水性油墨(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:辛秀兰 编著

出版社:化学工业出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

水性油墨

水性油墨试读:

第二版前言

本书第一版2005年出版至今,已经过去了6年,国内水性油墨在经过6年的发展之后出现了可喜的现象,一是有两个水性油墨公司上市;二是国内涌现出许多高等院校和科研人员研究水性油墨,开发出许多新型水性油墨;三是国家发布了有关水性油墨标准——水性烟包凹印油墨和水性薄膜凹印复合油墨,制定出水性油墨产品的环保标志标准和许多有关水性油墨的行业标准;四是国内水性油墨生产企业的数量在大幅增长,水性油墨的生产量极大提高。随着大家环保意识的提高,水性油墨已广泛用于墙纸印刷,计算机技术和数字印刷的发展,出现了水基喷墨油墨用量极大增长,食品安全的关注,导致对食品包装及其用墨有新的认识。2010年6月初新闻出版署召集了上海和北京7家出版单位及10多家印刷企业首次采用水性油墨和柔印工艺印刷了2010年中小学秋季教材,共印制100个品种,1400万多册,覆盖20余省(区、市),这是一个很好的开端。虽然水性油墨印制成本高于传统的胶印油墨,但其环保优势很明显,而且随着各方面技术的进步,相信在不久的将来水性油墨用于书刊印刷将具有成本和环保两大优势。上述种种原因促成对水性油墨第一版进行修订,去掉了和水性油墨相关性不大的一些内容,增加了市场需求和具有发展前景的水性油墨种类的介绍,并从生产设备和理论方面进行了加深。

关于水性油墨和水基油墨的讨论近年来也一直不断,作者认为水性油墨定义为“以水为溶剂或者是分散介质的油墨”;水基油墨定义为“可以用水稀释的油墨”,这样的话,本书的名字还是叫水性油墨为好。本书第一版更偏重知识的介绍,第二版的不同之处是在油墨原材料及油墨生产中增加了制造工艺和设计内容,这也是作者在这十多年当中根据自己经验和参考大量文献总结出来的一些内容。第二版还增加了两章内容,第10章特种印刷水性油墨,在这章重点介绍了水性喷墨油墨、数字印刷用水性油墨、水性墙纸印刷油墨和防伪水性油墨及水性光油。第11章水性油墨环保问题,在这章中系统分析了水性油墨配方和生产的环保问题,并给出水性油墨废水处理的方法。其他章节的内容也有补充和修订。

感谢我的研究生张黎明、姜威、高玉李、魏亚娜等在资料搜集和打印工作方面提供的帮助;感谢第一版的合作者金琼花提供的基本素材;感谢油墨协会和中国油墨标委会提供的实践机会;感谢北京市组织部和国家自然科学基金委给予的经费支持,也感谢读者在使用本书第一版过程中提出的宝贵意见。

受作者学识所限,书中难免有不足之处,敬请广大读者指出。

编著者

2011年12月

第一版前言

近年来,随着环保要求的不断提高,在包装印刷和商业印刷等方面已逐渐增加了许多卫生、环保方面的要求和制约条件。在这种大趋势下,努力开发无公害污染的“绿色”印刷材料水性油墨,将会取得良好的经济效益和社会效益。

水性油墨也叫水基油墨,是以水为溶剂或分散介质的油墨。水性油墨能降低火灾隐患、减少对大气的污染和使印刷室内的环境保持清洁,因此,大力研制和开发这类油墨具有重要的意义。在欧美国家的新闻报业印刷和包装装潢印刷中,水性柔性版油墨已成为平版印刷油墨的主要竞争对手。我国在低档水性油墨方面已经达到一定水平,并在纸箱印刷上得到广泛应用,但在中高档水性油墨上研发缺乏后劲。在国际大环境下,为了使我国在水性油墨的应用和研发方面也走在前面,对水性油墨的物理化学性质有一个全面了解,特编写此书。

水性油墨包括有版印刷水性油墨和无版印刷水性油墨,因时间关系本书只介绍了有版印刷水性油墨的制造原理和工艺。本书第一章重点介绍水性油墨与溶剂型油墨之间的区别和联系;第二章对影响水性油墨基本性质的主要成分——连接料的组成和制造进行了着重介绍;第三章重点介绍了适于水性油墨用颜料的品种和应用特性;第四章介绍了水性油墨中经常使用的助剂,第五章和第六章分别介绍了水性油墨生产原理和制造工艺;第七章和经八章分别介绍水性柔版油墨、水性凹版油墨配方设计原则和应用中出现的问题;第九章对水性网版油墨的配方设计原则进行简单介绍,第十章介绍了水性油墨的常用检测方法。

本书共分十一章,其中第四章为金琼花编写,其余均为辛秀兰编著。在编著过程中,刘云、王永刚、张奇、由雪峰等人在资料收集和打印方面给予了大量帮助,在此深表谢意。

本人才疏学浅,一定有不足之处,敬请广大读者指出。

2005年2月10日

第1章 导论

随着工业化的发展,人们在改善生产、生活条件的同时,也在对我们赖以生存的地球环境造成破坏和污染。无论是发达国家还是发展中国家,都不同程度地受到环境问题的威胁。整个地球也面临着诸如使得全球变暖的温室效应、大气臭氧层空洞、水污染及沙漠化等各种问题。正是基于这种对环境保护的重要性及迫切性的认识,西欧、北美等发达国家在20世纪70年代开始开展了环境治理及环境保护的全民性活动。政府环保、立法部门迅速制定各种切实可行的法律,分阶段实施。工业部门也积极响应,制定分阶段达标计划。在美国,为了控制有机溶剂挥发到空气中而制定洛杉矶66号法令,这个法令的制定限制了某些光化学活性溶剂的使用,因为它们有产生“烟雾”的趋向(图1-1)。这种“烟雾”发生的条件很可能产生像在洛杉矶这样的气候、环境、工业的和交通密集而可能产生较差的环境。在这种背景下,使用溶剂墨的印刷行业也面临着新的选择。用于包装、报纸、杂志印刷的溶剂性油墨不少是以苯、甲苯、二甲苯之类的芳香族化合物为溶剂的,溶剂挥发后,不但对空气造成污染,又是致癌物质。目前使用这类溶剂的行业通常有两种选择:一种是安装溶剂回收装置,将印刷过程中挥发出的苯类溶剂予以回收,然后或进行焚烧,或采用更具创造性的以VOCs为食的微生物或细菌处理体系;另一种方法是采用对环境污染程度低、毒性小的溶剂来取代芳香类溶剂。前者所使用的回收设备投资大,操作费用也不低。后一种是对油墨生产配方的调整和改进。较早取代苯类溶剂的是醇类,通常称为醇溶性墨,但这类溶剂仍属于VOCs之列。随着环保要求的进一步提高,市场对非有机溶剂油墨的需求在增长,水性油墨的开发和应用正是顺应这一发展要求。水性油墨能降低火灾隐患、减少对大气的污染和使印刷室内的环境保持清洁。同时20世纪70年代开始的水性树脂和乳液的开发应用也大大地推进了水墨技术发展进程。随着原料生产、油墨制造、纸张制造、印刷机的设计、干燥和印刷装备的制造等各方面的相关协作,水性油墨的应用已越来越广泛。图1-1 大气污染的几种影响因素

