一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨的制作方法

本发明涉及一种特种水性油墨，特别是涉及一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨。
背景技术：
：油墨是用于印刷的重要材料，它通过印刷或喷绘将图案、文字表现在承印物上。油墨由连结料(树脂)、颜料、填料、助剂和溶剂等组成，它们均匀地混合并经反复轧制而成一种黏性胶状流体，用于书刊、包装装潢、建筑装饰及电子线路板材等各种印刷。特种油墨是一类为了适应不同的印刷材质以及为了达到不同的印刷效果而研制的油墨，特种油墨种类较多，常见的包括夜光油墨、灭菌油墨、防伪油墨、磁性油墨、香味油墨、导电油墨等。水泥基复合材料由水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水、外加剂、掺合料按一定比例混合搅拌所得。水泥基复合材料表面的图案是指将水泥基复合材料面层的水泥浆体去除露出水泥浆体下的骨料，骨料本色与周边未去除水泥浆体的水泥基复合材料表面因色差而显现的外在表观效果。目前，本领域技术人员通常使用机械剔凿等物理方法及酸洗等化学方法在水泥基复合材料表面形成图案，但这些方法均是在水泥基复合材料硬化后进行处理，水泥基复合材料材料本身易被损伤与腐蚀，且图案质量不易被保证。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种特种水性油墨。该特种水性油墨能在水泥基复合材料表面形成图案，图案实现效率高，方法简单，绿色环保，保证图案形成精细同时，不影响水泥基复合材料长期力学性能。本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨，其特征在于，它为由连接料、颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、ph稳定剂和溶剂组成的胶态分散体，其中各组分按重量百分比计为：连接料36.0％、颜料10.0～30.0％、水泥缓凝剂1.0～5.0％、增稠剂0.5～1.0％、偶联剂0.5～1.0％、消泡剂0.1～1.0％、ph稳定剂3.0～6.0％、溶剂29.0～40.0％。按上述方案，所述连接料为水溶性树脂、助溶剂和溶剂的混合物，其中各组分按重量百分比计为水溶性树脂17.0～33.0％、助溶剂7.0～17.0％、溶剂59.0～67.0％。按上述方案，所述连接料中的水溶性树脂为成膜性好、粘接力强、分子链上有足量的亲水基团、可在95℃以下水中溶解的聚乙烯醇树脂，醇解度>85％、聚合度1600～2100。按上述方案，所述连接料中的助溶剂能溶解所使用连接料，与水能以任何比例混溶，无毒、无刺激味、不燃、不爆。助溶剂选自工业乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇等中的一种或多种的混合物。按上述方案，所述特种水性油墨与连接料中的溶剂均为不含可溶性钙盐、镁盐的去离子水。按上述方案，所述的颜料为具有良好耐碱性的无机颜料，颜料颗粒平均尺寸为0.02～0.3μm。其中，白色颜料选自钛白粉、锌氧粉、锌钡白等中的一种或两种的混合物；黑色颜料选自炭黑、氧化铁黑、苯胺黑等中的一种或两种的混合物。按上述方案，所述的水泥缓凝剂选自无机磷酸盐、有机膦酸及其盐、羟基羧酸及其盐、氨基羧酸及其盐、木质素磺酸盐、多羟基碳水化合物及其盐中的一种或多种混合物。