CN101709182A - 一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨 - Google Patents

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杨丽珍
周震
郝燕萍
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Abstract

一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨属于印刷油墨领域，解决紫外线固化油墨能以水和乙醇作溶剂兼稀释剂的问题；含有预聚物为水溶性紫外固化树脂，如：水性环氧丙烯酸树脂、水性光固化丙烯酸化聚丙烯酸树脂或水性聚氨酯丙烯酸酯树脂，光引发剂，颜料，还含有表面活性剂、水和乙醇，组分的重量份数比为，预聚物100～300份；光引发剂15～50份；表面活性剂10～30份；颜料70～150份；水60～200份；乙醇40～100份；还含有三种助剂——消泡剂、流平剂、阻聚剂中的一种，或二种，或三种，三种助剂重量份数比均分别为3～17份；有益之处，干燥速度快，能方便的调节油墨的粘度，能简化防尘操作，使用方便，印刷质量好，易获得极薄的墨膜，安全、环保，能满足塑料承印品的印刷适性。

Description

一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨
技术领域
本发明属于印刷油墨领域，涉及一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨。
背景技术
现有技术中，塑料印刷油墨通常采用油溶性的UV固化油墨——以下称紫外线固化油墨，这种紫外线固化油墨的突出优点是环保和干燥固化速度快，环保的根本原因在于油墨中不采用容易挥发的有机溶剂类组分来调节油墨粘度，而是采用活性稀释剂(即活性单体)来调节油墨粘度，而活性稀释剂中挥发性的有机化合物组分比较低，又采用紫外线固化，因此与普通溶剂型油墨相比其环保的优点很突出，同时由于采用紫外线固化，因此印刷到承印品表面的墨膜的干燥速度很快，其不足之处在于，尽管与普通溶剂型油墨相比环保的优点很突出，但毕竟还是使用了有机化合物，而且活性稀释剂气味很大，对人体有一定的刺激作用，非常易引起皮肤过敏；采用活性稀释剂调节油墨粘度具有一定的局限性，若活性稀释剂加入量少，则油墨粘度不易降低，造成油墨印刷时墨膜很厚，因为干燥时无溶剂性挥发，不存在墨膜变薄的可能性，所以在多色印刷时油墨叠印会造成网点增大色相失真；若活性稀释剂加入足够量，虽然能使油墨粘度降低，但又会由于活性稀释剂总量增加，带来挥发性的有机化合物组分排放总量增加，从而会进一步影响油墨的环保性能；因此，以活性稀释剂调节紫外线固化油墨的粘度具有不可克服的局限性，并影响到所述油墨本身的应用；同时相应的设备、容器均需要有机溶剂清洗，不仅污染严重，且火灾隐患大；。
发明内容
解决的技术问题；
提供一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，能克服现有技术中存在的不足，含有能溶于水和乙醇的水溶性紫外固化树脂，以水和乙醇作溶剂兼稀释剂方便调节油墨粘度，墨膜干燥时溶剂会挥发，不仅干燥速度快、减化防尘操作，降低对环境的污染，保护工人的身体健康，印刷质量好，易获得极薄的墨膜，而且由于所述油墨具有水溶性，相应的设备、容器易于清洗，大大减少火灾危害。
采用的技术方案：
一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，含有预聚物-紫外线固化树脂、光引发剂及颜料，其特征在于：预聚物为水溶性紫外固化树脂，还含有表面活性剂、水和乙醇，各组分的含量重量份数比为，预聚物为100～300份；光引发剂为15～50份；表面活性剂为10～30份；颜料为70～150份；水为60～200份；乙醇为40～100份；预聚物由下列物质中的一种或二种组成，水性环氧丙烯酸酯树脂，水性光固化丙烯酸化聚丙烯酸树脂，水性聚氨酯丙烯酸酯树脂；表面活性剂由下列物质中的一种或二种组成，山梨酸醇酐三油酸酯、山梨酸醇酐单油酸酯、山梨糖醇酐单月桂酯、烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81及吐温85。
有益效果：
