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本发明属于油墨技术,具体涉及一种适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨及其制备方法。

背景技术

目前3C类电子消费品的需求已经发展成工作和生活中的必须品,如智能手机、笔记本电脑、智能穿戴设备,居家健康医疗仪器等,除了功能性要求外,外观设计上要求美观轻便易携带,所以产品设计对尺寸的要求越来越苛刻,这些电子设备当中的蓄电池所能占用的空间越来越小,更薄的电池包覆绝缘材料就变得越来越有意义。一方面要求电子绝缘包覆材料涂覆行业在选择薄膜材料时竟可能选择膜厚薄,尺寸稳定性好,成本较低的材料,而PET薄膜则相较PI、PP、BOPP等薄膜材料时优势明显而备受青睐;另一方面,在透明PET薄膜材料在涂覆绝缘油墨作业过程中,降低薄膜材料表面所涂覆的绝缘黑色油墨的厚度同样至关重要,油墨涂覆的厚度从开始的8微米,降到6微米,再到现在要求的4微米,甚至更低,这就需求一款凹版黑色油墨,要求具备超强的遮盖力和绝缘性,同时满足在超薄PET薄膜上有优异的附着力牢度和柔韧性等特性。其中,遮盖力的要求市面常见的凹版高遮盖绝缘油墨一般情况下涂覆作业2遍,涂层总膜厚达到8微米及以上时可以做到全遮的效果,即OD值可以达到4;但是油墨涂层只涂覆1遍,总膜厚要在5-6微米时要求达到全遮的效果,这对油墨的遮盖力提出了更高的要求。再者,据市场调查分析研究结果表明,目前市场上的同类产品,油墨涂层的总膜厚在6微米以内时均无法满足此需求;涂层的总膜厚在6微米以上时,膜层的绝缘性,随着油墨涂层膜厚的增加有所降低,市面的产品表面电阻值多数在10

发明内容

一种遮盖力更好,绝缘性效果更好的产品,正成为一种迫切的需求,但是现有产品达不到6μm及以下厚度实现全遮盖以及表面电阻值为10

本发明采用如下技术方案:

一种适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨及其制备方法,包括中低分子量的超支链结构改性聚酯树脂、中高分子量的L型饱和聚脂树脂、溶剂、分散剂、炭黑、消光填料、防沉降助剂、固化剂。

优选的,按重量份,上述适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨由以下原料组成:

A组分:

B组分:

异氰酸酯固化剂5-8份

优选的,本发明所述的中低分子量的超支链结构改性聚酯树脂为韩国SK聚酯ES750、ES710,东洋纺226、GK180中的一种或几种,树脂分子量通常不超过10000(相对平均分子量),比如6000-10000;B型结构,具有较高的羟基含量,羟值一般在20至50之间,常温下为固态颗粒状、鳞片状(固含为100%);树脂Tg点通常较高,一般在50℃~70℃;结合L型饱和聚脂树脂,经过与异氰酸酯反应后形成了致密且坚韧的膜层,具有较为优异的耐酒精、耐溶剂性能,同时由于L型饱和聚酯树脂分子链段的柔韧性,使得涂膜具有优异的耐揉搓性能。

优选的,本发明所述的中高分子量L型饱和聚脂树脂为韩国SK饱和聚酯ES240、ES320、ES300,赢创的L208、L206、L205中的一种或几种,其分子量(相对平均分子量)一般在20000~40000之间,Tg点通常较低,一般在15℃~50℃之间,直链性分子结构;由于L型饱和聚脂树脂的结构特点,通常这类树脂固有粘度较高,一般制成树脂液半成品的固含为40%~45%左右,对于炭黑颗粒的润湿性较好,当与分散剂以及几种溶剂搭配后用来研磨炭黑时,展现了优异的研磨效果、炭黑分散效果;中高分子量L型饱和聚脂树脂对于PET薄膜材料的附着力优异,与超支链结构改性聚酯树脂在几种溶剂的共同作用下形成相容性很好的透明澄清液体,该液体作为油墨的主要成膜连接料,提供了油墨成膜后的优异理化性能,比如柔韧性,优异的附着力及层间附着力、耐化品性能。

