专利名称：一种通用于非吸收性底材水性油墨及其制作方法
技术领域：
本发明涉及用于柔版和凹版的水性油墨及其制作方法，尤其是一种通用于非吸收 性底材水性油墨及其制作方法。
背景技术：
作为解决消防安全、减少石油资源消耗、降低车间大气环境污染以及提高食品包 装卫生要求的重要方向，对于油墨和印刷行业，一个公认的共识是发展和使用水性油墨。在 这个领域，已经有众多的研究者开展了开拓性的工作，然而，大部分的研究和应用都局限在 吸收性底材(如各种涂层和非涂层纸)领域，在非吸收性底材上的应用则非常之少，主要问 题在于水性油墨的润湿、干燥、以及附着力问题的解决都是比较困难的。另外，本文也注意 到了近年来一些涉及非吸收性底材应用的文献或专利，如公开号为CN101(^9194A(塑料薄 膜水性凹印印刷油墨)、公开号为CN1290728 (用于塑料薄膜凸版印刷的水性油墨及其制造 方法)、公开号为CN1010M490A (水性多用途塑料复合与表印系列油墨及其制备方法)、公 开号为CN1702126A (—种水性塑料油墨)、公开号为CN101570657(—种纸张、塑料通用水性 油墨及制备方法)等等，然而采用以上专利所示配方制作的油墨在实际应用过程中，随着 底材不同或者底材表面状态变化、印刷条件的变化等，很容易出现起泡、缩孔或润湿不良的 问题，或者说很难得到高质量的印刷品，这也正是业界虽然在水性油墨上进行了大量努力， 但在对各类非吸收性底材的实际应用却几乎没有的原因。通过系统的研究，我们发现上述专利在制墨上有一些规律，譬如均在配方中使用 了小分子量共聚丙烯酸(除丙烯酸外通常还会有苯乙烯、马来酸酐或其他成分等共聚成 分，在本文中均简称为共聚丙烯酸)类树脂的氨溶液、以及大分子量共聚丙烯酸乳液，我们 已经知道，共聚丙烯酸树脂在氨化后会呈现一种皂性结构，比较容易起泡，而乳液则由于乳 化剂的大量使用，更加容易起泡，另一方面，由于水的表面张力大、对各种非吸收性底材的 润湿能力很差，为了克服这个问题有时还必须加入特定的表面活性剂降低体系的表面张 力，这就更加剧了体系的起泡性，可以说，容易起泡是水性油墨的最大问题，问题在于，上述 专利均不约而同的使用了消泡剂进行泡沫控制，消泡剂的种类包括矿物油、植物油、疏水二 氧化硅、硬脂酸皂、有机硅氧烷和其他有机消泡剂，而消泡剂本身是利用与体系不相容的原 理进行消泡的，消泡剂相容性越差(如有机硅氧烷)则消泡效果越好，但与此同时，这种不 相容的特性很容易在底材上造成涂膜的缩孔，这种缩孔的倾向会随着消泡剂的种类、用量、 底材的不同已经油墨的经时老化而变化，或者说，只要是使用了消泡剂，在一定的条件下， 涂膜就会表现出一定的缩孔倾向。遗憾的是，上述专利中没有给出解决这个问题的办法，或 则说没有认识到使用消泡剂造成的不良后果。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种通用于非吸收性底材水 性油墨及其制作方法，其在如镀铝纸、铝箔(或铝箔复合纸)、薄膜(如PP、PE、PET、PVC等)等各种常用的非吸收性底材上均能够顺利应用。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种通用于非吸收性底材水性油墨，配 方重量比为色浆40 60%、乳液20 50%，水与水溶性溶剂5 15%，油墨助剂1 15% ；色浆的配方是水5 10%、水溶性溶剂8 20%、分散树脂液20 40%、分散剂 0 5%、颜料5 40%。配方中不使用消泡剂，消泡剂的特征为矿物油、植物油、疏水二 氧化硅、硬脂酸皂、有机硅氧烷和其他有机消泡剂中的一种或复配物。本发明所述的通用于非吸收性底材水性油墨的制作方法，步骤如下A、色浆的制作；B、加入乳液进行搅拌混合；C、加入水和水溶性溶剂的混合物进行粘度调剂；D、加入油墨助剂进行最终性能调节；E、过滤及包装；作为优选，色浆配方中使用的分散树脂液，在搅拌状态在，在搅拌釜中依次加入水 20 50%、水溶性溶剂10 30、碱溶性共聚丙烯酸树脂20 40%、碱性化合物3 10，在 50 80摄氏度下保温溶解。作为优选，分散树脂液中使用了碱溶性共聚丙烯酸树脂，数均分子量5000 40000，酸价50 300 ；分散树脂液中使用了碱性化合物，是有机类碱性化合物或者无机类 碱性化合物中的一种或几种；分散树脂液中使用碱性化合物的是使配方中和率达到80 200%。作为优选，色浆中使用了分散剂是高分子量的聚合物分散剂，使用的颜料是有机 或无机颜料。作为优选，步骤B中乳液使用无皂聚合方式聚合的乳液，无皂乳液数均分子量为 50000 250000 ；酸值是50 150之间；固含量在30 50%；乳液加入量占配方总重量比 在20 50%，需要在低速搅拌的状态下加入，搅拌桨的线速度最高不能超过lOm/s。