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塑料印刷用水性丙烯酸油墨及其應用(上),簡述了塑料印刷用水性丙烯酸油墨的性能、制備和優缺點
2019年10月17日    閱讀量:1398    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

一、前言

在塑料印刷行業,大量采用溶劑型油墨,使用苯類、酮類和酯類等許多易燃性的有機溶劑,在制造、貯藏、運輸及印刷作業時有引發火災和爆炸的危險。苯類等有機溶劑的揮發,不但嚴重污染空氣,造成工作車間環境惡劣;而且由于苯類溶劑是一種致癌物質,長期接觸將嚴重影響操作工人的身體健康。大量使用有機溶劑,還將造成石油資源的缺乏中國建材網cnprofit.com。由于殘留有機溶劑的影響,印刷品用于食品包裝,將造成食品衛生問題。


隨著環保要求的提高和節省石油資源的需要,努力開發公害小,不含有機揮發物(voc),污染少以至無公害無污染的“綠色”油墨已迫在眉睫。目前在歐美和日本等發達國家,水性墨作為不含有機溶劑的“綠色”環保產品已經逐步取代溶劑墨。


以美國為例,已有90%的印刷廠家均使用對環境無污染的水性墨或無溶劑油墨(UV墨)來印刷食品包裝、醫療和生活用品。目前用于塑料印刷的水性油墨主要有:

1.水性柔性版油墨’采用水溶性丙烯酸樹脂為連接料,用于印刷塑料提袋。

2.水性凹印塑料油墨分表印和里印。


表印以水溶性丙烯酸樹脂為連接料,可用于印刷塑料提袋和合成紙袋;在歐美等國用量已經超過溶劑型油墨,印刷速度可以達到50~150米/分,附著牢度好。里印即食品包裝用的復合印刷油墨,目前發展很快。國外如美國和日本都有大量產品問世報道,國內該油墨尚屬空白,除杭州市化工研究所1990年代對此產品有研究外,尚無產品開發報道。該油墨以水溶性丙烯酸樹脂和丙烯酸乳液為連接料,以水和醇為溶劑,徹底解決環保問題;隨著干燥、制版和薄膜處理等問題的解決,將逐步取代溶劑型油墨。


二、水性油墨和溶劑型油墨的各種物性比較

水性油墨的各種物性與溶劑型差不多,它們的性能比較見表1。

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*要求特別的耐性可以利用特殊的樹脂體系涂膜,耐堿,耐洗性可達4---5級。

1.耐水耐堿性

對于表印,水性連結料親水性強,保留了極性基因,所以耐水、耐水摩擦性及耐堿性等較溶劑型差;若墨膜的耐(酸和堿等)性強,則油墨的再溶解性差,將會出現印刷適性問題,兩者取平衡值是必要的。對于里印,由于油墨夾在兩層塑料薄膜之間,不直接與介質接觸,因此不存在上述的不足之處。.

2.殘留溶劑

水性油墨的最大優點是臭味低和殘留溶劑極少(表2)。在包裝工業中,因殘留溶劑引起內裝物品的風味降低,導致安全衛生問題。因此。水性油墨顯示出極有利的性能。

3.水性油墨的表面復合適性

水性油墨進行里印后的復合性能如表3。由表中可以看出;水性油墨適合于擠出復合、干式復合和無溶劑復合,并且復合牢度不亞于溶劑油墨。由水性AC劑及水性、無溶劑型的粘接劑制成的復合包裝材料,可謂完全無毒的包裝材料。

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三、水性油墨的制備

水性油墨同一般溶劑型油墨一樣,也由連接料瀕料(染料)、溶劑及助劑等組成。

1.水性油墨用蓮接料

水性油墨用連接料起粘結顏料(染料)和提供印刷適性等作用,主要采用以下三種:①水溶性樹脂;② 水溶膠樹脂;③ 水分散樹脂(乳液型乳膠)。三種樹脂的性能比較見表4。從表4可以看出,以水溶性樹脂性能最好,下面分別述之。

① 水溶性樹脂

水溶性樹脂的品種很多,但可用于塑料油墨的只有蟲膠、馬來酸樹脂和丙烯酸樹脂從表4可以看出,以水溶性樹脂性能最 等,它們的性能和價格等比較見表5。

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從表中可知,水溶性丙烯酸樹脂性能最好。

對于丙烯酸樹脂,要使其水溶,一般在其分子結構中引入羧基、羥基、酰胺基和磺酸基等親水基,再經氨(或胺)中和,生成水溶性銨鹽(或胺鹽),則完全溶于水。而在印刷干燥后。銨鹽或胺鹽分解,恢復為原來的非水溶性樹脂,形成不溶于水的干燥墨層。反應式表達如下:

