可降解薄膜水性油墨的制备与性能研究.pdf

标准【实验室STANDARD可降解薄膜水性油墨的制备与性能研究本文所研制的可降解薄膜水性油墨可完全降解，对环境不会带来污染，是一种新型环保水性油墨，可应用于日用品、食品、水果、生鲜等塑料薄膜印刷，市场应用意义巨大。文/黄能威简维德邹小青改革开放以来，我国经济一直保持着增长态势，我国逐渐成为全球塑料消费大国，包装行业发展迅速。根据相关数据显示，2 0 19年我国塑料包装市场规模54 1亿美元，预计到2025年我国塑料包装市场规模将达到6 9 8 亿美元，按照可降解塑料替换率为2 2%计算，预计2 0 2 5年我国可降解塑料整体市场规模可达2 0 9 亿美元。目前，市面上应用于可降解薄膜的印刷油墨多以传统的聚丙烯、达玛树脂等树脂组分作为主要连结料，在印刷过程中会释放甲苯、二甲苯、氯苯、丙酮、丙醛以及其他醚类、酯类、醇类等VOC有害气体，印刷于可降解薄膜上不能降解，且会带来环境二次污染。本实验中所研制的可降解薄膜水性油墨可完全降解，不会产生有害物质，对环境不会带来污染，不会对人体健康造成危害，是一种新型环保水性油墨，应用于可降解塑料印刷，解决目前市场可降解薄膜印刷油墨普遍采用传统溶剂所带来的不可降解状况和二次污染问题，市场应用意义巨大。一、水性油墨概述（一）水性油墨的组成水性油墨简称为水墨，主要由水性高分子树脂、颜料、水性助剂、去离子水，以及酒精经复合研磨加工而成。水性油墨特别适用于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装印刷产品。水性高分子树脂是水性油墨最主要的组成部分，它在水墨中主要起连接料的作用，对油墨的黏度、附着力、光泽、干燥性及印刷适印刷质量与标准化 2 0 2 3.2 2 1标蕉STANDARD应性都有很大的影响。在国内，常采用松香改性马来酸树脂作连接料来制作油墨，但此种油墨仅能用于印刷一般纸箱，满足不了中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性的要求。氨基甲酸乙酯树脂的稳定性较好，但印刷适应性和可溶性略差一些。其他还有用苯乙烯改性马来酸树脂、水性氨基树脂以及聚乙烯醇和羧甲基纤维素等，这些高分子树脂一般均含有羧基、羟基和胺基等亲水基团，经过特定的工艺处理，成为完全溶于水的树脂，可以作为水性油墨的连接料。颜料赋予油墨颜色特征，满足了印刷对色彩的要求。一般的有机颜料和无机颜料都可用于水性油墨。由于水性油墨的树脂大多为碱溶性，所以选用颜料时，须使用能耐碱性的颜料。水墨中颜料的分布密度较溶剂型油墨要大得多，而水的表面张力及极性都与溶剂差别大，使得颜料分散较为困难，直接影响到油墨的稳定性、黏度和PH值。采用添加表面活性剂可增加树脂和水的亲和力及颜料与水溶性连接料的亲和力，从而解决油墨的稳定性问题。在印刷过程中选用颜料时，应选择国产颜料中色泽艳亮、黏度低、体系稳定的高级颜料来制作水性油墨。为提高水性油墨的各项性能需添加各种水性助剂，而水性油墨所用水性助剂较溶剂型油墨更为重要。通过科学使用这些水性助剂来改善水性油墨的弱点，可提高水性油墨的稳定性能。水性助剂主要包括分散剂、润湿剂、消泡剂、蜡乳液、附着力促进剂、流平剂、防堵22 印刷质量与标准化 2 0 2 3.2一【实验室】网剂、偶联剂、PH调节剂等。（二）水性油墨的生产制造流程第一步：将水性树脂、颜料、水性助剂、去离子水，以及酒精等混合，通过分散机搅拌分散，再经砂磨机研磨成备用色浆。第二步：将备用色浆、水性助剂、余下的水性树脂、去离子水及酒精混合，通过分散机搅拌分散均匀，即可制备出水性油墨。第三步：按相关标准对制备好的水性油墨进行检验。第四步：将检验合格的水性油墨通过压滤包装机进行压滤包装，最终包装成成品。二、水性油墨的优势水性油墨由于以去离子水作为溶解载体，具有显著的环保安全特点：安全、无毒无害、不燃不爆，几乎无挥发性有机气体产生，主要表现在以下三个方面。1.不污染环境：VOC(挥发性有机气体）被公认为当今全球大气污染的主要污染源之一，溶剂型油墨会散发出大量的低浓度VOC。