[发明专利]一种水性油墨用核壳型聚氨酯/叔醋乳液连接剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性油墨用乳液连接剂的制备方法，特别是涉及水性油墨用核壳型聚氨酯/叔醋乳液连接剂的制备方法。

本发明以可聚合的聚氨酯表面活性剂为乳化剂，以醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯为主要单体，合成一类核壳型叔醋乳液。所合成的核壳型聚氨酯/叔醋乳液连接剂兼具聚氨酯、叔醋树脂的优点，可以用于制备高光泽度、高耐磨性和高抗水性的水性油墨。

背景技术

油墨是印刷行业最基本的原料，它主要是由树脂连接剂、颜料和有机溶剂(如苯类、烃类、酯类)组成。这些有机溶剂不仅给印刷行业工人的身体带来危害，而且极大地污染环境。近年来，随着材料科学的不断发展，涂料、油墨类产品的结构也相应地发生了很大变化。发达国家顺应“绿色、环保”的发展潮流，采用水代替有机溶剂，已经开发出诸多品种的水性油墨，用于纸张、塑料薄膜、包装袋及其它一些特种印刷品的印刷。

水性油墨由于不含挥发性有机溶剂，从而减轻了对大气的污染，改善了印刷操作人员的工作环境，有利于职工健康，完全消除溶剂型油墨中某些有毒有害物质对人体的危害和对被包装商品的污染。此外它不仅可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患，减少印刷表面残留的毒性，且印刷设备清洗方便，所以水性油墨被称作是一种新型的绿色印刷材料。

水性油墨由树脂连接剂、颜料、助剂等组成，是将树脂连接剂与颜料、助剂、填充料等混合后，经砂磨而成的印刷油墨。水性油墨的连接剂可以是单一或复合树脂，具有宽广的树脂组分替代的容限。最初水性油墨主要使用糊精、虫胶、酪素、木质酸钠等物质为连接剂。所制备的水性油墨主要用于一些低档的产品印刷。但印刷适性，尤其是光泽、耐水性等方面存在不足，印刷效果不理想。到了20世纪80年代，随着材料科学的发展，马来酸酐改性松香树脂为主要连接剂原料，配以酪素、虫胶等材料制成的水性油墨，具有一定的效果，一度成为主流。但这些产品依然存在如光泽差、颜料润湿不佳、附着力差、易起泡、成膜性差及热稳定性不好等弊病，人们通常把此阶段的水性油墨称之为第一代产品。

各国油墨研发人员针对实际使用中存在的问题，继续进行深入的研究，合成出溶液型苯乙烯一丙烯酸共聚树脂为连接剂的第二代水性油墨，该类产品弥补了第一代水性油墨存放稳定性差的弊病。但是在光泽度和印刷适应性方面与溶剂型油墨相比仍有较大的差距。为此，油墨研发人员在第二代水性油墨的基础上，引进丙烯酸酯类单体与苯乙烯共聚，研制出聚合物树脂乳液。该系列树脂乳液进一步改善了油墨的光泽和干燥性，促进了水性油墨的发展，使水性油墨与溶剂型油墨的竞争不断拓宽应用领域，从而水性油墨进入了一个新的发展时期。

目前水性油墨的连结剂主要是使用丙烯酸树脂乳液，它是丙烯酸、甲基丙烯酸或其它单体(如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯等)通过乳液聚合而成的共聚树脂乳液，具有一定的聚合度和酸值。丙烯酸树脂乳液在水性油墨中的应用对提高油墨的光泽度、抗水性、干燥性等有明显的影响，是决定水性油墨最终性能的重要因素。

由于丙烯酸树脂乳液是通过乳液聚合获得的，在合成过程中需要借助乳化剂的帮助，形成稳定的乳液。而乳化剂实际上是一种表面活性剂，其作用是降低单体和水的表面张力。正因为丙烯酸树脂乳液含有表面活性剂，使它加到水性油墨中后，一方面起到树脂连结剂的作用，另一方面还起到了表面活性剂的作用。当树脂乳液加入后，它能比普通的连结剂更快地浸润颜料并渗入到颜料颗粒聚集体的孔隙中，而这一环节是颜料分散的主要环节。

树脂乳液的加入，能起到降低体系表面张力的作用，而当表面张力降低后，油墨就会对基材表面具有更好的润湿、附着、浸透作用，流平性将会提高，膜的表面更平滑，从而使油墨的光泽度得到提高。同时，颜料分散稳定好实际上就是油墨体系的稳定性得到提高，而伴随着分散稳定性的提高，其抗水性能和耐摩擦性也随之提高了。

在丙烯酸树脂乳液中，丙烯酸树脂以极细的乳胶粒子的形式分散在水中，其稳定性是由乳胶粒子外层的乳化剂(表面活性剂)决定的。因此，当水挥发后或被作用物吸收后，乳液树脂的微粒因本身的引力(范德保引力)结成大的粒子，粘合在作用物表面，粒子和粒子之间，有很大的空隙，所以干燥后的膜，并非如溶剂性油墨所成的膜那样紧密、一致，其机械性能和化学性能表现较差，光的反射率小、折射率大，光泽度不好。要使水性油墨能和溶剂性墨一样具有良好的机械性能、抗水性和高光泽，那就要改善水性油墨的成膜情况。换而言之，即水性油墨干燥后，墨中的乳液粒子，应尽可能紧密地互相结合，以形成一致的，无空隙的膜，这样才能赋予油墨更好的光泽度和机械性能。