一种快干型水性油墨组合物及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种快干型水性油墨组合物及其制备方法和应用 (Quick-drying water-based ink composition and preparation method and application thereof ) 是由 高延敏 孙存思 陈佳铭 朱裕祥 翟宇强 易文丽 姜宛彤 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快干型水性油墨组合物,其制备原料包含5-25％的化合物A、2.5-24％的化合物B,还包含5-10％的颜料、1-5％的干燥剂、1-5％的润湿剂、1-5％的中和剂、1-5％的分散剂、12-40％的树脂、25-35％的溶剂和0.5-10％的成膜助剂；A是用马来酸接枝异戊烯得到,B是马来酸与苯乙烯共聚得到。该水性油墨组合物的制备方法是：按照质量比称取A、B、颜料、干燥剂、润湿剂、中和剂、分散剂、树脂、溶剂和成膜助剂,混合,然后使用珠磨机研磨3-10小时,即可得到。本发明的水性油墨组合物用于印刷,油墨和PP或PE基材的粘接性强,油墨的光亮度好,具有极好的稳定性,印刷后的干燥速度很快。(The invention discloses a quick-drying water-based ink composition, which is prepared from the following raw materials of 5-25% of a compound A, 2.5-24% of a compound B, 5-10% of a pigment, 1-5% of a drying agent, 1-5% of a wetting agent, 1-5% of a neutralizing agent, 1-5% of a dispersing agent, 12-40% of a resin, 25-35% of a solvent and 0.5-10% of a film-forming auxiliary agent; a is obtained by grafting isoamylene with maleic acid, and B is obtained by copolymerizing maleic acid and styrene. The preparation method of the water-based ink composition comprises the following steps: a, B, pigment, drying agent, wetting agent, neutralizer, dispersant, resin, solvent and film-forming assistant are weighed according to the mass ratio, mixed and ground for 3-10 hours by a bead mill to obtain the pigment. The water-based ink composition is used for printing, the adhesion between the ink and a PP or PE substrate is strong, the brightness of the ink is good, the stability is excellent, and the drying speed after printing is high.)
技术领域
本发明属于水性油墨领域，具体涉及一种快干型水性油墨组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是主要的包装材料，在包装领域中，因其重量轻、化学稳定性好、机械强度分布广等一系列优点而受到广泛的运用。与此同时，PP、PE塑料也有耐光、耐候性、耐腐蚀性差等缺点，在热塑性加工后表面会存在各种缺陷，以及在包装领域中存在性能不足。因此很多塑料必须进行二次加工后再进行使用。这种加工即用涂料或者油墨涂装，以达到提高产品耐用性和美观宣传的效果。但PP、PE材料是一种非极性高分子材料，它表面张力过小，低于35达因，一般的水性油墨难以在PE、PP表面润湿，印刷效果差，难以满足印刷要求。虽然溶剂型涂料或者溶剂型油墨的附着力、柔韧性、耐候性、耐溶剂性和耐磨性等性能优异，可以在塑料表面使用，改善产品性能，但随着近年来环保要求的提高，那些含有芳香族化合物的溶剂型涂料/油墨已不符合环保标准要求。一般的材料难以润湿和粘接，导致其附着能力差。所以一般的水性油墨用来印刷塑料比较困难，虽然升温可以加快油墨的干燥，薄膜不耐高温，需要高温干燥固化的水性油墨的应用受到一定的限制。因此，用于PP、PE的水性油墨由于上述原因，开发和应用具有巨大的挑战性。
