丙烯酸樹(shù)脂水性油墨配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化

1、丙烯酸樹(shù)脂水性油墨配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化一、實(shí)驗(yàn)藥品儀器表2主要化學(xué)試劑名稱(chēng)規(guī)格生產(chǎn)廠(chǎng)家丙烯酸樹(shù)脂佛山市紅樹(shù)水性印涂材料有限公司三乙胺工業(yè)級(jí)飛翔化工（張家港）有限公司乙醇胺化學(xué)純上海凌峰化學(xué)試劑有限公司2-氨基-2-甲基-1-丙醇分析純阿拉丁試劑(中國(guó))有限公司無(wú)水乙醇，分析純天津北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司順丁烯二酸分析純阿拉丁試劑(中國(guó))有限公司對(duì)苯二胺分析純天津北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開(kāi)發(fā)有限公司硬脂酸鋁分析純上海凌峰化學(xué)試劑有限公司表3主要儀器名稱(chēng)生產(chǎn)廠(chǎng)家電動(dòng)攪拌器常州澳華儀器有限公司分散機(jī)FSJ-400上海全簡(jiǎn)機(jī)電有限公司恒溫加熱磁力攪拌器鞏義市予華儀器有限公司冰箱容聲冰箱真空烘箱寧波恒固電器有限公司N

2、DJ-5S數(shù)字式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)上海羽通儀器儀表廠(chǎng)電子天平上海精密科學(xué)儀器有限公司二、實(shí)驗(yàn)利用粉碎機(jī)將塊狀水溶性丙烯酸樹(shù)脂打成粉末備用。將實(shí)驗(yàn)需要的各種原料按制作配方中的比例進(jìn)行稱(chēng)取。將實(shí)驗(yàn)所需的純凈水倒入500ml三口瓶中以一定轉(zhuǎn)速200r/min進(jìn)行攪拌，用一藥匙以1g/0.5min的速度將水溶性丙烯酸樹(shù)脂粉末往三口瓶中進(jìn)行投料，用膠頭滴管以0.4 ML/0.5min的速度分別將乙醇和氨化試劑進(jìn)行投料，最后將所需助劑一次性投入（若實(shí)驗(yàn)組中沒(méi)有助劑可省掉此步驟）。由投料結(jié)束開(kāi)始用秒表計(jì)時(shí)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在規(guī)定時(shí)間內(nèi)攪拌，攪拌結(jié)束后將制得試樣從三口瓶中轉(zhuǎn)移到具有剪切、攪拌、乳化功能的分散機(jī)FSJ-400。將

3、所制得的水溶性樹(shù)脂乳液（水性連接料）加入炭黑顏料色漿（由炭黑粉末用顏料粉碎機(jī)處理而得）用具有剪切、攪拌、乳化功能的分散機(jī)FSJ-400以280r/minI進(jìn)行攪拌分散30min，攪拌結(jié)束后將制得試樣從三口瓶中倒出，以一次性塑料杯在室溫恒溫存放。三、各種應(yīng)用性能測(cè)試(一)穩(wěn)定性測(cè)試檢驗(yàn)原理對(duì)油墨進(jìn)行一定時(shí)間的冷凍盒加熱試驗(yàn)，觀(guān)察油墨膠化情況或反粗現(xiàn)象。在規(guī)定壓力下，經(jīng)一定時(shí)間，所擴(kuò)展成圓柱體直徑大小，以毫米表示。若經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加熱或降溫實(shí)驗(yàn)流動(dòng)度不變，則穩(wěn)定；流動(dòng)度變大，膠化可能性不大，但不夠穩(wěn)定；流動(dòng)度變小，膠化傾向。實(shí)驗(yàn)工具及材料塑料膠杯若干；自控恒溫箱；冷藏冰柜；流動(dòng)度測(cè)試儀（由質(zhì)量為14