所述无机磷酸盐为焦磷酸盐、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和正磷酸等物质中的一种；所述有机膦酸为羟乙基二膦酸、氨基三甲叉膦酸、2-膦酸基-1,2,4三羧酸丁烷、乙二胺四甲叉膦酸、膦酸基羟乙酸、羟基乙叉二膦酸、膦酰基羧酸和二甲叉膦酸氨基甲磺酸等物质中的一种；所述羟基羧酸、氨基羧酸及其盐为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸、乳酸、单宁酸、苹果酸、葡庚糖酸及其盐等物质中的一种；所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁等物质中的一种；所述多羟基碳水化合物及其盐为葡萄糖、果糖、糖蜜、葡萄糖酸钠等物质中的一种。水泥缓凝剂的取量按有效成分计。按上述方案，所述的增稠剂为可提高水性油墨物理化学稳定性，调节水性油墨流变性的有机增稠剂和高分子增稠剂，选自羟乙基纤维素、聚丙烯吡咯烷酮等中的一种。按上述方案，所述的偶联剂主要用于将无机颜料与有机高分子连接料这两种不同性质的物质紧密地结合起来，主要选自可以与水以任意比例混合的螯合型钛酸酯。按上述方案，所述的消泡剂能溶于或分散于水中，在水性油墨生产或印刷过程中可以防止泡沫形成或使已形成的泡沫迅速破灭，选自辛醇、磷酸三丁酯、有机硅乳液等物质中的一种。按上述方案，所述ph稳定剂为弱碱性物质，主要用于平衡水性油墨在印刷过程中的ph值，使水性油墨体系的ph值保持在8.5～9.5之间。连接料选自氨水、一乙醇胺、二乙氨基乙醇等中的一种或两种。上述特种水性油墨的制备方法为：1)按特种水性油墨的配方分别准确称取各种原料至于不同的不锈钢桶内备用；2)将连接料配方中的溶剂、助溶剂称量好后注入反应釜内，加热使体系温度保持在90～95℃后，缓缓加入水溶性树脂，边加边搅拌，持续时间2h，待体系中的水溶性树脂全部溶解，形成透明的溶胶状物质后停止加热，降至室温后经过28目不锈钢网过滤后，得到连接料，备用；3)将溶剂置于搅拌桶中，在搅拌状态下缓慢加入连接料至完全溶解，然后依次加入颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂，继续搅拌至各组分呈分散均匀的物料；4)取样检测物料的ph值，按配方均匀滴加ph稳定剂，控制特种水性油墨体系的ph值保持在8.5～9.5之间在间；5)所得分散均匀的物料先过40目筛，然后加入到砂磨机砂磨，直至制得细度小于20μm；6)经罐封包装后可作为成品，如可以灌封灌装至金属罐内，旋紧罐盖，用铝箔封口，贴上标签，加上外包装。上述特种水性油墨在水泥基复合材料表面形成图案的方法，主要分为两种：第一种方法，将本发明所述特种水性油墨按照所需要的图案印刷到承印物上，得到带有所需图案的承印物；将带有所需图案的承印物铺设于水泥基复合材料的浇筑模板中，以承印物带有图案的一侧朝向其浇筑水泥基复合材料的方向，然后向浇筑模板中浇筑水泥基复合材料；待水泥基复合材料浇筑成型后，18～48h内用水冲洗特种水性油墨与水泥基复合材料的接触面，即可在水泥基复合材料表面形成所需要的图案。其中，印刷可以采用丝网印刷技术、凸版印刷技术、凹版印刷技术、平版印刷技术等，承印物可以采用单面胶版纸、牛皮纸、塑料等。第二种方法，将本发明所述特种水性油墨按照所需要的图案喷涂到水泥基复合材料的浇筑模板上，图案朝向其浇筑水泥基复合材料的方向，然后向浇筑模板中浇筑水泥基复合材料；待水泥基复合材料浇筑成型后，18～48h内用水冲洗特种水性油墨与水泥基复合材料的接触面，即可在水泥基复合材料表面形成所需要的图案。按上述方案，所述特种水性油墨在水泥基复合材料表面形成图案的两种方法中，冲洗时采用高压水枪，压力在3～6mpa为宜。按上述方案，所述特种水性油墨在水泥基复合材料表面形成图案的两种方法中，水泥基复合材料的浇筑模板选自木模板、钢模板、铝模板、竹模板等。本发明中，该特种水性油墨所用的颜料起显色的作用，靠与承印物的颜色不同形成对比而在承印物上显现出与原稿相同的图文。水溶性树脂是水性油墨的成膜物质，是颜料的分散介质，也是颜料与承印物材料之间的粘结剂；ph稳定剂主要用于控制水性油墨的ph值。