作为优选，步骤C中水与水溶性溶剂必须混合之后再加入，以防止体系出现破 乳、析出的问题，混合重量比例为水水溶性溶剂=3 7 9 1之间。水溶性溶剂可以 是能够与水进行混容的任何有机溶剂，如低分子量酮类、醇类、醚类、部分含氮化合物溶剂 如N-甲基吡咯烷酮、部分含醇、醚基团的多官能团溶剂中的一种或几种，最合适的是如乙 醇、丙醇、丁醇等低碳链醇类(含C6及其以下的)以及如乙二醇醚、丙二醇醚等多官能团醇 醚溶剂，用量过少达不到效果，过多的用量将使体系失去稳定性。作为优选，步骤D中包括蜡、润湿剂、PH调整剂、增稠剂、固化剂，蜡是其聚乙烯 蜡、氧化聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡、石蜡、酰胺蜡中的一种或几种，润湿剂是聚醚改性硅烷、 含氟表面活性剂或炔二醇类表面活性剂；pH调整剂是有机类碱性化合物或者无机类碱性 化合物中的一种或几种；固化剂是氧化锌溶液、噁唑啉类、钛酸酯、氮丙锭、碳化二胺物质中 的一种或几种。作为优选，油墨采用密闭式砂磨分散工艺进行加工制造，先使用砂磨机对色浆进 行颜料的研磨分散工作，待研磨完成后再加入后添加的树脂、油墨助剂成分完成油墨配方 合成。首先要使用一种低起泡性的乳液，以控制体系的起泡性在一个比较温和的程度。通过分析体系中的成分可以得知乳液中含有的小分子乳化剂是体系最大的起泡源，乳化剂 的种类、含量不同其起泡性各有不同，本文中根据本发明的特性采用一种方法可以快速辨 别乳液的起泡性用(水乙醇=3 1)的混合溶剂对样品进行100%稀释，取50ml稀释 液装入250ml玻璃瓶中密闭，在快速震荡仪中进行标准震荡后取出静置10分钟，观察样品 瓶中的泡沫高度按泡沫的高度以IOml为梯度进行分级(泡沫高度IOml为1级、20ml为 2级、30ml为3级、40ml为4级、50ml及以上为5级)，1级与2级判定为低起泡性乳液，优 选1级。这种方法也适用于后续配方中其他成分起泡性的鉴别。考虑到本文的应用方向主 要为非吸收性底材领域，小分子乳化剂同时还会对体系的耐水性和附着力造成不良影响， 因此进一步优选考虑使用无皂聚合方式制造的乳液。这种乳液中不含或仅含微量的小分子 乳化剂，乳液在分子链段上共聚有水溶性单体、并通常辅助使用可反应乳化剂或大分子量 乳化剂进行(自)乳化，这种乳液的起泡性普遍较低。除了常见的共聚丙烯酸类型外，无皂 聚合乳液还包括了采用自乳化方式稳定的聚氨酯乳液、或则丙烯酸/聚氨酯杂化乳液，在 本文中不做特别限制，而乳液间的一个共同点在于乳液中不含或仅含微量的乳化剂。在乳 液聚合方法方面，目前已经可以查找到大量公开文献，国内外的制造商如BASF、罗门哈斯、 Nuplex Resins等生产的最新产品都能够在油墨应用中达到实用的水平，因而在本文中将 直接选用商业产品而非自己制作。这种乳液的另一个优点是对醇、醚类水溶性溶剂的容纳 度比普通乳液要高，这有利于下面第2点叙述内容的应用。加入水溶性溶剂进行体系表面张力调节和泡沫控制。使用上述乳液制作的油墨由 于缺少小分子表面活性剂作为润滑和润湿，体系呈现出流动不良、涂膜不平整等现象，体系 在起泡性上虽然得到了一定的控制，然而泡沫的消除仍然十分缓慢。我们试验个各种(除 使用消泡剂之外)方法，改善的效果均十分有限，然而但我们在体系中加入水溶性溶剂并 增加到一定的剂量时，令人惊奇的发现，油墨的起泡性得到了非常明显的抑制，同时产生的 泡沫的消除十分迅速，而涂膜的质量也得到了极大的提高。这种效果是利用了水溶性溶剂 亲油、低表面张力的特性(当水溶性溶剂加入时，体系溶剂(水)相的表面张力降低，亲油 性增加，两亲物质的取向性降低进而泡沫的稳定性降低，从而达到抑泡的效果)。本发明有益的效果是通过配方的整合优化，实现完全不用消泡剂、从而避免涂膜 缩孔缺陷的水性油墨配方，制作出一种完全不需使用消泡剂且起泡很少，润湿效果良好，同 时在各种非吸收性底材上均具有非常优良的印刷性能和物理性能的水性油墨。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明本发明的配方和工艺分如下步骤A、色浆(基墨)的制作；B、加入乳液进行搅拌混合C、加入水和水溶性溶剂的混合物进行粘度调剂D、加入油墨助剂进行最终性能调节E、过滤及包装。对于A部分的色浆(基墨)，在油墨配方总重量重占有40 60%，最普遍应用的 是采用密闭式砂磨机进行颜料研磨的工艺，色浆(基墨)中的成分和配方如下所示
成分比例(重量比)成分例说明水5^10%水溶性溶剂8~20%乙醇、丙醇、丁醇等低碳链醇类(含 C6及其以下的)以及乙二醇醚、丙二醇醚 等多官能团醇醚溶剂中的一种或几种分散树脂液20 40%共聚丙烯酸树脂的氨溶液