4、0±0.05g,厚度為56min，直徑為10mm圓玻璃片兩片，金屬固定盤(pán)一個(gè)組成）;金屬削刀；針筒；透明量度尺（刻度值為1mm);定時(shí)鐘圖3流動(dòng)度裝置圖檢驗(yàn)條件：檢驗(yàn)應(yīng)在溫度25±，相對(duì)濕度65%±5%條件下進(jìn)行。檢驗(yàn)方法(1) 將受測(cè)試油墨分別裝入塑料膠杯中，杯內(nèi)裝油墨約為5g。利用金屬削力將杯內(nèi)的油墨要排除氣泡，在封上玻璃紙記上標(biāo)志，然后分別放入70自動(dòng)恒溫箱和3的冷凍箱內(nèi)2h取出，置室溫存放。(2) 把已置室溫30 min以上的受測(cè)試油墨在檢驗(yàn)條件下進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)試。(3) 用金屬削刀將塑料杯中的油墨來(lái)回調(diào)動(dòng)去除氣泡，用針筒吸取試樣0.1mL，將管口及周?chē)嗄?/p>

5、刮去，使試樣與管口齊平，管內(nèi)油墨不得含有氣泡。(4) 將針筒內(nèi)的油墨擠出，用金屬削刀把針筒管口余墨刮掉，抹于上玻璃片中心。 (5) 將上圓玻璃片放在金屬固定盤(pán)內(nèi)的圓玻璃上，是中間有墨部分重疊，立即壓上砝碼，開(kāi)始計(jì)時(shí)（注意固定盤(pán)盈保持水平）。(6) 15min時(shí)移去砝碼，用透明度量尺測(cè)量油墨圓體直徑，交叉測(cè)試兩次。檢驗(yàn)結(jié)果交叉測(cè)量之平均值為流動(dòng)度數(shù)據(jù)。如交叉測(cè)量相差大于等于2mm,則試驗(yàn)必須重做。(二）光澤度測(cè)試檢驗(yàn)原理在定光源的照射下，將印著受測(cè)油墨的銅版紙進(jìn)行光澤對(duì)比。檢驗(yàn)材料銅版紙若干；膠輥;針筒；40目尼龍網(wǎng)若干；剪刀；萬(wàn)字夾；金屬削刀檢驗(yàn)條件：檢驗(yàn)應(yīng)在溫度25±相對(duì)濕度65

6、%±5%條件下進(jìn)行。檢驗(yàn)步驟(1) 將尼龍網(wǎng)剪成銅版紙大小。(2) 用金屬削刀將塑料杯中的油墨來(lái)回調(diào)動(dòng)去除氣泡，用針筒吸取試樣3mL，將管口及周?chē)嗄稳?，使試樣與管口齊平，管內(nèi)油墨不得含有氣泡。(3) 將針筒內(nèi)的油墨擠在膠輥，用金屬削刀把針筒管口余墨刮掉，抹于膠輥上。(4) 利用萬(wàn)字夾將尼龍網(wǎng)和銅版紙夾緊，利用膠輥將受測(cè)油墨均勻的印在銅版紙上。(5) 取下萬(wàn)字夾以及尼龍網(wǎng)，將所有印上受測(cè)油墨的銅版紙編號(hào)，置于白熾燈直射光線(xiàn)下觀(guān)察。(6) 將它們按光澤度的優(yōu)劣進(jìn)行排序，并將其編號(hào)按序記錄。檢驗(yàn)結(jié)果膠輥在銅版紙上來(lái)回拖動(dòng)15次（一個(gè)來(lái)回為一次）排除氣泡，氣泡過(guò)多會(huì)影晌觀(guān)察效果。(三）干

7、燥性測(cè)試檢驗(yàn)原理將油墨試樣刮在玻璃上或紙上，放在烘箱或令其自然干燥，定時(shí)用手摸試其 干燥與否，干燥后，看所需時(shí)間來(lái)判定油墨的干燥性。檢驗(yàn)材料50*50*0.1CM3軟玻璃；透明量度尺（刻度值為1mm，美工筆;油性筆；金屬削刀；剪刀；502膠水檢驗(yàn)儀器 烘箱檢驗(yàn)條件：檢驗(yàn)應(yīng)在溫度40±1檢驗(yàn)步驟(一）測(cè)工具盤(pán)制作(1) 剪刀剪取8.5*20*0.1 CM3軟玻璃5張，四周預(yù)留2cm的空位用透明量度尺量度四個(gè)2.5*4.5 CM2的長(zhǎng)方形(以2CM為間隔)并以油性筆做標(biāo)記。(2) 用美工刀圍著長(zhǎng)方形切割，把軟玻璃長(zhǎng)方形挖空。(3) 將挖空的軟玻璃與沒(méi)有挖空的軟玻璃用502膠水粘結(jié)起來(lái)。(