水性油墨组合物包括水性连接料、颜料、助剂等物质，其中水性连接料起到粘结基材与颜料的作用，它是在印刷中起到关键材料之一。但是目前使用的水性连接料溶解在水中有困难，并且对PP、PE的粘结力不够。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种快干型水性油墨组合物。具体的技术方案如下：
一种快干型水性油墨组合物，所述水性油墨组合物的制备原料包含化合物A和化合物B，化合物A和化合物B的质量比为1:0.5-0.96，化合物A的分子结构为：
其中，0﹤m﹤1，0﹤n﹤1，m+n＝1；化合物B的分子结构为：
其中0﹤x﹤1。
优选地，所述水性油墨组合物的制备原料包含5-25％的化合物A、2.5-24％的化合物B，还包含5-10％的颜料、1-5％的干燥剂、1-5％的润湿剂、1-5％的中和剂、1-5％的分散剂、12-40％的树脂、25-35％的溶剂和0.5-10％的成膜助剂。
优选地，所述颜料为二氧化钛或硫酸钡；所述干燥剂为薄荷醇、薄荷酮或橙花醇。
优选地，所述润湿剂为包含以下分子结构化合物：R-C≡C-OH，其中R是碳原子数为1-18的烷基(即炔醇类润湿剂)。
优选地，所述中和剂为甲胺、乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；所述分散剂为吐温、十二烷基磺酸盐或苯磺酸钠。
优选地，所述树脂为丙烯酸树脂或聚酯树脂。
优选地，所述溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁三醇。
优选地，所述成膜助剂为水性丙烯酸聚氨酯。
本发明的目的之二是提供一种快干型水性油墨组合物的制备方法。具体技术方案如下：
所述快干型水性油墨组合物的制备方法，包括以下步骤：按照质量比称取所述化合物A、化合物B、颜料、干燥剂、润湿剂、中和剂、分散剂、树脂、溶剂和成膜助剂，混合，并使用珠磨机研磨3-10小时，得到所述快干型水性油墨组合物。
其中，化合物A作为粘结PP、PE的连接料可以溶解或乳化在水中，并且能起到快速干燥的效果，它是用马来酸对分子量小于十万的聚异戊二烯(CH2＝C(CH3)CH＝CH2)进行接枝改性得到，具体制备方法如下：
取100份的聚异戊二烯在120℃下熔化，转子转速为60r/min，加入5份马来酸酐，混合2分钟后，加入1份过氧化二异丙苯作为引发剂，进行熔融接枝反应6分钟，最后得到接枝产物化合物A。接枝反应完全的情况下，A的结构式中的m＝0.05，n＝0.95。
化合物B除了能改善附着力外，还可以改变油墨的快干性，并且具有乳化作用，增加了油墨的稳定性和光亮度；它是由马来酸与苯乙烯共聚得到；制备方法如下：
先将51.7ml苯乙烯倒入三口烧瓶底部，将反应体系抽真空后通入氮气，油浴锅调至110℃；将4.9g马来酸酐及其1wt％的过氧化二异丙苯溶于100ml丙酮溶液，并滴定到烧瓶里；该温度下反应两小时后，用乙醇对反应物进行沉降，得到白色胶状物；反复用丙酮溶解乙醇沉降几次(洗涤效果)后真空烘箱内干燥，得到反应产物化合物B。
本发明的目的之三是提供一种快干型水性油墨组合物的应用。具体技术方案如下：
所述快干型水性油墨组合物应用于聚乙烯或聚丙烯薄膜的印刷。
本发明的有益效果如下：
本发明所得水性油墨组合物用于PP或PE的印刷，油墨和基材的粘接性强，结合力高，光亮度好，具有极好的稳定性，印刷后的干燥速度很快。
具体实施方式
以下更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例中。应注意，除非另有说明，“％”以质量计。以下描述在实施例中，含有分子式A和分子式B的物质，其干燥效果评价采用上机直接实验，机器上的温度为实际使用温度85℃。为判断干燥效果，加入未加A和B的物质的对比例，在对比例中其余成分皆同。
