一種複合改性水性油墨用丙烯酸乳液的製備方法與流程
2023-12-05 05:38:11 3
本發明涉及一種複合改性水性油墨用丙烯酸乳液的製備方法，屬於水性油墨技術領域。
背景技術：
水性油墨是以水溶性丙烯酸樹脂為主體，再添加助劑、顏料、填料等所製成的一種水性塗料。隨著現代經濟的迅速發展，人們的環保和安全意識不斷提高，對水性油墨也提出了更高的要求。各種自然因素的作用，是影響水性油墨使用壽命的主要原因。由於西北地區沙塵天氣頻繁發生，風沙對水性油墨的使用壽命產生了很大的影響。因此，提高水性油墨的耐磨擦性能成為了在我國西北地區使用水性油墨的必要前提。越來越多的科研人員開始對水性油墨的耐磨擦性能進行越來越深入的研究。
目前市場上有二種類型的水性油墨；一是松香樹脂水性油墨，松香樹脂水性油墨又稱之為普通水性油墨，是將固體松香進行轉性胺化，使之成為PH值在8.5～9.5之間的液態，繼而將有機顏料和液態松香樹脂液進行攪拌、研磨，再將色漿和胺化好的松香液進行調配，加入一些穩定劑、等助劑進行調配；松香水墨具有亮度好，乾燥慢，價格低廉等特點，比較適用於普通鏈條式低速印刷機，廉價的黃板紙箱印刷（如：普通菸酒外箱、電器外箱、水果外箱等），對於顏色的光澤、細度、氣味都沒有要求。但是由於其乾燥速度太慢，性能不穩定，不能在高速印刷機上印刷，印刷版面粗糙，無法印出精細的圖案等缺點，所以此類配方早已在發達國家被淘汰，松香樹脂水墨目前在國內約佔30%的市場份額，但是隨著人們對印刷質量的感官提升，此種水墨的市場空間正在進一步被壓縮。二是丙烯酸樹脂水性油墨，丙烯酸樹脂水性油墨又稱為高檔水性油墨，是將不同顏色的有機顏料按照其耐性的區別，選用不同的丙烯酸樹脂進行乳化、攪拌、研磨成色漿，再選用適合其相溶性的丙烯酸樹脂進行調配，加入相應的助劑而來，由於丙烯酸樹脂和松香樹脂的分子量、玻璃化溫度等不同，其印刷出來效果要比松香水墨要好的多，國產丙稀酸類型的水墨適用於白皮紙，對於顏色、光澤、細度、氣味都比普通水墨要求高一些，丙烯酸樹脂水性油墨具有著色強度高，耐磨、防水、乾燥快、抗凍等優點。水性油墨普遍存在光澤度不夠、抗水性差、附著牢度不高的問題，嚴重阻礙了水性油墨在印刷領域中的廣泛應用。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：針對傳統水性油墨存在著抗水性以及附著牢度不高的問題，提供了一種蓖麻油與環氧乙烷在氧化鉻催化下，在甲醇鈉作用下，反應合成環氧蓖麻油，再與失水山梨醇脂肪酸酯混合形成混合乳化液，將聚丙烯酸單體在混合乳化液中進行聚合反應，在反應過程中添加馬來酸酐進行環氧化反應，增加環氧基，提高附著力及耐水性，最後通過矽烷偶聯劑進行偶聯聚合，以丙醇作為連接料，通過硼氫化鈉促進雙鍵形成，進一步提高附著力及耐水性，從而製備複合改性水性油墨用丙烯酸乳液的的方法，本發明首先將丙烯酸酯異辛酯和去離子水等放入反應釜中，進行氮氣保護，再依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯酐放入四口燒瓶中，並置於水浴鍋中設溫攪拌，並再滴入硼氫化鈉溶液繼續攪拌，待冷卻，使用氫氧化鈉溶液調節混合物並再次加入硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷繼續攪拌，待自然冷卻，進行離心分離，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液，本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液具有色淺、附著力強、耐候性優、透明度高的優點，具有較大的應用價值和市場前景。
為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：
（1）按重量份數計，取45～55份丙烯酸酯異辛酯、34～38份去離子水、13～16份馬來酸酐、12～15份丙醇、7～9份蓖麻油、4～6份失水山梨醇脂肪酸酯、6～10份環氧乙烷、2～4份0.3mol/L硼氫化鈉溶液、2～4份過硫酸銨、1～3份甲醇鈉及2～4份氧化鉻，首先將丙醇、蓖麻油、環氧乙烷、甲醇鈉及氧化鉻放入反應釜中，使用氮氣保護，設定溫度為50～55℃，以150r/min攪拌20～30min；（2）在上述攪拌結束後，升溫至120～130℃，以200r/min攪拌反應3～5h，隨後自然冷卻至室溫，依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯，繼續攪拌2～3h後進行出料，收集出料物，將出料物與上述重量份數中丙烯酸酯異辛酯及馬來酸酐放入帶有攪拌器、溫度計、冷凝管及滴液漏鬥的四口燒瓶中；
（3）將上述四口燒瓶置於水浴鍋中，設定溫度為70～80℃，以180r/min攪拌30～40min，再加入步驟（1）重量份數中的過硫酸銨，繼續攪拌2～3h，隨後使用滴液漏鬥將步驟（1）重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液以1滴/s滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，繼續攪拌30～40min；
