瓦楞纸用水性油墨的研制

崔久鑫

（曲阜师范大学工学院，山东 日照276826）

水性油墨采用水替代有机溶剂，不但消除了易燃易爆的有机溶剂带来的火灾隐患，降低了生产成本，而且符合日益苛刻的环保要求，给劳动者的身心健康提供了保障，近年了得到了长足的发展，在许多领域已经替代了溶剂型油墨和醇溶型油墨[1]，但水性油墨中的溶剂水由于挥发时吸收热量较多，干燥较慢，因此限制了其在高速印刷生产线上的应用，但在印刷面积较小的纸箱承类印材料上，水性油墨仍然具有不可比拟的价格和环境优势，本文接下来介绍水性油墨的制备工艺。

1 实验

1.1 水性油墨的组成

和普通油墨一样，水性油墨也是由色料、连结料、助剂等成分组成，不同的是水性油墨中的色料通常由不溶于水的颜料通过分散剂分散在水性介质中制备而成，连结料通常是水溶性的丙烯酸树脂或水性丙烯酸共聚乳液，助剂主要包括消泡剂、流平剂、成膜助剂，其中消泡剂的主要作用是防止油墨制备和使用过程中产生泡沫，流平剂使印刷后的油墨厚度均匀，光泽一致，成膜助剂主要是使连结料变软，低温下能够形成连续均一的薄膜，成膜助剂在成膜后会挥发，不影响油墨的最终性能。

1.2 仪器及试剂

四口烧瓶，电动搅拌器，球形冷凝管，温度计，滴液漏斗，精密电子天平，0.6 L立式砂磨机，刮板细度计（0-25μm），甲基丙烯酸甲酯(MMA)，丙烯酸丁酯(BA)，丙烯酸(AA)，十二烷基苯磺酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)，壬基酚聚乙烯醚(OP-10)，过硫酸铵，氨水，中和剂AMP-95（2-氨基-2-甲基-1-丙醇），聚丙烯酸钠，十二硫醇，炭黑，流平剂，醇酯十二，碱溶胀型丙烯酸乳液增稠剂，有机硅消泡剂。

1.3 炭黑色浆的制备

用精密电子天平称量所需质量的炭黑，分别加入颜料质量5%的聚丙烯酸钠和颜料质量10%的OP—10及一定量去离子水，放入沙磨机中进行沙磨，每隔一段时间取样用刮板细度计检测，直到细度在5μm左右后放置备用。

1.4 乳液的制备[2-3]

将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸与一定量的去离子水、乳化剂（由十二烷基苯磺酸钠、AES、OP-10按一定比例配制而成）放在三口烧瓶中快速搅拌，乳化30分钟至呈乳白色液体后停止搅拌，放置烧杯中密封备用，再在四口烧瓶中加一定量的水、十二烷基苯磺酸钠、低速搅拌，并均匀升温，待温度升到80℃时加入部分过硫酸铵和20%的预乳化液,进行乳液聚合，至乳液出现蓝光后再保温20分钟，继续滴加剩余引发剂水溶液，同时以恒定速率滴加剩余预乳化液，滴完后继续搅拌并保温30min，再升温到90℃保温30min，降温到40℃左右先用氨水调至中性，再以中和剂调pH值至8.5，用100目滤网过滤得乳液产品。

1.5 水性油墨的制备

依次称量一定质量的自制炭黑色浆、乳液、消泡剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂及去离子水，放入砂磨机中，研磨分散到细度小于5μm，过滤，得水性油墨。

2 结果与讨论

2.1 单体的选择

在乳液聚合过程中，常用的单体有三类，也就是软单体、硬单体和功能单体。软单体能赋予聚合物较低的玻璃化温度，使乳液具有初粘性，常用的软单体有丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸辛酯，本实验采用丙烯酸丁酯为软单体，硬单体又称内聚单体，能赋予聚合物较高的玻璃化温度，硬单体的加入使共聚乳液具有较好的内聚强度和较高的使用温度，硬单体有甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯，丙烯腈等，本实验采用甲基丙烯酸甲酯，功能单体往往具有一定的活性官能团，官能团的引入，能够改善乳液的内聚强度和粘接性能，本实验采用丙烯酸作为功能单体。共聚物的玻璃化温度依据FOX公式进行理论计算（1/Tg=Ma/Ta+Mb/Tb+…）。考虑到实际情况，为确保乳液夏季不发粘，共聚物的玻璃化温度设定在15℃，冬天依靠添加成膜助剂来帮助油墨成膜。