由于水性油墨以去离子水作为溶解载体，所以无论是在其生产过程中，还是被用于印刷时，几乎不会向大气散发挥发性有机气体(VoC)。2.减少残留毒物：水性油墨完全解决了溶剂型油墨的毒性问题。由于不含有机溶剂，使得印刷品表面残留的有毒物质大大减少，保证食品卫生安全。3.减消耗降成本：由于水性油墨具有固标准STANDARD【实验室-含量较高的特性，可以在较薄墨膜沉积。因此相对于溶剂型油墨，水性油墨的涂布量（单位印刷面积所消耗的油墨量）要少一些。4.安全性：储存水性油墨的仓库和生产车间，不会因为存在易燃易爆的有机溶剂，造成燃烧、爆炸等事故。三、可降解薄膜水性油墨的制备（一）实验材料的组成本文所研制的可降解薄膜水性油墨，包括以下重量份数的组分：大豆蛋白水性丙烯酸树脂8-3 2 份，黄原胶改性水性丙烯酸树脂10-25份，改性淀粉水性丙烯酸树脂6-2 2 份，水性环保颜料浆料15-4 0 份，消泡剂1-5份，山梨酸钠防腐剂1-5份，巴西棕榈蜡剂1-5份，水4-2 0 份。其中：1.大豆蛋白水性丙烯酸树脂，按重量份数，包括以下原料组分：大豆蛋白粉4 0-6 0 份，乳化剂2.5-5份，丙烯酸酯类单体12 0-150 份，N-羟甲基丙烯酰胺5-10 份，引发剂10-2 0 份和水2 50-4 0 0 份。大豆蛋白水性丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：将大豆蛋白粉和乳化剂加入水中，加热搅拌，得到预乳化大豆蛋白液；将丙烯酸酯类单体和N-羟甲基丙烯酰胺混合，得到混合单体；将2 5-4 0%混合单体和2 5-4 0%引发剂加入所得预乳化大豆蛋白液，加热搅拌，加入剩余混合单体和剩余引发剂，保温，得到大豆蛋白水性丙烯酸树脂。2.黄原胶改性水性丙烯酸树脂，按重量份数，包括以下原料组分：黄原胶粉10-2 0 份，乳化剂5-10 份，丙烯酸酯类单体150-2 0 0 份，丙烯酸3-8 份，引发剂5-10 份和水2 0 0-3 0 0 份。黄原胶改性水性丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：将黄原胶粉和乳化剂加入水中，加热搅拌，得到预乳化黄原胶液；将丙烯酸酯类单体和丙烯酸混合，得到混合单体；将混合单体加入所得预乳化黄原胶液，搅拌，再加入引发剂，搅拌，得到预乳化液；将10-2 0%预乳化液转移到另一容器，加热搅拌，加入剩余预乳化液，加热搅拌，保温，得到黄原胶改性水性丙烯酸树脂。3.改性淀粉水性丙烯酸树脂，按重量份数，包括以下原料组分：改性淀粉15-3 0 份，乳化剂5-15份，甲基丙烯酸甲酯9 0-14 0 份，丙烯酸丁酯6 0-8 0 份，丙烯酸3-9 份，N-羟甲基丙烯酰胺2-8 份，引发剂0.2-1份和水2 50-4 0 0 份。改性淀粉水性丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸丁酯、丙烯酸和N-羟甲基丙烯酰胺混合，得到混合单体；将改性淀粉和乳化剂加入水中，加热搅拌；加入甲基丙烯酸甲酯和4 0-6 0%引发剂，加热搅拌；加入混合单体和剩余引发剂，加热搅拌，保温，得到改性淀粉水性丙烯酸树脂。大豆蛋白粉购于临沂山松生物制品有限公司。黄原胶粉购于山东阜丰发酵有限公司。改性淀粉购于佛山市顺德区高峰淀粉化学有限公司。消泡剂为德国赢创德固赛公司的Airex920W消泡剂。印刷质量与标准化2 0 2 3.2 2 3标蕉STANDARD表1实验材料的组成及实验例和对比例方案原料组分重量份数技术方案实验例1实验例2实验例3对比例1对比例2对比例3大豆蛋白水性丙烯酸树脂8-32黄原胶改性水性丙烯酸树脂10-25改性淀粉水性丙烯酸树脂6-22水性环保颜料浆料15-40消泡剂1-5山梨酸钠防腐剂1-5巴西棕榈蜡剂1-5去离子水4-20【实验室】1015201515104035122345815281892433411102525254335355530442153533405257乳化剂为非离子乳化剂OP-10和十二烷基硫酸钠。