瓦楞紙用水性油墨的研制

崔久鑫

（曲阜師范大學(xué)工學(xué)院，山東 日照276826）

水性油墨采用水替代有機(jī)溶劑，不但消除了易燃易爆的有機(jī)溶劑帶來的火災(zāi)隱患，降低了生產(chǎn)成本，而且符合日益苛刻的環(huán)保要求，給勞動者的身心健康提供了保障，近年了得到了長足的發(fā)展，在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了溶劑型油墨和醇溶型油墨[1]，但水性油墨中的溶劑水由于揮發(fā)時(shí)吸收熱量較多，干燥較慢，因此限制了其在高速印刷生產(chǎn)線上的應(yīng)用，但在印刷面積較小的紙箱承類印材料上，水性油墨仍然具有不可比擬的價(jià)格和環(huán)境優(yōu)勢，本文接下來介紹水性油墨的制備工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 水性油墨的組成

和普通油墨一樣，水性油墨也是由色料、連結(jié)料、助劑等成分組成，不同的是水性油墨中的色料通常由不溶于水的顏料通過分散劑分散在水性介質(zhì)中制備而成，連結(jié)料通常是水溶性的丙烯酸樹脂或水性丙烯酸共聚乳液，助劑主要包括消泡劑、流平劑、成膜助劑，其中消泡劑的主要作用是防止油墨制備和使用過程中產(chǎn)生泡沫，流平劑使印刷后的油墨厚度均勻，光澤一致，成膜助劑主要是使連結(jié)料變軟，低溫下能夠形成連續(xù)均一的薄膜，成膜助劑在成膜后會揮發(fā)，不影響油墨的最終性能。

1.2 儀器及試劑

四口燒瓶，電動攪拌器，球形冷凝管，溫度計(jì)，滴液漏斗，精密電子天平，0.6 L立式砂磨機(jī)，刮板細(xì)度計(jì)（0-25μm），甲基丙烯酸甲酯(MMA)，丙烯酸丁酯(BA)，丙烯酸(AA)，十二烷基苯磺酸鈉，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)，壬基酚聚乙烯醚(OP-10)，過硫酸銨，氨水，中和劑AMP-95（2-氨基-2-甲基-1-丙醇），聚丙烯酸鈉，十二硫醇，炭黑，流平劑，醇酯十二，堿溶脹型丙烯酸乳液增稠劑，有機(jī)硅消泡劑。

1.3 炭黑色漿的制備

用精密電子天平稱量所需質(zhì)量的炭黑，分別加入顏料質(zhì)量5%的聚丙烯酸鈉和顏料質(zhì)量10%的OP—10及一定量去離子水，放入沙磨機(jī)中進(jìn)行沙磨，每隔一段時(shí)間取樣用刮板細(xì)度計(jì)檢測，直到細(xì)度在5μm左右后放置備用。

1.4 乳液的制備[2-3]

將丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸與一定量的去離子水、乳化劑（由十二烷基苯磺酸鈉、AES、OP-10按一定比例配制而成）放在三口燒瓶中快速攪拌，乳化30分鐘至呈乳白色液體后停止攪拌，放置燒杯中密封備用，再在四口燒瓶中加一定量的水、十二烷基苯磺酸鈉、低速攪拌，并均勻升溫，待溫度升到80℃時(shí)加入部分過硫酸銨和20%的預(yù)乳化液,進(jìn)行乳液聚合，至乳液出現(xiàn)藍(lán)光后再保溫20分鐘，繼續(xù)滴加剩余引發(fā)劑水溶液，同時(shí)以恒定速率滴加剩余預(yù)乳化液，滴完后繼續(xù)攪拌并保溫30min，再升溫到90℃保溫30min，降溫到40℃左右先用氨水調(diào)至中性，再以中和劑調(diào)pH值至8.5，用100目濾網(wǎng)過濾得乳液產(chǎn)品。

1.5 水性油墨的制備

依次稱量一定質(zhì)量的自制炭黑色漿、乳液、消泡劑、流平劑、成膜助劑、增稠劑及去離子水，放入砂磨機(jī)中，研磨分散到細(xì)度小于5μm，過濾，得水性油墨。

2 結(jié)果與討論

2.1 單體的選擇

在乳液聚合過程中，常用的單體有三類，也就是軟單體、硬單體和功能單體。軟單體能賦予聚合物較低的玻璃化溫度，使乳液具有初粘性，常用的軟單體有丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸辛酯，本實(shí)驗(yàn)采用丙烯酸丁酯為軟單體，硬單體又稱內(nèi)聚單體，能賦予聚合物較高的玻璃化溫度，硬單體的加入使共聚乳液具有較好的內(nèi)聚強(qiáng)度和較高的使用溫度，硬單體有甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯，丙烯腈等，本實(shí)驗(yàn)采用甲基丙烯酸甲酯，功能單體往往具有一定的活性官能團(tuán)，官能團(tuán)的引入，能夠改善乳液的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘接性能，本實(shí)驗(yàn)采用丙烯酸作為功能單體。共聚物的玻璃化溫度依據(jù)FOX公式進(jìn)行理論計(jì)算（1/Tg=Ma/Ta+Mb/Tb+…）?？紤]到實(shí)際情況，為確保乳液夏季不發(fā)粘，共聚物的玻璃化溫度設(shè)定在15℃，冬天依靠添加成膜助劑來幫助油墨成膜。