（4）在上述攪拌結束後，自然冷卻至52～56℃，使用質量分數為20％氫氧化鈉溶液調節四口燒瓶中混合物pH至7.5～8.0，再加入步驟（1）重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷，繼續攪拌4～6h後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的混合物放入離心機中，以1500r/min離心10～15min，收集上清液，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液。
本發明的應用方法：按重量份數計，選取80～100份本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液，60～80份酞菁藍顏料，5～7份費託蠟，0.6～0.8份聚醚改性有機矽消泡劑，1.2～1.6份二異丙基萘磺酸鈉，3～4份二乙烯三胺，6～9份去離子水混合置於調墨桶內，進行攪拌1～2h後，製備出水性油墨，隨後採用手工刷塗的工藝進行塗層的製備，將水性油墨均勻的塗刷在經過處理的塑料薄膜上，平均膜厚控制在25～30µm，在40～50℃下靜置50～60min，即可。經檢測，本發明製備的水性油墨著色力達到98～100%，粘度為15～20s，附著力為0～2級，耐水性4～5級。
本發明的有益效果是：
（1）本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液具有色淺、附著力強、耐候性優、透明度高的優點；
（2）本發明製備工藝簡單，製備的油墨印刷適性好，具有無毒、高光澤、墨性穩定好，可用於不同品種的紙張。
具體實施方式
按重量份數計，取45～55份丙烯酸酯異辛酯、34～38份去離子水、13～16份馬來酸酐、12～15份丙醇、7～9份蓖麻油、4～6份失水山梨醇脂肪酸酯、6～10份環氧乙烷、2～4份0.3mol/L硼氫化鈉溶液、2～4份過硫酸銨、1～3份甲醇鈉及2～4份氧化鉻，首先將丙醇、蓖麻油、環氧乙烷、甲醇鈉及氧化鉻放入反應釜中，使用氮氣保護，設定溫度為50～55℃，以150r/min攪拌20～30min；在上述攪拌結束後，升溫至120～130℃，以200r/min攪拌反應3～5h，隨後自然冷卻至室溫，依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯，繼續攪拌2～3h後進行出料，收集出料物，將出料物與上述重量份數中丙烯酸酯異辛酯及馬來酸酐放入帶有攪拌器、溫度計、冷凝管及滴液漏鬥的四口燒瓶中；將上述四口燒瓶置於水浴鍋中，設定溫度為70～80℃，以180r/min攪拌30～40min，再加入重量份數中的過硫酸銨，繼續攪拌2～3h，隨後使用滴液漏鬥將重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液以1滴/s滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，繼續攪拌30～40min；在上述攪拌結束後，自然冷卻至52～56℃，使用質量分數為20％氫氧化鈉溶液調節四口燒瓶中混合物pH至7.5～8.0，再加入重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷，繼續攪拌4～6h後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的混合物放入離心機中，以1500r/min離心10～15min，收集上清液，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液。
實例1
按重量份數計，取45份丙烯酸酯異辛酯、34份去離子水、13份馬來酸酐、12份丙醇、7份蓖麻油、4份失水山梨醇脂肪酸酯、6份環氧乙烷、2份0.3mol/L硼氫化鈉溶液、2份過硫酸銨、1份甲醇鈉及2份氧化鉻，首先將丙醇、蓖麻油、環氧乙烷、甲醇鈉及氧化鉻放入反應釜中，使用氮氣保護，設定溫度為50℃，以150r/min攪拌20min；在上述攪拌結束後，升溫至120℃，以200r/min攪拌反應3h，隨後自然冷卻至室溫，依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯，繼續攪拌2h後進行出料，收集出料物，將出料物與上述重量份數中丙烯酸酯異辛酯及馬來酸酐放入帶有攪拌器、溫度計、冷凝管及滴液漏鬥的四口燒瓶中；將上述四口燒瓶置於水浴鍋中，設定溫度為70℃，以180r/min攪拌30min，再加入重量份數中的過硫酸銨，繼續攪拌2h，隨後使用滴液漏鬥將重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液以1滴/s滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，繼續攪拌30min；在上述攪拌結束後，自然冷卻至52℃，使用質量分數為20％氫氧化鈉溶液調節四口燒瓶中混合物pH至7.5，再加入重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷，繼續攪拌4h後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的混合物放入離心機中，以1500r/min離心10min，收集上清液，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液。
