一种水性油墨制备方法及其印刷工艺与流程

1.本技术涉及油墨加工领域，更具体地说，它涉及一种水性油墨制备方法及其印刷工艺。


背景技术：

2.水性油墨的使用具有较多优势。首先，对于环境不会造成污染，操作者的人身安全也不会被影响。另外，机器残留溶剂的现象也不存在，简单易清洗。用水性油墨印制的产品包装食品时，不含残留溶剂，不会污染食品。另外，使用水性油墨印刷书本已越来越流行，研究开发水性油墨已成为大趋势。但与溶剂型油墨相比，水基油墨在光泽度、耐磨性以及油墨层干燥速度和颜料分散性等方面存在一定的不足。
3.尽管水性油墨具有环保，不污染环境，对人体健康无害等优点，但是由于其是新兴的油墨，许多性能研究还不成熟，在实际应用中仍然存在着许多问题，从而在一定程度上阻碍了其发展。目前，水性油墨常用的水性油墨连接料主要有水性聚丙烯酸树脂乳液和水性聚氨酯乳液两大类，水性聚丙烯酸树脂乳液价格低廉、附着力强、基材适用性广泛，但是黏度低、干燥速度慢；而水性聚氨酯乳液具黏度高、光泽度好、表干速度快的优点，但是着色力较弱。因此，提高水性聚丙烯酸树脂油墨着色力成为研究的课题。


技术实现要素：

4.为了提高水性油墨的着色力，本技术提供一种水性油墨制备方法及其印刷工艺。
5.第一方面，本技术提供一种水性油墨及其制备方法，采用如下的技术方案：一种水性油墨，包括以下重量份的原料：颜料11-19份，表面活性剂5-8份，复合连接料45-68份，去离子水80-121份，氨水15-20份,增稠剂4-7份，聚醚改性聚硅氧烷消泡剂6-9份，油墨稀释剂2-5份，慢干剂2-8份，蜡烛剂聚乙烯蜡浆3-5份，金属离子交换剂偏铝酸钠2-5份；所述复合连接料包括改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂，所述改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂的质量比为(1.2-2.0)：(2.3-3.1)：(0.8-1.9)。
6.通过采用上述技术方案，由于采用连接料用树脂，在水性油墨的发展中，掌控整个油墨的主体性能。连接料的优劣，对油墨色相、光泽度、附着力、干燥速度等性能会造成直接影响，所以对于连接料的研发都很注重酞菁类颜料颜色鲜艳且着色力较强，优于铁蓝，并且对光、热、酸和碱稳定，着色剂对水性油墨环保的影响以及着色剂对油墨其他性能的影响非常重要，为了增强树脂的亲水性以及和颜料的亲和力，必须添加一些碱性表面活性剂，使得颜料附着力更加强。
7.将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例共混，作为油墨连接料主体树脂，加入金属离子交联剂偏铝酸钠与之共混，用氨水提供碱性环境，加速树脂溶解。另外添加适改性环氧树脂对连接料性能加以改善，合成一种黏度、附着力、耐磨性、光泽度、稳定性都表现不错的连接料；改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂作为水性丝网印刷油墨的
主要成分。在水性丝网印刷油墨的印刷性能(尤其是黏度、稳定性、流动性和耐抗性)中起着至关重要的作用，是水丝网印刷油墨的核心。水性丙烯酸树脂是水性树脂中使用速度增长最快，种类众多的无污染树脂。环氧树脂作为最常用的基础树脂之一，具有粘附力强的优点，环氧树脂中的羟基和环氧基可以和丙烯酸酯反应，进而使得基础树脂更加稳定。以复合连接料为连接料制备的水性油墨具有优异的耐磨性、附着力、耐化学性和柔硬度平衡性。
8.去离子水是水性油墨的主要溶剂，但去离子水不能很好的溶解树脂，须在其中加入氨水，可以促进树脂的溶解，保证树脂可以溶解，进而提高颜料的分散性，提高水性油墨的附着力。在水性涂料中添加适量的增稠剂可以提高油墨性能，改善油墨的可加工性、触变性、颜料分散和储存稳定性。油墨稀释剂是通过减小油墨粘性，增加油墨流动性，水以及乙醇可作为水性油墨的稀释剂使用，提高水性油墨着色力。
9.优选的，所述改性环氧树脂包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂25-45份，咪唑类固化剂3-5份，纳米氧化锆4-8份，硅烷偶联剂6-12份，纳米金刚石1-3份。