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對于丙烯酸聚合物體系,也有由于丙烯酰胺或羥甲基化合物的親水性,而把聚合物變成水溶性的。為了使水溶性油墨得到顏料穩定分散性、油墨的印刷適性及印刷效果、干燥性和耐水性等,有比例地選定適當的聚合物原料的疏水性單體和親水性單體,是生成水性聚合物的必要條件。

② 水分散性樹脂

即醋酸乳液、丙烯酸乳液和合成橡膠乳液。如使用水分散性樹脂,雖然流動性、機械穩定性、再溶解性等性能變差,但大大提高了水性墨的光澤、干燥性和耐水性等。因此在高亮光水性苯胺墨等方面應用較多。它和水溶性樹脂配合使用,可得多種性能良好的凹印水性墨。

③ 水溶膠樹脂

該類樹脂性能處于水溶性樹脂和水分散性樹脂之間,用它制得的水性油墨,流動性、光澤、耐水性等性能優良,再溶解性也有所改善,因此這幾年也漸漸為人們所使用。


2.水性油墨用顏料(染料)

染料只可用于水溶性紙張油墨,水溶性塑料油墨大多采用有機及無機顏料作著色劑。

由于水溶性油墨的樹脂大多為堿溶性的,故選用顏料時須使用能耐堿性的顏料。經試驗證明,鹽基性色淀和可溶性偶氮等,由于分子中含有可與堿反應的磺酸基和羥基等基團,發生反應性凝結,故不適用于水溶性油墨。

有機顏料一般采用偶氮系或雙偶氮系、酞菁系及其他高級顏料。

無機顏料有鈦白粉、炭黑及各種體質顏料。


3.水性油墨用溶劑

油墨用溶劑需具有:① 溶解樹脂,給與墨性;② 調節粘度,給與印刷適性;③ 調節干燥速度。水性油墨用溶劑也不例外,除具備上述三個功能外,還應無毒。因此水性油墨用溶劑選擇面很狹,可為:① 水;② 醇類,如乙醇、正(異)丙醇和丁醇等,它可輔助水增強溶解樹脂的能力,提高顏料的分散性能,并能加速滲透、抑止發泡等;③ 醚類,如乙基溶纖劑、丁基溶纖劑,可以調制干性。


4.水性油墨用助劑

為了提高油墨的各項性能需加各種助劑,如加入少量消泡劑(硅油oII~10、磷酸三丁酯),可消除水性墨中的泡沫。加入表面活性劑(非離子型、陰離子型),可提高水對顏料的潤濕性能。為了防止貯藏、運輸中聚結和發霉,可加入少量穩定劑、分散劑(輕體硅膠和六偏磷酸鈉)、防腐劑(如苯酰和苯酰基鈉鉀等)和增滑劑(如聚乙烯蠟和蜂蠟等)。



四、水性油墨的應用

塑料用水性油墨在印刷過程中,與溶劑型油墨有許多不同之處,現分別敘述。

1.水性油墨的干燥

對水性油墨而言,干燥問題是最辣手的問題,它不但與干燥裝置的種類和能力有關,還與印刷用材料有關。例如,對于紙張,由于油墨的滲透干燥在完全無風的狀態下進行,抑制了蒸發,其干燥速度比溶劑型油墨快。但在有冷風或熱風時,溶劑型油墨則以加倍的速度干燥(圖1)。而對于塑料薄膜,沒有紙張的滲透干燥,故干燥較成問題。從表6可知水性油墨比輪轉凹印溶劑型油墨理論上

需要多3~4倍的蒸發能,為提高水性油墨的干燥速度,可以從以下幾個方面來考慮。

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① 與醇混合使用

醇(乙醇、丙醇)是可與水混合的溶劑,因此,加入醇是改進干燥比較方便的辦法。乙醇、丙醇無毒,在印刷物上殘留氣味少,有提高塑料薄膜的潤濕性,改善印刷效果的作用。但是加入醇類,提高產品成本,需加強消防以防火災,因此其用量也不能太多。

② 干燥溫度、風量

水性油墨的干燥實質上是水的蒸發。為了促進水的蒸發,提高溫度,降低濕度;油墨、印刷件的加熱,風量和風速的提高等都是可以采取的有效對策。

干燥溫度和風量的提高能使印刷速度提高,如圖2。一般干燥溫度控制較溶劑型油墨高20~30℃ ,風量控制在30m3/min。把塑料薄膜溫度從20℃ 加熱到40℃ ,干燥速度可提高四倍(圖3)。因此中心軌道式的柔性印刷(進口機)、衛星式凹印機(國產),由于充分利用薄膜加熱這一點,對于水性油墨的印刷也是較為有利的。加熱油墨也可提高干燥速度,如油墨溫度從17"C加熱到45"C時,印刷速度可提高約0.5倍(表7)。周圍環境空氣的濕度大,蒸發速度慢。所以,必須除濕來降低空氣濕度,如圖4。

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