专利名称：以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨及其制备方法
技术领域：
本发明属于印刷用油墨及其生产工艺，特别是水性印刷用油墨及其生产工艺。
背景技术：
在包装印刷行业目前广泛采用的液体油墨以芳香烃、酯、酮等有毒有害物为溶剂，油墨中有机溶剂的含量一般为50％～70％。这类溶剂在印刷过程中大部分会挥发，一个油墨用量达30吨/年的印刷车间，每年向大气环境中释放的有机溶剂高达20吨以上，严重污染了车间及大气环境，对操作人员及周围居民的健康构成了严重的威胁。另外，存放在车间里的油墨属于易燃易爆物质，对工厂的安全也是一个隐患。油墨中的残留溶剂对包装内容物的品质有一定的影响。
水性油墨系水性高分子树脂、颜料及相关助剂经化学过程与物理混合而制得的水基印刷油墨，适用于柔版和凹版印刷。水墨中不含挥发性有机溶剂，在印刷过程中对工人健康无不良影响，对大气环境无污染。水墨的独特优点符合日益严格的环境保护法规，在全球范围内日益受到包装印刷界的青睐。以美国为例，1998年全国包装印刷行业的水墨用量已超过23万吨，95％为柔性版印刷品，80％的凹版印刷品，20％的塑料印刷品都采用水墨，现在，美国报刊业的柔版印刷年递增率为87％，加、英、意等发达国家印刷厂均宣布改用柔印机。
目前，我国柔性版和凹版印刷所采用的印刷油墨为传统的水性油墨和醇溶性油墨两大类传统的水性油墨普遍存在干燥速度慢、光泽度低、易造成纸张收缩、印刷图案不耐水洗、容易掉色等缺点；醇溶性油墨，是以醇类为主要溶剂因而价格昂贵，且具有毒害性。
在油墨制造过程中，其核心是基体树脂的选用。在以往的水性油墨的制造过程中，大多数厂家是选择国外进口的丙烯酸乳液及固体树脂为基体而制造水墨，该法以乳液为主体。从技术角度看，以乳液为主的油墨流变性不太好，成膜光泽不好，再溶性不好，对颜料的润湿性不好，特别是对印版及印刷基材的润湿不好，而造成印刷适应性差，印刷效果不好；从经济角度看，进口的丙烯酸乳液成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨及其制备方法，它具有无毒、无污染、不燃、不爆、使用安全性好、浓度高、用量少、性能稳定、印刷适应性好、附着牢度强、干燥快、印刷品干后无有害残留物质、耐水和抗磨性能优良、不脱色、掉色、制造成本低廉等特点。
解决本发明的技术问题所采用的方案是水性油墨的配方中各组分重量百分比为，水性固体丙烯酸树脂5％～20％、助溶剂5％～20％、颜料10％～30％、助剂0.5％～3％、胺类物质0.5％～10％，余量为水，且其中的水性固体丙烯酸树脂为10％～50％丙烯酸系混合单体、0.1％～1.5％过硫酸铵和余量为水的各组分共聚反应的产物。
水性油墨的制备方法是，(1)以丙烯酸系混合单体为共聚单体，以过硫酸铵为引发剂，以水为反应介质，按上述比例，在搅拌状态下进行水相悬浮共聚反应，再冷却过滤，洗涤，烘干，得到白色颗粒状水性固体丙烯酸树脂；(2)按上述比例，先以水、助溶剂和胺类物溶解上所得的水性固体丙烯酸树脂，再配以颜料、水和助剂，经砂磨机研磨而成水性油墨。
本发明水性油墨配方中的丙烯酸系混合单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺中的二种以上，其中还可混入了苯乙烯；所配方中述胺类物质可为氨水、乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基丙醇中的单一物或混合物；助溶剂可为乙醇、异丙醇、乙二醇单醚、丙二醇甲醚中的单一物或混合物；助剂选用的是油墨用有机硅酮类和炔醇类混合助剂；在制备水性固体丙烯酸树脂时的反应介质还包括醇类。
在制备水性固体丙烯酸树脂时，首先按配方量向反应釜中加入反应介质，搅拌升温至60℃～90℃，搅拌速度为50转/分钟～80转/分钟，加入1/3的引发剂，再开始缓慢滴加丙烯酸系混合单体，控制在1小时～2小时内滴加完毕，在滴加过程中定时补加引发剂，混合单体滴加完时也补加完剩余的引发剂，并保温反应1小时～2小时。
在制备水性油墨工序中，先按配方量将水、助溶剂、胺类物质投入另一反应釜中，再将上述水性固体丙烯酸树脂按配方量投入反应釜中溶解，溶完后，投入颜料、水、助剂，以900转/分钟～1400转/分钟的搅拌速度高速分散，最后经过砂磨机研磨至小于10μm的成品水性油墨。
具体实施例方式