1.1 水性油墨发展历程

水性油墨简称为水墨,是以水为溶剂制成的油墨,理论上应该是配方中的溶剂100%是水才能定义为水性油墨。到目前为止,各国对水性油墨的定义并不统一,基本标准是溶剂中的70%为水,就可以称为水性油墨。水性油墨是古老的而又新兴的油墨。据史书记载,我国早在公元220~420年间就发明了水性油墨,这种油墨只适用于纸制品和木制品的印刷。17~18世纪随着印刷技术和石油化工的发展,早期的水性油墨已不适应金属制品和非吸收材料的印刷,因此出现了油性和溶剂型油墨,水性油墨几乎无人问津。到了20世纪70年代,随着环境保护意识增强和水性树脂新品种的开发,水性油墨重新受到重视,使用面逐渐扩大,到如今水性油墨因具有的独特优势已成为目前最具发展前景的油墨品种。图1-2给出了不同类型油墨的发展历程,溶剂基油墨已进入成熟期并开始向衰退期过渡,而水性油墨正处于成长期,发展速度很快,品种质量日趋完善,极有可能完全取代其他油墨并占领印刷市场。图1-2 印刷油墨的发展历程

1.2 国内外水性油墨的发展现状

1.2.1 国外现状

水性连接料用树脂的设计和开发是水性油墨发展的关键技术。早在20世纪60年代,由于环保的要求和石油原材料的紧张,一些发达国家逐渐限制使用石油产品制造印刷油墨。于是,人们开始着手研究非有机溶剂型油墨,使得水墨研究取得了较大的进展。最初的水墨主要使用糊精、虫胶、酪素、木质酸钠等天然树脂作为连接料,制备的水性油墨主要用于低档产品的印刷,存在光泽度差、耐水性不佳、附着力差、易起泡、存放稳定性差等缺点。

到了20世纪70年代,由于石油危机,导致油墨用原材料再度紧张,同时各发达国家立法控制大气质量,限制有机挥发物排放量,对食品、饮料、药品的包装印刷品中重金属含量、残留溶剂等进行限制。此后各国研发人员继续深入研究,制备出了以溶液型苯乙烯-丙烯酸共聚树脂为连接料的第二代水性油墨,该产品弥补了第一代水性油墨耐水性和存放稳定性差的不足,但是在光泽度和印刷适性方面与溶剂型油墨仍有差距。为此,油墨研发人员在第二代水性油墨的基础上,引进丙烯酸类单体与苯乙烯聚合,研制出一种具有核壳结构和网状结构的聚合物乳液树脂。该系列树脂大大改善了油墨的光泽度和干燥性,促进了水性油墨的发展,使水性油墨不断拓宽与溶剂型油墨的竞争领域,从而进入了一个新的发展时期。

水性油墨的发展,对印刷业的许多领域产生了重大影响,目前水性油墨主要的应用在以食品、药品包装印刷为主的柔性版印刷和凹版印刷。英国在2003年6月立法,禁止用溶剂型油墨印刷包装食品用薄膜;在美国,95%的柔版印刷品和80%的凹版印刷品采用了水性油墨;在日本,70%的柔性版印刷用于瓦楞纸箱行业,其中已有95%业务使用水性油墨。

1.2.2 国内现状

我国近代水性油墨的发展首先是从网印用水性油墨开始的,是利用一些水溶性淀粉、骨胶之类的天然高分子物质作为连接料,与颜料研磨得到水性油墨,人们习惯称之为皮浆,用之进行丝网印刷。到了20世纪70年代末期,一些大型国有包装企业,如天津油墨厂对水基凹印纸张油墨进行了研制,利用松香-马来酸酐改性树脂制备的连接料开发出第二代水性油墨产品,但该类油墨只能印制低档产品。第三代水性油墨是由国外直接引进的。第四代水性油墨产品是使用自主开发的丙烯酸树脂或进口丙烯酸树脂制备而成。目前我国的水性油墨制备技术与之前相比已成熟了许多,研发出适合高速、层次版印刷水性油墨,满足高档纸箱印刷的要求。第四代水性油墨产品成本低,质量也不逊色于进口产品。

随着国外柔性版印刷技术的不断进步并日趋完善,近年来国内的印刷包装界和新闻界对柔性版印刷及水性油墨有了新的认识和需求。先进柔印设备的引进,推进了高档水墨的开发应用。根据连接料构成的不同,我国目前生产的水性油墨主要有以下三类。

第一类是以顺酐改性松香树脂液为连接料,此类水墨适合大实地印刷,缺点是墨层的耐水性差,干燥速度慢,从而导致印刷速度降低,优点是经济实惠。

第二类是以顺酐改性松香树脂液和丙烯酸乳液为连接料,此类水性油墨干燥速度比第一类显著加快,能进行精度要求不高的网点印刷。

第三类水墨完全采用丙烯酸类树脂作连接料,适合精细网点、高精度的印刷,墨膜耐水性好、光泽度高、能满足客户各种印刷要求,利润空间相对较高。

从欧美发达国家水性油墨发展历程看,国家环保政策和标准对水性油墨的发展起到了推波助澜的作用。为了和世界水性油墨技术和市场接轨,规范国内水性油墨市场,我国已开始进行水性油墨的质量标准和环保标准的制定工作。

水性油墨产品及应用属环保范畴,2007年前,我国水性油墨产品一直没有国家和行业标准,水性油墨生产企业多是通过实施ISO 9000质量管理体系和ISO14000环境管理体系对生产过程和产品质量进行监管。2007年5月《QB/T 2825—2006柔性版水性油墨》正式实施,对柔性版水性油墨质量提出了具体要求;同年国家环境保护部发布《HJ/T 371—2007环境标志产品技术要求 凹印油墨和柔印油墨》;2008年2月1日,我国第一个与国际接轨的环保油墨产品标准《HJ/T 371—2007环境标志产品技术要求 凹印油墨和柔印油墨》正式实施,对油墨产品中各种有害物质及VOC等都做了严格的界定,水性油墨有了第三方认证的环境标志产品标准。国家标准管理化委员会于2011年9月11日开始实施了有关水性油墨的“水性烟包凹印油墨”和“水性薄膜凹印复合油墨”等标准,另外,全国颜色标委会正在制定有关“水基油墨颜色的表示方法”的标准,目前正处在征求意见阶段。这些标准的制定和实施将使我国水性油墨产品的质量得到规范并进一步和世界接轨。

