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油墨连接料中丙烯酸树脂的应用

分类号:BJ84

中国包装报/2002年/02月/04日/第007版/

材料

油墨连接料中丙烯酸树脂的应用

严美芳 刘强

油墨是印刷行业的主要耗材之一,也是影响原稿复制效果的主要因素,印刷技术、印刷工艺不断进步,油墨生产者也不断改进油墨的印刷适性。连接料是油墨中的流体组成部分,随着现代化工业的不断发展,新型的油墨连接料不断被采用,从最初的植物油,天然树脂作为连接料的主要成分,到现在的以合成树脂为主,油墨工业已经有了长足的发展。在现有的合成树脂中,丙烯酸树脂最为广泛,在紫外线固化(UV)油墨、电子束固化(EB)油墨、水性油墨等产品中都可以找到它的身影,丙烯酸树脂在上述油墨中的作用及反应机理有所不同,下面分别加以举例阐述。

一、丙烯酸树脂在UV油墨及EB油墨中的应用

UV油墨是指在一定的紫外光照射下从液态转变成固态的油墨。UV油墨适印性广,可以使用胶印、柔印或丝印等印刷方式,在大多数承印物上有良好的印刷性能,并且油墨干燥速度快、有机挥发物(VOC)较少,对环境的影响小,印刷品具有附着牢度强,耐磨性好,光泽高等优点。近年来,UV油墨已广泛应用于平版胶印、丝网印刷、柔性版印刷中,其市场占有率每年都有较高的增长率,其增长幅度远远超过其他类型的印刷油墨。

UV油墨的反应机理是自由基型或阳离子型聚合反应、UV油墨的组成非常重要,配方中的树脂预聚物的结构及官能团的活性决定着整个交联聚合反应的速度。现在UV油墨制造中采用的树脂以丙烯酸酯类树脂居多,丙烯酸类树脂由于其存在不饱和双键“C=C”,这种不饱和性,在紫外线照射下,激活引发剂,从而引发链式反应,聚合成固体树脂,因而被广泛应用于UV油墨的制造中。油墨工业中采用丙烯酸类的树脂主要有环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂等。

环氧丙烯酸酯树脂是由环氧树脂与丙烯酸直接反应制成,具有固化速度快,成膜硬度高,光泽度好等特点。UV油墨采用环氧丙烯酸酯树脂可以获得较快的产品固化速度。

另外现在还有一种环氧丙烯酸酯树脂是由环氧大豆油和环氧亚麻油等与丙烯酸反应得到的环氧化油丙烯酸酯树脂,它具有粘度低,流动性好,颜料润湿分散性好等特点,但固化速度慢,成膜较软,在UV油墨中一般只作为辅助树脂使用。

聚酯丙烯酸酯树脂是由聚酯多元醇与丙烯酸直接酯化脱水而得,对质材的附着力较好。在UV油墨中得到较多应用。当分子量低时则可以作为稀释剂使用,高分子量的可作为主体树脂,但聚酯丙烯酸酯树脂粘度较高,如果用脂肪酸进行改性则既可以降低树脂的粘性,又能提高对颜料的润湿分散性。

聚氨酯丙烯酸酯树脂是由多元酸与二异氨酸酯和丙烯酸乙酯缩合反应而得到。聚氨酯丙

烯酸酯树脂的分子量可以调节,固化速度亦可以调节,以适合UV油墨不同的印刷要求。在聚氨酯丙烯酸酯树脂的分子结构中有较强的氨酯键,因此对塑料、金属和木器都具有较高的附着力,但聚氨酯内烯酸酯树脂的成本较高。并且温度会对粘度产生一定的影响,其在常温下多为固体,使用时要和反应性稀释剂配合使用。

下面将结合一个UV油墨的具体配方,介绍一下UV油墨的固化机理。

单张纸平版胶印UV油墨配方举例:

UV油墨的干燥机理是油墨在紫外线的作用下,光引发剂被激发,产生游离基或离子,这些游基或离子与羟聚物以及单体中不饱和键起反应,形成单体基团,然后这些单体基团进行连锁反应,完成固化过程。

反应过程中,分子式中的双键断开进行聚合反应,生成聚合高分子树脂。四甘醇二丙烯酸酯作为活性稀释剂应用于油墨,主要起调节油墨粘度的作用,以对丙烯酸类树脂的印刷适性进行调节。

EB油墨与UV油墨均为反应型油墨,干燥机理大体相同。在UV油墨中依靠紫外线激发带光量子的光敏剂,并活化聚合物,引发树脂及单体中的双键聚合反应。EB油墨依靠高能电子束直接轰击树脂预聚物,引起树脂及单体中的双键聚合反应。在EB油墨中采用的树脂预聚物、单体与紫外线固化油墨的要求及反应机理大体相同,这里就不再详细阐述。

