生物基水性油墨配方对油墨性能的意义探究

生物基水性油墨配方对油墨性能的意义探究

方金成  曾建伟

玉溪市康胤胶粘制品有限公司 云南省玉溪市红塔区 653100

摘要：油墨是用于印刷的重要材料，通过印刷、喷绘等方式将图案或文字表现在承印物上。根据印版的种类，油墨可分为平印油墨、凸印油墨、凹印油墨、网印油墨等等。通过利用超声波一步法，能够在很短时间内(1h)合成了丙烯酸腰果酚酯，将其与甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)和丙烯酸丁酯(BA)共聚，合成作为水性油墨连接料的生物基腰果酚改性丙烯酸树脂，最后在树脂中添加助剂配置生物基水性油墨，测试油墨的细度、干燥速度、硬度和附着力，以分析助剂对油墨性能的影响规律。

关键词：生物基；水性油墨；配方；性能；分析

引言：随着人们对生活环境和身心健康日益重视，对印刷制品的质量要求也越来越高。印制品中最大的污染源是印刷中使用的油墨。传统使用的印刷油墨是含有苯、酯等有机溶剂的溶剂型油墨，生产和使用过程中会释放出大量有机挥发物(VOCs)，不仅污染环境，而且损害人们的健康。丙烯酸类水性油墨因其具有附着力强、耐候性优、耐热性好、光泽度高、保色性优等优点成为了水性油墨首先的树脂。在绿色环保背景下，以水作为溶剂的水性油墨引起了人们的广泛关注。

1.分析油墨中废水的特点

油墨废水的主要污染物为分子量大的醇基、带色基团有机物和丙烯酸树脂或环氧树脂等[1]。油墨废水的主要特征如下：一是污染物浓度高、废水组分复杂。生产过程所使用的色料、助剂、树脂、种类多，从而排放的油墨废水成分也相对复杂。并且排放的废水有机物浓度高，CODcr一般在30000mg/L左右，有时甚至达到80000mg/L。二是色度高。色度主要来源于生产中使用的色料，通常油墨废水的色度是800-4000倍，但最高数据也有超过10000倍以上。三是生物降解性差。油墨废水的CODcr均是大分子的，化学结构稳定的有机物，且B/C值一般小于0.2，很难被微生物降解。

2.分析生物基水性油墨配方对油墨性能的意义

2.1分析超声法制备丙烯酸腰果酚酯

提取取11.4 g(0.0375mol)的腰果酚倒入到250ml的三口瓶之中，将其加热到70-80摄氏度，减压蒸馏除水，将4.3mL(0.0450mol)丙烯酰氯装入恒压漏斗，并且慢慢滴加，进行超声波反应，不同的反应时间点(40min，60min，90min，120min)取样检测反应程度[2]。反应结束后，减压蒸馏除去过量的单体丙烯酰氯，获得丙烯酸腰果酚酯。

2.2分析生物基腰果酚改性丙烯酸水性树脂的制备

将其一定程度的配比丙烯酸腰果酚酯以及丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸(AA)反应单体混合均匀与异丙醇一起加入到250mL四颈瓶中，搅拌，升温至回流，开始滴加剩引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)与异丙醇的混合液，滴加完后保温反应3h。反应结束后，用氨水调节pH值至8.0-10.0，得到生物基腰果酚改性丙烯酸水性树脂[3]。

2.3生物基水性油墨制备

按配方称量生物基腰果酚改性丙烯酸水性树脂、颜料、增稠剂、消泡剂、偶联剂、水等原料，按照一定的加料顺序依次加入烧杯并在室温下进行磁力搅拌，混合均匀，得到生物基水性油墨。

2.4红外光谱分析

伴随着超生反应的时间延长，酚羟基峰逐渐的减弱，超生反应六十分钟的时候，基本上是消失不见，因此可以看出，超生反应为六十分钟，生物基水性树脂中包含苯环，酯基，羟基和甲基，亚甲基，可见丙烯酸腰果酚酯、丙烯酸等单体参与了乳液聚合，生物基水性树脂制备成功[4]。