10.通过采用上述技术方案，由于采用双酚a型环氧树脂经过纳米氧化锆和纳米金刚石改性，使得环氧树脂的表面附着力增强，进而使用各种理化方法在环氧树脂中添加无机纳米粒子也是对环氧树脂改性的一种常用方法，良好分散于树脂基体中的纳米粒子在遭受外力作用时，能够使裂纹发生偏转以消耗其断裂能，最终达到增韧的目的。环氧树脂需要搭配固化剂及其他助剂共同使用。其中，固化剂是不可替代的重要部分，使用咪唑类固化剂固化机理为通过活泼氢原子的加成反应将环氧基团的环打开，然后逐渐发生聚合反应最终形成稳定三维网络结构。
11.硅烷偶联剂不仅使得硅烷的si(och2)基团在一定条件下能与砂粒表面的羟基产生缩合作用,释放出甲醇,形成硅氧键，这样硅烷与砂粒“连接”起不同作用，另一端环氧基环被打开，它与树脂分子的活性基团连接起来，这样无机物的砂粒和有机物的树脂之间就通过硅烷的架桥作用被偶联起来，因此，树脂对硅砂(砂粒)表面的附着强度大大提高，从而树脂砂的强度也随之提高。这种增强作用使得环氧树脂粘性增强，硅烷还可以使树脂砂的抗吸湿性得到明显改善。因此，获得环氧树脂吸附力更强的效果。
12.优选的，所述改性环氧树脂的改性包括以下步骤：(1)取纳米氧化锆和纳米金刚石进行干燥处理；(2)将双酚a型环氧树脂和硅烷偶联剂进行混合，混合后加入干燥后的纳米氧化锆和纳米金刚石，制得混合物；(3)最后将咪唑类固化剂加入到混合物中，进行搅拌，制得改性环氧树脂。
13.通过采用上述技术方案，提高相容性,偶联剂一边是有机链端,可以和树脂有很好的界面作用；一边是无机链端,可以和无机填料作用,提高填料在树脂中的相容性,同时改善填料在树脂中的分布状况。首先是纳米粒子在环氧树脂中如何达到均匀的分散，其次是纳米粒子如何与环氧树脂形成良好的界面作用。在填料加入量合适的情况下，环氧树脂体系的性能可以达到全面的提升。加入纳米氧化锆和纳米金刚石，使得环氧树脂的增韧效果更加明显，使得油墨的连接料附着力更强。
14.优选的，所述颜料为酞菁蓝颜料，所述表面活性剂为大豆卵磷脂。
15.通过采用上述技术方案，酞菁蓝颜料用作水性丝网印刷油墨的着色剂。具有较高的着色性，分散性，化学稳定性。水性丝网印刷油墨中使用的颜料需要满足以下条件：颜色
鲜亮，对印版滚筒不会磨损，与连接料树脂的亲和力高，在连接料中分散时，具有良好的分散性以及流动性，不会在储存过程中沉降或者印刷到承印物上时析出。最重要的是，颜料变色、褪色现象在其对应的溶剂体系中不会发生，颜料的着色力要强且不升华，表面活性剂大豆卵磷脂使得颜料的附着力更强，进而使得颜料更加稳定。
16.优选的，所述增稠剂为碱溶性增稠剂。
17.通过采用上述技术方案，增稠剂作为流变剂的其中一种，在控制体系的流变性中起着至关重要的作用，并赋予产品优异的性能和理化稳定性。可以改善油墨的可加工性、触变性、颜料分散和储存稳定性，增稠剂在水性油墨发挥了不可缺少的作用，可以改善油墨触变性以及颜料分散性，对于油墨储存，也会有所帮助，进而提高水性油墨附着力。
18.优选的，所述油墨稀释剂包括水和乙醇，质量之比为25:1。
19.通过采用上述技术方案，油墨稀释剂是通过减小油墨粘性，增加油墨流动性，水以及乙醇可作为水性油墨的稀释剂使用。
20.优选的，所述慢干剂为乙二醇。
21.通过采用上述技术方案，慢干剂既可以调节油墨黏度，还可以在调整墨面干燥速度减慢后，减少线条边缘的毛齿，墨层表面就会变得平滑，从而可以减少表面纹路的出现。蜡助剂能够成为颜料的载体，使油墨的耐磨性得到改良，颜料和填料的分散性得以改善。制成的油墨防沉降效果良好，作为油墨的平光剂，增加印刷品的光泽感和立体感。
22.第二方面，本技术提供一种水性油墨的制备方法，采用如下的技术方案：一种水性油墨的制备方法，包括以下步骤：s1：制备复合连接料：将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例混合，在混合的过程中加入金属离子交联剂，制得混合的水性树脂；s2：将颜料、去离子水和表面活性剂加入到混合的水性树脂中，充分搅拌均匀，得到基体混合物；s3：在基体混合物中依次加入氨水、增稠剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、油墨稀释剂、慢干剂和蜡烛剂，进行搅拌混合，最后得到水性油墨。