近年来,“绿色印刷”已得到政府和社会的高度重视,在软包装印刷方面,水性油墨用量已达到35%,排在其他印刷油墨之首,烟包、酒包、药包、化妆品包装及儿童玩具包装都已经或准备采用水性油墨柔性版印刷,且比重将逐步增大。因此大力研发、生产高档次的适合纸包装柔印的水性油墨已是当务之急,有十分广阔的市场前景。因国内水墨质量达不到印刷厂高档印刷的需求,而进口油墨价格很贵,引进柔印机的厂家都在寻找进口油墨的替代品。因此,研制高质量的水基柔版油墨具有重要的应用价值。

1.3 水性油墨概述

1.3.1 水性油墨的环保优势及应用

水性油墨(简称水墨),是以水为主要溶剂,由水性高分子化合物形成的水基连接料与颜料、表面活性剂及相关助剂经复配研磨加工而成的一种印刷油墨。

水性油墨以水为主要溶剂,几乎无挥发性有机气体(VOC)排放,对大气无污染;水是最便宜的溶剂,故水性油墨的制造成本低于任何种类印刷油墨,具有成本低廉的优势;水性油墨印刷能够减少甚至杜绝印刷品中的有机残留物,保证了使用者的卫生安全;水性油墨的制造过程环境安全,保障操作人员的身体健康,水性油墨可减少资源消耗(如石油),降低环保成本。

水性油墨目前最主要的应用领域是包装装潢印刷,其中食品包装、烟酒包装、儿童玩具包装等占有相当大的比重;印刷方式以柔性版印刷与凹版印刷为主。以美国为例,95%的柔性版印刷品和80%的凹版印刷品采用水性油墨。我国印刷业“十二五”规划中已明确将水[2]性油墨及相关材料列为发展重点和要解决的重大课题。且随着人们环境保护意识的提高,对“绿色”印刷材料的需求将越来越高涨。

1.3.2 水性油墨的组成

水性油墨由树脂(水溶性树脂、胶态分散体、乳液聚合物)、水、胺类(主要为氨水)、颜料(有机颜料、无机颜料)及助剂组成。树脂、水与胺类共同构成了油墨的骨架——连接料。也有人把组成水型油墨的组分按主剂和助剂进行分类。主剂包括连接料和色料,而连接料根据溶解性能不同又可以分为水溶性连接料、碱溶性连接料和水分散连接料,如图1-3所示。图1-3 水性油墨的组成

树脂是连接料的主要成分,也是水性油墨的最重要成分。目前水性油墨用树脂主要是胶态分散体和乳液聚合物。胶态分散体的主要作用是帮助颜料分散,而乳液聚合物主要用于增加水性油墨的干燥性。胶态分散体有碱可溶型、酸可溶型及非离子型三种树脂。碱可溶型树脂用于制造水性油墨效果最好,特别是碱可溶的丙烯酸树脂以其多样性和良好的理化性能,已成为水性油墨连接料的最佳首选。而乳液聚合物可赋予墨膜较高强度,但在转移性、版上稳定性、流动性、光泽度等方面略差于水溶性树脂及胶态分散体,因此有必要与其他树脂并用以弥补这些缺陷。

原则上讲,水性油墨以水作溶剂,但在实际生产过程中,都要加入少量的醇类,以利于树脂溶解,给予墨性,所以醇也叫助溶剂。在颜料分散过程中醇的加入有利于提高颜料的分散性能,并有加速润湿、抑制起泡等作用;醇的加入还可以调节连接料黏度及干燥速度等印刷适性。

用于水性油墨的颜料有其特殊要求,除具有颜料共性以外,还必须能在强极性体系中很好地被湿润,分散且贮存稳定,在碱性体系中不会产生某些反应,而引起性质上发生变化。

水性油墨所用助剂主要有消泡剂、防腐剂、抗磨剂、分散剂、慢干剂和pH值稳定剂等。消泡剂是水性油墨制造中必加的一种助剂。在水性油墨制造及印刷过程中,当水性油墨黏度过高、pH值偏低、印刷速度较快和印刷技术人员加水过多时,都容易产生气泡。科学使用分散剂、防腐剂、流平剂、增滑剂和交联剂等助剂可改善水性油墨的弱点,提高水性油墨的性能。

1.3.3 水性油墨生产工艺流程

水性油墨的生产工艺主要有以下8个步骤。

连接料制备→过滤水性成品配料→混合预分散→砂磨→检验→调质→检验→包装。

1.3.4 影响水性油墨墨性的主要因素

评估水性油墨的性能主要依据水性油墨的印刷适性,影响水性油墨印刷适性的决定因素是油墨细度、黏度和酸度(即pH值)。细度是油墨中颜料颗粒的大小及其在连接料中的分散程度。细度影响着油墨的着色力、色相及油墨的流变性。黏度是油墨的稠性,是表现水性油墨流动性的一种指标。黏度过大会造成油墨的流动性差、干燥慢;黏度适当则其流动性好、干燥快、墨层薄、用墨少。且黏度受pH值的制约。油墨酸度一方面决定了水性油墨连接料的溶解性,另一方面影响水性油墨的黏度。水性油墨的pH值在8.2~9.0的使用性能最佳。而对油墨细度、黏度和酸度起主要作用的是油墨的连接料组分、颜料和助剂。

连接料是颜料的载体,其组分和性能对颜料的润湿、分散、流平有明显影响,并决定着油墨的黏度、光泽度、附着力、干燥性及印刷适性;连接料的黏度与连接料的pH值、所用树脂结构和分子量及固含量大小有关。目前水性油墨连接料通常使用水溶性丙烯酸树脂。它所具有的光泽度、耐候性、耐热性、耐水性、耐化学腐蚀性等性能均优于其他树脂。为了达到某种目的,也可几种连接料并混使用,但要兼顾其对油墨其他性能的影响。

颜料赋予油墨颜色特征,以满足印刷对颜色的要求。水性油墨用有机或无机颜料都要经过表面处理,水性油墨用颜料颗粒度要求在10~25μm,其次,颜料必须耐碱性(pH值在8.0~9.5)。为提高颜料在水性连接料中的稳定性,一般要采用添加表面活性剂来增加树脂和水的亲和力及颜料与水溶性连接料的亲和力。