实施例1将占重量百分比55％的水和4.0％的乙醇加入反应釜中，升温至60℃，以80转/分钟搅拌均匀，加入过硫酸铵总量的1/3，缓慢滴加丙烯酸系混合单体，控制在1小时～2小时内滴加完毕，丙烯酸系混合单体为占重量百分比16％丙烯酸丁酯、12％甲基丙烯酸甲酯、12％丙烯酸。在滴加过程中定时补加过硫酸铵，混合单体滴加完时也补加完剩余的过硫酸铵，其全部总量占1.0％，并保温反应1小时～2小时。反应后，再冷却过滤、洗涤、烘干得到固体树脂粉末，其主要指标为，外观呈白色粉末状，固体量＞98％，玻璃化温度为20℃，酸值为233mgKOH/g。按比例在另一反应釜中，先以占45％的水、乙醇10％、乙醇胺5％、浓度28％的NH4OH 1.0％，溶解占重量百分比20％的水性固体丙烯酸树脂，溶完后，投入15％的颜料和4.0％的助剂，以900转/分钟～1400转/分钟的搅拌速度高速分散，最后研磨成粒径小于10μm水性油墨，颜料采用瑞士科莱恩公司的WF483，助剂为美国气体化工公司的占1.0％的surfyno 1440、占3.0％的surfynolCT-131和占全部总量0.5％的surfynol DF-66。经过过滤、调色、包装，可供彩印厂使用。生产好的水性油墨的主要指标如下颜色对色样偏差5％内细度＜10μm着色力90～100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5干燥速度100～200m/min。
实施例2将占重量百分比55％的水和4.2％的乙醇加入反应釜中，升温至80℃，以70转/分钟搅拌均匀，加入过硫酸铵总量的1/3，缓慢滴加苯乙烯、丙烯酸系混合单体，控制在1小时～2小时内滴加完毕，苯乙烯、丙烯酸系混合单体为占重量百分比24％的苯乙烯、8％的丙烯酸丁酯和8％的丙烯酸。在滴加过程中定时补加过硫酸铵，混合单体滴加完时也补加完剩余的过硫酸铵，其全部总量占0.8％，并保温反应1小时～2小时。反应后，再冷却过滤、洗涤、烘干得到固体树脂粉末，其主要指标为，外观呈白色粉末状，固体量＞98％，玻璃化温度为55℃，酸值为155mgKOH/g。按比例在另一反应釜中，先以占42％的水、乙醇15％、乙醇胺3％、浓度28％的NH4OH 1.0％溶解占重量百分比20％的水性固体丙烯酸树脂，溶完后，投入15％的颜料和4.5％的助剂，以900转/分钟～1400转/分钟的搅拌速度高速分散，最后研磨成粒径小于10μm水性油墨，颜料采用瑞士科莱恩公司的WF13，助剂为美国气体化工公司的占1.0％的surfyno 1440、占3.0％的surfynol CT-131和占全部总量0.5％的surfynol DF-66。经过过滤、调色、包装，可供彩印厂使用。生产好的水性油墨的主要指标如下颜色对色样偏差5％内细度＜10μm着色力90～100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5
干燥速度100～200m/min。
实施例3将占重量百分比58.5％的水加入反应釜中，升温至90℃，以50转/分钟搅拌均匀，加入过硫酸铵总量的1/3，缓慢滴加丙烯酸系混合单体，控制在1小时～2小时内滴加完毕，丙烯酸系混合单体为占重量百分比8％的甲基丙烯酸丁酯、20％的甲基丙烯酸甲酯和12％的甲基丙烯酸。在滴加过程中定时补加过硫酸铵，混合单体滴加完时也补加完剩余的过硫酸铵，其全部总量占1.5％，并保温反应1小时～2小时。反应后，再冷却过滤、洗涤、烘干得到固体树脂粉末，其主要指标为，外观呈白色粉末状，固体量＞98％，玻璃化温度为95℃，酸值为195mgKOH/g。按比例在另一反应釜中，先以占36％的水、乙醇20％、乙醇胺4％、浓度28％的NH4OH 1.0％溶解占重量百分比20％的水性固体丙烯酸树脂，溶完后，投入15％的颜料和4.5％的助剂，以900转/分钟～1400转/分钟的搅拌速度高速分散，最后研磨成粒径小于10μm水性油墨，颜料采用瑞士科莱恩公司的WF153，助剂为美国气体化工公司的占1.0％的surfyno440、占3.0％的surfynol CT-131和占全部总量0.5％的surfynol DF-66。经过过滤、调色、包装，可供彩印厂使用。生产好的水性油墨的主要指标如下颜色对色样偏差5％内细度＜10μm着色力90-100粘度(涂-4杯，秒/25℃) 60±10秒PH值8.5～9.5干燥速度100～200m/min。
权利要求