23.通过采用上述技术方案，连接料、颜料、各种添加剂和水，在油墨配方设计过程中，需要根据各组份的物理化学性能以及印刷工艺过程，对相应的油墨性能进行改进，提高水性油墨耐水性的同时可以提高油墨的附着力。水性丝网印刷油墨选择水性树脂时，主要是使用水溶性树脂，或者水分散性树脂。这决定了印刷性能，尤其是黏度，干燥性，流动性、光泽度等。对于水性油墨来说，必须具有水溶性或水分散性佳的特性，并且易于交联固化。硅烷偶联剂的加入不仅可以使得改性环氧树脂的性能更好，还可以颜料在基材上的附着牢度，进一步提高了水性油墨的着色力。
24.第三方面，本技术提供一种水性油墨的印刷工艺，采用如下的技术方案：一种水性油墨的印刷工艺，包括以下步骤：基材预处理：去除基材表面的污染物；印刷：使用权利要求1-8任一项所述的水性油墨对预处理后的基材进行印刷，烘干；固化：将印刷后的基材进行微波固化成膜，即得印刷成品。
25.通过采用上述技术方案，印刷方法过程简单，且过程中不会产生挥发性有机物，对
环境友好，且不会对工作人员的身体健康带来危害。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用采用连接料用树脂，在水性油墨的发展中，掌控整个油墨的主体性能。连接料的优劣，对油墨色相、光泽度、附着力、干燥速度等性能会造成直接影响，所以对于连接料的研发都很注重酞菁类颜料颜色鲜艳且着色力较强，优于铁蓝，并且对光、热、酸和碱稳定，着色剂对水性油墨环保的影响以及着色剂对油墨其他性能的影响非常重要，为了增强树脂的亲水性以及和颜料的亲和力，必须添加一些碱性表面活性剂，使得颜料附着力更加强。
27.2、本技术中优选采用采用双酚a型环氧树脂经过纳米氧化锆和纳米金刚石改性，使得环氧树脂的韧性增强，进而使用各种理化方法在环氧树脂中添加无机纳米粒子也是对环氧树脂改性的一种常用方法，良好分散于树脂基体中的纳米粒子在遭受外力作用时，能够使裂纹发生偏转以消耗其断裂能，最终达到增韧的目的。环氧树脂需要搭配固化剂及其他助剂共同使用,因此，获得环氧树脂吸附力更强的效果。
28.3、本技术的方法，通过连接料、颜料、各种添加剂和水。在油墨配方设计过程中，需要根据各组份的物理化学性能以及印刷工艺过程，对相应的油墨性能进行改进，提高水性油墨耐水性的同时可以提高油墨的附着力。水性丝网印刷油墨选择水性树脂时，主要是使用水溶性树脂，或者水分散性树脂。这决定了印刷性能，尤其是黏度，干燥性，流动性、光泽度等。对于水性油墨来说，必须具有水溶性或水分散性佳的特性，并且易于交联固化。硅烷偶联剂的加入不仅可以使得改性环氧树脂的性能更好，还可以颜料在基材上的附着牢度，进一步提高了水性油墨的着色力。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
30.硅烷偶联剂为kh-570硅烷偶联剂；咪唑类固化剂为2-苯基咪唑；碱溶性增稠剂为碱溶性增稠剂交联型高分子乳液增稠剂。
31.原料和/或中间体的制备例制备例1一种改性环氧树脂，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂25kg，咪唑类固化剂3kg，纳米氧化锆4kg，硅烷偶联剂6kg，纳米金刚石1kg。
32.一种改性环氧树脂的改性包括以下步骤：(1)取纳米氧化锆和纳米金刚石进行干燥处理；(2)将双酚a型环氧树脂和硅烷偶联剂进行混合，混合后加入干燥后的纳米氧化锆和纳米金刚石，制得混合物；(3)最后将咪唑类固化剂加入到混合物中，进行搅拌，制得改性环氧树脂。
33.制备例2一种改性环氧树脂，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂35kg，咪唑类固化
剂4kg，纳米氧化锆6kg，硅烷偶联剂8kg，纳米金刚石2kg。
34.一种改性环氧树脂的改性包括以下步骤：(1)取纳米氧化锆和纳米金刚石进行干燥处理；(2)将双酚a型环氧树脂和硅烷偶联剂进行混合，混合后加入干燥后的纳米氧化锆和纳米金刚石，制得混合物；(3)最后将咪唑类固化剂加入到混合物中，进行搅拌，制得改性环氧树脂。
