一种干燥速度快的水性油墨及其制备方法

技术领域

本发明属于油墨技术领域，尤其涉及一种干燥速度快的水性油墨及其制备方法。

背景技术

水性油墨(水墨)是溶剂油墨的环保替代产品，以无毒、无害、安全的水替代传统油墨所用的化学溶剂，解决了长期困扰印刷行业的环境污染、静电起火和易燃易爆等问题。

水墨印刷是一种特殊的印刷技术，运用水墨印刷技术能够在承载物上表现出细致的色彩变化。但由于水性油墨的干燥时间要远长于传统溶剂油墨，极大制约了水墨印刷的推广和应用。为了克服水墨印刷所产生的干燥速度慢这一缺点，通常只能采用24-32μm的浅版印刷，但采用此类浅版印刷则容易出现干版、堵版等印刷问题，会大大影响到印刷的效果。除此之外，在使用浅版进行水墨印刷时，同样也需要改造印刷机的干燥系统，也会导致印刷速度的降低；同时，印版改浅会导致印刷制版的寿命变短，增加印刷成本；另外，设备更新或改造也会额外增加成本；这些是印刷厂家不原意使用水墨的主要原因，也是长期以来困扰水墨印刷行业的关键问题。

因此，希望提供一种干燥速度快的水墨，以满足水墨印刷行业的实际需求。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种干燥速度快的水性油墨及其制备方法，所制得水性油墨的综合性能优异，在具备良好附着力、着色性和稳定性的同时，还尤其具备干燥速度快的突出优势，能够满足水墨印刷行业的实际要求。

本发明提供了一种水性油墨，包括以下组分：连接料、色料、助剂和溶剂；所述连接料包括茶油改性水性聚氨酯、环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液。

本发明所述水性油墨中环氧改性丙烯酸树脂在单独作为水性油墨的连接料时，所制得的水性油墨具有较好的附着力和光泽度等优点，但耐水性和干燥效率却表现较差。本发明提出，通过在水性油墨中加入丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液与之配合使用，可有效提高水性油墨的干燥效率；同时，本发明还发现在水性油墨中加入茶油改性水性聚氨酯，可使得环氧改性丙烯酸树脂与丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液产生更好的配合效果，能够进一步提高水性油墨的稳定性、附着力以及干燥效率。

优选的，所述溶剂包括醇、醚或水的至少一种。

优选的，所述助剂包括二氧化硅、AMP-95调节剂、分散剂、滑爽剂、手感剂、流平剂、水性蜡浆或消泡剂中的至少一种。

更优选的，所述二氧化硅为采用气相法制得，粒径为1-100nm。

最优选的，所述水性油墨包括以下重量份的组分：环氧改性丙烯酸树脂20-30份，茶油改性水性聚氨酯10-15份、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液10-20份、色料10-20份、二氧化硅0.5-1份、AMP-95调节剂0.5-0.8份、分散剂1-2份、滑爽剂1-2份、手感剂0.5-1.5份、流平剂0.5-1.5份、水性蜡浆2-4份、二丙二醇丁醚4-6份、异丙醇4-7份、消泡剂0.2-0.5份、乙醇10-20份、去离子水10-20份。

优选的，所述茶油改性水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

将茶油、催化剂和多异氰酸酯混合反应；再分步加入多元醇和多元胺进行反应，加水分散，制得茶油改性水性聚氨酯。

更优选的，所述茶油改性水性聚氨酯由以下重量份的组分制得：茶油6-12份，催化剂0.02-0.2份，多异氰酸酯8-15份，多元醇5-9份，多元胺2-4份。

所述多元醇包括但不限于乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、一缩二乙二醇、甘油、季戊四醇、二季戊四醇、三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷中的一种或多种。

所述多元胺包括但不限于乙二胺、二乙烯三胺、丙二胺、己二胺、二乙醇胺中的一种或几种。

所述催化剂包括但不限于辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的一种或多种。

所述多异氰酸酯包括但不限于甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、六氢甲苯二异氰酸酯中的一种或多种。

优选的，所述丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯、衣康酸二丁酯、缓冲剂、引发剂、乳化剂和水。

更优选的，所述丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下重量份的组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯45-55份，衣康酸二丁酯3-12份，缓冲剂0.05-0.08份，引发剂0.1-0.5份，乳化剂1-3份，水40-60份。

本发明还提供了上述水性油墨的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液混合进行分散，得到第一混合物；

(2)在所述第一混合物中加入色料、助剂和溶剂，分散后进行研磨，得到第二混合物；

(3)在所述第二混合物中加入茶油改性水性聚氨酯进行分散，制得水性油墨。

在本发明中，不同连接料的分步加入是为了提高组分间的分散效果，从而制得性能良好的水性油墨产品。

优选的，步骤(1)中所述分散的转速为500-1200r/min，所述分散的时间为10-20min。

优选的，步骤(2)中所述分散的转速为2000-3000r/min，所述分散的时间为50-70min。

优选的，步骤(2)中经研磨后，所述第二混合物的细度≤10μm。

优选的，步骤(3)中所述分散的转速为800-1500r/min，所述分散的时间为25-35min。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)本发明所述水性油墨可用乙醇和水以任意比例进行稀释，以适应于不同干燥系统的印刷设备和印版选择；所述水性油墨具备优异的干燥效率，能够在600m/min的高速印刷下，同样实现良好的水墨印刷效果。