由于预聚物选用水溶性紫外固化树脂，并且选用相应的表面活性剂，因此，所述油墨不仅具有油溶性的紫外线固化油墨的基本特征——干燥速度快，而且以水和乙醇作溶剂兼稀释剂，能方便的调节油墨的粘度，油墨不分层稳定性高，表面张力小，有利于提高与塑料承印品表面的附着力，；墨膜干燥时溶剂会挥发，光固化前已可指触、可堆放和修理，能简化防尘操作，印刷质量好，易获得极薄的墨膜；不仅干燥速度快，而且降低对环境的污染，有利于工人的身体健康，从环保性能方面讲，远比采用活性稀释剂优越，又利于设备、容器的清洗，大大减少火灾危害。
具体实施方式
一、关于组分的原料及选用
1、所述预聚物，为水溶性紫外固化树脂，以下简称A，是含有不饱和官能团的低分子聚合物，是所述油墨中最重要的组分，能溶于水和乙醇，其性能对油墨固化过程和墨膜的性质起决定作用，在紫外线照射下，光引发剂能使预聚物变为激发态，不断交联聚合，快速固化成膜，由下列物质中的一种或二种组成：
水性环氧丙烯酸树脂——中山市中侨涂料粘胶有限公司生产；水性光固化丙烯酸化聚丙烯酸树脂(WUY)——上海华南化工进出口有限公司生产；水性聚氨酯丙烯酸酯树脂(PUA)——广州市晨光化工科技有限公司生产。
2、所述光引发剂，以下简称B，是任何紫外线固化体系都需要的主要成分，一般是在波长为200～400nm紫外光照射下，能分解成自由基，引发预聚物交联作用的物质，选用物质如下：α-羟基异丙基苯甲酮C10H10O2；α-羟基环己基苯甲酮C13H16O2CAS：947-19-3；2-异丙基硫杂蒽酮C8H14Cl12N2O2CAS：66522-95-5；2.4.6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)CAS：75980-60-8；2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮CAS：71868-10-5。
3、所述表面活性剂，以下简称C，用以降低所述油墨的表面张力，由下列物质中的一种或二种组成：
山梨酸醇酐三油酸酯(Span85)、山梨酸醇酐单油酸酯(span80)、山梨糖醇酐单月桂酯(span20)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)、吐温20(TWEEN-20)、吐温21(TWEEN-21)、吐温40(TWEEN-40)、吐温60(TWEEN-60)、吐温61(TWEEN-61)、吐温80(TWEEN-80)、吐温81(TWEEN-81)、吐温85(TWEEN-85)。
4、所述颜料，以下简称D，即为油墨着色的色料，按需选用：
3144立索尔大红C40H26BaN4O8S2CAS：1103-38-4，金光红C(油墨大红)C34H24BaCl2N4O8S2C.I.Pigment red53：1CAS：5160-02-1，5915大红C34H26BaN4O8S2C.I.Pigment red70(15590)，炭黑C CAS：1333-86-4，耐晒黄G(2-[(4-甲基-2-硝基苯基)偶氮]-3-氧代-N-苯基丁酰胺)C17H16N4O4 CAS：2512-29-0，耐晒黄10G C16H12C12N4O4 CAS：6486-23-3，酞菁蓝C32H16CuN8 CAS：147-14-8C.I.Pigmentblue15，3004颜料紫红C40H26CaN4O8S2C.I.Pigment red54(14830：1)，酞菁绿GC32H1～2Cl14～15CuN8CAS：1328-53-6C.I.Pigment green7，钛白粉Tio2 CAS：13463-67-7C.I.Pigment white6。
5、去离子水作为溶剂兼稀释剂，以下简称E。
6、工业乙醇作为溶剂兼稀释剂，以下简称F。
7、关于助剂
消泡剂简称G：HP-509水性消泡剂——广州市霍普化学有限公司生产，有效成分为改性硅酮混合物；BJ-60消泡剂——南京百聚科技有限公司生产，有效成分为特殊矿物油类，属非离子型。
流平剂简称H：水性改性聚硅氧烷流平剂，如惠州市惠阳建一实业有限公司生产的JYL-3033型，深圳市长辉化工科技有限公司生产的BNK-LK370B型，杭州包尔得有机硅有限公司生产的BD-3033型油/水性涂料流平剂。
阻聚剂简称J：氮氧自由基哌啶醇C9H18NO2 CAS：2226-96-2，对叔丁基邻苯二酚C10H14O2 CAS：98-29-3，邻苯二酚C6H6O2 CAS：120-80-9。
二、关于组分及其含量重量份数比(各表中比例均为重量份数比)
