一种环保水性油墨及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种环保水性油墨及其制备方法，以水性硝化棉树脂为连结料，加入各种染料或颜料以满足各种颜色需求，并加入增稠剂、润湿剂、消泡剂、流平剂等各种助剂，必要时补加一部分去离子水或蒸馏水而制备一种固化后具有较快降解速率的水性印刷油墨。其连结料由水性纤维素为基础聚合物而制备，具有原料来源广、天然环保、易于降解等优点，并且能够满足现有水性印刷油墨的各种性能要求。

An environmental friendly water-based ink and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种环保水性油墨及其制备方法
本专利技术涉及到油墨领域，具体涉及到一种环保水性油墨及其制备方法。
技术介绍
油墨是由有色体(如颜料、染料等)、连结料、填(充)料、附加料等物质组成的均匀混合物。商品包装中，用油墨印刷出特有的图案，刷在酒类、食品、药品等外包装上可提高商品档次和销售量，增加附加值等。长期以来，印刷油墨主要为溶剂型产品，制造及使用中要加入大量有机溶剂，挥发性有机物(VOC)含量很高(一般在500g/kg以上甚至更高)，在油墨的使用过程中VOC挥发进入大气，在小环境中造成严重的温室效应(多数气相有机溶剂对于温室效应的贡献为二氧化碳的数十到近百倍，即其二氧化碳当量为数十到一百)及氮氧化物污染。此外，VOC对于操作者的皮肤、牙齿、声带等有一定影响，部分密切操作人员可能会出现过敏反应，严重时甚至无法工作。为减少环境污染，降低VOC排放，世界各国对VOC排放的政策、法规越来越严格。我国在2015年通过了《挥发性有机物排污收费试点办法》(财税〔2015〕71号)，利用经济杠杆，对VOC含量超过一定限额的产品额外征收一定的税费。印刷油墨VOC含量往往超过500g/kg，在上述税费的征收范围之内。因此，消除油墨使用过程中VOC的污染问题，制造并使用新型环保水性油墨，不仅可改善操作人员的工作环境，符合国家大政方针的指引，而且还有助于企业减少因为VOC排放而额外付出的税费，可获得现实的经济利益。水性油墨是将水性连结料分散在水中形成溶液、胶体或乳液并加入其它助剂后而得到的新型环保油墨，其VOC含量可以低达50g/L甚至接近于0，具有无污染、无气味(或气味小)、安全环保，且由于水性油墨不使用有机溶剂(或有机溶剂含量很低)，不易燃烧，从而存放及运输更加安全；相比有机溶剂，水的价格低到可以忽略的地步，因而水性油墨的成本有望更低。然而，现有水性油墨主要是基于化学合成的树脂或乳液配制而来，印刷后连结料交联、固化的产物难以降解，其污染具有一定的累计效应。若研究出一种易降解树脂作为基体制备水性油墨，则可以较好的避免这种污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环保水性油墨及其制备方法，以一种易降解树脂作为基体制备水性油墨，实现油墨固化产物的可降解性，从而解决环境污染问题。本专利技术提供一种以水性硝化棉树脂为连结料，加入各种染料或颜料以满足各种颜色需求，并加入增稠剂、润湿剂、消泡剂、流平剂等各种助剂，必要时补加一部分去离子水或蒸馏水而制备一种固化后具有较快降解速率的水性印刷油墨。其连结料由水性纤维素为基础聚合物而制备，具有原料来源广、天然环保、易于降解等优点，并且能够满足现有水性印刷油墨的各种性能要求。本专利技术提供的环保水性油墨，包括由成膜物质水性硝化棉乳液，所述水性硝化棉乳液由聚氨酯和环氧改性的水性硝化棉树脂与水混合得到。所述水性硝化棉，其含有如下分子链段结构其中，R1、R2、R3为原料反应后的对应基团，根据原料的不同而不同，且R1和R2可以相同或不同。R1、R2来自所述异氰酸酯物质分子去除所含异氰酸酯基团后的剩余部分：如甲苯二异氰酸酯(TDI)、异弗尓酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的至少一种去除其分子所含异氰酸酯后的剩余部分。R3为含亲水基团的双端羟基物质分子除去羟基后的剩余部分，如聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇3000、聚乙二醇6000中的至少一种，去除羟基后的剩余部分；或二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基环丁烷羧酸、二羟基喹啉羧酸中的至少一种，去除羟基后的剩余部分。当选用含亲水基团的双端羟基物质为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸，异氰酸酯选用异弗尓酮二异氰酸酯时候，对应的硝化棉树脂典型分子链段的结构示意图如下：该硝化棉树脂经过傅里叶变换红外光谱分析，在1107cm-1处显示了醚键的特征吸收峰，在955cm-1处显示了羧基的特征吸收峰，在1645、837、1277cm-1处的三个特征吸收峰表明产物分子中仍然含有较多的硝化棉链段，如图1。固化剂存在条件下，第一个链段含有环氧基团，会发生交联反应成膜。第二个链段亲水性较强，自身并不会发生交联反应，可促进第一个链段分散在水中，提高乳液的稳定性。成膜后第二个链段分散在第一个链段的固化后的膜中。进一步地，该乳液中水性硝化棉树脂含量为40％～60％。所述水性硝化棉乳液为聚氨酯和环氧改性的水性硝化棉乳液，该乳液中树脂含量为40％～60％；其可与相应的不同种类的固化剂在常温或加热方式下发生反应并交联固化。通过加入该乳液从而在所专利技术的水性印刷油墨中加入的树脂折合量为40％～60％。进一步地，所述水性硝化棉乳液通过以下方法制备得到：(1)亲水基团的引入将含亲水基团的双端羟基物质与异氰酸酯在溶剂溶解环境、65～85℃下反应，优选反应时间1～2h，投料按照羟基与异氰酸根的物质的量的比例为1:(2～4)进行；(2)硝化棉分子及其它功能性基团的引入将步骤(1)所得反应产物与聚乙二醇、环氧树脂、硝化棉在催化剂条件下，于70～90℃反应，优选反应时间2.5～4h，去除溶剂，得到水性硝化棉树脂；(3)将步骤(2)所得硝化棉与水混合得到水性消化面乳液。上述方法中，进一步地，所述含亲水基团的双端羟基物质选自聚乙二醇类物质，进一步选自聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇3000、聚乙二醇6000中的至少一种；或选自二羟基羧酸类物质，进一步选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基环丁烷羧酸、二羟基喹啉羧酸中的至少一种；上述方法中，进一步地，步骤(1)所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异弗尓酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的至少一种。上述方法中，进一步地，步骤(2)中所述反应产物中异氰酸根与聚乙二醇、硝化棉及环氧树脂中所含羟基的总和的物质的量的比例为1:1；进一步地，步骤(2)聚乙二醇与硝化棉、环氧树脂中羟基的物质的量的比为0.05～0.2：0.45～0.5：0.45～0.3。上述方法中，进一步地，步骤(2)所述聚乙二醇选自聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000中的至少一种；步骤(2)所述环氧树脂选自E39、E42、E-44、E51、E54中的至少一种。上述方法中，进一步地，步骤(2)所述硝化棉含氮量为10.8％～12.2％。上述方法中，进一步地，步骤(2)所述环氧树脂预先经搅拌、溶解，必要时加入一定的溶剂以降低粘度；所使用的硝化棉预先经溶剂充分溶解。上述方法中，进一步地，所述溶解双端羟基原料、环氧树脂、硝化棉的溶剂选自丙酮、丁酮、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或多种的混合物。上述方法中，进一步地，步骤(2)所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡、三乙基醋酸锡等有机锡类中的至少一种，也可以选用作用类似的商品催化剂。优选地，催化剂添加比例为反应物料(不包括溶剂)总质量的0.3％～1.5％。上述方法中，进一步地，步骤(3)所述混合方式是滴加混合，比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保水性油墨，其特征在于，包括由成膜物质水性硝化棉乳液，所述水性硝化棉乳液由聚氨酯和环氧改性的水性硝化棉树脂与水混合得到，所述乳液中水性硝化棉树脂含量为40％～60％。