8、4) 用美工刀將其中的三個(gè)挖空位置重新挖空。(5) 重復(fù)步驟用美工刀將其中的二個(gè)挖空位置重新挖空。(6) 重復(fù)步驟用美工刀將其中的一個(gè)挖空位置重新挖空。(7) 重復(fù)步驟，從而形成一個(gè)有四個(gè)（2.5*4.5*0.1 CM3、2.5*4.5*0.2 CM3、 4.5*2.5*0.3 CM3、4.5*2.5*0.3 CM3）測(cè)試坑的軟玻璃盤(pán)。(二）烘箱測(cè)試(1) 用金屬削刀將受測(cè)油墨來(lái)回推動(dòng)趕出氣泡，并將其引流進(jìn)四個(gè)測(cè)試坑，并用金屬削刀將多余的油墨刮出，每個(gè)測(cè)試坑表面平整。(2) 將一組受測(cè)油墨的軟玻璃測(cè)試盤(pán)放進(jìn)恒定溫度為40的供箱中，每隔6個(gè)小時(shí)將烘箱中的測(cè)試盤(pán)拿出，用手摸試其干燥程度并將狀況記錄

9、下來(lái)。檢驗(yàn)結(jié)果用手摸試其干燥程度時(shí)，以不黏手為油墨的表面已經(jīng)干透；手指用力按壓時(shí)不下陷為油墨內(nèi)部干透。四、水性連接料各組分比例對(duì)其應(yīng)用性能的影響水性連接料對(duì)水性油墨的應(yīng)用性能影響因素主有水性樹(shù)脂與水的用量比、胺化試劑種類(lèi)、胺化試劑塞水的用量比、助溶劑與水的用量比9-10。在這次的實(shí)驗(yàn)中，我們以丙烯酸樹(shù)脂為連接料中的水性樹(shù)脂，采用了三種中和劑三乙胺、乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇作為胺化試劑中和劑，分析這三種中和劑以及其用量對(duì)水性油墨應(yīng)用性能的影響;釆用了乙醇作為助溶劑，分析助溶劑用量對(duì)水性油墨應(yīng)用性能的影響。4.1水性樹(shù)脂與水的用量比表4各組分與水的用量比序號(hào)水性樹(shù)脂與水的用量比氨化試劑

10、氨化試劑量乙醇12:3乙醇胺7:203:825:6乙醇胺7:203:831:1乙醇胺7:203:847:6乙醇胺7:203:8表5水性樹(shù)脂與水的用量比應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后1728.84 1088.8*8.87.1*7.27.1*7.2220363963.2*3.36.0*6.05.8*5.932739.82843.5*3.45.6*5.75.1*5.249018.41645.3*5.45.0*5.05.0*5.1圖4水性樹(shù)脂與水的用量比與粘度關(guān)系通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得出水性連接料中投入的水性樹(shù)脂量對(duì)水性油墨的粘度有

11、重大的影響，隨著水性樹(shù)脂的用量投加到比例為7:6時(shí)，粘度迅速上升。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)水性樹(shù)脂與水的用量比越大時(shí)，制得的本性油墨的光澤度越好和干燥速度更快。對(duì)比4組實(shí)驗(yàn)，水性樹(shù)脂與水的用量比為7:6穩(wěn)定性最好，但是考慮到水性油墨的粘度過(guò)大，干燥速度過(guò)怏，容易造成印版和網(wǎng)紋輥堵塞，引起版面上臟。綜上所述，水性樹(shù)脂與水的用量比為1:1較為適合。4.2氨化試劑的種類(lèi)表6氨化試劑的種類(lèi)序號(hào)水性樹(shù)脂與水的用量比氨化試劑氨化試劑量乙醇11:1三乙胺7:203:821:1乙醇胺7:203:831:12-氨基-2-甲基-1-丙醇7:203:8表7氨化試劑的種類(lèi)應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mp