助剂用于调整油墨适性,但用量不当将影响油墨的性能。如适量的润湿分散剂可降低水性油墨细度和黏度,提高水性油墨的干燥性;助溶剂能够降低水性体系的表面张力进而降低水性油墨的黏度;氨化试剂种类和用量对水性油墨体系黏度的变化及稳定性起重要的作用,同时影响水性油墨pH值变化。以氨水作氨化剂时,由于其挥发性大,水性油墨干燥快,但容易导致印刷过程中水性油墨pH值的降低,进而导致黏度的增大;若使用有机胺作氨化试剂,由于其比氨气挥发慢,pH值变化比较小,黏度较稳定,但存在干燥速度慢,成膜后耐水性差的问题。

1.4 水性油墨与传统溶剂油墨的差异

油墨是一种均匀的分散体系,要求其中的各个组分具有一定的相溶性。对于水性油墨来说就是要求连接料、颜料和水之间的表面张力尽可能接近,这样才有可能使三者成为一个稳定的胶态体系。在这三个组分中,因为水是主要组分,而且其表面张力较大,所以降低水的表面张力是首要问题;其次可以对树脂进行改性,增大其表面张力。经过近30年的研究,人们已经得到了有关水性油墨组成的经验规律,并制备出性能可与传统溶剂油墨相媲美的水性油墨。但是由于水和有机溶剂性质不同,因此二种油墨存在以下差异。

1.4.1 制造过程差异

水性油墨与传统溶剂基油墨的组成和制造过程如图1-4所示,二者的制造过程没有明显差别。在传统有机溶剂基油墨中,有机溶剂的作用是溶解或分散树脂或颜料,在水性油墨中,水是溶剂,其作用也是分散树脂和颜料,但是要借助助溶剂胺才能完成这个过程。图1-4 水性油墨与溶剂油墨的区别

1.4.2 水的特性

与有机溶剂相比,水有明显不同的性质。(1)水在0℃结冰,根据这一规律,水性油墨应保存在凝固点以上。并且应随时检查油墨的技术性能(稳定性、使用性、表面特性)是否因凝固而变化。(2)水的沸点是100℃,因而水的挥发性比一般溶剂低得多。为了使油墨在表面形成好的膜层,应该在水性油墨中加入辅助溶剂和成膜助剂。(3)水的表面张力明显比有机溶剂高,为了使颜料和印品表面具有较好的浸润性,应该使用表面张力大的树脂和加入助剂降低水的表面张力。(4)与有机溶剂相比,水的汽化热较高。因此水性油墨印品的干燥需要更多的能量和需要更长的时间。(5)水具有不燃性。因而水性油墨有利于储存和运输,使用时接触安全性高。(6)水具有与有机溶剂完全不同的溶解度,同时水的偶极矩和介电常数与有机溶剂不同。水有明显的极性,能形成强氢键。因此,水和树脂之间的相互作用在性质和强度方面都与有机溶剂油墨不同,应该选择极性与水接近的树脂,同时应考虑和颜料之间的极性匹配。(7)水的电导率和热导率与有机溶剂有明显差别,所以在设计水性静电喷涂油墨时应考虑水的非绝缘性。

水与有机溶剂的性能比较见表1-1。

由于水与有机溶剂的差别,导致水性油墨与有机溶剂油墨控制耐性和复溶性方法不同。任何印刷版在印刷过程中形成的膜必须易溶解在液体油墨中,还要提供印刷停机后再起动印刷时不出现故障。使用有机溶剂油墨印刷时版上形成的膜易溶解在液体油墨中。但是在使用水性油墨进行印刷时,必须考虑印刷过程的复溶性,同时还要考虑油墨在基质上完全固化时对耐水没有损失,这就需要进行大量实验以得到一个较好配方。

1.4.3 印刷适性的差异

水性油墨在印刷适性上不如溶剂型油墨。就目前的技术,在承印物上水性油墨的适性要比溶剂型油墨差。表1-1 水与有机溶剂的性能比较

有人研究了增加挥发性溶剂(VOC)能提高溶剂型油墨的适性。通过用水性油墨、溶剂型油墨在六种承印物——PET(聚对苯二甲酸乙醇酯)、EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、玻璃纸和镀金属聚酯薄膜上的印刷,并进行了以下测试:黏附性、印版测试、萨瑟兰摩擦、冷水浸泡、冰皱和湿摩擦。

开始用溶剂型油墨在承印物上测试油墨的印刷适性。然后用溶剂型油墨在承印物上测试的印刷适性作为不同种水性油墨的比较基准。

(1)过程

溶剂型油墨在印刷机上用适量的溶剂稀释到合适的黏度。当得到印刷黏度,要用指定的模式对指定的5种材料进行印刷。水性油墨的印刷稀释有3种不同方法:

① 水。

② 75/25(水/溶剂)。

③ 50/50(水/溶剂)。

对这5种指定的材料用给定的模式进行印刷。

对溶剂型油墨的印刷测试和对水性油墨的3种不同稀释方式的测试。结果列在图1-5~图1-10中。测试结果的等级表示为:0为差;5为一般;10为优秀。对这两种油墨进行整体、平均的分析,再经过制表就可得到这样的数据图。这种方法消除了在油墨设计过程中所遇到的一些差异。

(2)结果总结

用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)作承印物(图1-5)。在所有的印刷指标中,水/溶剂的比例为75/25的稀释方式有很高的性能值,能非常接近于溶剂型油墨的基准。图1-5 水性油墨在PET作为承印物的指标图示不同的测试(如:湿摩擦)表明不同的方面,油墨稀释方式(如:75/25)表示在柱标下,表面张力的单位在柱标上给出

用EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)作承印物(图1-6)。所有的印刷指标在水/溶剂的比例为50/50时可以达到。尽管在EVA上这些指标要比溶剂型油墨低,但仍然产生很好的效果。

用LDPE(低密度聚乙烯)作承印物(图1-7)。结果和图中的相一致,在冷水浸泡、萨瑟兰摩擦比例为75/25的表现较好。在其他测试中比例50/50的表现的较好。

用HDPE(高密度聚乙烯)作承印物(图1-8)。结果表明,尽管在比例为75/25时的湿摩擦测试较好,然而在比例为50/50时,所有的指标都是很好的。

用玻璃纸作承印物(图1-9)。结果和应用情况相一致的,所有的指标在比例为75/25时具有满意的效果。

用镀金属聚酯薄膜作承印物(图1-10)。在这种承印物上比例为75/25表现出非常好的效果,甚至在某些方面超过了溶剂型油墨的基准指标。

所有的指标结果都被总结在图1-11中。毫无疑问,在水性油墨中添加少量的乙醇是能提高油墨在差不多所有承印物上的印刷适性的。值得注意的是这不是线形关系,指标的增加并不是适用于所有的承印物。由此,我们在设计油墨配方时可根据不同的用途和市场需求增加挥发性溶剂(VOC)的含量。图1-6 水性油墨在EVA作为承印物的指标图示其他见图1-5图1-7 水性油墨在LDPE作为承印物的指标图示其他见图1-5图1-8 水性油墨在HDPE作为承印物的指标图示其他见图1-5图1-9 水性油墨在玻璃纸作为承印物的指标图示其他见图1-5图1-10 水性油墨在镀金属聚酯薄膜作为承印物的指标图示图1-11 油墨的四种稀释方式在六种承印物上印刷指标的平均值综合示意图

