一种用于烟包装的水性油墨及其制备方法与流程

技术领域

本发明涉及油墨领域，尤其是一种用于烟包装的的油墨及其制备方法。

背景技术：

油墨作为现代印刷工业的基础原材料,其发展与国民经济发展息息相关,与印刷工业的发展更为密切。自改革开放以来,随着我国经济的快速增长,印刷工业也取到较大的发展。根据2013年印刷企业年度核验的统计,2012年中国印刷业实现总产值9510.13亿元,全行业资产总额为10461.29亿元,利润总额为724.98亿元。受益于国内印刷工业的快速发展,我国油墨消费量、版材消耗量和纸及纸板等印刷耗材均保持两位数的高速增长,2010年全国油墨总产量58.99万吨,首次超过德国、日本,位居世界第二,我国油墨产业正处于发展的黄金期。

传统印刷油墨是以化工原料制成,其配方中含有一定的有害成分，包括汽油、甲苯、二甲苯、煤油、醇类、芳香族类化合物等，在与药品或食品接触后多少都会给食品带来污染，对人体的健康构成一定的威胁。并且目前药品和食品安全呼声日益高涨，人们对药品及食品包装材料及用于药品和食品包装印刷的油墨也有了更高的要求，特别是与药品、食品直接接触的包装材料,如一些药品内包装卡纸，方便面里的调味包等，这些包装印刷用油墨基本是以化工原料制成，多少都会带来污染，其中卷烟虽然不能看做是食品和药品但由于其也是和人体发生直接接触的，因而用于烟包装的油墨也应是无毒安全且易与印刷的，但一般的环保水性油墨仍然不能满足在烟包装表面印刷的要求,如果改用可食性绿色油墨印刷,就能将污染降到最低。另外,随着人们对烟包装产品外观质量的要求越来越高,希望包装能更加安全和美观,赋予更多的装饰式样。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于烟包装的水性油墨及其制备方法，该油墨具有优异的印刷性、并且安全无毒。

为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种用于烟包装的水性油墨，包括质量份数为如下的组分：水36份，丙烯酸树脂14份，色素11份，不饱和脂肪酸30份，乙醇4份，丙三醇4份，卵磷脂0.2份、山梨糖醇0.05份，阿拉伯胶0.05份；其中不饱和脂肪酸为玉米油提取物，所述玉米油为纯化后的玉米油。

本发明还提供一种用于烟包装的水性油墨的制备方法,包括如下步骤：(1)将水（蒸馏水或纯净水）、乙醇加入反应釜中；(2)将反应釜升温至55℃；(3)称取所需色素、丙烯酸树脂、卵磷脂、丙三醇、山梨糖醇、阿拉伯胶,使其混合均匀,并逐渐加入到反应釜中；(4)称取所需不饱和脂肪酸，搅拌速度调至300—350rad/min，将不饱和脂肪酸缓缓加入，搅拌两个小时；（5）将混合后的乳浊液取出放入油墨混匀装置进一步乳化。

所述玉米油的纯化具体为，将Florisil吸附剂加入到玉米油中，对样品进行充分搅拌，确保吸附剂与表面活性成分的充分接触，静置并离心；离心后加入少量新的Florisil吸附剂，重复上述过程，直到油相对纯水的界面张力在20min内保持在30±0.5mN·m^-1。

进一步地，对乳浊液进行进一步乳化的所述油墨混匀装置包括公转电机、公转电机转动轴、支架、两个混合套杯、自转电机、自转电机旋转轴、同步轮一、同步轮皮带一、同步轮二、斜齿轮一、两个斜齿轮二、四个同步轮三、四个轴承、两个同步轮皮带二，所述油墨混匀装置的公转半径R=400mm，自转半径即混合套杯的半径r=100mm，高度h=200mm，混合套杯的倾斜角为45º，公转由公转电机驱动公转电机转动轴旋转，带动杯套支架同步转动，两个混合杯套随着该支架一起旋转，旋转的轴心是公转电机转动轴；自转由自转电机带动自转电机旋转轴旋转，同步轮一旋转后通过同步轮皮带一带动同步轮二旋转，同步轮二与斜齿轮一固定连接并带动斜齿轮一转动，斜齿轮一带动与之啮合的两个斜齿轮二转动，同步轮三中的一个同步轮与相应的斜齿轮二固联在一起同步转动，通过相应的同步轮皮带二，带动两个杯套的同步轮三旋转，从而带动混合杯套转动。

进一步地，所述两个杯套同步轮三上还分别设有搅拌轴，搅拌轴深入混合杯套中，搅拌轴上设有搅拌桨，所述搅拌浆位于混合杯套中；所述搅拌桨由空心轴和桨叶组成，所述桨叶包括前部叶片和尾部叶片两部分，所述前部叶片为螺旋结构，所述尾部叶片为平直叶片，所述前部叶片和尾部叶片均固定于空心轴外表面上，两部分叶片之间由圆弧光滑过渡；所述桨叶边缘上开有一个或多个V形、矩形、梯形或半圆形切口，所述前部叶片上开有导流槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：用于烟包装的水性油墨的制备方法操作简单，安全环保，降低了生产成本，适合工业化生产，采用该方法制备的油墨具有优异的印刷性、并且安全无毒。

