丙烯酸树脂水性油墨配方设计及优化.doc

丙烯酸树脂水性油墨配方设计及优化一、实验药品仪器表2主要化学试剂名称规格生产厂家丙烯酸树脂佛山市红树水性印涂材料有限公司三乙胺工业级飞翔化工（张家港）有限公司乙醇胺化学纯上海凌峰化学试剂有限公司2-氨基-2-甲基-1-丙醇分析纯阿拉丁试剂(中国)有限公司无水乙醇，分析纯天津北联精细化学品开发有限公司顺丁烯二酸分析纯阿拉丁试剂(中国)有限公司对苯二胺分析纯天津北联精细化学品开发有限公司硬脂酸铝分析纯上海凌峰化学试剂有限公司表3主要仪器名称生产厂家电动搅拌器常州澳华仪器有限公司分散机FSJ-400上海全简机电有限公司恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限公司冰箱容声冰箱真空烘箱宁波恒固电器有限公司NDJ-5S数字式旋转粘度计上海羽通仪器仪表厂电子天平上海精密科学仪器有限公司二、实验利用粉碎机将块状水溶性丙烯酸树脂打成粉末备用。将实验需要的各种原料按制作配方中的比例进行称取。将实验所需的纯净水倒入500ml三口瓶中以一定转速200r/min进行搅拌，用一药匙以1g/0.5min的速度将水溶性丙烯酸树脂粉末往三口瓶中进行投料，用胶头滴管以0.4 ML/0.5min的速度分别将乙醇和氨化试剂进行投料，最后将所需助剂一次性投入（若实验组中没有助剂可省掉此步骤）。由投料结束开始用秒表计时稳定转速在规定时间内搅拌，搅拌结束后将制得试样从三口瓶中转移到具有剪切、搅拌、乳化功能的分散机FSJ-400。将所制得的水溶性树脂乳液（水性连接料）加入炭黑颜料色浆（由炭黑粉末用颜料粉碎机处理而得）用具有剪切、搅拌、乳化功能的分散机FSJ-400以280r/minI进行搅拌分散30min，搅拌结束后将制得试样从三口瓶中倒出，以一次性塑料杯在室温恒温存放。三、各种应用性能测试(一)稳定性测试检验原理对油墨进行一定时间的冷冻盒加热试验，观察油墨胶化情况或反粗现象。在规定压力下，经一定时间，所扩展成圆柱体直径大小，以毫米表示。若经过一段时间加热或降温实验流动度不变，则稳定；流动度变大，胶化可能性不大，但不够稳定；流动度变小，胶化倾向。实验工具及材料塑料胶杯若干；自控恒温箱；冷藏冰柜；流动度测试仪（由质量为140±0.05g,厚度为56min，直径为10mm圆玻璃片两片，金属固定盘一个组成）;金属削刀；针筒；透明量度尺（刻度值为1mm);定时钟图3流动度装置图检验条件：检验应在溫度25±，相对湿度65%±5%条件下进行。检验方法(1) 将受测试油墨分别装入塑料胶杯中，杯内装油墨约为5g。利用金属削力将杯内的油墨要排除气泡，在封上玻璃纸记上标志，然后分别放入70自动恒温箱和3的冷冻箱内2h取出，置室温存放。(2) 把已置室温30 min以上的受测试油墨在检验条件下进行流动度测试。(3) 用金属削刀将塑料杯中的油墨来回调动去除气泡，用针筒吸取试样0.1mL，将管口及周围余墨刮去，使试样与管口齐平，管内油墨不得含有气泡。(4) 将针筒内的油墨挤出，用金属削刀把针筒管口余墨刮掉，抹于上玻璃片中心。 (5) 将上圆玻璃片放在金属固定盘内的圆玻璃上，是中间有墨部分重叠，立即压上砝码，开始计时（注意固定盘盈保持水平）。(6) 15min时移去砝码，用透明度量尺测量油墨圆体直径，交叉测试两次。检验结果交叉测量之平均值为流动度数据。如交叉测量相差大于等于2mm,则试验必须重做。(二）光泽度测试检验原理在定光源的照射下，将印着受测油墨的铜版纸进行光泽对比。检验材料铜版纸若干；胶辊;针筒；40目尼龙网若干；剪刀；万字夹；金属削刀检验条件：检验应在温度25±相对湿度65 %±5%条件下进行。检验步骤(1) 将尼龙网剪成铜版纸大小。(2) 用金属削刀将塑料杯中的油墨来回调动去除气泡，用针筒吸取试样3mL，将管口及周围余墨刮去，使试样与管口齐平，管内油墨不得含有气泡。