(2)本发明所述水性油墨对PE、PET、OPP、BOPP、尼龙、镀铝、铝箔等基材均具有良好的印刷效果，附着牢度≥90％，并可用无溶剂胶、醇溶胶、水胶等进行复合，具备优异的复合牢度。

(3)本发明所述水性油墨具有无毒无污染的性质，使用安全，且使用成本适中，能够实现24小时不间断的长时间连续印刷。

附图说明

图1为本发明所制得水性油墨的浅网过渡测试结果；

图2为某市面上常规水性油墨的浅网过渡测试结果。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例仅为本发明的优选实施例，对本发明要求的保护范围不构成限制作用，任何未违背本发明的精神实质和原理下所做出的修改、替代、组合，均包含在本发明的保护范围内。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

实施例1

本实施例提供一种白色水性油墨，包括以下重量份的组分：

环氧改性丙烯酸树脂25份，茶油改性水性聚氨酯10份、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液20份、白色色料10份、气相二氧化硅0.5份、AMP-95调节剂0.6份、分散剂2份、滑爽剂1份、手感剂1份、流平剂0.7份、水性蜡浆3份、二丙二醇丁醚5份、异丙醇6份、消泡剂0.3份、乙醇13份、去离子水15份。

其中，茶油改性水性聚氨酯的制备方法包括以下重量份组分和步骤：

将茶油10份、辛酸亚锡0.1份和异佛尔酮二异氰酸酯12份加入容器中进行反应；再分步加入乙二醇6份和乙二胺3份进行反应，加水分散，制得茶油改性水性聚氨酯。

丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下重量份的组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯50份，衣康酸二丁酯6份，缓冲剂(碳酸盐缓冲液)0.05份，引发剂(过硫酸铵)0.2份，乳化剂(DNS-86)2份，水45份。

本实施例中白色水性油墨的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液混合，以1000r/min的转速分散15min，得到第一混合物；

(2)在第一混合物中加入白色色料、气相二氧化硅、AMP-95调节剂、分散剂、滑爽剂、手感剂、流平剂、水性蜡浆、二丙二醇丁醚、异丙醇、消泡剂、乙醇和去离子水，以3000r/min的转速分散55min，在使用研磨机进行研磨至细度≤10μm，得到第二混合物；

(3)在第二混合物中加入茶油改性水性聚氨酯，以1000r/min的转速分散30min，制得白色水性油墨。

实施例2

本实施例提供一种黑色水性油墨，包括以下重量份的组分：

环氧改性丙烯酸树脂30份，茶油改性水性聚氨酯12份、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液20份、黑色色料10份、气相二氧化硅0.5份、AMP-95调节剂0.8份、分散剂1份、滑爽剂1份、手感剂0.6份、流平剂0.8份、水性蜡浆2份、二丙二醇丁醚5份、异丙醇7份、消泡剂0.4份、乙醇10份、去离子水12份。

其中，茶油改性水性聚氨酯的制备方法包括以下重量份组分和步骤：

将茶油6份、辛酸亚锡0.05份和异佛尔酮二异氰酸酯8份加入容器中进行反应；再分步加入乙二醇5份和乙二胺2.5份进行反应，加水分散，制得茶油改性水性聚氨酯。

丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下重量份的组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯50份，衣康酸二丁酯8份，缓冲剂(碳酸盐缓冲液)0.08份，引发剂(过硫酸铵)0.4份，乳化剂(DNS-86)2份，水50份。

本实施例中黑色水性油墨的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液混合，以1000r/min的转速分散15min，得到第一混合物；

(2)在第一混合物中加入黑色色料、气相二氧化硅、AMP-95调节剂、分散剂、滑爽剂、手感剂、流平剂、水性蜡浆、二丙二醇丁醚、异丙醇、消泡剂、乙醇和去离子水，以3000r/min的转速分散55min，在使用研磨机进行研磨至细度≤10μm，得到第二混合物；

(3)在第二混合物中加入茶油改性水性聚氨酯，以1000r/min的转速分散30min，制得黑色水性油墨。

实施例3

本实施例提供一种红色水性油墨，包括以下重量份的组分：

环氧改性丙烯酸树脂30份，茶油改性水性聚氨酯12份、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液15份、红色色料10份、气相二氧化硅1份、AMP-95调节剂0.5份、分散剂2份、滑爽剂2份、手感剂0.8份、流平剂0.6份、水性蜡浆3份、二丙二醇丁醚5份、异丙醇6份、消泡剂0.3份、乙醇15份、去离子水15份。

其中，茶油改性水性聚氨酯的制备方法包括以下重量份组分和步骤：

将茶油9份、辛酸亚锡0.1份和异佛尔酮二异氰酸酯10份加入容器中进行反应；再分步加入乙二醇6份和乙二胺4份进行反应，加水分散，制得茶油改性水性聚氨酯。

丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下重量份的组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯55份，衣康酸二丁酯10份，缓冲剂(碳酸盐缓冲液)0.08份，引发剂(过硫酸铵)0.4份，乳化剂(DNS-86)3份，水60份。

