一种素色装饰纸用高填充性水性油墨
阅读说明：本技术 一种素色装饰纸用高填充性水性油墨 (High-filling-property water-based ink for plain decorative paper ) 是由 贾郑锋 方敏 吴春连 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明一种素色装饰纸用高填充性水性油墨通过筛选试验和配方设计,选择功能性填料高岭土与钛白粉结合使用,通过配方筛选和优化,不仅能提高水性素色纸填充剂在遮盖力、填充性等方面的性能,还可以降低生产成本,加入高岭土后的水性素色纸填充剂可以填充素色纸木质纤维之间的空隙,提高素色纸的密度及平滑度,降低透明度。(According to the high-filling-property water-based ink for plain decorative paper, through screening tests and formula design, functional filler kaolin and titanium dioxide are selected for combined use, through formula screening and optimization, the performances of the water-based plain paper filler in the aspects of covering power, filling property and the like can be improved, the production cost can be reduced, the water-based plain paper filler added with the kaolin can fill gaps among plain paper wood fibers, the density and smoothness of plain paper are improved, and the transparency is reduced.)
技术领域
本发明涉及一种水性油墨，尤其是一种素色装饰纸用高填充性水性油墨。
背景技术
水性油墨是以水为溶剂制成的油墨，大大减少或避免了有机溶剂的使用量，使得油墨的环保性能、安全性能以及对操作人员的健康保障性的到大幅提升。并且，现今的水性油墨在印刷质量和稳定性方面逐渐能够和溶剂型油墨相媲美。
素色纸印刷用水性油墨是采用水性白墨与其它颜色的水性原墨及冲淡剂等混合制得。目前白墨所使用的颜料主要是钛白粉，钛白粉主要成分是名为二氧化钛(TiO2)的白色颜料，具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较，有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性。但二氧化钛是一种矿物，价格高，比重大，如果长期静置往往会脱离悬浮状态，易沉淀。
为了能使遮盖型钛白粉颜料在不同类型的涂料中发挥最好的光学性能，现代钛白粉工业能生产出各种粒径的钛白粉。一般称0.2～0.3μm的为小粒径钛白粉，0.4～0.5μm为大粒径钛白粉。
装饰纸用的水性白墨的粘度普遍偏高，加入太多冲淡剂或者水降低粘度至适合印刷后，遮盖力又会下降。
素色纸印刷要求印刷材料具有较强的遮盖力和填充性。为了增强遮盖力，一般的作法是增加钛白粉用量，这样做势必会增加白墨的粘度和生产成本。白墨的粘度偏高，印刷时易出现堵版、刀线等问题。
针对现有技术中水性白墨成本高、易沉淀、降低粘度后遮盖力下降的普遍性问题，本发明通过配方设计，通过大规模筛选发现，功能性填料高岭土与钛白粉配合使用，可以开发环保新型素色装饰纸用高填充性水性油墨，能够大幅度克服油墨易沉淀的缺点，成本很低，用于素色纸印刷后具有较好的表面光泽和白度并能使纸张更有效的吸收印刷油墨，可广泛用于白墨的生产制造。
发明内容
本发明通过大量实验筛选，发现高岭土是功能性填料，具有化学惰性、高的覆盖能力、理想的流动性且成本低以及颜色为白色等特点。它还具有非常良好的悬浮性能，与钛白粉结合使用，可改善钛白粉易沉淀的缺点。
本发明通过筛选试验和配方设计，即选择功能性填料高岭土与钛白粉结合使用，不仅能提高水性素色纸填充剂在遮盖力、填充性等方面的性能，还可以降低生产成本，加入高岭土后的水性素色纸填充剂可以填充素色纸木质纤维之间的空隙，提高素色纸的密度及平滑度，降低透明度。