优选的,本发明所述的分散剂为BYK-163、BYK-168、BYK-182,路博润的SOLSPERSE(TM)20000超级分散剂,优卡的UNIQ SPERSE 605S通用性分散剂中的一种或几种,分散剂的主要作用为分散炭黑颗粒,使得炭黑颗粒能够极为均匀的分散在树脂体系中,形成均匀稳定的黑色浆状物,由于分散剂的分子间界面效应,炭黑粒子在树脂体系中不易发生再聚集现象,因此油墨不易发生返粗、浮色、溶剂析出等不良现象,另外分散剂使得炭黑分散均匀,有效降低油墨的粘度,油墨的流动性大大增加,对于油墨的流平和成膜表面效果亦有促进作用;高固低黏,分散剂高效的分散性,结合混合溶剂比例的选择,使得炭黑能够实现优异的展色性以及遮盖性;

优选的,本发明所述的炭黑为三菱MA285、卡博特MOGUL L、德固赛4A中的一种或几种,易分散、遮盖高的炭黑配合,合适的分散剂选择,能够给油墨提供优异的遮盖力效果,使得黑色油墨干膜涂层黑度和着色力大大提升,另外合适的分散剂与炭黑组合能够使得研磨分散工艺较为容易,简化生产工艺、降低生产成本方面也具有卓越贡献;

优选的,本发明所述的消光填料主要为粒径在1-3μm的超细轻质碳酸钙粉体;颗粒太大的粉体消光能力强,但是涂膜表面粗糙,细腻度低,颗粒太小的粉体消光能力差;虽然超细轻质碳酸钙粉体吸油值不算很高,但是具体的添加量也需要慎重考虑,过多的添加量会使得油墨整体附着力下降,黑度降低,因此选择合适粒径的消光填料和适当的添加量也至关重要;消光填料的加入可以有效降低油墨涂层的光泽,除外观效果外,还能促进体系内溶剂的快速释放,促进油墨层表干速度;

优选的,本发明所述的溶剂为乙酸乙酯、丁酮、醋酸丁酯中的一种或几种,溶剂的配合使用,使得溶剂的溶解性相对于树脂的溶解度达到最佳,结合树脂配方以及分散剂,能够提升油墨稳定性,延长油墨存储时间,合适的溶剂挥发速度在油墨低温固化过程中的溶剂挥发阶段有较高的效率,对于油墨表干效果有着极其重要的作用,同时过快的溶剂挥发速度又会给油墨干燥成膜带来瑕疵,不利于涂布工艺的实施;优选的,溶剂为乙酸乙酯、丁酮与醋酸丁酯;

优选的,本发明所述的防沉降助剂为白炭黑、活化聚酰胺蜡浆、BYK-410防沉助剂中的一种或几种,防沉降助剂主要是为了防止炭黑跟消光填料发生沉降或团聚现象,尤其是对于粘度较低的凹版高遮盖黑色油墨来说,如果发生颗粒沉降会使得油墨涂层遮盖性能变差,膜层表面返粗,墨层表面电阻值降低等不良现象;防沉降添加剂、分散剂以及溶剂按优选比例调配,炭黑与树脂的相容性,使得低粘度高固含油墨具备较优异的遮盖力效果和电绝缘性。

优选的,本发明所述的固化剂为异氰酸酯固化剂,具体为六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯(HDI三聚体),NCO含量21.5-22.5%,粘度(23℃),1750~3250mPa·s。

本发明使用一种中低分子量的超支链结构改性聚酯树脂,搭配一种中高分子量的L型饱和聚脂树脂,混合了绝缘炭黑、防沉降助剂、分散剂、消光填料,溶剂等成分,并且通过卧式砂磨机研磨分散成均一的浆状物,其中超支链结构改性聚酯树脂对绝缘炭黑有很好的润湿性,提高了油墨的展色性和遮盖力,同时该树脂特殊的超支链结构使得在树脂分子链或支链的末端含有多个羟基官能团,这些羟基官能团和固化剂中的异氰酸酯官能团发生交联反应形成三维网状空间立体结构,这种特殊的物理结构为油墨固化成膜后的物理特性提供了有效保证,增强了油墨膜层的拉升强度,耐磨耗性,耐醇性,同时还具有一定的耐溶剂性(耐乙酸乙酯擦拭),并且这些活性基团除了部分参与自交联反应外,也和PET薄膜表面的活性基团发生交联反应,形成稳固的铆钉结构,为油墨在PET基材表面形成永久可靠的附着力具有重要意义。搭配一支L型饱和聚脂树脂是作为研磨炭黑的主体树脂,配以炭黑分散剂,将树脂连接料对炭黑的润湿分散发挥到极致;同时L型饱和聚脂树脂的存在对于附着力的提升有一定的促进作用,这和该树脂本身的柔韧性密切相关,由于分子链末端少量的羟基参与交联反应,使得两种不同类型的树脂有机的结合形成一个整体,既有交联度较高的刚性结构部分,同时又有交联度较低的韧性结构存在,这种特殊的高分子结构使得油墨既具备高耐磨和耐化性,又有极强的韧性,有效避免油墨在固化过程中过度收缩,增强了油墨和基材之间的分子间作用力,这对油墨的附着力提升以及耐溶剂性有着不可无视的作用;油墨体系中使用的溶剂如丁酮,乙酸乙酯,醋酸丁酯等溶剂都具有较快的挥发速度,树脂体系对溶剂地释放性佳,因此能够在较低温度下(80-100℃)快速表干,实现了高速涂布作业,提高了生产效率。