35.制备例3一种改性环氧树脂，包括以下重量份的原料：双酚a型环氧树脂45kg，咪唑类固化剂5kg，纳米氧化锆8kg，硅烷偶联剂12kg，纳米金刚石3kg。
36.一种改性环氧树脂的改性包括以下步骤：(1)取纳米氧化锆和纳米金刚石进行干燥处理；(2)将双酚a型环氧树脂和硅烷偶联剂进行混合，混合后加入干燥后的纳米氧化锆和纳米金刚石，制得混合物；(3)最后将咪唑类固化剂加入到混合物中，进行搅拌，制得改性环氧树脂。
37.对比制备例1一种改性环氧树脂，与制备例2不同在于，改性环氧树脂通过加入15kg纳米二氧化硅进行改性制得。实施例
38.实施例1一种水性油墨，包括以下重量份的原料：颜料11kg，表面活性剂5kg，复合连接料45kg，去离子水80kg，氨水15kg,增稠剂4kg，聚醚改性聚硅氧烷消泡剂6kg，油墨稀释剂2kg，慢干剂2kg，蜡烛剂聚乙烯蜡浆3kg，金属离子交换剂偏铝酸钠2kg；复合连接料包括改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂，改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂的质量比为1.2：2.3：0.8。
39.一种水性油墨的制备方法，包括以下步骤：s1：制备复合连接料：将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例混合，在混合的过程中加入金属离子交联剂偏铝酸钠，制得混合的水性树脂；s2：将颜料、去离子水和表面活性剂加入到混合的水性树脂中，充分搅拌均匀，得到基体混合物；s3：在基体混合物中依次加入氨水、增稠剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、油墨稀释剂、慢干剂和蜡烛剂，进行搅拌混合，最后得到水性油墨。
40.实施例2一种水性油墨，包括以下重量份的原料：颜料15kg，表面活性剂7kg，复合连接料55kg，去离子水105kg，氨水18kg,增稠剂6kg，聚醚改性聚硅氧烷消泡剂8kg，油墨稀释剂4kg，慢干剂5kg，蜡烛剂聚乙烯蜡浆4kg，金属离子交换剂偏铝酸钠3kg；复合连接料包括改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂，改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂的质量比为1.5：2.7：1.6。
41.一种水性油墨的制备方法，包括以下步骤：s1：制备复合连接料：将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例混合，在
混合的过程中加入金属离子交联剂偏铝酸钠，制得混合的水性树脂；s2：将颜料、去离子水和表面活性剂加入到混合的水性树脂中，充分搅拌均匀，得到基体混合物；s3：在基体混合物中依次加入氨水、增稠剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、油墨稀释剂、慢干剂和蜡烛剂，进行搅拌混合，最后得到水性油墨。
42.实施例3一种水性油墨，包括以下重量份的原料：颜料19kg，表面活性剂8kg，复合连接料68kg，去离子水121kg，氨水20kg,增稠剂7kg，聚醚改性聚硅氧烷消泡剂9kg，油墨稀释剂5kg，慢干剂8kg，蜡烛剂聚乙烯蜡浆5kg，金属离子交换剂偏铝酸钠5kg；复合连接料包括改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂，改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂的质量比为2.0：3.1：1.9。