附图说明

图1本发明的油墨混匀装置结构图。

图2为本发明的油墨混匀装置中的搅拌桨结构图。

图3为山梨糖醇含量与油墨黏度之间的关系图。

图4为阿拉伯胶含量与油墨黏度之间的关系图。

图5为山梨糖醇和阿拉伯胶混合含量与油墨黏度之间的关系图。

图6为本发明的油墨应用在Epson小型喷墨打印机上的墨水形态的喷墨状态。

图7是在光学显微镜下观察的乳液颗粒图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，本发明中提及的各个商品型号或通讯协议及各技术术语，都是所属技术领域中早已明确知晓的技术用语，故不再做过多解释。

实施例一。

一种用于烟包装的水性油墨，包括质量份数为如下的组分：水36份，丙烯酸树脂14份，色素11份，不饱和脂肪酸30份，乙醇4份，丙三醇4份，卵磷脂0.2份、山梨糖醇0.05份，阿拉伯胶0.05份；其中不饱和脂肪酸为玉米油提取物，所述玉米油为纯化后的玉米油。本发明所用的油相为玉米油中提取的不饱和脂肪酸。因为玉米油自身含有一定量表面活性成分，为减少其对油墨的干扰，使用前先对其分离纯化。玉米油的纯化方法：将Florisil吸附剂加入到玉米油中，对样品进行充分搅拌，确保吸附剂与表面活性成分的充分接触，静置并离心（10,000rpm，20min）。离心后加入少量新的Florisil吸附剂，重复上述过程，直到油相（纯化后的玉米油）对纯水的界面张力在20min内保持在30±0.5mN·m^-1，分离纯化过程完成。然后使用处理后的玉米油提取不饱和脂肪酸。

在本发明中，首要选择食用性色素作为染料，食用色素又分为天然色素和合成色素。其中,天然色素包括叶绿素铜钠盐、天然植物碳黑、胭脂虫红、葡萄皮红、辣椒红、姜黄、胡萝卜素等,合成色素包括胭脂红、柠檬黄、日落红、亮蓝、靛蓝等。天然色素种类繁多,色泽自然,还有不少品种兼有营养价值,且其安全性被人们所信赖,如梔子黄、红花黄等,但是大多数天然色素不够稳定,遇到酸碱时分子结构容易发生变化,导致变色,而合成色素具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性好、易溶于水、品质均一等特点。本发明中优选水溶性的合成食用色素,包括:柠檬黄、诱惑红、亮蓝、果绿、复合黑等。在实际操作过程中,在搅拌过程时还会产生一定量的气泡,因此需要加入消泡剂来消除泡沫；又因为整个体系是水性体系，且水的含量相对较高,因此表面张力会比较大。综合以上两个方而,选择了乙醇作为助剂,既可以消除泡沫,又可以适当降低表而张力,还能对提高干燥速度有一定效果。

本发明还提供一种用于烟包装的水性油墨的制备方法,包括如下步骤：(1)将水（蒸馏水或纯净水）、乙醇加入反应釜中；(2)将反应釜升温至55℃；(3)称取所需色素、丙烯酸树脂、卵磷脂、丙三醇、山梨糖醇、阿拉伯胶,使其混合均匀,并逐渐加入到反应釜中；(4)称取所需不饱和脂肪酸，搅拌速度调至300—350rad/min，将不饱和脂肪酸缓缓加入，搅拌两个小时；（5）将混合后的乳浊液取出放入油墨混匀装置进一步乳化。

本发明中对油墨进行进一步乳化的混匀装置如图1所示，在图1中油墨混匀装置包括公转电机1、公转电机转动轴2、支架3、两个混合套杯4、自转电机5、自转电机旋转轴6、同步轮一7、同步轮皮带一8、同步轮二9、斜齿轮一10、两个斜齿轮二11、四个同步轮三12、四个轴承13、两个同步轮皮带二15，所述油墨混匀装置的公转半径R=400mm，自转半径即混合套杯的半径r=100mm，高度h=200mm，混合套杯的倾斜角为45º，公转由公转电机1驱动公转电机转动轴2旋转，带动杯套支架3同步转动，两个混合杯套4随着该支架3一起旋转，旋转的轴心是公转电机转动轴2；自转由自转电机5带动自转电机旋转轴6旋转，同步轮一7旋转后通过同步轮皮带一8带动同步轮二9旋转，同步轮二9与斜齿轮一10固定连接并带动斜齿轮一10转动，斜齿轮一10带动与之啮合的两个斜齿轮二11转动，同步轮三12中的一个同步轮与相应的斜齿轮二11固联在一起同步转动，通过相应的同步轮皮带二15，带动两个杯套的同步轮三12旋转，从而带动混合杯套4转动。