按重量份數計，選取80份本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液，60份酞菁藍顏料，5份費託蠟，0.6份聚醚改性有機矽消泡劑，1.2份二異丙基萘磺酸鈉，3份二乙烯三胺，6份去離子水混合置於調墨桶內，進行攪拌1～2h後，製備出水性油墨，隨後採用手工刷塗的工藝進行塗層的製備，將水性油墨均勻的塗刷在經過處理的塑料薄膜上，平均膜厚控制在25µm，在40℃下靜置50min，即可。經檢測，本發明製備的水性油墨著色力達到98%，粘度為15～20s，附著力為0級，耐水性4級。
實例2
按重量份數計，取55份丙烯酸酯異辛酯、38份去離子水、16份馬來酸酐、15份丙醇、9份蓖麻油、6份失水山梨醇脂肪酸酯、10份環氧乙烷、4份0.3mol/L硼氫化鈉溶液、4份過硫酸銨、3份甲醇鈉及4份氧化鉻，首先將丙醇、蓖麻油、環氧乙烷、甲醇鈉及氧化鉻放入反應釜中，使用氮氣保護，設定溫度為55℃，以150r/min攪拌30min；在上述攪拌結束後，升溫至130℃，以200r/min攪拌反應5h，隨後自然冷卻至室溫，依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯，繼續攪拌3h後進行出料，收集出料物，將出料物與上述重量份數中丙烯酸酯異辛酯及馬來酸酐放入帶有攪拌器、溫度計、冷凝管及滴液漏鬥的四口燒瓶中；將上述四口燒瓶置於水浴鍋中，設定溫度為80℃，以180r/min攪拌40min，再加入重量份數中的過硫酸銨，繼續攪拌3h，隨後使用滴液漏鬥將重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液以1滴/s滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，繼續攪拌40min；在上述攪拌結束後，自然冷卻至56℃，使用質量分數為20％氫氧化鈉溶液調節四口燒瓶中混合物pH至8.0，再加入重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷，繼續攪拌6h後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的混合物放入離心機中，以1500r/min離心15min，收集上清液，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液。
按重量份數計，選取100份本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液，80份酞菁藍顏料，7份費託蠟，0.8份聚醚改性有機矽消泡劑，1.6份二異丙基萘磺酸鈉，3～4份二乙烯三胺，6～9份去離子水混合置於調墨桶內，進行攪拌2h後，製備出水性油墨，隨後採用手工刷塗的工藝進行塗層的製備，將水性油墨均勻的塗刷在經過處理的塑料薄膜上，平均膜厚控制在30µm，在50℃下靜置60min，即可。經檢測，本發明製備的水性油墨著色力達到100%，粘度為20s，附著力為2級，耐水性5級。
實例3
按重量份數計，取50份丙烯酸酯異辛酯、36份去離子水、15份馬來酸酐、14份丙醇、8份蓖麻油、5份失水山梨醇脂肪酸酯、8份環氧乙烷、3份0.3mol/L硼氫化鈉溶液、3份過硫酸銨、2份甲醇鈉及3份氧化鉻，首先將丙醇、蓖麻油、環氧乙烷、甲醇鈉及氧化鉻放入反應釜中，使用氮氣保護，設定溫度為53℃，以150r/min攪拌25min；在上述攪拌結束後，升溫至125℃，以200r/min攪拌反應4h，隨後自然冷卻至室溫，依次加入馬來酸酐及失水山梨醇脂肪酸酯，繼續攪拌3h後進行出料，收集出料物，將出料物與上述重量份數中丙烯酸酯異辛酯及馬來酸酐放入帶有攪拌器、溫度計、冷凝管及滴液漏鬥的四口燒瓶中；將上述四口燒瓶置於水浴鍋中，設定溫度為75℃，以180r/min攪拌35min，再加入重量份數中的過硫酸銨，繼續攪拌3h，隨後使用滴液漏鬥將重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液以1滴/s滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，繼續攪拌35min；在上述攪拌結束後，自然冷卻至54℃，使用質量分數為20％氫氧化鈉溶液調節四口燒瓶中混合物pH至7.8，再加入重量份數中的0.3mol/L硼氫化鈉溶液等質量的三乙氧基矽烷，繼續攪拌5h後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的混合物放入離心機中，以1500r/min離心13min，收集上清液，即可得複合改性水性油墨用丙烯酸乳液。
按重量份數計，選取90份本發明製備的複合改性水性油墨用丙烯酸乳液，70份酞菁藍顏料，6份費託蠟，0.7份聚醚改性有機矽消泡劑，1.4份二異丙基萘磺酸鈉，4份二乙烯三胺，8份去離子水混合置於調墨桶內，進行攪拌2h後，製備出水性油墨，隨後採用手工刷塗的工藝進行塗層的製備，將水性油墨均勻的塗刷在經過處理的塑料薄膜上，平均膜厚控制在28µm，在45℃下靜置55min，即可。經檢測，本發明製備的水性油墨著色力達到99%，粘度為18s，附著力為1級，耐水性5級。