实施例1
首先，将10份分子式A物质，8份分子式B物质，5份硫酸钡，3份干燥剂，、3份润湿剂、3份分散剂、30份树脂、6份成膜助剂、2份中和剂和30份溶剂混合，并使用具有0.1mm氧化锆珠的珠磨机进行5小时分散处理。研磨后获得有色分散体油墨组合物和未添加A和B物质的对比例1油墨组合物。实验所用的印刷基材为PP和PE薄膜，滚板的花纹深度皆为40μm。
表1水性油墨组合物成分1
组分
含量，wt％
A
10
B
8
颜料(硫酸钡)
5
干燥剂(薄荷醇)
3
润湿剂(己炔二醇)
3
中和剂(甲胺)
2
分散剂(吐温80)
3
树脂(丙烯酸树脂)
30
溶剂(乙二醇)
30
成膜助剂(水性丙烯酸聚氨酯)
6
效果：
1、当添加10份分子式A物质，8份分子式B物质时，凹版印刷速度为94m/min，而不添加A和B的对比例的凹版印刷速度为66m/min。
2、油墨组合物搅拌后静置3天不分层，具有良好的稳定性。
3、结合力测试：取印刷干燥后的材料，先用刀沿直线切割漆膜至底材，夹角为30～45°，交叉点在线长的中间。在交叉点上粘上3M胶带，并用1KG的力磨平胶带。等待5分钟后用手抓住胶带一端，在与印刷面成45°角方向施力，同一位置拉扯三次，观察表面油墨脱落现象。
效果：切口交叉处有少许油墨脱落，但小于5％，根据(GB/T9286-88)涂层附着力划格法测试评定的标准，材料的附着力为1级。
实施例2
首先，将12份分子式A物质，10份分子式B物质，5份硫酸钡，3份干燥剂，3份润湿剂、3份分散剂、29份树脂、5份成膜助剂、2份中和剂和28份溶剂混合，并使用具有0.1mm氧化锆珠的珠磨机进行5小时分散处理。研磨后获得有色分散体油墨组合物和未添加A和B物质的对比例2油墨组合物。实验所用的印刷基材为PP和PE薄膜，滚板的花纹深度皆为40μm。
表2水性油墨组合物成分2
组分
含量，wt％
A
12
B
10
颜料(硫酸钡)
5
干燥剂(薄荷酮)
3
润湿剂(己炔二醇)
3
中和剂(乙醇胺)
2
分散剂(十二烷基磺酸钠)
3
树脂(丙烯酸树脂)
29
溶剂(1,3-丙二醇)
28
成膜助剂(水性丙烯酸聚氨酯)
5
效果：
1、当添加12份分子式A物质，10份分子式B物质时，凹版印刷速度为102m/min，而不添加A和B的对比例的凹版印刷速度为68m/min。
2、油墨组合物搅拌后静置3天不分层，具有良好的稳定性。
3、结合力测试：取印刷干燥后的材料，先用刀沿直线切割漆膜至底材,夹角为30～45°，交叉点在线长的中间。在交叉点上粘上3M胶带，并用1KG的力磨平胶带。等待5分钟后用手抓住胶带一端，在与印刷面成45°角方向施力，同一位置拉扯三次，观察表面油墨脱落现象。
效果：切口交叉处有少许油墨脱落，但小于5％，根据(GB/T9286-88)涂层附着力划格法测试评定的标准，材料的附着力为1级。
实施例3
首先，将15份分子式A物质，10份分子式B物质，5份硫酸钡，3份干燥剂，3份润湿剂、3份分散剂、28份树脂、5份成膜助剂、2份中和剂和26份溶剂混合，并使用具有0.1mm氧化锆珠的珠磨机进行5小时分散处理。研磨后获得有色分散体油墨组合物和未添加A和B物质的对比例3油墨组合物。实验所用的印刷基材为PP和PE薄膜，滚板的花纹深度皆为40μm。
表3水性油墨组合物成分3
组分
含量，wt％
A
15
B
10
颜料(二氧化钛)
5
干燥剂(橙花醇)
3
润湿剂(己炔二醇)
3
中和剂(二乙醇胺)
2
分散剂(苯磺酸钠)
3
树脂(聚酯树脂)
28
溶剂(丙醇)
26
成膜助剂(水性丙烯酸聚氨酯)
5
效果：
1、当添加15份分子式A物质，10份分子式B物质时，凹版印刷速度为97m/min，而不添加A和B的对比例的凹版印刷速度为63m/min。
2、油墨组合物搅拌后静置3天不分层，具有良好的稳定性。
3、结合力测试：取印刷干燥后的材料，先用刀沿直线切割漆膜至底材，夹角为30～45°，交叉点在线长的中间。在交叉点上粘上3M胶带，并用1KG的力磨平胶带。等待5分钟后用手抓住胶带一端，在与印刷面成45°角方向施力，同一位置拉扯三次，观察表面油墨脱落现象。
效果：切口交叉处有少许油墨脱落，小于5％，根据(GB/T9286-88)涂层附着力划格法测试评定的标准，材料的附着力为1级。
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