本实施例中红色水性油墨的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液混合，以1000r/min的转速分散15min，得到第一混合物；

(2)在第一混合物中加入红色色料、气相二氧化硅、AMP-95调节剂、分散剂、滑爽剂、手感剂、流平剂、水性蜡浆、二丙二醇丁醚、异丙醇、消泡剂、乙醇和去离子水，以3000r/min的转速分散55min，在使用研磨机进行研磨至细度≤10μm，得到第二混合物；

(3)在第二混合物中加入茶油改性水性聚氨酯，以1000r/min的转速分散30min，制得红色水性油墨。

实施例4

本实施例提供一种蓝色水性油墨，包括以下重量份的组分：

环氧改性丙烯酸树脂23份，茶油改性水性聚氨酯14份、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液15份、蓝色色料10份、气相二氧化硅0.5份、AMP-95调节剂0.8份、分散剂1份、滑爽剂1份、手感剂0.5份、流平剂1.5份、水性蜡浆2份、二丙二醇丁醚4份、异丙醇4份、消泡剂0.3份、乙醇20份、去离子水15份。

其中，茶油改性水性聚氨酯的制备方法包括以下重量份组分和步骤：

将茶油12份、辛酸亚锡0.05份和异佛尔酮二异氰酸酯10份加入容器中进行反应；再分步加入乙二醇5份和乙二胺3份进行反应，加水分散，制得茶油改性水性聚氨酯。

丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液由以下重量份的组分经乳液聚合制得：丙烯酸丁酯48份，衣康酸二丁酯5份，缓冲剂(碳酸盐缓冲液)0.04份，引发剂(过硫酸铵)0.3份，乳化剂(DNS-86)2份，水48份。

本实施例中蓝色水性油墨的制备方法包括以下步骤：

(1)将环氧改性丙烯酸树脂、丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液混合，以1000r/min的转速分散15min，得到第一混合物；

(2)在第一混合物中加入蓝色色料、气相二氧化硅、AMP-95调节剂、分散剂、滑爽剂、手感剂、流平剂、水性蜡浆、二丙二醇丁醚、异丙醇、消泡剂、乙醇和去离子水，以3000r/min的转速分散55min，在使用研磨机进行研磨至细度≤10μm，得到第二混合物；

(3)在第二混合物中加入茶油改性水性聚氨酯，以1000r/min的转速分散30min，制得水性油墨。

对比例1

本对比例提供一种白色水性油墨，与实施例1相比，本对比例的区别之处仅在于：本对比例所用连接料为环氧改性丙烯酸树脂35份，茶油改性水性聚氨酯20份，不含有丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液。

对比例2

本对比例提供一种白色水性油墨，与实施例1相比，本对比例的区别之处仅在于：本对比例所用连接料为环氧改性丙烯酸树脂35份，丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液20份，不含有茶油改性水性聚氨酯。

对比例3

本对比例提供一种白色水性油墨，与实施例1相比，本对比例的区别之处仅在于：本对比例所用连接料为丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液35份，茶油改性水性聚氨酯20份，不含有环氧改性丙烯酸树脂。

产品效果测试

将实施例1-4和对比例1-3所制得的水性油墨进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1水性油墨性能测试结果

由表1可知，相比于对比例1-3，实施例1-4所制得的水性油墨在附着力、着色性、稳定性以及干燥效率等方面都有优异的表现，表明环氧改性丙烯酸树脂，丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液和茶油改性水性聚氨酯等几种连接料的组合使用能够使水性油墨的综合性能得到显著增强。通过对对比例1-3进行分析可得，环氧改性丙烯酸树脂对于提高水性油墨的附着力和着色力等性能起到重要影响，丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液对于提高水性油墨的干燥效率起到重要影响，同时茶油改性水性聚氨酯在水性油墨中的加入可使得环氧改性丙烯酸树脂与丙烯酸丁酯-衣康酸二丁酯复合乳液产生更好的配合效果，能够进一步提高水性油墨的稳定性、附着力以及干燥效率等综合性能。

为了验证本发明所制得的水性油墨在实际印刷时的干燥速度和印刷效果，以本发明所制得的不同颜色的水性油墨与某市面上常规水性油墨为原料，进行浅网过渡测试，测试结果分别如图1-2所示；其中本发明水性油墨以600m/s的印刷速度进行印刷，某市面上常规水性油墨以250m/s的印刷速度进行印刷。

由图1可知，本发明所制得的水性油墨以600m/s的速度进行高速印刷时，当浅网的孔径为3-5μm时，仍具有较好的印刷效果；而由图2可知，采用某市面上常规水性油墨哪怕以250m/s的印刷速度进行较低速印刷时，当浅网的孔径＜20μm时，其印刷图案便已不明显、不清晰。由此可见，相比于市面上现有的水性油墨，本发明所制得的水性油墨具备更快的干燥速度和更好的印刷效果，能够满足高速水墨印刷的需求。