CN102532997A - 耐蒸煮水性复合油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐蒸煮水性复合油墨及其制备方法。该耐蒸煮水性复合油墨主要由原料水性聚氨酯树脂、颜料和水组成，另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂。首先将部分水性聚氨酯树脂加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和部分消泡剂，搅拌分散后加入颜料，然后高速搅拌分散，分散后进行研磨，然后加入剩余水性聚氨酯树脂和消泡剂进行搅拌分散，加入水调整到所需粘度，最后搅拌分散、过滤、包装。本发明耐蒸煮水性复合油墨是以高性能的水性聚氨酯树脂为连接料制备而成，具有对颜料分散性好、用途广泛、成膜温度较低、成膜的力学性能更好、粒径分布更均匀等优点，并且可以用于蒸煮软包装。

Description

耐蒸煮水性复合油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种食品包装印刷品用复合油墨，特别是涉及一种耐蒸煮水性复合油墨及其制备方法。

背景技术

我国油墨制造行业自二十世纪八十年代初开始生产以氯化聚丙烯树脂为主体连接料的苯溶性复合油墨以来，二三十年间发展相对迅速，而且油墨的制造生产及印刷使用的工艺都已经成熟。但是，从凹版复合油墨的发展趋势分析，苯溶性复合油墨在生产以及使用中存在有以下难以克服的缺点：⑴大量使用芳香烃类溶剂：由于油墨的主体连接料聚氨酯树脂在合成过程中使用到甲苯，而且亦需要用甲苯溶解；所以现有的苯溶性复合油墨的主体树脂均是以甲苯作为真溶剂，在油墨的生产及使用当中不可避免地要使用大量的甲苯，由于树脂对甲苯的释放性差，甲苯的毒性非常大，在食品软包装中极易造成印刷成品的残留溶剂过大，从而污染食品，对食品的质量及安全产生极大的影响；⑵应用范围较窄：在塑料复合软包装行业中，最常使用的外层印刷薄膜是BOPP、PET及BOPA三种，而苯溶性复合油墨只适用于BOPP的印刷与复合，对PET和BOPA均未能提供优异的附着力及复合强度，更不能用于冷冻、含油脂、煮沸、蒸煮等食品的包装；⑶热稳定性差：由于氯化聚丙烯树脂的热稳定性差，在油墨的生产和贮存过程中易释放出氯而形成氯化氢，使油墨成强酸性，从而影响到油墨的贮存稳定性及印刷使用。

由于存在上述主要缺陷，苯溶性复合油墨逐渐不能适应我国日益发达的软包装行业的要求。另外，出于对食品安全卫生性的考虑和适应日益要求严格的安全法规，人们需要环保型油墨，即希望能尽量减少印刷油墨中以及油墨的使用过程中甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂的使用量，或需要不使用上述芳香烃类溶剂的印刷油墨。因此，研制出性能更优异的复合油墨才能够更好的适应当今印刷包装行业的发展。

随着全球性环境污染和生态环境破坏程度的加剧，人们越来越关注生命、关注环境与发展，提倡生产、使用绿色产品，特别是对于食品包装的卫生性、环保性提出了更严格的要求。众所周知，传统的食品包装用油墨是苯酮溶性的，尽管对溶剂残留作了严格要求，但也存在对健康所产生的伤害和印刷后溶剂残留影响食品的气味和食品的安全等问题。

为了能够有效解决食品包装用油墨的溶剂残留问题，相关技术人员已经对水性油墨开始进行研究。耐蒸煮水性油墨具有无毒、无刺激性气味、无腐蚀性、不燃、不爆、使用安全性好、可直接用自来水稀释，对环境和人身体都不存在危害，属于典型的绿色环保产品。耐蒸煮水性油墨特别适用于食品、饮料、药品等包装印刷品，是世界公认的环保型印刷材料，也是目前所有印刷油墨中唯一经美国食品药品协会认可的油墨。因此，积极开发和应用符合环保要求的绿色凹印油墨及水性油墨将成为一个必然趋势。醇溶油墨虽能够有效解决甲苯类溶剂残留对健康所产生的伤害和溶剂残留影响包装食品质量等问题，并已在国内凹印行业得到了广泛应用，但凹版醇溶性塑料油墨还是残留有溶剂气味。水性凹印油墨作为溶剂型油墨的替代体系已引起许多关注，但包装薄膜印刷中的油墨水性化，时至今日仍不能得到广泛应用。