【技术特征摘要】
1.一种环保水性油墨，其特征在于，包括由成膜物质水性硝化棉乳液，所述水性硝化棉乳液由聚氨酯和环氧改性的水性硝化棉树脂与水混合得到，所述乳液中水性硝化棉树脂含量为40％～60％。2.根据权利要求1所述油墨，其特征在于，所述水性硝化棉乳液通过以下方法制备得到：(1)亲水基团的引入将含亲水基团的双端羟基物质与异氰酸酯在溶剂溶解环境、65～85℃下反应，投料按照羟基与异氰酸根的物质的量的比例为1:(2～4)进行；(2)硝化棉分子及其它功能性基团的引入将步骤(1)所得反应产物与聚乙二醇、环氧树脂、硝化棉在催化剂条件下，于70～90℃反应，去除溶剂，得到水性硝化棉树脂；(3)将步骤(2)所得硝化棉与水混合得到水性消化面乳液。3.根据权利要求2所述涂料，其特征在于，步骤(1)所述所述含亲水基团的双端羟基物质选自聚乙二醇类物质，进一步选自聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇3000、聚乙二醇6000中的至少一种；或所述含亲水基团的双端羟基物质选自二羟基羧酸类物质，进一步选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基环丁烷羧酸、二羟基喹啉羧酸中的至少一种；步骤(1)所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异弗尓酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的至少一种。4.根据权利要求2所述涂料，其特征在于，步骤(2)所述反应产物中的异氰酸根与聚乙二醇、硝化棉及环氧树脂中所含羟基的总和的物质的量的比例为...

【专利技术属性】
技术研发人员：马素德，胡刚，陈彪，叶卫东，王宇，钟传兵，
申请(专利权)人：西华大学，四川省宜宾环球格拉斯玻璃制造有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51