2.5分析酞青蓝颜料对生物基水性油墨性能的影响

油墨工业中，较为常见的机械研磨和机械搅拌使用颜料稳定分散在了油墨之中，这样可以起到更好的防止颜料出现絮凝或者是在聚集的一个目的，所以在实际工作开展的过程中，是可以选择使用高速分散和球磨相互结合的方式，使其可以不断的去提高油墨中的分散性，并且伴随着酞青蓝颜料球磨时间的延长，生物基水性油墨的干燥速度和细度先增大后趋于稳定[5]。这可能是因为酞青蓝颜料粒径越小，粒子表面能越大，与生物基水性树脂结合越紧密，干燥速度越快，当研磨时间达到一定长度后，颜料的颗粒变化不大，对干燥速度和细度的影响也就趋于平稳颜料颗粒对水性油墨性能有影响，同时颜料的添加量也会影响其性能。在此之外通过相关的调查能够发现，颜料添加量对生物基水性油墨的干燥速度和细度影响不大。随着颜料用量的增大，油墨的硬度和附着力程下降趋势。颜料添加量为0.29%时，油墨的硬度和附着力最佳，因此在实际工作开展的过程中，是需要引起足够的重视。

2.6分析SiO2对生物基水性油墨性能的影响

加入未球磨的SiO2，生物基水性的油墨细度以及硬度和附着力、初干性等性能方面都是可以得到较为显著的提升，然而伴随着SiO2球磨时间的不断增加，SiO2粒径将会逐渐的减少，生物基水性油墨的性能呈下降的趋势。这是因为亲水型的SiO2的表面含有大量羟基，表面能较大，粒径越细，越容易团聚，与树脂结合较差，在树脂中的分散性降低，从而影响水性油墨性能。综合上述分析可知，加入未球磨的SiO

2能有效提高水性油墨的初干性、硬度和附着力，同时细度仍然可以符合油墨印刷需求。

2.7分析偶联剂用量对生物基水性油墨性能的影响

偶联剂的应用，是可以将其无机颜料和有机树脂连接料相互的结合到一起，在此基础上能够更加有效的促进颜料进行分散，使其对油墨的附着力以及耐水性能进行不断的提升，因此可以发现，在生物基基水性油墨中添加偶联剂时，油墨细度有稍微的提高，但影响不大，油墨细度基本在20μm以下，能满足水性油墨印刷要求[6]。加入1.44%的偶联剂时，水性油墨的初干速度达到82mm/30s，而随着偶联剂的进一步增加，油墨的干燥速度呈下降趋势。当偶联剂添加量为1.44%和2.88%时，油墨的附着力达到了3级，而硬度达到了4H。随着偶联剂用量进一步增大，油墨的附着力和硬度均出现减小的现象。这是由于偶联剂用量过大，自交联形成沉淀物，在油墨中分散不开，降低体系稳定性导致的。综合上述分析，油墨配方中偶联剂用量选择1.44%时，油墨的干燥速度、细度、硬度和附着力最佳。

总结：综上所述，目前市场上的丙烯酸类水性油墨原料大多数来源于石油化工产品，石油是不可再生资源，而生物基材料是利用可再生生物质为原料，通过生物、化学以及物理方法制造出的新材料，具有绿色环保、原料可再生等特点。将腰果酚改性丙烯酸水性树脂连接料与颜料、水、偶联剂、SiO2、增稠剂等助剂混合，制备腰果酚改性丙烯酸水性油墨。此外优化配方的生物基水性油墨墨膜的硬度为5H、附着力达到2级、耐水性4级，干燥速度为80.5 mm/30s。可见生物基水性油墨具有优良的性能。

参考文献：

[1]李珂,王帆.水性功能油墨的性能及在包装印刷中的应用[J].包装工程,2023,44(S2):40-44.

[2]张小文,徐彦明,张平平.水性树脂复配比对薄膜柔版表印水性油墨配方优化研究[J].数字印刷,2022,(03):129-135.

[3]王重声,李荣辉,武海涛.水性塑料里印复合凹版印刷油墨的稳定性改进[J].塑料包装,2021,31(05):10-14.

[4]张旭.水性丝印油墨的性能研究[D].西安理工大学,2021.

[5]王璐瑶,冉锐敏,何宾宾,何淑蹇,陈赛艳,王彩霞,冀俊杰.大豆油基油墨配方对油墨性能的影响[J].中国粮油学报,2021,36(07):89-92+99.

[6]陶响娥.PPC型水性聚氨酯油墨的制备及性能研究[J].广东印刷,2020,(06):51-53.