目前，有少量油墨厂生产的水性复合油墨只是白墨，是用水性丙烯酸乳液作为连接料调制而成，其对颜料分散性差、光泽低、上版效果差、网版转移率低，并且油墨不能用于蒸煮。

发明内容

本发明的目的是针对现有水性复合油墨存在的不足之处，提供一种耐蒸煮水性复合油墨及其制备方法。本发明耐蒸煮水性复合油墨是以水性聚氨酯树脂为连接料制备而成的，本发明产品具有对颜料分散性好、用途广泛、成膜温度较低、成膜的力学性能更好、粒径分布更均匀等优点，并且可以用于蒸煮软包装。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，所述耐蒸煮水性复合油墨主要由原料水性聚氨酯树脂45～55%，颜料10～20%和水30～40%组成，另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.3～1.0%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.0～3.0%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.5～1.5%。

根据上述的耐蒸煮水性复合油墨，所述水性聚氨酯树脂的固含量为30～35%，数均分子量为22000～25000。

根据上述的耐蒸煮水性复合油墨，所述颜料为金红石型钛白粉、联苯胺黄G、永固红F5R、15:4酞青蓝或炭黑。

根据上述的耐蒸煮水性复合油墨，所述表面润湿剂为美国气体化学表面润湿剂104E；所述润湿分散剂为德国毕克化学润湿分散剂BYK-191；所述消泡剂为德国迪高助剂TEGO-1488。

根据上述的耐蒸煮水性复合油墨，所述水性聚氨酯树脂是通过以下方法制备而成的：

a、所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇48～55%、异佛尔酮二异氰酸酯15～20%、二月桂酸二丁基锡10～15%、二羟甲基丙酸5～10%和三乙胺5～10%；

b、按照步骤a所述水性聚氨酯树脂的原料组成配制各种原料，首先将配制的聚碳酸酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯加入到搅拌反应釜中进行加热，并缓慢搅拌，当温度升至55～60℃时高速搅拌20～25分钟，高速搅拌后以滴定的方式分别加入配制的原料二月桂酸二丁基锡、二羟甲基丙酸和三乙胺，三种原料滴定完后加入水，水的加入量占所有原料总重量的5～10%，并迅速将反应釜内反应溶液的温度降至20～30℃，测试合成的水性聚氨酯树脂的各项性能，达到要求后，包装待用。

根据上述的耐蒸煮水性复合油墨，步骤b中所述高速搅拌20～25分钟时的搅拌速度为1200～1500转/分。

一种耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a、按照上述耐蒸煮水性复合油墨的配比比例称取各种原料；

b、首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的15～20%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.5～1.0%的消泡剂，采用变频分散机以600～800转/分的速度搅拌分散10～15分钟； 

c、然后将所需颜料缓慢加入搅拌反应釜中，以1200～1500转/分的速度搅拌分散45～50分钟，搅拌分散后采用棒销式研磨机进行研磨，研磨3～4遍，研磨过程中控制温度在35～50℃之间，检查物料达到所需的细度要求；

d、研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的80～85%和剩余的0.3～0.5%消泡剂，采用变频分散机以1200～1500转/分的速度搅拌分散25～30分钟，加入配制的水调整到所需粘度，并以1200～1500转/分的速度搅拌分散5～10分钟，最后采用400目网过滤包装。

本发明的积极有益效果：

1、本发明耐蒸煮水性复合油墨是以自制的水性聚氨酯树脂为连接料制备而成，其采用的自制水性聚氨酯树脂具有复溶性好、对有机颜料润湿分散好、耐高剪切力等优点，并且可以参与研磨，粘接性能好，耐蒸煮性能好。

2、本发明是以自制的高性能水性聚氨酯树脂为连接料制备耐蒸煮水性复合油墨，从而使食品包装完全脱离印刷油墨溶剂的污染，提高产品的科技含量，由此改善国产复合油墨水性树脂在颜料分散难、印刷适性差、干燥慢、耐蒸煮性差等缺点。因此，本发明产品耐蒸煮水性复合油墨具有对颜料分散性好、用途广泛、成膜温度较低、成膜的力学性能更好、粒径分布更均匀等优点，且可以用于蒸煮软包装。

