6鈦白。上述提到的顏料均為納米級顏料，具有良好的耐曬性能與耐鹼性能。該水性油墨是通過凹版印刷在塑料薄膜類基材上，塑料薄膜（如bopp，pet，pe等）為非吸收性基材，具有較低的表面張力（一般在30×10-3n/m到40×10-3n/m），而水的表面張力為72.593×10-3n/m，以自來水作為溶劑的水性油墨具有較大的表面張力，這使得水性油墨在塑料薄膜上印刷時容易出現流平差、附著牢度低等各種缺陷。用我們自製的水性連接料所製備的水性油墨完美地解決了這一問題。自製乳液通過對聚合單體、功能性單體的選擇和聚合方式及分子量的控制合成了滿足要求的乳液。配方中涉及的潤溼劑優先選擇聚氧乙烯醚類化合物，消泡劑優先選擇聚二甲基矽氧烷。
另外，本發明同時還提供了一種上述水性油墨的製備方法（即微脂漿工藝），包括：
1)將一定量的顏料、水性連接料、潤溼劑及溶劑在1000-15000r/min的攪拌速度下混合均勻，形成溶膠體系，再經過進一步分散形成微脂漿；
2)先將一定量的消泡劑與溶劑在1000-5000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將步驟1）得到的產物與一定量的水性連接料和潤溼劑加入料罐形成混合物，並以1000-15000r/min的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和溶劑緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻地進入混合物，得到油墨初成品；
3)將步驟2)得到的油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨。
在根據本發明的一個實施方案中，在步驟2）中，所述料罐內的溫度不超過50℃。
本發明還涉及一種製備上述水性油墨的製備方法（即傳統工藝），包括：
1）先將一定量的消泡劑與溶劑在1000-5000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將一定量的水性連接料、顏料和潤溼劑加入料罐並在1000-15000r/min的攪拌速度下混合均勻，然後將混合後的消泡劑和溶劑緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入混合物，以得到油墨初成品；
2）將步驟1）得到的油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨。
通過上述油墨配方和上述微脂漿工藝製備得到的油墨粒徑比傳統工藝得到的油墨粒徑更小，粒徑分布更均勻，測試結果見圖1及圖2。
實例1：凹版水性塑料油墨（紅）
稱取水性紅色顏料pr146紅10份，自製水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按1:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）60份，潤溼劑0.4份，消泡劑（聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚）1份，自來水28.6份。製備油墨時，首先將稱取的消泡劑與自來水兩者在1500r/min的攪拌速度下混合均勻，再將稱取的水性紅色顏料pr146紅、自製乳液和潤溼劑按所稱取的量加入料罐形成混合物，並以8000r/min的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和自來水緩慢勻速地加入料罐，使其均勻進入混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨，其性能指標見下表1所示。在整個操作過程中，料罐內的溫度不得超過50℃。
實例2：凹版水性塑料油墨（白）
稱取水性白色顏料pw6鈦白40份，自製水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按1:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）30份，潤溼劑5份，消泡劑（聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚）1份，自來水24份。製備油墨時，首先將稱取的消泡劑與自來水兩者在1500r/min的攪拌速度下混合均勻，再將水性白色顏料pw6鈦白、自製乳液和潤溼劑按所稱取的量加入料罐形成混合物，並在8000r/min的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和自來水緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨，其性能指標見下表1所示。在整個操作過程中，料罐內的溫度不得超過50℃。
實例3：凹版水性塑料油墨（黃）
稱取水性黃色顏料py14黃40份，自製水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按3:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）50份，潤溼劑1份，自來水9份，將所稱取的顏料，水性乳液，潤溼劑和自來水在8000r/min的攪拌速度下混合均勻，形成溶膠體系，再經過進一步分散形成黃色微脂漿；稱取上述微脂漿30份，自製水性乳液30份，潤溼劑0.1份，消泡劑1份，自來水38.9份。製備油墨時，首先將稱取的消泡劑與自來水兩者在2000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將微脂漿、自製乳液和潤溼劑按所稱取的量加入料罐形成混合物，並以8000r/min的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和自來水緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入該混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨，其性能指標見下表1所示。在整個操作過程中，料罐內的溫度應不得超過50℃。
實例4：凹版水性塑料油墨（藍）
稱取水性藍色顏料pb15：3酞菁藍40份，自製乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按3:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）40份，潤溼劑0.1份，自來水19.9份。將所稱取的上述顏料、自製乳液與潤溼劑在8000r/min的攪拌速度下混合均勻，形成溶膠體系，再經過進一步分散形成藍色微脂漿；稱取上述藍色微脂漿40份，自製乳液30份，潤溼劑0.06份，消泡劑0.5份，自來水29.44份。製備油墨時，首先將所稱取的消泡劑與自來水兩者在2000r/min的攪拌速度下混合均勻。再將上述藍色微脂漿、自製乳液和潤溼劑按所稱取的量加入料罐形成混合物，並以8000r/min的速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和自來水緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入該混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨，其性能指標見下表1所示。在整個操作過程中，料罐內的溫度應不得超過50℃。
實例5：凹版水性塑料油墨（黑）
稱取水性黑色顏料pbl7炭黑50份，自製水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按10:1混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）50份，將所稱取的顏料和水性乳液在8000r/min的攪拌速度下混合均勻，形成溶膠體系，再經過進一步分散得到黑色微脂漿；稱取黑色微脂漿40份，自製乳液30份，潤溼劑4.5份，消泡劑0.1份，自來水25.4份。製備油墨時，首先將所稱取的消泡劑與自來水兩者在2000r/min的攪拌速度下混合均勻，再將上述黑色微脂漿、自製乳液和潤溼劑按所稱取的量加入料罐形成混合物，並以8000r/min的攪拌速度在0.1-0.8mm的研磨介質中持續分散，然後將混合後的消泡劑和自來水緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進入混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經過過濾機得到成品油墨，其性能指標見下表1所示。在整個操作過程中，料罐內的溫度應不得超過50℃。
表1普通工藝（實例1和實例2）和微脂漿工藝的（實例3-6）所製備的油墨的性能指標
從表1中可以看出，無論是實例1或2的普通工藝還是實例3、4、5的微脂漿工藝製得的油墨，其耐曬級別均≧4，細度均≦20，粘度均介於13-50s之間，著色力均介於100±5之間；但實例3、4、5的微脂漿工藝製得的油墨的附著牢度及剝離力均高於實施例1或2的普通工藝，附著牢度可達到95%以上，剝離力也可達到1n/15mm以上。
以上，僅為本發明較佳的具體實施方式，但發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。