水泥缓凝剂主要用于延缓与水性油墨接触的水泥的水化速率。增稠剂主要用于提高水性油墨物理化学稳定性，调节水性油墨流变性。偶联剂主要用于将无机颜料与有机高分子连接料这两种不同性质的物质紧密地结合起来。消泡剂主要用于调节水性油墨原料形成的气泡或者消除在油墨生产工艺过程中产生的气泡。溶剂在水性油墨中主要用于分散颜料和连接料、调节干燥性等。本发明中，水泥缓凝剂与水溶性树脂混溶于水性油墨的溶剂中，印刷过程中水泥缓凝剂随水溶性树脂在承印物上成膜并均匀分布于图案中。由于该特种水性油墨的水溶性树脂分子链上含有足量的亲水基团，致使水性油墨成膜后耐水性差，水泥基复合材料浇筑时，由水性油墨印刷的图案在水泥基复合材料中自由水的浸润下，水性油墨膜逐渐被溶解并释放出水泥缓凝剂，水泥缓凝剂作用于与图案紧密接触的水泥基复合材料表面，延缓水泥的水化速率，当未与图案紧密接触的水泥基复合材料硬化后，与图案紧密接触的水泥基复合材料依旧保持塑性，在压力水的作用下被洗刷掉，漏出硬化的水泥基复合材料，洗去表皮的水泥基复合材料与未洗去表皮的水泥基复合材料显现出色差，由色差区域组成的图案即印刷于承印物上的所需图案。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、该特种水性油墨耐水级别低，印刷成膜后水溶性好。2、该特种水性油墨可以用于在水泥基复合材料表面形成图案，图案实现效率高，且使用方法简单，大大方便水泥基复合材料表面图案形状多样性的设计与实现。3、该特种水性油墨绿色环保，用于在水泥基复合材料表面形成图案时，对硬化后的水泥基复合材料无腐蚀作用，不影响水泥基复合材料长期力学性能。附图说明图1为将用特种水性油墨印刷的带有所需图案的承印物铺设于水泥基复合材料浇筑的模板中；图2为在铺好承印物的模板中浇筑水泥基复合材料；图3为水泥基复合材料硬化后进行脱模；图4为用水冲洗特种水性油墨与水泥基复合材料的接触面，在水泥基复合材料表面形成所需要图案。图5为将特种水性油墨喷涂在模板上形成所需图案；图6为在喷涂有所需图案的模板中浇筑水泥基复合材料；图7为水泥基复合材料硬化后进行脱模；图8为用水冲洗特种水性油墨与水泥基复合材料的接触面，在水泥基复合材料表面形成所需要图案。其中，图1-4对应对本发明所述水性特种油墨在水泥基复合材料表面形成图案的第一种方法；图1-4对应对本发明所述水性特种油墨在水泥基复合材料表面形成图案的第二种方法；图9为本发明所述特种水性油墨采用第一种方法在水泥基复合材料表面形成图案的实物图；图10为本发明所述特种水性油墨采用第二种方法在水泥基复合材料表面形成图案的实物图。具体实施方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨，由连接料、颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、ph稳定剂和溶剂组成的胶态分散体，其中各组分按重量百分比计为：连接料36.0％、颜料26.1％、水泥缓凝剂2.0％、增稠剂0.5％、偶联剂0.9％、消泡剂0.2％、ph稳定剂3.6％、溶剂30.7％。所述连接料为水溶性树脂、助溶剂和溶剂的混合物，其中各组分按重量百分比计为水溶性树脂23.1％、助溶剂12.3％、溶剂64.6％。本实施例中水溶性树脂为聚乙烯醇树脂1799，醇解度99％、聚合度1800，残余醋酸根0.2％；助溶剂为乙二醇与异丙醇的混合物，乙二醇的重量百分比为33.0％，异丙醇的重量百分比为67.0％，温度25℃时乙二醇的折射率为1.4291、异丙醇的折射率1.3780；溶剂均为去离子水；颜料为白色钛白粉，颗粒平均尺寸为0.2μm、折射率2.76、密度4.2g/cm3；水泥缓凝剂为工业级葡萄糖酸钠，纯度98％；增稠剂为聚丙烯吡咯烷酮k25，分子量32000；偶联剂为ld-212螯合型钛酸酯偶联剂；消泡剂为辛醇，温度20℃时相对密度为0.831；ph稳定剂为氨水，氨含量为26.0％。