两个杯套同步轮12上设有搅拌轴，搅拌轴深入混合杯套中，搅拌轴上设有搅拌桨，所述搅拌浆位于混合杯套中。参照本发明的附图2，为本发明所提供的一种搅拌桨，由空心轴16和桨叶17组成，桨叶17包括前部叶片18和尾部叶片19两部分，前部叶片18与尾部叶片19的结构不同，前部叶片18为螺旋结构，尾部叶片19为平直叶片，两部分叶片均固定于空心轴16外表面上，之间由圆弧光滑过渡。在油墨混匀过程中，油墨受到前部叶片18的推动进行搅拌，由于结构上的不一致性，尾部叶片19会提供一个相反的力矩，从而增强了油墨混合过程中的混匀效果。

进一步地，搅拌桨的桨叶17边缘上开有一个或数个V形、矩形、梯形或半圆形切口20，以增加流体的扰动，提高搅拌效果。

进一步地，搅拌桨的前部叶片18上开有导流槽21，可引导油墨的径向流动，促进油墨的径向混合，从而提高搅拌效果。

使用时，搅拌桨的叶片通过空心轴套设在搅拌轴上即可，而这种连接方式是本领域技术人员所明了的。在混匀过程中还可以根据需要在混合套杯上加设封盖。

对于混匀装置的控制，本发明中采用测控系统，其中所述测控系统包括编程器a、外接接口b、储存器c、i/o扩展接口d、微处理器CPUe、电源供应模块f、输入模块g和输出模块h；所述编程器a通过外接接口b与微处理器CPUe；所述储存器c与微处理器CPUe控制连接；所述i/o扩展接口d与微处理器CPUe控制连接；所述输出模块h与微处理器CPUe连接；所述输入模块g和输出模块h分别连接微处理器CPUe、电源供应模块f；所述i/o扩展接口d设置在i/o扩展单元d1上；其中所述输入模块g和输出模块h分别连接现场接受信号和混匀装置的控制器；所述微处理器CPUe还通过外接接口b连接其他设备i。本发明实现测控系统的原理为：电源供应模块f为微处理器CPU、输入模块g以及输出模块h提供电能，编程器a和其他设备i将应用程序进行编写，经过外接接口b被微处理器CPU编译，系统程序和用户程序用于控制混匀装置的各电机的转速等，现场信号通过输入模块g被微处理器CPU处理，最终经过输出模块h输出控制信号。这些模块的选择和组装对于本领域技术人员是可以完全明了的，故不再赘述。

本发明的油墨是水油相溶的油墨，因此乳化性能就是本发明油墨最重要的性能之一，采用本发明的油墨混匀设备进行油墨的辅助乳化可以得到较好的乳化效果。下面就是将本发明制得的油墨进行喷墨效果的相关测试。

在喷墨油墨中,由于喷墨油墨要求的油墨點度很低,因此在连结料的用量方面,也应该特别加以注意。在本发明的实际生产中做了两种不同的实验,分别用于Epson小型喷墨打印机及SpectraPolaris喷墨印刷机进行喷墨打印。其中,Epson小型喷墨打印机的喷孔较小,所要求的油墨黏度特别低,大约为3mPa·s-4mPa·s,而Spectra Polaris喷墨印刷机的喷孔较大,所要求的油墨黏度相对较高,大约为5mPa·s-15mPa·s,实际生产中先分别选用山梨糖醇和阿拉伯胶作为连结料,测试了连结料含量与油墨點度之间的关系,结果如图3、4所示。从图3、4可以看出,油墨點度随着连结料含量的增加而增加，但实际喷墨打印过程中的客观条件所限，需要开发较通用的油墨，本发明将山梨糖醇和阿拉伯胶混合在一起取用，得到连结料含量与油墨點度之间的关系,结果如图5所示。如图5所示,当山梨糖醇和阿拉伯胶混合含量由0.05g逐渐增加到0.5g时，油墨的粘度也逐渐增加,但是当山梨糖醇和阿拉伯胶混合含量低于总重的0.05%时,油墨无法很好的乳化,不能形成稳定的体系,只有当添加的山梨糖醇和阿拉伯胶混合达到一定量后才能得到所期望的稳定作用。在低于某一临界浓度时,山梨糖醇和阿拉伯胶混合的存在非但不能改善,反而会大大地降低体系的稳定性。在山梨糖醇和阿拉伯胶混合的过程中，根据实际需要两者按质量百分比进行混合即可，如1：1，这是本领域技术人员可以明了的，故不再赘述。

图6为本发明的油墨应用在Epson小型喷墨打印机上的墨水形态的喷墨状态。从图中可以看出,此油墨墨滴在下降的过程中,无墨滴断裂现象出现,墨滴在90us（微秒）时巳经完全出喷孔,此后由于油墨的内聚力,尾部长度逐渐变短,在130us（微秒）时尾部长度极短,几乎接近圆形墨滴状态,墨滴状态良好。

图7是经过静置7天后在光学显微镜400放大倍数下的观察本发明的油墨形态。可以看出乳液中颗粒较小，且分布均一，基本无大颗粒聚集，表明本发明的油墨基本达到较好的乳化和稳定效果。

对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。