本发明涉及凹版涂覆油墨技术领域,尤其涉及一种适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨及其制备方法。

1、与现有技术相比,本发明中选用的中低分子量超支链结构改性聚酯树脂与中高分子量L型饱和聚酯树脂相对于普通单一聚酯树脂或聚氨脂树脂来说,二者的有机结合,一方面超支链结构特殊改性聚酯树脂对绝缘炭黑有很好的润湿性,且树脂分子链或支链的末端含有多个羟基官能团,这些羟基官能团和异氰酸酯官能团发生交联反应形成三维网状空间立体结构,增强油墨膜层的拉升强度,耐磨耗性,耐醇性,同时还具有一定的耐溶剂性(耐乙酸乙酯擦拭≥50次);

2、另一方面,与其搭配使用的一支中高分子量L型饱和聚脂树脂是作为研磨炭黑的主体树脂,配以炭黑专用分散剂,将树脂连接料对炭黑的润湿分散发挥到极致,这为油墨涂层的遮盖力效果提供了保证;同时两种不同类型的树脂有机的结合形成一个整体,既有交联度较高的刚性结构部分,同时又有交联度较低的韧性结构存在,这种特殊的高分子结构使得油墨既具备高耐磨和耐化性,又有极强的韧性,有效避免油墨在固化过程中过度收缩,增强了油墨和基材之间的分子间作用力,这对油墨的附着力提升和附着力的持久稳定有着不可忽视的作用;树脂本身对于炭黑颗粒的润湿性较好,当与分散剂以及几种溶剂搭配后用来研磨优选的绝缘炭黑时,展现了优异的研磨效果、炭黑分散效果,实现了在PET基材上既具有优异附着力和稳定性,又具备超强的遮盖力的同时还具备了非常优异的电绝缘性;

3、只需涂覆作业1遍,膜层厚度达到5微米时,即可以做到全遮的效果,以及OD值可以达到4,同时满足膜层表面电阻值≥10

4、通过树脂较高Tg点以及较高的干爽性,使得油墨能够低温下快速表干,膜层不返粘;结合溶剂挥发速度的特别设计,在油墨常温涂覆作业过程中的溶剂挥发效率高效可控,油墨液体表面不易结皮,利于提高涂膜产品的品质,不会因为过快的溶剂挥发速度给油墨干燥成膜带来瑕疵,而另一方面,优选的溶剂乙酸乙酯、丁酮与醋酸丁酯的组合,在80~100℃的风噪烘道中又有非常快的干燥速率,每分钟涂覆60-120米,实现了高速涂覆作业,提高了生产效率。

5、相对于传统遮盖黑色油墨来说,本发明所涉及的油墨干膜具有较高的表面张力,油墨表面可以二次重涂,且层间附着力非常优异,不会出现咬底、发花、迁色等不良现象。

本发明所涉及的一种适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨,很好的解决了上述需求,只需涂覆作业1遍,膜层厚度在5微米时,即可以做到全遮的效果,以及OD值可以达到4,同时满足膜层表面电阻值≥10

附图说明

图1为常规透明PET薄膜素材;

图2为常规PI薄膜素材;

图3为常规白色PET薄膜素材;

图4为透明PET涂覆绝缘黑色遮盖效果图;

图5为白色PET涂覆绝缘黑色遮盖效果图;

图6为耐乙酸乙酯擦拭50次效果图;