1.5 水性油墨体系的配方和设计

1.5.1 设计水性油墨要注意的因素

最初设计油墨配方时应考虑的几个因素。

(1)印刷机

典型因素包括:

① 机器工作速度如何。

② 是凹版还是凸版。

③ 辊筒的构造。

④ 印刷时的干燥能力。

⑤ 是并辊式还是内置刮墨式。

⑥ 周围环境因素的变化。

⑦怎样使操作工熟练掌握操作?对一种复杂高档油墨来说专家指导是必需的。

这些问题都是油墨设计者在进行油墨生产时所要考虑的。

(2)承印物

典型因素包括:

① 是吸收性的还是非吸收性的(胶片、金属片、纸张或纸板)。-2

② 表面张力。一般承印物的表面张力大约是3.8×10N/m。

③ 物质化学组成部分(LDPE、HDPE、EVE)。

④ 对印刷原料的要求。

⑤ 对印刷原料回收利用。

对这些最初问题的进行考虑后,然后就开始油墨设计的第一步。

(3)油墨

油墨生产可主要分为三个步骤:

① 设计 所有的变量和最后使用要求确定后,对印刷操作参数的分析和对承印物进行估计,然后进行综合考虑。

② 配方 原料要经过精心的挑选,然后经过认真的配方实验确定其变量,环境因素也一定要考虑进去。

③ 生产 少量的油墨可在实验室中生产、评估,然后用实验设备对其进行扩大生产时的再设计,对其印刷适性进行检测一般可得到油墨设计中的不足数据,记下数据再设计。

在设计水性油墨的配方过程中要尽可能地使多数的变量简化,只考虑油墨的四个基本组成,即聚合物、颜料、挥发物(水、有机溶剂)和助剂(消泡剂、分散剂等)。

这些组分的相互联系在图1-12中给出。对不同种类油墨的原料的关系,如基础油墨体系、浓油墨体系、标准油墨体系、校对油墨体系和清漆或抛光体系在图1-13中给出。

事实上所有的油墨体系的组成部分都可被列在一个大的类别表中。很幸运的是数百种原料可以从每一个种类中选择,这就给油墨设计者有很大的空间来根据产品最终的应用要求去选择原料(组合化学法选择)。

1.5.2 配方

我们在对以上重要变量考虑的同时也要理解碱性油墨、浓油墨和添加剂的理化参数,这样基本的配方就可以设计出来。对油墨设计者来说一个很重要的考虑因素就是“KIS”(保持简单)因素。首先,要解决的难题可能是出现在产品上也可能出现在印刷机上。常常多种助剂(如:消泡剂、表面活性剂等)的加入能解决一个问题但又产生另一个问题。经验证明:最简单的油墨配方具有最好的性能。图1-13 原料和不同种油墨相互关系的流程图

其次,油墨生产管理人员也不喜欢在油墨配方中存在很多种成分。但假如这多种原料成分的使用是合理有效的,那么使用也是必要的。不管怎样,好的配方是我们所必须要强调的,在生产和印刷中通常是用最简单的一种。

技术人员要努力解决的难题就是对不同性质聚合物的利用和制备。在这本书中我们必须要注意的是水溶性聚合物和乳液聚合物的区别。最基本的乳液是有机聚合物的聚合体分散在无机介质中。在某些情况下这两种物态截然不同的性质就会产生对颜料或承印物不润湿现象。水溶性聚合物具有很好的润湿现象。

水溶性聚合物通常是高黏度、低固含量。乳液聚合物通常是低黏度、高固含量。水溶性聚合物的分子量比乳液聚合物的要小,在做配方时这个不同是很重要的。很多用水溶性和乳液聚合物进行复配得到的比它们各自都要好的效果。这就是通常所说的强化乳液方法。在做水性配方时,特别是在非吸收性承印物、机制有光纸或机制加工纸上,强化乳液能使油墨在对承印物的着墨和转移起很好作用。用普通配方来检测添加剂就像在主要配方列表中例证的一样。这种配方并不适合碱性、浓油墨体系中。

在设计水性油墨时要克服的最大的难题就是设计者要对原料的固有性质进行了解,这就是触变性。乳液具有触变性,添加颜料和填充剂后,它的流变性有时就变的灵敏。很多研究已经确定了油墨转移和触变性的关系,对这些研究报道的概括就是,油墨具有大的触变性它的转移能力就差。现在这样的叙述对很多人来说是很明显的,但在水性油墨发展的最初时期,完全使用溶剂型油墨技术的时代这是一个大的发现。对应用在凹版上的油墨这不是重要的,而是印版构造,这样较厚的墨膜就产生。然而在柔性版油墨中这是关键的,幸运的是可以很容易的通过使用几个不同的方法解决。

第一个方法就是在可能的情况下改变颜料对连接料的比例,如果这样也不能得到合理的黏度时,在生产时就要对颜料进行调整,根据不同应用选择颜料尺寸。

① 细颗粒 小于或等于1μm——应用于喷涂油墨;

② 细颗粒 1到10μm——应用于液体油墨;

③ 粗颗粒 大于或等于10μm——应用于涂料工业。

第二个方法就是采用水溶性聚合物,缺点就是油墨干燥时间延长。依靠在印刷机上使用高效率的干燥器,结果使油墨的干燥效果很差,到最后堵塞印刷机。所以在选择使用上要仔细小心。

第三个方法就是使用润滑剂和表面活性剂。根据以前的经验,这通常是最后的选择但却是有效的。原因在于使用这些物品时要非常小心,生产使用时要注意对量的控制,少量的就可达到好的效果。一般是少用点效果好,用多了效果差。此外,很多效果好的添加剂的使用效果曲线是正弦关系,通过这个梯形上升方式达到有效的使用。

另一个要指出的方面是在配方中增加助溶剂,例如乙醇、乙二醇醚,能达到溶剂型油墨的干燥效果。此后关于这方面的研究成果及其相互关系就被列成图表以便直观的分析。

油墨工业始终是在不断的改进和发展的,希望这些图表能有助于油墨设计者找到一定的规律。

(1)基础油墨

基础油墨体系是颜料、连接料比例很高的一种油墨,因此这种体系是非常不稳定的,但对大批量油墨的生产来说又是经济的。这种油墨体系经常是被和不同的清漆体系相混合生产出多功能的基础油墨,通过限制各种聚合物在不同应用上的使用来保持减低库存水平。一般认为基础油墨是不会出售给那些想自己调配油墨供国内使用的顾客。