二、丙烯酸树脂在水性油墨中的应用

丙烯酸类树脂不仅应用于UV油墨和EB油墨中,而且广泛应用于水性油墨。水性油墨(waterbasedink)作为一种环保型油墨,以其印刷过程中有机挥发物(VO C)少、不损害印刷操作人员的健康、对环境影响小等特点,在全球范围内日益受到包装印刷界的青睐,并开始向报刊印刷业扩展。

水性油墨是指以水代替有机溶剂的一类液体油墨,组分主要由着色剂、水性树脂、碱组分、溶剂和添加剂等组成。碱组分为有机胺或氨水,溶剂为水和少量的醇类,添加剂包括消泡剂、分散剂和蜡等。水性树脂是水性油墨的重要成分,直接影响油墨的附着性能、干燥速度,防粘脏性能及耐热性等,同时也影响光泽及油墨转移性能。因此选择适合的树脂是水性油墨的关键,其必须具备易形成水溶盐、与着色剂亲和性好、印刷成膜后附着牢度高、耐磨、抗划伤、耐热性能好,光泽度高,并且要求印刷干燥时,水的释放性好、易交联成膜等性能。现在常用的连接料可分为水溶性连接料、扩散性连接料、碱溶性连接料三大类。连接料中采用的树脂主要有丙烯酸类、聚酰胺类、聚酯类等几种,但常用的是丙烯酸类。丙烯酸树脂是高效的润湿剂和研磨剂,有助于分散与着色、光泽好,可减少颜料用量,有利于环保。

按照在水性油墨中的实际应用,丙烯酸树脂可分为两类:溶液型、乳液型。两类相比,前者比后者更具配伍性及稳定性。

溶液型丙烯酸树脂分子量通常在5000—10000MW,它不具备乳液状态的特性,而是有较好的溶解性和光泽性,作为颜料的载体和分散体具有良好的润湿性。然而它的弱点是干燥慢、连续成膜性差,因此一般不单独使用,而是与其他乳液并用。

乳液型丙烯酸树脂,品种很多,但因组成不同形成的乳液粒子状态亦不同,理化性能各

异,通常有胶态分散体和结膜性乳液两种。

胶态分散体,多是丙烯酸与苯乙烯的共聚物,分子量在15000-40000MW之间,由于粒子个数少于乳液的要求极限,故不是真正的乳液,但具粒度大,可加大量的水稀释。这种乳液一般用于瓦楞纸箱的印墨中。

结膜性乳液,由于分子量较高,所以耐油抗水性好,光泽性也好。它在非吸收性承印材料上有较好的附着性,并且玻璃化温度低,成膜性、耐抗性好,广泛用于薄膜、金属箔等不能渗透干燥的承印材料印刷上。

下面将结合一参考配方加以阐述:

水基油墨的干燥主要是挥发型干燥和渗透型干燥,其干燥的机理是连接料中的主体树脂丙烯酸树脂中含有羧基(-COOH),加入一定量的胺基(-NH 2)碱性物质后,胺基与树脂中的羧基反应形成可溶于水的有机胺盐。

在油墨干燥的过程中,氨挥发后使油墨中的树脂恢复成了不溶于水的墨膜,从而完成了油墨的干燥固化。在上述配方中氨的用量需要严格控制,油墨的PH值一般控制在9左右。

三、丙烯酸树脂在油墨工业中应用的现状及前景

各类高速、高效的印刷机械的引入,以及出版、包装行业对印刷品质量的要求越来越高,迫切要求我国油墨工业可以提供与之相配套的油墨,这些都推动着我国油墨工业技术的不断发展。与先进国家相比,我国油墨生产无论在油墨的产量还是在油墨的品种和质量方面,都存在着较大的差距。对于UV油墨、EB油墨及水性油墨的主要原材料丙烯酸树脂国内已有厂家生产,但在品质方面仍存在着一定的差距,造成UV油墨、EB油墨及水性油墨采用的丙烯酸树脂主要依赖进口。原材料国产化的问题迟迟不能解决,进而影响到UV油墨、EB 油墨及水性油墨的生产成本及使用价格。

值得注意的是国内的大型石化企业已经注意到丙烯酸树脂市场的巨大潜力,2000年中国石化股份公司与世界上最大的丙烯酸及酯生产和销售商──德国的巴斯夫公司签订合资经营合同。预计2004年投产的扬子—巴斯夫石化基地,将年产21.5万吨丙烯酸丁酯或辛酯,16万吨丙烯酸。

相信,随着我国石化企业和油墨企业的共同努力,我国的UV油墨、ER油墨及水性油墨等优质、环保的油墨产品一定可以获得不断的发展,以满足我国对高效、环保油墨的需求。