图7为耐酒精擦拭300次效果图。

具体实施方式

一种适用于PET基材的凹版高遮盖绝缘黑色油墨,由中低分子量的超支链结构改性聚酯树脂、中高分子量的L型饱和聚脂树脂、溶剂、分散剂、炭黑、消光填料、防沉降助剂、固化剂组成,其中固化剂在涂覆前再混合。本发明所有原料都是市售产品,具体制备操作以及测试方法都为常规技术,本发明的创造性在于配方的选择以及组分的组合,每重量份为1Kg。制作步骤中的搅拌装置具体为分散机。研磨机具体为纳米砂磨研磨机,且要求研磨细度≤3μm。所用滤布目数为300目。

实施例一

1、按照比例将分散剂加入溶剂(三种溶剂各25wt%)中以800r/min的速度分散15分钟,再边搅拌边加入炭黑,然后以1200r/min的速度分散15分钟,静置6小时后备用;

2、在步骤1结束后,将树脂、溶剂(三种各50wt%)按照配方比例倒入配料桶,搅拌均匀,再加入步骤1配置好的碳浆,并以800r/min的速度分散15分钟;

3、将步骤2分散好的物料倒入砂磨机中进行研磨4遍,得到半成品;

4、将消光填料、防沉降助剂按照配方比例加入步骤3中,以800r/min的速度分散15分钟;

5、将步骤4分散好的物料倒入砂磨机中进行研磨2遍;

6、在步骤5所得到的半成品中加入剩余的溶剂,搅拌分散均匀,滤布过滤,得到成品凹版高遮盖绝缘黑色油墨A组分。B组分为固化剂。A组分B组分组成油墨。

按重量份,配方如下:

A组分:

B组分:

异氰酸酯固化剂(HDI涂布前添加)6份。

实施例二

1、按照比例将分散剂加入溶剂(三种各25wt%)中以800r/min的速度分散15分钟,再边搅拌边加入炭黑,然后以1200r/min的速度分散15分钟,静置6小时后备用;

2、在步骤1结束后,将树脂、溶剂(三种各50wt%)按照配方比例倒入配料桶,搅拌均匀,再加入步骤1配置好的碳浆,并以800r/min的速度分散15分钟;

3、将步骤2分散好的物料倒入砂磨机中进行研磨4遍,得到半成品;

4、将消光填料、防沉降助剂按照配方比例加入步骤3中,以800r/min的速度分散15分钟;

5、将步骤4分散好的物料倒入砂磨机中进行研磨2遍;

6、在步骤5所得到的半成品中加入剩余的溶剂,搅拌分散均匀,滤布过滤,得到成品凹版高遮盖绝缘黑色油墨A组分。B组分为固化剂。A组分B组分组成油墨。

按重量份,配方如下:

A组分:

B组分:

异氰酸酯固化剂(HDI涂布前添加)6份。

性能测试:

以实施例二为例,将上述凹版高遮盖绝缘黑色油墨的A组分、B组分、稀释剂(丁酮),按质量分94∶6∶30,搅拌均匀,300目尼龙网布过滤,上机进行凹版涂覆,涂覆方式为现有方式,无需底涂;辊轮将油墨涂覆到基材上后经过90-100℃热风箱烘烤后表干完成,不返粘;表干完成后收卷,将收卷材料放置到50-55℃烘箱中熟化24h后固化完成,可进行相关性能测试。基材为0.0125毫米透明PET薄膜、0.025毫米白色PET薄膜、0.023毫米PI薄膜。

图1为0.0125毫米透明PET薄膜素材,图2为常规0.023毫米PI薄膜素材;图3为0.025毫米白色PET薄膜素材;图4至5为遮盖力效果图;PET薄膜基材在涂覆前会经过电晕机进行电晕处理,为常规技术。上述实施例油墨对两种PET薄膜素材附着力经测试都达到5B。图6为乙酸乙酯擦拭50次效果图,可以看出耐磨耗测试仪上来回摩擦50次,摩擦处油墨层变亮,但未透底。图7为耐酒精擦拭300次效果图,可以看出耐磨耗测试仪上来回摩擦300次,摩擦处油墨层变亮,油墨层未透底。

表1以实施例二为例,涂覆,固化后,测试油墨性能:

市场调研发现,现有同类油墨性能好的一款是涂覆2次,总膜厚在8μm时,遮盖力达到全遮,即OD值达到4,表面电阻值最大在10

表2以实施例二所得油墨和国内多数印刷厂使用的某竞品油墨做性能对比:

说明:基材为12.5微米透明PET薄膜材料。

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