12、a.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后13140.22785.2*5.34.2*4.35.8*5.822739.81843.5*3.45.6*5.75.1*5.233507.53745.2*5. 34.4*4.55.0*5.14.3氨化試劑與水的用量比這三種氨化試劑中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇和乙醇胺與水性樹(shù)脂發(fā)生的是酰胺化反應(yīng)達(dá)到中和，而三乙胺與水性發(fā)生的是酯化反應(yīng)達(dá)到中和。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，我們可以知道這三種氨化試劑在相詞的用量下對(duì)所制得水性油墨粘度影響性不大，由于2-氨基-2-甲基-1-丙醇自身的粘度較其他兩種氨化試劑大，所測(cè)得的粘度為三者中最大。對(duì)比三乙胺和乙醇胺的穩(wěn)定性能數(shù)據(jù)，

13、可以發(fā)現(xiàn)乙醇胺比三乙胺要穩(wěn)定。除此之外，2-氨基-2-甲基-1-丙醇的使用成本為三者中最貴，三乙胺的揮發(fā)氣味為三者最大，所以氨化試劑選取乙醇胺較為適合。表8各組分與水的用量比序號(hào)水性樹(shù)脂與水的用量比氨化試劑氨化試劑量乙醇11:1乙醇胺4:153:821:1乙醇胺7:203:831:1乙醇胺13:203:8表9胺化試劑與水的用量比應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后14321.33726.2*6.35.0*5.05.4*5.523140.22785.2*5.34.2*4.35.8*5.832948.21887.0*7.06.1*6.

14、06.7*6.8圖4氨化試劑用量比與粘度關(guān)系4.4助溶劑與水的用量比在影響水性油墨印刷質(zhì)量的諸多因素中，最主要的控制指標(biāo)是粘度值和和PH值,因此水墨粘度和PH值的穩(wěn)定性對(duì)于水墨性能的影響顯得格外重要。粘度是流體黏滯性的一種量度，它將直接影響油墨的轉(zhuǎn)移性和印刷質(zhì)量11-14；同時(shí)，PH值的大小及其穩(wěn)定性是影響水墨穩(wěn)定性另一重要因素12 。PH值的大小也將會(huì)直接影響到水墨的粘度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知隨著氨化試劑投入的量增加，水性樹(shù)脂的溶解量會(huì)增加，粘度會(huì)減少。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著用量增加，水性油墨的干燥速度陸續(xù)減少，干燥的時(shí)間一直增加；隨著胺化試劑用量的增加，PH值隨即增加，水性油墨的光澤度越好。綜合水性油墨各物

15、性要求，胺化試劑與水的用量較為合適的比例為7:20 。4.4助溶劑與水的用量比表10各組分與水的用量比序號(hào)水性樹(shù)脂與水的用量比氨化試劑氨化試劑量乙醇11:1乙醇胺7:207:2421:1乙醇胺7:203:831:1乙醇胺7:2011:24表11助溶劑與水的用量比應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后15029.41693.1*3.15.3*5.45.1*5.222739.82845.0*5.15.6*5.75.8*5.932538.23854.7*4.84.8*4.95.0*5.1圖5助溶劑用量比與粘度關(guān)系通過(guò)圖5發(fā)現(xiàn)助溶劑與水的用

16、量比越大的時(shí)候粘度越小，證明當(dāng)助溶劑與水用量比達(dá)到3:8的時(shí)候，水性樹(shù)脂在體系中迅速溶解。隨著比例的增加的時(shí)候，對(duì)粘度的影響不大，但是所制的水性油墨的穩(wěn)定性下降。綜合其他兩項(xiàng)應(yīng)用性能可以得知在這三個(gè)比例中，助溶劑乙醇與水的用量比為3:8的時(shí)候較為合適。4.5小結(jié)通過(guò)3.13.4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們可以得出較為適合制備水性油墨所用的水性連接料配方以下為各組分與水的質(zhì)量比：水性樹(shù)脂1:1，乙醇胺7:20，乙醇 3:8。五、水性油墨中助劑對(duì)其應(yīng)用性能的影響5.1穩(wěn)定劑為了改善水性油墨的穩(wěn)定性能可加入松脂酸（松香或松脂酸鈣溶于亞麻油中），亞麻油脂肪酸、順丁烯二酸或高酸值的順丁烯二酸酐樹(shù)脂(溶于亞麻油中