43.一种水性油墨的制备方法，包括以下步骤：s1：制备复合连接料：将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例混合，在混合的过程中加入金属离子交联剂偏铝酸钠，制得混合的水性树脂；s2：将颜料、去离子水和表面活性剂加入到混合的水性树脂中，充分搅拌均匀，得到基体混合物；s3：在基体混合物中依次加入氨水、增稠剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂、油墨稀释剂、慢干剂和蜡烛剂，进行搅拌混合，最后得到水性油墨。
44.实施例4一种水性水墨及其制备方法，与实施例2的不同在于水性油墨中添加了分散剂102d。
45.对比例对比例1一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中未添加改性环氧树脂。
46.对比例2一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中添加未改性的环氧树脂。
47.对比例3一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中未添加表面活性剂大豆卵磷脂。
48.对比例4一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中复合连接料替换为丙烯酸树脂。
49.对比例5一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中未添加聚醚改性聚硅氧烷消泡剂。
50.对比例6一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中未添加碱溶
性增稠剂。
51.对比例7一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中的改性环氧树脂选用对比制备例1中制得的。
52.对比例8一种水性油墨及其制备方法，与实施例2的不同之处在于：水性油墨中未添加氨水。
53.性能检测试验为验证本发明水性油墨的性能，对上述实施例1～4以及对比例1～8中的水性油墨的附着牢度、初干性和剥离力能进行了测试，其中附着牢度测试方法参照gb/t13217.7-2009，剥离力：剥离力测试规范(执行标准gb 2792-1998)，初干性：按照gb/t13217.5-2008《液体油墨初干性检验方法》中规定的方法，测试样品的初干性；测试结果如下表1所示：检测方法/试验方法表1表1结合实施例1-4和对比例1-8并结合表1可以看出，实施例4所得的水性油墨，初干性为24mm/30s，附着牢度为为100％，剥离力为1.7n/15mm。实施例4的初干性较快，附着牢度比较高，剥离力比较高，说明了改性环氧树脂与丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例共混制得的连接料的附着力更强，进而使得水性油墨的着色力更强。实施例4中添加了分散剂，进一步使得颜料的着色性更好。
54.结合对比例1、对比例2和对比例4并结合表1可以看出，将改性环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂按比例共混，作为油墨连接料主体树脂，加入金属离子交联剂与之共混，用氨水提供碱性环境，加速树脂溶解。另外添加适当助剂对连接料性能加以改善，合成一种黏度、附着力、耐磨性、光泽度、稳定性都表现不错的连接料，使得水性油墨着色力更好。
55.结合对比例3和对比例5并结合表1可以看出，颜料的表面活性剂的选择对于着色度影响比较大，添加聚醚改性聚硅氧烷消泡剂，使得水性油墨稳定性更好。
56.结合对比例6和对比例8并结合表1可以看出，氨水提供了碱性环境，碱性颜料的碱性环境还是比较重要的，使得颜料更加显色，碱溶性增稠剂作用是溶解树脂，并决定油墨的干燥性能和油墨黏度，碱溶性增稠剂是否与树脂相容、对颜料的作用、沸点是否适当以及本身的可燃性和毒性都会对丝网印刷油墨的质量进行影响。
57.结合对比例7并结合表1可以看出，对比制备例1中改性环氧树脂通过加入15kg纳米二氧化硅进行改性制得，相较于制备例2制得的改性环氧树脂，粘性和附着力较低，对于水性油墨的连接性变小。
58.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。