1、本发明油墨含有A、B、C、D、E和F六种组分，重量份数比如表一所示：
表一
  组分 A   B   C   D   E   F
  第一方案 100～300   15～50   10～30   70～150   60～200   40～100
  第二方案 150～250   20～40   15～25   90～120   65～140   55～90
注：当组分A为二种物质组成时，其中一种物质占其总份数的1/3～1/2，其余为另一种物质的份数；当组分C为二种物质组成时，其中一种物质占其总份数的1/3～1/2，其余为另一种物质的份数。
相应的实施例如表二、三、四及五所示：
表二中原料组分选用为：A为水性环氧丙烯酸树脂，B为α-羟基环己基苯甲酮，C为山梨酸醇酐三油酸酯，D为钛白粉，E为去离子水，F为工业乙醇。
表二
  组分   A   B   C   D   E   F
  例1   300   50   30   150   200   100
  例2   240   40   25   120   150   90
  例3   180   30   20   95   120   75
  例4   150   25   15   85   90   55
  例5   100   15   10   70   60   40
表三中原料组分选用为：A为水性聚氨酯丙烯酸酯树脂，B为2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-苯酮，C为山梨糖醇酐单月桂酯，D为酞菁蓝，E为去离子水，F为工业乙醇。
表三
  组分   A   B   C   D   E   F
  例6   250   40   25   120   140   95
  例7   200   35   22   110   115   90
  例8   180   30   18   100   95   80
  例9   160   25   15   95   80   65
  例10   150   20   15   90   65   55
表四中原料组分选用为：A由A1、A2两种物质组成，分别为水性环氧丙烯酸树脂和水性光固化丙烯酸化聚丙烯酸树脂，B为2-异丙基硫杂蒽酮，C为月桂醇聚氧乙烯醚，D为耐晒黄G，E为去离子水，F为工业乙醇。
表四
  组分   A1   A2   B   C   D   E   F
  例11   150   150   50   30   140   180   95
  例12   160   90   40   25   125   150   85
  例13   150   100   30   20   100   130   70
  例14   70   130   20   15   110   100   60
  例15   60   120   15   10   95   70   50
表五中原料组分选用为：A为水性聚氨酯丙烯酸酯树脂，B为α-羟基环己基苯甲酮或α-羟基异丙基苯甲酮，C由C1、C2两种物质组成，分别为山梨酸醇酐三油酸酯和山梨醇酐单油酸酯，或者分别为吐温21和吐温85，D为3144立索尔大红，E为去离子水，F为工业乙醇。
表五
  组分   A   B   C1   C2   D   E   F
  例16   280   45   10   20   135   190   100
  例17   240   40   20   10   115   150   90
  组分   A   B   C1   C2   D   E   F
  例18   220   35   7   14   100   130   80
  例19   200   30   12   6   90   115   70
  例205   160   20   5   10   75   70   60
由前述实施例可知，A、C两组分，能同时分别选用两种物质，也能其中一种组分选用两种物质，而另一种组分只选用一种物质，这当然是能实施的。
2、本发明的油墨还含有如下三种助剂——消泡剂简称G、流平剂简称H、阻聚剂简称J中的一种，或二种，或三种。
①含一种助剂时，重量份数比如表六所示：
表六
  组分   A   B   C   D   E   F   G或H或J
  第三方案   100～300   15～50   10～30   70～150   60～200   40～100   3～17