17、) 等髙酸值物質(zhì)來(lái)解膠。12己膠化的油墨在加入反膠化劑解膠后，最好及時(shí)使用，否則，仍有可能返膠。這次實(shí)驗(yàn)選取的是順丁烯二酸作為穩(wěn)定劑。在上述水性油墨制備的過(guò)程中投入穩(wěn)定劑（順丁烯二酸）占總體質(zhì)量1.2%、2.3%、3.5%分別為序號(hào)2,3,4的實(shí)驗(yàn)組，序號(hào)1為空白測(cè)試組。表12穩(wěn)定劑的量應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后12739,81843.5*3.45.6*5.75.1*5.223129.72785.2*5.35.5*5.55.6*5.736071.73684.9*5.04.7*4.86.0*6.046364.44675.8

18、*5.85.8*5.85.5*5.6圖6穩(wěn)定劑用量比與粘度關(guān)系通過(guò)圖6得知，增加穩(wěn)定劑的量會(huì)使水性油墨的粘度增大，特別是當(dāng)投入的穩(wěn)定劑的量達(dá)到了總體質(zhì)量的2.3%的時(shí)候，粘度有極大的提高。當(dāng)加入的穩(wěn)定劑的量在總體質(zhì)量的1.2%時(shí)，加熱后的水性油墨的流動(dòng)度雖然變大了，但是其與常溫下的流動(dòng)度對(duì)比差值并不算太大。相對(duì)沒(méi)有投入穩(wěn)定劑,如入穩(wěn)定劑使水性油墨的膠化傾向減弱，逐漸趨向穩(wěn)定。綜上分析，投入的穩(wěn)定劑量占總質(zhì)暈1.2%。5.2反干燥劑反干燥劑是一種抗氧化劑，其中包括有胺類(lèi)、酚類(lèi)等,但是酚類(lèi)卻有遇鐵變色之弊，本次實(shí)驗(yàn)中選用的是胺類(lèi)反干燥劑對(duì)苯二胺。在水性油墨制備的過(guò)程中投入胺類(lèi)反干燥劑(對(duì)苯二胺)占

19、總體質(zhì)量1.2%、2.3%、3.5%分別為序號(hào)2,3,4的實(shí)驗(yàn)組，序號(hào)1為空白測(cè)試組。表13反干燥劑的量應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后12739.81843.5*3.45.6*5.75.1*5.222704.1283.56.3*6.35.0*5.15.3*5.432344.33824.9*4.85.6*5.75.8*5.942360.1482.56.7*7.05.8*5.97.2*7.3圖7反干燥劑用量比與粘度關(guān)系通過(guò)圖7可發(fā)現(xiàn)，加入胺類(lèi)反干燥劑對(duì)苯二胺對(duì)粘度的影響是逐漸減少的但是效果不是很明顯。加入了反干燥劑后，所制得的水

20、性油墨干燥速度越來(lái)越慢，所需要的干燥時(shí)間越來(lái)越多。在水性油墨的制備過(guò)程中，加入了對(duì)苯二胺后，溶液迅速深棕色，致使在顏料投入量相同的情況下，水性油墨的光澤度隨對(duì)苯二胺的投入量逐漸下降。對(duì)比四組實(shí)驗(yàn)流動(dòng)度性能數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)苯二胺投入量少于2.3%時(shí)對(duì)冷藏后膠化傾向不大，當(dāng)用量超過(guò)了2.3%后，對(duì)水性油墨的穩(wěn)定性影響變大。綜合各方面的應(yīng)用性能需求，反干燥劑對(duì)苯二胺（占水性油墨總體質(zhì)量百分）投入量為2.3%。5.3撤粘劑撤粘劑主要組成是鋁鹽及亞麻油，這次實(shí)驗(yàn)中選用的是有機(jī)鋁鹽硬脂酸鋁。在上述水性油墨制備的過(guò)程中投入撤粘劑（硬脂酸鋁）占總體質(zhì)量1.2%、2.3%、3.5%分別為序號(hào)2, 3, 4的實(shí)驗(yàn)組，序號(hào)1為空白測(cè)試組。表13撤粘劑的量應(yīng)用性能測(cè)試序號(hào)粘度光澤度干燥時(shí)間流動(dòng)度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加熱后未處理冷藏后12739.83843.5*3.45.6*5.