分散剂0^5%根据不同的颜料特性按需使用，优选 嵌段结构的丙烯酸共聚物，可以使用BYK、 CIBA、Lubrizol等公司生产的高分子量的 聚合物分散剂，低分子量的分散剂通常有 较强的起泡性不建议使用。颜料5 40%有机颜料或炭黑、钛白粉等无机颜 料，没有特别的限定总计40~60%配料全部完成后在搅拌机中进行充分搅拌，之后输往密闭式砂磨机砂磨颜料粒径到 指定细度，砂磨机内物料温度设定为40飞0摄氏度。对于配方中的颜料分散树脂液，由于市场上销售的商品为了控制生产过程中产生 的泡沫，通常其中都含有的消泡剂，因此本发明中分散树脂液采用自己制作，配方中均不含 有消泡剂而是代之以加入水溶性溶剂，原理上面已经阐述，配方及工艺如下
权利要求
1.一种通用于非吸收性底材水性油墨，其特征是配方重量比为色浆40 60%、乳 液20 50%，水与水溶性溶剂5 15%，油墨助剂1 15%;色浆的配方是水5 10%、 水溶性溶剂8 20 %、分散树脂液20 40 %、分散剂0 5 %、颜料5 40 %。
2.一种制作如权利要求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 步骤如下A、色浆的制作；B、加入乳液进行搅拌混合；C、加入水和水溶性溶剂的混合物进行粘度调剂；D、加入油墨助剂进行最终性能调节；E、过滤及包装；
3.根据权利要求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 浆配方中使用的分散树脂液，在搅拌状态在，在搅拌釜中依次加入水20 50%、水溶性溶 剂10 30、碱溶性共聚丙烯酸树脂20 40%、碱性化合物3 10，在50 80摄氏度下保温溶解。
4.根据权利要求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 散树脂液中使用了碱溶性共聚丙烯酸树脂，数均分子量5000 40000，酸价50 300 ；分 散树脂液中使用了碱性化合物，是有机类碱性化合物或者无机类碱性化合物中的一种或几 种；分散树脂液中使用碱性化合物的是使配方中和率达到80 200%。
5.根据权利要求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 浆中使用了分散剂是高分子量的聚合物分散剂，使用的颜料是有机或无机颜料。
6.根据权利要求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 骤B中乳液使用无皂聚合方式聚合的乳液，无皂乳液数均分子量为50000 250000 ；酸值 是50 150之间；固含量在30 50% ；乳液加入量占配方总重量比在20 50%，需要在 低速搅拌的状态下加入，搅拌桨的线速度最高不能超过lOm/s。
7.根据权利要求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 骤C中水与水溶性溶剂必须混合之后再加入，混合重量比例为水水溶性溶剂=3 7 9 1之间。
8.根据权利要求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 骤D中包括蜡、润湿剂、PH调整剂、增稠剂、固化剂，蜡是其聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚四 氟乙烯蜡、石蜡、酰胺蜡中的一种或几种，润湿剂是聚醚改性硅烷、含氟表面活性剂或炔二 醇类表面活性剂；PH调整剂是有机类碱性化合物或者无机类碱性化合物中的一种或几种； 固化剂是氧化锌溶液、噁唑啉类、钛酸酯、氮丙锭、碳化二胺物质中的一种或几种。
9.根据权利要求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 墨采用密闭式砂磨分散工艺进行加工制造，先使用砂磨机对色浆进行颜料的研磨分散工 作，待研磨完成后再加入后添加的树脂、油墨助剂成分完成油墨配方合成。
全文摘要
本发明涉及一种通用于非吸收性底材水性油墨及其制作方法，配方重量比为色浆40～60％、乳液20～50％，水与水溶性溶剂5～15％，油墨助剂1～15％；色浆的配方是水5～10％、水溶性溶剂8～20％、分散树脂液20～40％、分散剂0～5％、颜料5～40％。步骤如下A、色浆的制作；B、加入乳液进行搅拌混合；C、加入水和水溶性溶剂的混合物进行粘度调剂；D、加入油墨助剂进行最终性能调节；E、过滤及包装。本发明有益的效果是通过配方的整合优化，实现完全不用消泡剂、从而避免涂膜缩孔缺陷的水性油墨配方，制作出一种完全不需使用消泡剂且起泡很少，润湿效果良好，同时在各种非吸收性底材上均具有非常优良的印刷性能和物理性能的水性油墨。
文档编号C09D11/10GK102086324SQ20101061953
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者林日胜 申请人:湖州杭华油墨科技有限公司