  第四方案   150～250   20～40   15～25   90～120   65～140   55～90   4～14
相应的实施例如表七所示：
表七中原料组分选用为：G选用为HP-509水性消泡剂或BJ-60消泡剂；或H选用为JYL-3033型或BNK-LK370B型的水性改性聚硅氧烷流平剂；或J选用为氮氧自由基哌啶醇或邻苯二酚；A、B、C、D、E及F的选用均分别同于表二中所述。
表七
  组分   A   B   C   D   E   F   G或H或J
  例21   280   45   30   140   200   100   16
  例22   250   35   25   125   150   90   13
  例23   200   30   20   110   120   80   6
  例24   160   25   15   100   80   70   7
  例25   110   20   10   90   65   60   4
②含二种助剂时，重量份数比如表八所示：
表八
  组分   A   B   C   D   E   F   X   Y
  第五方案   100～300   15～50   10～30   70～150   60～200   40～100   3～17   3～17
  第六方案   150～250   20～40   15～25   90～120   65～140   55～90   4～14   4～14
表八中的X、Y分别表示所述三种助剂G、H及J中的一种，但二者不得为同一种助剂。
相应的实施例如表九所示：
表九中原料组分选用为，A、B、C、D、E及F的选用均分别同于表二中所述；X、Y分别选用三种助剂G、H及J中的一种，但二者不得选用同一种助剂；G、H及J的选用均分别同于表七中所述。
表九
  组分   A   B   C   D   E   F   X   Y
  例26   280   45   25   140   180   90   15   14
  例27   240   35   22   130   150   80   13   10
  例28   200   30   18   110   130   70   6   8
  例29   160   25   15   95   100   60   7   4
  例30   130   20   12   80   70   50   3   6
③含三种助剂时，重量份数比如表十所示：
表十
  组分   A   B   C   D   E   F   G   H   J
  第七方案   100～300   15～50   10～30   70～150   60～200   40～100   3～17   3～17   3～17
  第八方案   150～250   20～40   15～25   90～120   65～140   55～90   4～14   4～14   4～14
相应的实施例如表十一所示：
表十一原料组分选用为，A、B、C、D、E及F的选用均分别同于表二中所述；G、H及J的选用均分别同于表七中所述。
表十一
  组分   A   B   C   D   E   F   G   H   J
  例31   280   45   25   140   180   90   17   16   15
  组分   A   B   C   D   E   F   G   H   J
  例32   240   35   22   130   150   80   10   11   12
  例33   200   30   18   110   130   70   12   8   10
  例34   160   25   15   95   100   60   6   5   6
  例35   130   20   12   80   70   50   4   4   3
三、关于本发明油墨的制备方法
1、当只含有组分A、B、C、D、E及F六种时
首先将比例用量的预聚物A、表面活性剂C及水E和乙醇F混合在一起，并充分搅拌分散均匀，然后加入比例用量的颜料D，并再次充分混合分散均匀，而后进行研磨，一般研磨3～4道，要求研磨细度小于15μm，最后加入比例用量的光引发剂B，再次充分混合分散均匀即可。