本发明提供了一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于颜色原料由钛白粉和高岭土组成，其还包含水性树脂、润湿分散剂、表面活性剂、中和剂、抗菌剂和去离子水；
其中钛白粉的中位粒径为0.25-0.36μm；
高岭土中位粒径0.6-1.8μm；
高岭土的用量为钛白粉用量的20-30％。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于所述水性树脂为苯乙烯-丙烯酸共聚物；优选JONCRYL 61。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于润湿分散剂为聚丙烯酸醇胺盐，优选Anti-terra 250。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于表面活性剂为乙炔二醇基非离子表面活性剂，优选Surfynol 420和/或ACETYLENOL E100。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于表面活性剂为Surfynol 420和ACETYLENOL E100的混合物，质量配比为2:3。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于中和剂为三乙醇胺；抗菌剂为氧化锌。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于颜色原料40-60重量份、水性树脂20-40重量份、润湿分散剂2-5重量份、表面活性剂0.3-1.5重量份、中和剂0.2-2.0重量份、抗菌剂0-2重量份和去离子水。
如上所述的一种素色装饰纸用高填充性水性油墨，其特征在于水性油墨的组成为：钛白粉(中位粒径0.28μm)40％、超细高岭土(中位粒径1.8μm)10％、水性树脂(苯乙烯-丙烯酸共聚物，商品名JONCRYL 61,固体含量35％)30％、润湿分散剂(聚丙烯酸醇胺盐，商品名Anti-terra 250)3％、表面活性剂(Surfynol 420：ACETYLENOL E100＝2:3)1％、三乙醇胺1％、氧化锌1％、14％去离子水。
具体实施方式
实施例1：填料筛选实验
水性油墨的组成为：钛白粉40％、填料10％、水性树脂(苯乙烯-丙烯酸共聚物，商品名JONCRYL 61,固体含量35％)30％、润湿分散剂(聚丙烯酸醇胺盐，商品名Anti-terra250)3％、表面活性剂(乙炔二醇基非离子表面活性剂，Surfynol 420)1％、三乙醇胺1％、氧化锌1％、14％去离子水。
其中钛白粉的平均粒径为0.26μm；
填料各自独立的为钛白粉(阳性对照)、碳酸钙、超细高岭土、沉淀硫酸钡、铝钡白；超细粉碎后，选择平均粒径为2.4μm；
将上述组合物混合，制备成水性油墨。并以油墨粘度、遮盖力、平滑度、7天稳定性、pH和着色力进行测试和评价。
测定的参数为：
(1)油墨粘度/s：20-30s(涂4杯，22℃，1200r/min)；(4)遮盖力：≥95％；
(2)细度/μm：≤15μm(1200r/min，22℃，5min)；(5)平滑度：160s-200s。
(3)固含量：≥40％；7天内不出现沉降；(6)pH：7.9-8.9
(7)着色力：95-105％。
表1：
样品
粘度
遮盖力
平滑度
细度
稳定性
pH
着色力
钛白粉
25s
99％
195s
符合
明显沉淀
8.2
97％
碳酸钙
32s
93％
180s
符合
少许沉淀
8.7
89％
超细高岭土
34s
96％
188s
符合
极少沉淀
8.7
95％
沉淀硫酸钡
28s
97％
160s
符合
明显沉淀
7.1
81％
铝钡白
35s
90％
176s
符合
少许沉淀
6.9
78％
通过以上结果分析，在碳酸钙、超细高岭土、沉淀硫酸钡、铝钡白中，超细高岭土的效果较为明显，可以很大改善稳定性情况，也具有较好的遮盖力和着色力，但是需要对其粘度、纸张平滑度和稳定性进一步进行改善。
实施例2：填料筛选实验—改善稳定性
水性油墨的组成为：钛白粉40％、超细高岭土10％、水性树脂(苯乙烯-丙烯酸共聚物，商品名JONCRYL 61,固体含量35％)30％、润湿分散剂(聚丙烯酸醇胺盐，商品名Anti-terra 250)3％、表面活性剂(乙炔二醇基非离子表面活性剂，Surfynol 420)1％、三乙醇胺1％、氧化锌1％、14％去离子水。