2.2 功能單體的選擇

在乳液的配方設(shè)計(jì)中，選用丙烯酸為功能單體，丙烯酸的用量一般不超過百分之五，丙烯酸用量太少，乳液的透明性和穩(wěn)定性差，丙烯酸用量多，乳液的耐水性差，而且聚合過程不平穩(wěn)，容易出現(xiàn)凝膠，綜合考慮以上因素，本實(shí)驗(yàn)丙烯酸用量為乳液總量的百分之二。

2.3 乳液用量的選擇

乳液是水性油墨的連結(jié)料，是水性油墨的主要成分，對油墨的光澤、耐水性、附著力等指標(biāo)起重要作用，在消泡劑用量千分之五，流平劑用量百分之一，色漿用量百分之三的情況下，乳液用量對水性油墨性能的影響見表1。

表1 乳液用量對水性油墨性能的影響

由上表可以看出，隨著乳液用量的增加，水性油墨的耐水級別逐漸提高，光澤度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)乳液用量達(dá)60%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)已接近最佳，因此本實(shí)驗(yàn)中乳液用量為60%。

2.4 pH值對油墨性能的影響

乳液中丙烯酸中的羧基在堿性條件下變成羧酸負(fù)離子，相互排斥使乳膠離子不易靠近，因此水性油墨性能受酸堿度的影響較大，但堿性過大會使油墨氣味太大，同時(shí)對承印材料紙張有一定的腐蝕性，因此本實(shí)驗(yàn)油墨pH值為8.5。

2.5 成膜助劑對油墨性能的影響

共聚乳液的玻璃化溫度為15℃，大部分地區(qū)的春夏秋溫度都能在15℃左右，因此能夠保證乳液順利成膜，但冬季由于氣溫較低，乳液不易成膜，因此采用添加成膜助劑來解決，成膜助劑在油墨干燥后最終會逸出油墨，因此不會對油墨的耐溶劑性能產(chǎn)生影響，不同成膜助劑用量對成膜性能的影向見表2。

表2 成膜助劑用量對成膜溫度的影響

由上表可以看出，隨著成膜助劑用量的加大，成膜性能逐漸好轉(zhuǎn)，但用量超過百分之五后，成膜光滑性無明顯變化，過量的成膜助劑不但會造成成本升高，而且使油墨的干燥速度變慢，影響生產(chǎn)。綜合考慮以上因素，成膜助劑用量為5%。

2.6 增稠劑用量對油墨粘度的影響

丙烯酸乳液自身的粘度為20秒，為使油墨滿足不同客戶要求，加入堿溶脹型丙烯酸乳液增稠劑調(diào)節(jié)粘度，在消泡劑用量千分之五，流平劑用量百分之一，色漿用量百分之三，乳液用量為60%情況下，增稠劑的用量對油墨粘度的影響見表3。

表3 增稠劑的用量對油墨粘度的影響

由上表可以看出，隨增稠劑用量的加大，油墨粘度變大，用量太大導(dǎo)致油墨流動性變差，不利于印刷，本實(shí)驗(yàn)中增稠劑用量為0.2%。

2.7 色漿用量對油墨性能的影響

炭黑色漿的用量直接影響油墨的顏色,在消泡劑用量千分之五，流平劑用量百分之一，增稠劑用量用量0.2%，成膜助劑用量為5%，乳液用量為60%情況下，考察炭黑色漿用量對油墨顏色的影響，具體見表4。

表4 炭黑色漿用量對油墨顏色的影響

由以上表格可以看出，隨炭黑色漿用量的加大，水性油墨的顏色越來越接近標(biāo)樣，用量達(dá)8%時(shí)顏色近似標(biāo)樣。

3 結(jié)論

3.1 以自制丙烯酸乳液為連結(jié)料，添加碳黑色漿、消泡劑、流平劑、增稠劑、成膜助劑制備的水性油墨的各項(xiàng)指標(biāo)均符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的市場應(yīng)用前景。

3.2 水性油墨的最佳配方為：消泡劑千分之五，流平劑1%，增稠劑0.2%，乳液60%，炭黑色漿用量為8%，成膜助劑5%，余量為去離子水。

［1］彭學(xué)軍,湯奠華,林琳.水溶性丙烯酸樹脂及柔性版水性油墨的研究[J].包裝工程，2005，26（3）：20-21.

［2］趙景菊，曲麗雯，張曉東.環(huán)保型水性上光油的制備及性能[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，21（2）：9-12.

［3］王繼英,等.水性丙烯酸黏合劑的合成及性能研究[J].中國膠黏劑，2005，14（3）：8-10.