实施例2一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨，由连接料、颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、ph稳定剂和溶剂组成的胶态分散体，其中各组分按重量百分比计为：连接料36.0％、颜料18.4％、水泥缓凝剂1.3％、增稠剂1.0％、偶联剂0.7％、消泡剂0.5％、ph稳定剂5.3％、溶剂36.8％。所述连接料为水溶性树脂、助溶剂和溶剂的混合物，其中各组分按重量百分比计为水溶性树脂31.0％、助溶剂8.1％、溶剂60.9％。本实施例中水溶性树脂为聚乙烯醇树脂1788，醇解度88％、聚合度1700，残余醋酸根12.0％；助溶剂为工业乙醇，温度25℃时折射率为1.3624；溶剂为去离子水；颜料为黑色炭黑，颗粒平均尺寸为0.02μm、密度1.8g/cm3；水泥缓凝剂为固含量60％的羟基乙叉二膦酸溶液，密度1.45g/cm3；增稠剂为聚丙烯吡咯烷酮k30，分子量37900；偶联剂为tm-200s螯合型钛酸酯偶联剂，温度25℃时相对密度为1.01；消泡剂为磷酸三丁酯，温度20℃时相对密度为0.977，温度20℃时折射率为1.424；ph稳定剂为一乙醇胺，以一乙醇胺计总胺量为99.0％。实施例3一种用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨，由连接料、颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂、ph稳定剂和溶剂组成的胶态分散体，其中各组分按重量百分比计为：连接料36.0％、颜料13.0％、水泥缓凝剂4.3％、增稠剂0.7％、偶联剂0.6％、消泡剂0.9％、ph稳定剂5.9％、溶剂38.6％。所述连接料为水溶性树脂、助溶剂和溶剂的混合物，其中各组分按重量百分比计为水溶性树脂19.9％、助溶剂16.6％、溶剂63.5％。本实施例中水溶性树脂为聚乙烯醇树脂2088，醇解度89％、聚合度2100，残余醋酸根11.0％；助溶剂为正丙醇、工业乙醇与乙二醇的混合物，正丙醇的重量百分比为14.0％，工业乙醇的重量百分比为56.0％，乙二醇的重量百分比为30.0％，温度25℃时正丙醇的折射率为1.3862、工业乙醇的折射率为1.3624、乙二醇的折射率为1.4291；溶剂为去离子水；颜料为炭黑与苯胺黑的混合物，炭黑的重量百分比为46.0％，苯胺黑的重量百分比为54.0％，炭黑的颗粒平均尺寸为0.1μm、密度1.8g/cm3，苯胺黑的颗粒平均尺寸为0.2μm、密度1.7g/cm3；水泥缓凝剂为三聚磷酸钠、柠檬酸与木质素磺酸钙的混合物，三聚磷酸钠的重量百分比为30.0％，柠檬酸的重量百分比为35.0％，木质素磺酸钙的重量百分比为35.0％，三聚磷酸钠的密度为2.62g/cm3，柠檬酸的密度为1.66g/cm3，木质素磺酸钙木质素含量60.0％；增稠剂为羟乙基纤维素，密度0.75g/cm3；偶联剂为ld-70螯合型钛酸酯偶联剂，温度25℃时相对密度为1.10，温度20℃时折射率为1.495；消泡剂为有机硅乳液，温度20℃时相对密度为1.01、分子量3400；ph稳定剂为氨水与二乙氨基乙醇的混合物，氨水的重量百分比为74.0％，二甲氨基乙醇的重量百分比为26.0％，氨水的氨含量为26.0％，温度25℃时二乙氨基乙醇相对密度0.8851。