(2)添加剂

对油墨设计者来说,添加剂是要考虑的一个很重要的工具。一个简单的聚合物、挥发物和助剂的混合物可增加颜料、连接料的比例,这将得到较好的印刷稳定性、流变性和长时间的稳定性。

(3)浓油墨体系

一个浓油墨体系就是一个简单的基础油墨体系加上大约10%的添加剂。这就允许了在生产环境中高效率的处理和搬运所要求的稳定性和流动性。

1.6 水性油墨使用注意事项

原则上讲,凡是传统溶剂油墨印刷的印品均可用水性油墨代替。目前,已开发出适用于柔印、凹印和网印的纸张用水性墨,聚烯烃水墨、纸箱水墨、铝箔水墨和多种功能性水墨。水性油墨已广泛用于铜版纸、白版纸、瓦楞纸和塑料薄膜的印刷,可以采用柔性版、凹版、网孔版方式印刷。在美国印刷业用墨市场上,水墨销售额已是溶剂型油墨销售额的两倍以上,即水墨已成为印刷的主要用墨。

水性油墨主要以水作溶剂,因而在印刷过程中具有环境和安全的优势,用于纸制品的水性油墨可达到低VOC排放或零VOC排放;水性油墨具有稳定性和低燃性的优点,在印刷机上具有易清洗的优点,从而提高了生产率。

水性油墨应用得是否正确,是影响印刷品质量的重要因素。

① 制版:水性油墨有较高的固含量,墨层干膜的重量较高,所以,对于水性油墨一般要求使用网线线数高的传墨辊,以便得到较低墨层干膜重量,减少干燥困难。另外,水性墨传墨量通常大于80%,因此,传墨辊网纹要浅些,做成浅版化。

② 使用时,应用搅拌棒将水墨在桶中搅匀,测量其黏度后倒入墨槽。黏度若过高或过低,可用稀释剂或增稠剂进行调节。

③ 干燥:水性墨干燥机理是以挥发干燥为主,兼以反应性凝固干燥。干燥水性油墨要有较高的空气流量,但温度不比太高。温度过高,对于非吸收材质会导致墨层的表层干结,而内部水分无法彻底干燥,在套色时出现粘连。水性油墨干燥分为两个阶段:通入大量、高速、温度适中的空气和高温、低空气流量的空气。在注重干燥速度的同时,要防止干结,因水性墨一旦干结就很难再溶于水,而且引发油墨固化。

④ pH值控制:水性油墨印刷过程中,由于水和氨的挥发,导致油墨黏度升高和pH值变化,因此在印刷过程中要经常加入pH值稳定剂进行调整。

⑤ 泡沫控制:虽然水性油墨含有消泡剂,但由于搅拌太快或泵的剪切力过高等原因引起泡沫,所以使用水性油墨时,要求搅拌速度不要太剧烈;使用较长的输墨管道,且呈“S”形;返回的油墨应从低于油墨水平面的位置返回墨槽。

⑥ 一般情况下,水墨极适于高速印刷,低速印刷时若遇到干燥速度太快或印刷效果不佳的情况,可添加一定比例的慢干剂。

⑦ 储存:水性油墨的储存温度不能低于5℃。

⑧ 印刷完毕后应将剩余水墨收集回相应的原装桶或将墨槽的盖子盖严,以备下次再用。谨防由于水的挥发导致水墨表面结膜、变稠甚至变干。

⑨ 其他:水性油墨不能与其他醇性或溶剂性油墨混用或在墨中加入有机溶剂,以免导致印刷质量问题。

⑩ 印刷后残留在印刷设备上的墨在其未完全干燥时可用清水冲洗,无法用清水洗净的墨可用清洗剂进行清洗。

第2章 水性连接料

水性油墨是由颜料、连接料和助剂组成的均匀液状胶黏体。连接料是水性油墨的心脏。连接料是使颜料分散成胶态分散体,赋予油墨良好的流变性能、干燥固化性能,对承印物的附着性能,使墨膜具有光泽性、柔韧性和耐性等一系列性能的胶态体。连接料的性质决定了油墨的干燥性能以及印刷适性,所以在水性油墨的制造过程中,水性连接料的选择和制备是决定水性油墨性能和质量的关键步骤,连接料是水性油墨配方中技术含量最高的部分。

2.1 水性连接料的基本组成

连接料是影响油墨印刷性能的关键因素,水性连接料品质的好坏,直接影响水性油墨的性能。

在水性油墨的制造中,水性连接料是颜料的连接材料,也叫展色剂、载色剂和粘接剂等。颜料,一般是固体粉末,而连接料通常是具有一定黏度的液体,颜料依靠连接料的润湿作用更容易在研细分散机中被研细和分散;依靠连接料,颜料能在印刷机中转移传递到印品上,依靠连接料,颜料被粘接在印品的表面,形成墨膜,以达到显示文字、图像、标记和装饰等目的;借助连接料,颜料在印品表面受到保护并使印品形成必要的光泽。

水性连接料是由水性树脂、中和剂(氨或胺)、溶剂(水)和助溶剂(醇、醚)等组成。

在水性油墨工业的连接料制造中,水性树脂是决定连接料性能的关键因素,一个新型水性油墨的出现往往与所使用的树脂配方有关,因此对于油墨生产厂家非常有必要了解所购买的树脂性能或自己开发新型树脂以适应油墨使用厂的需求。

水性树脂是一种亲水性的高分子材料,在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液,又分水溶性树脂、水溶胶和水分散树脂,各种树脂种类和性能如表2-1、表2-2所示。表2-1 水性树脂的分类和例子

① 水溶性树脂 水溶性树脂在水性油墨连接料制做中并不是主要原料,主要的原因是性能不是很稳定。它的用途是:调节油墨的黏度和流动性;稳定分散效果;赋予颜料分散效果;赋予油墨墨膜形状及颜料固着的性能。

② 水溶胶树脂 水溶胶树脂是介于水溶和乳化的一种中间状态。由于其分子中具有极性基,通过调节pH值及添加助溶剂,可使溶解性及黏度改变。其有碱可溶型、酸可溶型及非离子型三种树脂。碱可溶型用于制造水性油墨的效果最好。特别是碱可溶的丙烯酸树脂以其多样性和良好的理化性能,作为水性油墨的连接料的树脂最有使用价值。