钛白粉的中位粒径分为0.21、0.23、0.28、0.32、0.36、0.43、0.48μm共7组；
超细高岭土的中位粒径分为0.4、0.6、0.8、1.5、1.8、3.0和4.5μm共7组；
对上述几组进行正交实验设计，寻找可以改善粘度、平滑度和稳定性的粒径配伍；
通过实验结果分析，发现增大钛白粉的粒径，可以增加产品的遮盖力；但是钛白粉的中位粒径达到0.43以上，稳定性收到极大挑战，超细高岭土无法改善其沉降现象。减小钛白粉的粒径，尤其是在0.23以下，可以改善稳定性，但其遮盖力下降，无法达到95％以上；中位粒径0.25-0.36μm范围内，可以实现非常好的遮盖力和稳定性，遮盖力达到95％以上，而且基本不产生沉淀和分层。这范围之外的，无法达到该效果。
对于超细高岭土来说，中位粒径达到3.0μm以上，其可以极大改善产品的遮盖力，但是稳定性明显下降，出现沉淀；中位粒径1.8μm以下，可以实现较好的稳定性，但是在小于0.6微米时，其遮盖力明显下降，组合物的遮盖力无法达到95％以上；中位粒径0.6-1.8μm范围内，可以实现很好的稳定性和遮盖力；遮盖力达到95％以上，而且基本不产生沉淀和分层。这范围之外的，无法达到该效果。
因此，在制备水性油墨时，钛白粉的中位粒径应为0.25-0.36μm；超细高岭土的中位粒径应为0.6-1.8μm。
实施例3：填料筛选实验—用量筛选
水性油墨的组成为：钛白粉(中位粒径0.28μm)和超细高岭土(中位粒径1.8μm)共50％、水性树脂(苯乙烯-丙烯酸共聚物，商品名JONCRYL 61,固体含量35％)30％、润湿分散剂(聚丙烯酸醇胺盐，商品名Anti-terra 250)3％、表面活性剂(乙炔二醇基非离子表面活性剂，Surfynol 420)1％、三乙醇胺1％、氧化锌1％、14％去离子水。
其中钛白粉：超细高岭土的配比分别为10:1、10:2、10:3、10:4、10:5进行实验，测试其对于遮盖力和稳定性的影响；
结果表明：高岭土作为功能性填料，高岭土的用量越多，稳定性改善越明显；在10:1时仍然出现了沉淀现象；10:2后无沉淀现象出现；但是10:4时，遮盖力明显下降，无法达到遮盖要求。因此高岭土用量应该少于钛白粉的30％；高于用量太多，会导致遮盖力及白度下降，对印刷后素色纸的理化性质也会产生不好的影响。
实施例4：填料筛选实验—表面活性剂筛选
乙炔二醇基非离子表面活性剂是水性油墨常用的非离子型表面活性剂，但是在筛选实验中发现，在高岭土和钛白粉组合时，乙炔二醇基非离子表面活性剂并没有取得非常好的效果，其粘度和平滑度，虽然勉强符合要求，但是其粘度、平滑度仍然具有很大的改善空间，因此对于表面活性剂，也进行了筛选和实验，在实验中对常见的非离子表面活性剂或其组合进行了广泛的筛选，意外发现，乙炔二醇基非离子表面活性剂Surfynol 420(HLB4.7)和ACETYLENOL E100(HLB 13.9)在质量比2:3配比下，效果好于其他类型的非离子表面活性剂或组合，具体数据如下：
水性油墨的组成为：钛白粉(中位粒径0.28μm)40％、超细高岭土(中位粒径1.8μm)10％、水性树脂(苯乙烯-丙烯酸共聚物，商品名JONCRYL 61,固体含量35％)30％、润湿分散剂(聚丙烯酸醇胺盐，商品名Anti-terra 250)3％、表面活性剂1％、三乙醇胺1％、氧化锌1％、14％去离子水。
通过筛选，高岭土具有高覆盖能力、理想的流动性且成本低以及颜色为白色等特点，它还具有非常良好的悬浮性能，可改善水性白墨易沉淀的缺点。高岭土的粒度细，易于流动，也是适应目前机械化高速生产的基本条件，可以保证纸张表面涂膜厚度均匀；
采用钛白粉作为颜料、高岭土作为填料，加入水性树脂、分散剂、消泡剂及其它助剂。增大钛白粉的粒径，可以增加产品的遮盖力；高岭土作为功能性填料，用量应该少于钛白粉的30％，用量太多，可能会导致遮盖力及白度下降，对印刷后素色纸的理化性质也会产生不好的影响；根据以上原则合理选择合适原料并优化配方中各成分比例，得到一种水性填充剂，把它印刷在素色纸上填充纸张中的空隙，提高纸张的匀度和平滑度，增加纸张的不透明度、白度及适印性。
以上描述是本发明的一般性描述。根据情况或实际需要，可进行形式的变化和等值的替代，虽然本文采用特定的术语，但这些术语意在描述，而不是为了限制的目的。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围之内。
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