3、本发明耐蒸煮水性复合油墨在印刷速度为60～150m/min、印刷基材为单向拉伸聚丙烯（OPP）薄膜（表面处理达到38达因）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜（表面处理达到48达因）的印刷条件下，其主要技术指标能达到国外同类产品的质量要求，其质量要求如下：

颜料分散及稳定性：在50℃下，静置15天，无颜料絮凝、沉淀、胶化等不良现象；

附着力：在PET及OPP膜上，3M胶带粘于墨膜表面，用力揭去，95%不脱落；

复合固度：检测按国标GB8808实行，达到溶剂同类型产品；

耐蒸煮性：121℃/15min，油墨无渗出、不褪色、复合无起泡等不良现象。

四、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐释本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1：

本发明耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，主要原料组成为水性聚氨酯树脂50%，金红石型钛白粉15%和水35%；另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.6%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的2.0%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.0%。

所述水性聚氨酯树脂的固含量为30～35%，数均分子量为22000～25000；所述表面润湿剂为美国气体化学表面润湿剂104E；所述润湿分散剂为德国毕克化学润湿分散剂BYK-191；所述消泡剂为德国迪高助剂TEGO-1488。

所述水性聚氨酯树脂是采用以下方法制备而成：

a、所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇54%、异佛尔酮二异氰酸酯16%、二月桂酸二丁基锡12%、二羟甲基丙酸9%和三乙胺9%；

b、按照步骤a所述水性聚氨酯树脂的原料组成配制各种原料，首先将配制的聚碳酸酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯加入到搅拌反应釜中进行加热，并缓慢搅拌，当温度升至55℃时高速搅拌25分钟（搅拌速度为1300转/分），高速搅拌后以滴定的方式分别加入配制的原料二月桂酸二丁基锡、二羟甲基丙酸和三乙胺，三种原料滴定完后加入水，水的加入量占所有原料总重量的8%，并迅速将反应釜内反应溶液的温度降至20～30℃，测试合成的水性聚氨酯树脂的各项性能，达到要求后，包装待用。

本发明耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，所述制备方法的详细步骤如下：

a、按照上述耐蒸煮水性复合油墨的配比比例称取各种原料；

b、首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的20%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.7%的消泡剂，采用变频分散机以600～800转/分的速度搅拌分散10～15分钟； 

c、然后将所需颜料缓慢加入搅拌反应釜中，以1200～1500转/分的速度搅拌分散45～50分钟，搅拌分散后采用棒销式研磨机进行研磨，研磨3～4遍，研磨过程中控制温度在35～50℃之间，检查物料达到所需的细度要求；

d、研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的80%和剩余的0.3%消泡剂，采用变频分散机以1200～1500转/分的速度搅拌分散25～30分钟，加入配制的水调整到所需粘度，并以1200～1500转/分的速度搅拌分散5～10分钟，最后采用400目网过滤包装。

实施例2：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，主要原料组成为水性聚氨酯树脂45%，永固红F5R 18%和水37%；另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.3%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的2.6%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.2%。

所述水性聚氨酯树脂是采用以下方法制备而成，与实施例1不同之处：

步骤a中：所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇50%、异佛尔酮二异氰酸酯20%、二月桂酸二丁基锡15%、二羟甲基丙酸5%和三乙胺10%；

步骤b中：当温度升至60℃时高速搅拌22分钟（搅拌速度为1400转/分），水的加入量占所有原料总重量的5%。

本发明耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，与实施例1不同之处：

步骤b中：首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的15%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.8%的消泡剂；

步骤d：研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的85%和剩余的0.4%消泡剂。

实施例3：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，主要原料组成为水性聚氨酯树脂55%，联苯胺黄G 13%和水32%；另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.5%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.5%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.0%。

所述水性聚氨酯树脂是采用以下方法制备而成，与实施例1不同之处：

步骤a中：所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇48%、异佛尔酮二异氰酸酯18%、二月桂酸二丁基锡14%、二羟甲基丙酸10%和三乙胺10%；

步骤b中：当温度升至60℃时高速搅拌20分钟（搅拌速度为1500转/分），水的加入量占所有原料总重量的10%。

本发明耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，与实施例1不同之处：

步骤b中：首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的20%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.6%的消泡剂；

步骤d：研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的80%和剩余的0.4%消泡剂。

实施例4：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，主要原料组成为水性聚氨酯树脂48%，炭黑20%和水32%；另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.8%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的3.0%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.5%。