(3) 将针筒内的油墨挤在胶辊，用金属削刀把针筒管口余墨刮掉，抹于胶辊上。(4) 利用万字夹将尼龙网和铜版纸夹紧，利用胶辊将受测油墨均匀的印在铜版纸上。(5) 取下万字夹以及尼龙网，将所有印上受测油墨的铜版纸编号，置于白炽灯直射光线下观察。(6) 将它们按光泽度的优劣进行排序，并将其编号按序记录。检验结果胶辊在铜版纸上来回拖动15次（一个来回为一次）排除气泡，气泡过多会影晌观察效果。(三）干燥性测试检验原理将油墨试样刮在玻璃上或纸上，放在烘箱或令其自然干燥，定时用手摸试其 干燥与否，干燥后，看所需时间来判定油墨的干燥性。检验材料50*50*0.1CM3软玻璃；透明量度尺（刻度值为1mm，美工笔;油性笔；金属削刀；剪刀；502胶水检验仪器 烘箱检验条件：检验应在溫度40±1检验步骤(一）测工具盘制作(1) 剪刀剪取8.5*20*0.1 CM3软玻璃5张，四周预留2cm的空位用透明量度尺量度四个2.5*4.5 CM2的长方形(以2CM为间隔)并以油性笔做标记。(2) 用美工刀围着长方形切割，把软玻璃长方形挖空。(3) 将挖空的软玻璃与没有挖空的软玻璃用502胶水粘结起来。(4) 用美工刀将其中的三个挖空位置重新挖空。(5) 重复步骤用美工刀将其中的二个挖空位置重新挖空。(6) 重复步骤用美工刀将其中的一个挖空位置重新挖空。(7) 重复步骤，从而形成一个有四个（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）测试坑的软玻璃盘。(二）烘箱测试(1) 用金属削刀将受测油墨来回推动赶出气泡，并将其引流进四个测试坑，并用金属削刀将多余的油墨刮出，每个测试坑表面平整。(2) 将一组受测油墨的软玻璃测试盘放进恒定温度为40的供箱中，每隔6个小时将烘箱中的测试盘拿出，用手摸试其干燥程度并将状况记录下来。检验结果用手摸试其干燥程度时，以不黏手为油墨的表面已经干透；手指用力按压时不下陷为油墨内部干透。四、水性连接料各组分比例对其应用性能的影响水性连接料对水性油墨的应用性能影响因素主有水性树脂与水的用量比、胺化试剂种类、胺化试剂塞水的用量比、助溶剂与水的用量比9-10。在这次的实验中，我们以丙烯酸树脂为连接料中的水性树脂，采用了三种中和剂三乙胺、乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇作为胺化试剂中和剂，分析这三种中和剂以及其用量对水性油墨应用性能的影响;釆用了乙醇作为助溶剂，分析助溶剂用量对水性油墨应用性能的影响。4.1水性树脂与水的用量比表4各组分与水的用量比序号水性树脂与水的用量比氨化试剂氨化试剂量乙醇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水性树脂与水的用量比应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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图4水性树脂与水的用量比与粘度关系通过实验数据我们可以得出水性连接料中投入的水性树脂量对水性油墨的粘度有重大的影响，随着水性树脂的用量投加到比例为7:6时，粘度迅速上升。同时也发现水性树脂与水的用量比越大时，制得的本性油墨的光泽度越好和干燥速度更快。对比4组实验，水性树脂与水的用量比为7:6稳定性最好，但是考虑到水性油墨的粘度过大，干燥速度过怏，容易造成印版和网纹辊堵塞，引起版面上脏。综上所述，水性树脂与水的用量比为1:1较为适合。