③ 乳液聚合物 乳液聚合物可使墨膜富有强度,相反在过墨性、版上稳定性、流动性、光泽等方面与前面讲的水溶性树脂及胶态分散体相比要差,因此有必要与其他树脂并用以弥补这些缺陷。

从表2-2可以看出,三种树脂各有优缺点,在制备水性连接料时应将其进行复配才能得到适合印刷性能的连接料。下面详细介绍这三类水性树脂的化学组成、性能和制备方法。表2-2 水性树脂性质

2.2 天然水溶性树脂

2.2.1 淀粉

淀粉是由许多葡萄糖结构单元(CHO)互相连接而成的多糖6105类聚合物。植物的种子、果实、叶、块茎、球茎中都含有不同分量的淀粉。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成,其相对含量与淀粉来源有关,在大多数淀粉品种中直链淀粉的含量在15%~35%之间。直链淀粉的聚合度一般大于200个葡萄糖结构单元,而支链淀粉的聚合度较高,通常高于600,二者分子结构如图2-1和图2-2所示。单个支链淀粉的链长比直链淀粉短。支链淀粉可溶于冷水,直链淀粉易于形成分子间氢键而紧密结合,不溶于冷水,只有在150~160℃的水中加压蒸煮或用强碱和甲醛蒸煮才能溶解。两种淀粉的性质和结构见表2-3。表2-3 直链淀粉和支链淀粉比较图2-2 支链淀粉分子结构

淀粉型连接料可以润湿如纤维素之类的极性表面,可渗透到裂缝和空腔中,并形成强黏合接头。淀粉加水加热糊化后,虽然可以做水性油墨连接料,因即使使用低浓度或低固含量淀粉,而黏度仍然过高,因此,很少直接使用淀粉做水性油墨连接料,只有经过化学改性的淀粉才可以做连接料。

2.2.2 糊精

淀粉经不同方法降解的产物统称为糊精,工业上生产的糊精有麦芽糊精、环状糊精和热解糊精。通过干热法使淀粉降解所得产物称为热解糊精,热解糊精产量大,应用广泛,通常讲的糊精就是这一类产品。热解糊精根据转化时酸度、温度和转化条件的不同制成三类——白糊精、黄糊精和英式糊精。白糊精呈白色,是在较低的温度下酸解制得的,在冷水中溶解度较低,固含量在25%~55%之间形成黏稠状到稀水状。黄糊精颜色从浅黄到深黄,是在无酸或少量酸情况下,在高于白糊精酸解温度下制备的;在冷水中溶解度为80%~100%,固含量在40%~65%之间形成黏度低、稳定性好的溶液。英式糊精颜色从浅棕黄到深棕黄都有,英式糊精是在高温烘烤制得的,黏度高于同样固含量的白糊精和黄糊精,在冷水中溶解度为10%~100%。淀粉在糊精化期间的水解与再聚过程如下所示:

三种糊精在包装时含水量分别为白糊精5%,黄糊精1%~2%,英式糊精1%,其制备条件和性能如表2-4所示。表2-4 不同糊精制备条件与性能对比

2.2.3 阿拉伯树胶

阿拉伯树胶是合金欢(acacia)树皮内含有的一种分泌物,是一种复杂的杂聚糖,分子量在25万~100万。阿拉伯树胶易溶于水形成低黏度溶液,溶解度可达到50%(W/W),生成和淀粉相似的高固形物凝胶;浓度低于40%的溶液表现牛顿流体流变学特性,浓度大于40%的溶液表现假塑性流体流变学特性;高质量的树胶形成无色无味的液体。在离子存在下,阿拉伯树胶溶液黏度与pH值有关,在pH=6~8时黏度最大;阿拉伯树胶溶液黏度与阳离子的价数和浓度成反比。阿拉伯树胶可以与大多数其他树胶合并使用。

2.3 改性天然水溶性树脂

2.3.1 改性淀粉

淀粉经化学方法处理后所得产物称为改性淀粉。根据处理方法不同,改性淀粉分为氧化淀粉、酸变性淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、交联淀粉、接枝共聚淀粉等。

2.3.2 纤维素酯

纤维素酯是指纤维经过酸处理后的产物,最常用的纤维素酯是硝酸纤维酯。硝酸纤维酯也称硝酸(基)纤维、硝化棉、火棉胶,是用处理过的纯纤维素(一般用棉绒纤维——棉子上的短绒或木浆)经硝化而成的。方法是将纤维素慢慢加到硝酸和硫酸的混合液中(100份混合酸中加入约2%的纤维),其硝化程度,即含氮量的高低,与两种酸的比例和浓度有关(一般用60%左右的浓硫酸,25%左右的发烟硝酸,15%左右的水)。反应中纤维先和硫酸反应生成硫酸纤维,然后由硝酸替代而生成硝酸纤维。此反应是强烈的放热反应,故反应釜温度应保持在20℃左右,反应15~20min,当含氮量达到要求后,将反应物倒入离心机中,甩去水分和混合酸,再用水洗去游离酸后,以稀碱液煮洗,以彻底除去残酸。这样制得的硝酸纤维,黏度很大,很难应用,尚需在大量清水存在下,经高温蒸煮,使一些化学键断裂,降低其黏度。黏度与蒸煮时间成反比,蒸煮时间越长,则黏度越小。如想得到色浅的产品,则可再经漂白之。最后,再利用酒精将硝酸纤维中的水分置换出来,即为成品,约含70%的硝酸纤维。

各种不同级别的硝酸纤维,不是很明确的化合物,而是纤维素、二硝基纤维素、三硝基纤维素的混合物。下图为二硝基纤维素的结构:

这意味着每单元上有两个硝基基团,其含氮量为10.7%,是一个低含氮量的硝酸纤维。

硝酸纤维的溶解性,取决于恰当的含氮量,一般工业用硝酸纤维的含氮量约在10.7%~12.2%。含氮量低于下限者,则不溶解,且成胶体。高于上限者,一般用作炸药。工业上大致分为三类:

上述三类即所谓低氮型、中氮型和高氮型硝酸纤维。常规溶解型亦叫E(ester)型(即高氮型),这类硝酸纤维通常叫工业硝酸纤维,他们一般加有三分之一的湿润剂(例如水、异丙醇、正丁醇)。工业硝酸纤维可溶于酯类、酮类和乙二醇醚类(活性溶剂)中,也可溶于由活性溶剂和碳氢化合物(稀释剂)适当混合组成的溶剂中,以及可溶于低分子量的醇类中。

除了含氮量外,黏度也是硝酸纤维的一个主要质量指标。但是,在同一类中,由于其平均分子量的不同,故黏度也甚有出入。如SS型就有1/8秒,1/4秒,1/2秒以及5~6秒等几种。RS型里则有1/16秒,1/8秒,1/4秒,1秒,5~6秒……120秒等数种。