防腐剂为南通醋酸化工股份有限公司的天桂牌山梨酸钾。巴西棕榈蜡剂为广州铎峰化工有限公司的T1卡那巴蜡。引发剂为过硫酸铵，购于广州三旺化工材料有限公司。丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和N-羟甲基丙烯酰胺购于广州三旺化工材料有限公司。（二）实验例和对比例方案实验例1-3、对比例1-3 可降解薄膜水性油墨的组分与重量份数如表1所示。(三）制备方法可降解薄膜水性油墨的制备方法，包括以下步骤：1.将大豆蛋白水性丙烯酸树脂、黄原胶改性水性丙烯酸树脂、改性淀粉水性丙烯酸树脂和去离子水按量加入配料缸中搅拌，搅拌速24 印刷质量与标准化 2 0 2 3.2度为4 50 rpm，搅拌时间为2 5min；2.在搅拌状态下加入水性环保颜料浆料、消泡剂和山梨酸钠防腐剂，继续搅拌15分钟；3.用砂磨机在恒温3 0 的条件下将上述物料研磨一至三遍，至细度达标；4.在搅拌状态下加入巴西棕榈蜡剂，继续搅拌10 min，得到可降解薄膜水性油墨。四、检测项目对实验例1-3 与对比例1-3 所得可降解薄膜水性油墨各项技术指标进行检测，各项性能指标测试结果如表2 所示。其中：1.细度利用刮板细度计按照GB/T13217.3-2008液体油墨细度检验方法进行测试。2.PH值利用PH测试仪进行检测。3.黏度利用黏度计按照GB/T13217.4-2008液体油墨黏度检验方法中察恩杯黏度计法，用3#察恩杯进行测试。4.着色力按照GB/T14624.2-2008胶印【实验室-表2 实验例与对比例各项性能指标测试结果方案性能指标实验例2细度/um10PH值8黏度/s18着色力%100光泽86耐水性合格粘连程度0生物分解率90%标准STANDARD实验例1实验例310108.38.219191001008784合格合格0090%90%对比例1108.51810083合格4%90%对比例2108.61710079合格3%90%对比例3108.21910080合格2%90%油墨着色力检测方法进行测试。5.光泽利用6 0 标准光泽仪按照GB/T13217.2-2009液体油墨光泽检验方法进行测试。6.耐水性按照GB/T1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试。7.粘连程度按照GB/T13217.8-2009液体油墨抗粘连检验方法进行测试。8.将油墨印刷于玻璃平板，按照GB/T19277.1-2011受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法第1部分：通用方法检测生物分解率。从表2 可降解薄膜水性油墨的各项技术指标性能参数可以看出，实验例1-3 制备的可降解薄膜水性油墨的各项技术指标性能优异，颜色鲜艳、光亮，细度、黏度、着色力、耐水性、抗粘连等性能均达到较高的标准。另在常温常湿的条件下进行降解试验，本文所研制的可降解薄膜水性油墨降解至平稳阶段（生物分解率9 0%）需时3 个月左右，满足了油墨的产品功能。同时，在印刷过程中无有害物质释放，不会对人体健康造成危害，是一种新型环保可降解薄膜水性油墨，使用于可降解塑料印刷，解决目前市场可降解薄膜印刷墨普遍采用传统溶剂所带来的不可降解状况和二次污染问题。五、结语本文所研制的可降解薄膜水性油墨以去离子水作稀释剂，优选环保树脂原料精制而成，从源头解决对环境的污染问题。该款水性油墨复溶性好，在印刷过程中可以使用去离子水进行清洗，不易堵版，网点再现性好，强度佳，成膜性好，具有良好的粘结性能，印刷质量佳；在可降解薄膜基材上附着力极佳，且可完全降解，不会产生有害物质，对环境不会带来污染，符合国家环保政策要求，是一种新型环保水性油墨，可应用于日用品、食品、水果、生鲜等可降解薄膜印刷，其市场应用意义巨大。（作者单位：广东德康化工实业有限公司）责任编辑李婧电子邮箱！印刷质量与标准化2 0 2 3.2 2 5