4.2氨化试剂的种类表6氨化试剂的种类序号水性树脂与水的用量比氨化试剂氨化试剂量乙醇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氨化试剂的种类应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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氨化试剂与水的用量比这三种氨化试剂中，2-氨基-2-甲基-1-丙醇和乙醇胺与水性树脂发生的是酰胺化反应达到中和，而三乙胺与水性发生的是酯化反应达到中和。通过实验数据对比，我们可以知道这三种氨化试剂在相词的用量下对所制得水性油墨粘度影响性不大，由于2-氨基-2-甲基-1-丙醇自身的粘度较其他两种氨化试剂大，所测得的粘度为三者中最大。对比三乙胺和乙醇胺的稳定性能数据，可以发现乙醇胺比三乙胺要稳定。除此之外，2-氨基-2-甲基-1-丙醇的使用成本为三者中最贵，三乙胺的挥发气味为三者最大，所以氨化试剂选取乙醇胺较为适合。表8各组分与水的用量比序号水性树脂与水的用量比氨化试剂氨化试剂量乙醇11:1乙醇胺4:153:821:1乙醇胺7:203:831:1乙醇胺13:203:8表9胺化试剂与水的用量比应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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*6.06.7*6.8图4氨化试剂用量比与粘度关系4.4助溶剂与水的用量比在影响水性油墨印刷质量的诸多因素中，最主要的控制指标是粘度值和和PH值,因此水墨粘度和PH值的稳定性对于水墨性能的影响显得格外重要。粘度是流体黏滯性的一种量度，它将直接影响油墨的转移性和印刷质量11-14；同时，PH值的大小及其稳定性是影响水墨稳定性另一重要因素12 。PH值的大小也将会直接影响到水墨的粘度。通过实验可知随着氨化试剂投入的量增加，水性树脂的溶解量会增加，粘度会减少。同时发现随着用量增加，水性油墨的干燥速度陆续减少，干燥的时间一直增加；随着胺化试剂用量的增加，PH值随即增加，水性油墨的光泽度越好。综合水性油墨各物性要求，胺化试剂与水的用量较为合适的比例为7:20 。4.4助溶剂与水的用量比表10各组分与水的用量比序号水性树脂与水的用量比氨化试剂氨化试剂量乙醇11:1乙醇胺7:207:2421:1乙醇胺7:203:831:1乙醇胺7:2011:24表11助溶剂与水的用量比应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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图5助溶剂用量比与粘度关系通过图5发现助溶剂与水的用量比越大的时候粘度越小，证明当助溶剂与水用量比达到3:8的时候，水性树脂在体系中迅速溶解。随着比例的增加的时候，对粘度的影响不大，但是所制的水性油墨的稳定性下降。综合其他两项应用性能可以得知在这三个比例中，助溶剂乙醇与水的用量比为3:8的时候较为合适。4.5小结通过3.13.4的实验数据分析，我们可以得出较为适合制备水性油墨所用的水性连接料配方以下为各组分与水的质量比：水性树脂1:1，乙醇胺7:20，乙醇 3:8。五、水性油墨中助剂对其应用性能的影响5.1稳定剂为了改善水性油墨的稳定性能可加入松脂酸（松香或松脂酸钙溶于亚麻油中），亚麻油脂肪酸、顺丁烯二酸或高酸值的顺丁烯二酸酐树脂(溶于亚麻油中) 等髙酸值物质来解胶。12己胶化的油墨在加入反胶化剂解胶后，最好及时使用，否则，仍有可能返胶。这次实验选取的是顺丁烯二酸作为稳定剂。在上述水性油墨制备的过程中投入稳定剂（顺丁烯二酸）占总体质量1.2%、2.3%、3.5%分别为序号2,3,4的实验组，序号1为空白测试组。