硝酸纤维与其他树脂和增塑剂(如虫胶、松香衍生物、短油醇酸树脂、丙烯酸树脂,一些聚酰胺树脂等)有比较好的混溶性。它具有成膜好、牢固好、干性快、坚韧、防裂抗热等优良性能。

2.3.3 纤维素乙醚

纤维素乙醚也叫乙基纤维,是一种白色、无味、无毒的固体。早在1905年即有出现。一般是将纤维素以20%的氢氧化钠处理,使它充分膨胀成为碱化纤维后,以氯乙烷或硫酸二乙酯作为醚化剂进行醚化。工业上用前者较多,醚化温度约为130℃。醚化剂应逐渐加入,以保证有较高的乙氧基。氢氧化钠的浓度增加,则醚化速率增加。反应式如下:

式中R代表纤维基团。如将纤维中的所有羟基全部取代后,则可含54.8%的乙氧基,成为三乙基纤维,溶解性与并混性均比较差。故市售商品的乙氧基含量约在43%~49%之间,即每个脱水葡萄糖单体含2.21~2.53个乙氧基。涂料与油墨工业使用的是最容易溶解的(含2.42~2.53个乙氧基,质量分数为47.5%~49%)产品。下面是二乙基纤维素的结构式:

纤维素乙醚的溶解性,随乙氧基含量而有变化,见表2-5。表2-5 纤维素乙醚的溶解性与乙氧基含量关系

其中N型纤维素乙醚最适于涂料、油墨工业,它们是中等黏度规格,黏度在70~300mPa·s之间。对于水性连接料来说,乙氧基含量小于33%的比较实用。

纤维素乙醚是坚韧、柔软的物质,对光、热、碱、弱酸等均较稳定,它的抗水性不如硝酸纤维好。软化点约为150~170℃,相对密度1.14。

纤维素酯与纤维素乙醚广泛应用于柔性凸版和照相凹版油墨中。一般与其他树脂并用,印刷纸张、铝箔、塑料薄膜等。纤维素酯还可以配制罩光油或作为铝箔的涂层。

2.3.4 水溶性植物油

植物油是天然可再生资源,但天然植物油不溶于水,只有将其变成水溶物,才能用于制造水性连接料。要把疏水性油制成水溶性油,其方法是使油分子接上具有亲水性质的羧酸基团,使之形成一定的酸值。最终酸值应保持在80以上,才能获得较好的水溶性和稳定性。

该反应机理是油分子中的双键与不饱和羧酸(或酐)加成,因油分子双键结构不同,反应机理也不同。

(1)含有共轭双键结构的油

具有共轭双键结构的油与不饱和羧酸的反应,可在较低的温度下进行反应,发生狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应,形成结构稳定的六元环,例如桐油、脱水蓖麻油与顺丁烯二酸酐的反应,在80℃即可进行:

为了使酸酐反应得更完全和获得足够的黏度,通常将反应温度升高至200℃左右进行。

(2)含有不饱和双键结构的油

含有不饱和双键结构的油分子,其链上的α活泼氢原子或双键的碳原子可与不饱和酸双键进行加成反应。例如豆油与顺丁烯二酸酐的反应主要属于这种反应:

这种反应要求温度高,一般在200℃以上进行。实际上油与不饱和羧酸的反应较为复杂,在高温条件下,油分子间的聚合、氧化、分解也同时会发生。

制备水溶性油时,可以用亚麻油、桐油、脱水蓖麻油、豆油等。不饱和酸可以是顺丁烯二酸(或酐)、反丁烯二酸、巴豆酸、亚甲基丁烯二酸等,其中以顺丁烯二酸酐和反丁烯二酸用得最多。

油与顺丁烯二酸酐的比例,一般在(85~70)∶(15~30)质量分数范围内选择。如用反丁烯二酸,用量少些也能获得良好的水溶性。下面介绍一些水溶性油的制备实例。

(3)水溶性顺丁烯二酸酐改性油的制备

① 配方(表2-6)表2-6 水溶性顺丁烯二酸酐改性油配方(质量比)

② 工艺操作 按上述配方将亚麻油、顺丁烯二酸酐加入反应釜内,缓慢升温到200℃,保温4h,取样测酸值和黏度。达到酸值>110、黏度为6s(树脂∶二甲苯为8∶2,25℃,加氏管)为合格。停止加热,降温,冷却到100℃左右,加入按树脂质量计算的丁醇,然后在搅拌下冷却到60℃以下,加氨水中和,取样测树脂的水溶液达pH=8.0~8.5,水溶性油制备完成。这种树脂可无限加水,稀释成透明溶液。

(4)水溶性二甲酚醛树脂改性油的制备

① 配方(表2-7)表2-7 水溶性酚醛树脂改性油的制备配方

② 工艺操作 按上述配方将亚麻油、顺丁烯二酸酐、二甲苯加入反应釜内,逐渐升温到200℃±2℃保温1h,取样测量酸值、黏度。待酸值达95~110,黏度为9~13s(树脂∶二甲苯为9∶1,25℃,加氏管),抽真空脱除二甲苯。然后缓慢加入酚醛浆,加入速度控制在以不溢出为限。加完后,升温到200℃保温,待黏度达到18~25s(二甲苯:树脂为2∶8,25℃,加氏管)时,立即降温,110℃左右加入丁醇。在搅拌下冷却到60℃以下加入一乙醇胺中和,并加入蒸馏水,得棕色透明的液体树脂溶液。其中酚醛浆的制备配方如表2-8所示。

酚醛浆工艺操作:将二甲酚和甲醛溶液加入反应釜内,加入一乙醇胺,然后升温到45℃,保温30min,加入氨水,在45℃保温1h,取样测相对密度,待相对密度值达到1.083~1.085(25℃,波美比重计)时,迅速降温分出水层。在分水后的树脂层里加入丁醇。加热升温脱水。当温度升到118℃,开始蒸出丁醇,待温度上升到130℃迅速降温,制得的酚醛浆为透明的棕色液体,固体分约在50%±10%。表2-8 酚醛浆的制备配方

(5)水溶性对叔丁酚甲醛树脂改性油的制备

① 配方(表2-9)表2-9 水溶性对叔丁酚甲醛树脂改性油的制备配方

② 工艺操作 按上述配方将亚麻油、亚麻油酸加入反应釜中,加热到140℃,慢慢地加入酚醛树脂和顺丁烯二酸酐。加完后升温到

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书

若在网站上没有找合适的书籍,可联系网站客服获取,各类电子版图书资料皆有。

客服微信:xzh432

登入/注册
卧槽~你还有脸回来
没有账号? 忘记密码?