2、当含有组分A、B、C、D、E、F及消泡剂G时，在前述“1”的基础上，消泡剂G比例总用量的1/5左右先随颜料D共同加入，而剩余量的消泡剂G需在最后随光引发剂B共同加入，并充分混合分散均匀即可。
3、当含有组分A、B、C、D、E、F及流平剂H时，在前述“1”的基础上，比例用量的流平剂H需在最后随光引发剂B共同加入，并充分混合分散均匀即可。
4、当含有组分A、B、C、D、E、F及阻聚剂J时，在前述“1”的基础上，比例用量的阻聚剂J需在最后随光引发剂B共同加入，并充分混合分散均匀即可。
5、当含有组分A、B、C、D、E、F及三种助剂消泡剂G、流平剂H、阻聚剂J中的任意二种助剂时，对所含消泡剂G，比照前述“2”中处理，对所含流平剂H、阻聚剂J分别比照前述“3”、“4”中处理。
6、当含有组分A、B、C、D、E、F及G、H、J时
首先将比例用量的预聚物A、表面活性剂C及水E和乙醇F混合在一起，并充分搅拌分散均匀，然后加入比例用量的颜料D，其中消泡剂G比例总用量的1/5左右需要先随颜料D共同加入，并再次充分混合分散均匀，而后进行研磨，一般研磨3～4道，要求研磨细度小于15μm，而剩余量的消泡剂G以及比例用量的流平剂H和阻聚剂J均需在最后随比例用量的光引发剂B共同加入，并充分混合分散均匀即可。
四、关于本发明油墨的应用
以水和乙醇作为溶剂兼稀释剂，能方便调节油墨粘度；采用丝网印刷法印刷到塑料承印品表面，先对塑料印品在90～100℃下恒温脱水干燥使墨膜达到初干，然后进行紫外线干燥固化处理，使墨膜达到完全固化。
实用结果表明，能以水和乙醇方便地调节所述油墨的粘度，能控制墨膜厚度在15～40μm，并且由于墨膜干燥时溶剂会挥发，能简化防尘操作，使用方便，印刷质量好，不仅干燥速度快，而且无有毒害性的挥发性的有机化合物排放，安全、环保，并且能满足塑料承印品的印刷适性。
所述油溶性的UV固化油墨，是指油墨中不采用容易挥发的有机溶剂类组分来调节油墨粘度，即油墨中不含有易挥发的有机溶剂，而是采用活性稀释剂(即活性单体)来调节油墨粘度，即油墨中含有活性单体，这种活性单体可选用多种有机化合物，如：甲基丙烯酸-β-羟乙酯(CH2＝C(CH3)COOCH2CH2OH)、β-羟乙基丙烯酸酯、苯乙烯(C8H8)、乙烯基吡咯烷酮(C6H9N0)、乙酸乙烯酯(C4H6O2)等等，其气味均很大，对人体有一定的刺激作用，非常易引起皮肤过敏，使用过程中，其对环境影响比水和乙醇要大得多。

Claims (5)

1.一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，含有预聚物-紫外线固化树脂、光引发剂及颜料，其特征在于：预聚物为水溶性紫外固化树脂，还含有表面活性剂、水和乙醇，各组分的含量重量份数比为，预聚物为100～300份；光引发剂为15～50份；表面活性剂为10～30份；颜料为70～150份；水为60～200份；乙醇为40～100份；预聚物由下列物质中的一种或二种组成，水性环氧丙烯酸酯树脂，水性光固化丙烯酸化聚丙烯酸树脂，水性聚氨酯丙烯酸酯树脂；表面活性剂由下列物质中的一种或二种组成，山梨酸醇酐三油酸酯、山梨酸醇酐单油酸酯、山梨糖醇酐单月桂酯、烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81及吐温85。
2.根据权利要求1所述的一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，其特征在于：还含有消泡剂，选用HP-509水性消泡剂或BJ-60消泡剂，消泡剂的重量份数比为3～17份。
3.根据权利要求1或2所述的一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，其特征在于：还含有流平剂，选用水性改性聚硅氧烷流平剂JYL-3033型或BNK-LK370B型，或BD-3033型油/水性涂料流平剂，流平剂的重量份数比为3～17份。
4.根据权利要求1或2所述的一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，其特征在于：还含有阻聚剂，选用氮氧自由基哌啶醇、或对叔丁基邻苯二酚，或邻苯二酚，阻聚剂的重量份数比为3～17份。
5.根据权利要求3所述的一种水基紫外线干燥塑料印刷油墨，其特征在于：还含有阻聚剂，选用氮氧自由基哌啶醇、或对叔丁基邻苯二酚，或邻苯二酚，阻聚剂的重量份数比为3～17份。
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