表12稳定剂的量应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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*5.85.8*5.85.5*5.6图6稳定剂用量比与粘度关系通过图6得知，增加稳定剂的量会使水性油墨的粘度增大，特别是当投入的稳定剂的量达到了总体质量的2.3%的时候，粘度有极大的提高。当加入的稳定剂的量在总体质量的1.2%时，加热后的水性油墨的流动度虽然变大了，但是其与常温下的流动度对比差值并不算太大。相对没有投入稳定剂,如入稳定剂使水性油墨的胶化倾向减弱，逐渐趋向稳定。综上分析，投入的稳定剂量占总质暈1.2%。5.2反干燥剂反干燥剂是一种抗氧化剂，其中包括有胺类、酚类等,但是酚类却有遇铁变色之弊，本次实验中选用的是胺类反干燥剂对苯二胺。在水性油墨制备的过程中投入胺类反干燥剂(对苯二胺)占总体质量1.2%、2.3%、3.5%分别为序号2,3,4的实验组，序号1为空白测试组。表13反干燥剂的量应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后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图7反干燥剂用量比与粘度关系通过图7可发现，加入胺类反干燥剂对苯二胺对粘度的影响是逐渐减少的但是效果不是很明显。加入了反干燥剂后，所制得的水性油墨干燥速度越来越慢，所需要的干燥时间越来越多。在水性油墨的制备过程中，加入了对苯二胺后，溶液迅速深棕色，致使在颜料投入量相同的情况下，水性油墨的光泽度随对苯二胺的投入量逐渐下降。对比四组实验流动度性能数据，可以发现对苯二胺投入量少于2.3%时对冷藏后胶化倾向不大，当用量超过了2.3%后，对水性油墨的稳定性影响变大。综合各方面的应用性能需求，反干燥剂对苯二胺（占水性油墨总体质量百分）投入量为2.3%。5.3撤粘剂撤粘剂主要组成是铝盐及亚麻油，这次实验中选用的是有机铝盐硬脂酸铝。在上述水性油墨制备的过程中投入撤粘剂（硬脂酸铝）占总体质量1.2%、2.3%、3.5%分别为序号2, 3, 4的实验组，序号1为空白测试组。表13撤粘剂的量应用性能测试序号粘度光泽度干燥时间流动度(cm*cm)(Mpa.S)(排序)（h）加热后未处理冷藏后12739.83843.5*3.45.6*5.75.1*5.222307.7282.54.7*4.84.9*5.06.0*6.132549.41854.0*4.15.2*5.36.3*6.444319.14725.0*5.15.7*5.65.4*5.7图8撤粘剂用量比与粘度关系从图8中我们可以发现，投入了撤粘剂硬脂酸铝后，水性油墨的粘度开始下降，但当硬脂酸铝的投入量超过2.3%时，粘度又急剧上升，干燥速度加快，干燥所需的时间减少；但所制的水性油墨的光泽度迅速下降。对比硬脂酸铝投入量占1.2%，2.3%的流动度性能数据可发现，投入量为总体质量1.2%加热与冷却流动性能的数据差值比总体质量2.3%时小，证明撤粘剂硬脂酸铝占水性油墨整体质量1.2%时较为稳定。综合各方面的应用性能需求，撤粘剂硬脂酸铝（占水性油墨总体质量百分)投入量为1.2%为佳。六、小结综合各方面应用性能的分析，在水性油墨的制作过程中还应投入各助剂用量(占水性油墨整体质量百分)：稳定剂（顺丁烯二酸)1.2%，反干燥剂（对苯二胺）2.3%，撤粘剂（硬脂酸铝)1.2%。5总结通过实验数据分析，我们可以得出较为适合制备水性油墨所用的水性连接料配方（以下为各组分与水的质量比）：水性树脂1:1，乙醇胺7:20，乙醇3:8。各助剂用量（占水性油墨整体质量百分）：稳定剂（顺丁烯二酸）1.2%，反干燥剂(对苯二胺)以2.3%，撤粘剂（硬脂酸）1.2%。按照配方制取水性油墨并测定了该配方产品的应用性能，结果表明该配方下油墨无论在加热或降温都较为稳定，流动度差值较小；粘度适中，干燥速度合适，基本不会引起脏版等问题；光泽度在合理范围内。