所述水性聚氨酯树脂是采用以下方法制备而成，与实施例1不同之处：

步骤a中：所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇53%、异佛尔酮二异氰酸酯17%、二月桂酸二丁基锡14%、二羟甲基丙酸8%和三乙胺8%；

步骤b中：当温度升至60℃时高速搅拌22分钟（搅拌速度为1400转/分），水的加入量占所有原料总重量的7%。

本发明耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，与实施例1不同之处：

步骤b中：首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的15%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和1.0%的消泡剂；

步骤d：研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的85%和剩余的0.5%消泡剂。

实施例5：与实施例1基本相同，不同之处在于：

本发明耐蒸煮水性复合油墨，以重量百分含量表示，主要原料组成为水性聚氨酯树脂52%，15:4酞青蓝12%和水36%；另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.0%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.2%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.8%。

所述水性聚氨酯树脂是采用以下方法制备而成，与实施例1相同。

本发明耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，与实施例1不同之处：

步骤b中：首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的20%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.5%的消泡剂；

步骤d：研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的80%和剩余的0.3%消泡剂。

Claims (7)

1.一种耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于：以重量百分含量表示，所述耐蒸煮水性复合油墨主要由原料水性聚氨酯树脂45～55%，颜料10～20%和水30～40%组成，另外加入表面润湿剂、润湿分散剂和消泡剂，表面润湿剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.3～1.0%，润湿分散剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的1.0～3.0%，消泡剂的加入量占水性聚氨酯树脂、颜料和水三种原料总重量的0.5～1.5%。

2.根据权利要求1所述的耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于：所述水性聚氨酯树脂的固含量为30～35%，数均分子量为22000～25000。

3.根据权利要求1所述的耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于：所述颜料为金红石型钛白粉、联苯胺黄G、永固红F5R、15:4酞青蓝或炭黑。

4.根据权利要求1所述的耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于：所述表面润湿剂为美国气体化学表面润湿剂104E；所述润湿分散剂为德国毕克化学润湿分散剂BYK-191；所述消泡剂为德国迪高助剂TEGO-1488。

5.根据权利要求1所述的耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂是通过以下方法制备而成：

a、所述水性聚氨酯树脂的原料组成为聚碳酸酯二元醇48～55%、异佛尔酮二异氰酸酯15～20%、二月桂酸二丁基锡10～15%、二羟甲基丙酸5～10%和三乙胺5～10%；

b、按照步骤a所述水性聚氨酯树脂的原料组成配制各种原料，首先将配制的聚碳酸酯二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯加入到搅拌反应釜中进行加热，并缓慢搅拌，当温度升至55～60℃时高速搅拌20～25分钟，高速搅拌后以滴定的方式分别加入配制的原料二月桂酸二丁基锡、二羟甲基丙酸和三乙胺，三种原料滴定完后加入水，水的加入量占所有原料总重量的5～10%，并迅速将反应釜内反应溶液的温度降至20～30℃，测试合成的水性聚氨酯树脂的各项性能，达到要求后，包装待用。

6.根据权利要求5所述的耐蒸煮水性复合油墨，其特征在于：步骤b中所述高速搅拌20～25分钟时的搅拌速度为1200～1500转/分。

7.一种权利要求1所述的耐蒸煮水性复合油墨的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

a、按照权利要求1所述耐蒸煮水性复合油墨的配比比例称取各种原料；

b、首先将原料水性聚氨酯树脂总重量的15～20%加入到搅拌反应釜中，然后缓慢加入表面润湿剂、润湿分散剂和0.5～1.0%的消泡剂，采用变频分散机以600～800转/分的速度搅拌分散10～15分钟； 

c、然后将所需颜料缓慢加入搅拌反应釜中，以1200～1500转/分的速度搅拌分散45～50分钟，搅拌分散后采用棒销式研磨机进行研磨，研磨3～4遍，研磨过程中控制温度在35～50℃之间，检查物料达到所需的细度要求；

d、研磨后加入剩余的水性聚氨酯树脂总重量的80～85%和剩余的0.3～0.5%消泡剂，采用变频分散机以1200～1500转/分的速度搅拌分散25～30分钟，加入配制的水调整到所需粘度，并以1200～1500转/分的速度搅拌分散5～10分钟，最后采用400目网过滤包装。