2.2 功能单体的选择

在乳液的配方设计中，选用丙烯酸为功能单体，丙烯酸的用量一般不超过百分之五，丙烯酸用量太少，乳液的透明性和稳定性差，丙烯酸用量多，乳液的耐水性差，而且聚合过程不平稳，容易出现凝胶，综合考虑以上因素，本实验丙烯酸用量为乳液总量的百分之二。

2.3 乳液用量的选择

乳液是水性油墨的连结料，是水性油墨的主要成分，对油墨的光泽、耐水性、附着力等指标起重要作用，在消泡剂用量千分之五，流平剂用量百分之一，色浆用量百分之三的情况下，乳液用量对水性油墨性能的影响见表1。

表1 乳液用量对水性油墨性能的影响

由上表可以看出，随着乳液用量的增加，水性油墨的耐水级别逐渐提高，光泽度逐渐增强，当乳液用量达60%时，各项指标已接近最佳，因此本实验中乳液用量为60%。

2.4 pH值对油墨性能的影响

乳液中丙烯酸中的羧基在碱性条件下变成羧酸负离子，相互排斥使乳胶离子不易靠近，因此水性油墨性能受酸碱度的影响较大，但碱性过大会使油墨气味太大，同时对承印材料纸张有一定的腐蚀性，因此本实验油墨pH值为8.5。

2.5 成膜助剂对油墨性能的影响

共聚乳液的玻璃化温度为15℃，大部分地区的春夏秋温度都能在15℃左右，因此能够保证乳液顺利成膜，但冬季由于气温较低，乳液不易成膜，因此采用添加成膜助剂来解决，成膜助剂在油墨干燥后最终会逸出油墨，因此不会对油墨的耐溶剂性能产生影响，不同成膜助剂用量对成膜性能的影向见表2。

表2 成膜助剂用量对成膜温度的影响

由上表可以看出，随着成膜助剂用量的加大，成膜性能逐渐好转，但用量超过百分之五后，成膜光滑性无明显变化，过量的成膜助剂不但会造成成本升高，而且使油墨的干燥速度变慢，影响生产。综合考虑以上因素，成膜助剂用量为5%。

2.6 增稠剂用量对油墨粘度的影响

丙烯酸乳液自身的粘度为20秒，为使油墨满足不同客户要求，加入碱溶胀型丙烯酸乳液增稠剂调节粘度，在消泡剂用量千分之五，流平剂用量百分之一，色浆用量百分之三，乳液用量为60%情况下，增稠剂的用量对油墨粘度的影响见表3。

表3 增稠剂的用量对油墨粘度的影响

由上表可以看出，随增稠剂用量的加大，油墨粘度变大，用量太大导致油墨流动性变差，不利于印刷，本实验中增稠剂用量为0.2%。

2.7 色浆用量对油墨性能的影响

炭黑色浆的用量直接影响油墨的颜色,在消泡剂用量千分之五，流平剂用量百分之一，增稠剂用量用量0.2%，成膜助剂用量为5%，乳液用量为60%情况下，考察炭黑色浆用量对油墨颜色的影响，具体见表4。

表4 炭黑色浆用量对油墨颜色的影响

由以上表格可以看出，随炭黑色浆用量的加大，水性油墨的颜色越来越接近标样，用量达8%时颜色近似标样。

3 结论

3.1 以自制丙烯酸乳液为连结料，添加碳黑色浆、消泡剂、流平剂、增稠剂、成膜助剂制备的水性油墨的各项指标均符合工业标准，具有较好的市场应用前景。

3.2 水性油墨的最佳配方为：消泡剂千分之五，流平剂1%，增稠剂0.2%，乳液60%，炭黑色浆用量为8%，成膜助剂5%，余量为去离子水。

［1］彭学军,汤奠华,林琳.水溶性丙烯酸树脂及柔性版水性油墨的研究[J].包装工程，2005，26（3）：20-21.

［2］赵景菊，曲丽雯，张晓东.环保型水性上光油的制备及性能[J].武汉工程职业技术学院学报，2009，21（2）：9-12.

［3］王继英,等.水性丙烯酸黏合剂的合成及性能研究[J].中国胶黏剂，2005，14（3）：8-10.