实施例1～3中，特种水性油墨的具体制备步骤如下：1)原料称量：按特种水性油墨的配方分别准确称取各种原料至于不同的不锈钢桶内备用；2)连接料制备：将连接料配方中的溶剂、助溶剂称量好后注入反应釜内，加热使体系温度保持在90～95℃后，缓缓加入水溶性树脂，边加边搅拌，持续时间2h，待体系中的水溶性树脂全部溶解，形成透明的溶胶状物质后停止加热，降至室温后经过28目不锈钢网过滤后备用；3)搅拌分散：将溶剂置于搅拌桶中，在搅拌状态下缓慢加入连接料至完全溶解，然后依次加入颜料、水泥缓凝剂、增稠剂、偶联剂、消泡剂，继续搅拌至各组分呈分散均匀的物料；4)ph检测：取样检测物料的ph值，按配方均匀滴加ph稳定剂，控制特种水性油墨体系的ph值保持在8.5～9.5之间；5)筛分研磨：所得分散均匀的物料先过40目筛，然后加入到砂磨机砂磨，直至制得细度小于20μm，即得到用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨；6)灌封包装：按标示量准确称取定量的特种水性油墨灌装至金属罐内，旋紧罐盖，用铝箔封口，贴上标签，加上外包装，即得到用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨成品。性能测试1、油墨性能测试：本发明实施例1～3制备的用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨性能测试效果如表1所示。其中，细度的检验严格按照《液体油墨细度检验方法》gb/t13217.3-2008相关步骤进行；粘度的检验严格按照《液体油墨粘度检验方法》gb/t13217.4-2008中涂-4杯法相关步骤进行；耐水性的检验按照《漆膜耐水性测定方法》gb/t1733-1993中相关步骤进行；初干性的检验按照《液体油墨初干性检验方法》gb/t13217.5-2008相关步骤进行。表1实施例耐水性(级)初干性(mm/30s·25℃)细度(μm)粘度(s/25℃)实施例11221847实施例21281239实施例31231550由上述实施例和测试数据可知：本发明所述用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨具有以下特点：1)该特种水性油墨耐水级别低，印刷成膜后水溶性好；2)该特种水性油墨通过渗透和挥发即可快速干燥，初干性20～30mm/30s·25℃；3)该特种水性油墨转移性好，涂-4杯黏度为35～55s/25℃。2、用于水泥基复合材料表面形成图案的性能测试：本发明实施例1～3制备的用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨应用测试效果如表2所示，其中水泥基复合材料统一选用c50混凝土。其中，碳化深度、回弹强度严格按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》jgj/t23-2011相关步骤进行。表2作为对比，选用机械剔凿和酸洗两种方式在硬化的水泥基复合材料表面制作同样的图案，测试效果如表3所示。表3对比特种水性油墨、机械剔凿和酸洗等三种成图方式，由表2-3可知：本发明所述用于水泥基复合材料表面形成图案的特种水性油墨具有以下特点：1、图案实现效率高，方法简单，操作便利。在水泥基复合材料浇筑成型后18～48h内用压力在3～6mpa的高压水枪冲洗特种水性油墨与水泥基复合材料的接触面，数分钟内即可在水泥基复合材料表面形成所需要的图案。而机械剔凿与酸洗的方式需要耗时数小时，其中机械剔凿噪声、灰尘较大；酸洗易造成水污染。2、图案清晰、精细。本发明成图图案轮廓精度可轻松控制在0.5mm以内，远高于机械剔凿与酸洗成图的图案轮廓精度。3、不影响水泥基复合材料长期力学性能。相比于本发明，机械剔凿与酸洗对水泥基复合材料造成了不利影响，其碳化深度加深，回弹强度降低。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页12