1.一种以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于各组分的重量百分比为，水性固体丙烯酸树脂5％～20％、助溶剂5％～20％、颜料10％～30％、助剂0.5％～5％、胺类物质0.5％～10％，余量为水，且其中的水性固体丙烯酸树脂为10％～50％丙烯酸系混合单体、0.1％～1.5％过硫酸铵和余量为水的各组分共聚反应的产物。
2.按权利要求1所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于丙烯酸系混合单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺中的二种以上。
3.按权利要求1所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于所述胺类物质可为氨水、乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基丙醇中的单一物或混合物。
4.按权利要求1所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于助溶剂可为乙醇、异丙醇、乙二醇单醚、丙二醇甲醚中的单一物或混合物。
5.按权利要求1所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于所述助剂为油墨用有机硅酮类和炔醇类混合助剂。
6.按权利要求2所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于在丙烯酸系混合单体中还混入了苯乙烯。
7.按权利要求1所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨，其特征在于水性固体丙烯酸树脂的反应介质还包括醇类。
8.一种以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨的制备方法，其特征在于(1)以10％～50％的丙烯酸系混合单体为共聚单体，以0.1％～1.5％的过硫酸铵为引发剂，以剩余重量百分比的水为反应介质，在搅拌下进行水相悬浮共聚反应，再冷却过滤，洗涤，烘干，得到白色颗粒状树脂；(2)以水、助溶剂和胺类物溶解上一工序所得水性固体丙烯酸树脂，再配以颜料、水和助剂，经砂磨机研磨而成水性油墨，且各组分的重量百分比为，水性固体丙烯酸树脂5％～20％、助溶剂5％～20％、颜料10％～30％、助剂0.5％～5％、胺类物质0.5％～10％，余量为水。
9.按权利要求8所述的以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨的制备方法，其特征在于(1)在制备水性固体丙烯酸树脂时，按配方量首先向反应釜中加入反应介质，搅拌升温至60℃～90℃，搅拌速度为50转/分钟～80转/分钟，加入1/3的引发剂，再开始缓慢滴加丙烯酸系混合单体，控制在1小时～2小时内滴加完毕，在滴加过程中定时补加引发剂，混合单体滴加完时也补加完剩余的引发剂，并保温反应1小时～2小时；(2)在制备水性油墨工序中，先按配方量将水、助溶剂、胺类物质投入另一反应釜中，再将上述水性固体丙烯酸树脂按配方量投入反应釜中溶解，溶完后，投入颜料、水、助剂，以900转/分钟～1400转/分钟的搅拌速度高速分散，最后经过砂磨机研磨至小于10μm的成品水性油墨。
全文摘要
以合成水性固体丙烯酸树脂为基料的水性油墨及其制备方法。本发明属于印刷用油墨及其生产工艺，特别是水性印刷用油墨及其生产工艺。本发明以丙烯酸系混合单体为共聚单体，以过硫酸铵为引发剂，以水为反应介质，在搅拌下进行水相悬浮共聚反应得到水性固体丙烯酸树脂；用水、助溶剂和胺类物溶解水性固体丙烯酸树脂，再配以颜料、水和助剂，经砂磨机研磨而制成水性油墨。本发明的产品具有无毒、无污染、不燃、不爆、使用安全性好、浓度高、用量少、性能稳定、印刷适应性好、附着牢度强、干燥快、印刷品干后无有害残留物质、耐水和抗磨性能优良、不脱色、掉色、制造成本低廉等特点。
文档编号C09D11/10GK1718646SQ20051001091
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者张爱国 申请人:昆明乐顿油墨科技开发有限公司