環(huán)保型uv光固化油墨及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于紫外光固化油墨領域，涉及一種低粘度UV印刷油墨及其制備方法。
【背景技術】
[0002]UV印刷是目前世界范圍內應用最為廣泛的印刷方式，它以低傷害、低成本、高質量、高效率和易操作等優(yōu)點占據了大份額的印刷市場，是增長速度最快的一種印刷方式，特別在美國，UV印刷得到了充分的發(fā)展，雖然UV印刷有諸多優(yōu)點，但是隨著環(huán)保要求的提高，UV印刷油墨的安全環(huán)保要求也在逐步提尚，其中水性油墨和UV光固化油墨是印刷油墨行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的兩個方向。UV油墨在干燥性方面更具優(yōu)勢，它的干燥機理與其他油墨的溶劑揮發(fā)干燥與承印物滲透干燥機理不同，UV油墨的干燥原理是利用紫外光照射，使油墨中光敏材料(光敏引發(fā)劑)分子分解形成高活化原子或原子團，引發(fā)油墨中樹脂含有的不飽和鍵斷裂通過自由基聚合發(fā)生一系列的鏈式反應，最終完成分子的交聯、聚合、固化和干燥的目的。因為UV油墨的干燥機理和常用油墨相異，其中不存在產生VOCs的溶劑，也不會有VOCs排入到大氣中，因此UV油墨在占據有大份額市場的UV印刷中得到廣泛發(fā)展和應用。在UV印刷過程中，UV油墨的最大難點是低粘度化，雖然目前市場上有幾百毫帕秒到幾千毫帕秒的UV光固用油墨，但是與溶劑型和水性印刷油墨相比，還有相當大的差距，因此，UV油墨的低粘度化成了其發(fā)展的主要方向。
[0003]在UV油墨中，最主要的成分是連結料中的光固樹脂，光固樹脂與一般性油墨連結料樹脂的差別在于光固樹脂中存在大量的雙鍵或三鍵以便迅速發(fā)生交聯固化反應，賦予UV油墨可光固化性能。光固樹脂的種類很多，在制造上也各不相同，但總的要求是要得到較高的相對分子質量和保留一定的雙鍵。因此，具備較高光固化率和較大分子量的樹脂是選取UV油墨連結料樹脂的主要考慮因素。但是光固樹脂具備較多的不飽和鍵和較高的活性，在樹脂固化時易受空氣中的氧氣氧化發(fā)生反應，降低固化速度，而且固化后墨膜UV較差。另夕卜，UV油墨已經在印刷工業(yè)中大量推廣應用，現存的UV油墨在使用時多需要使用單體稀釋劑作為溶劑，但是稀釋劑本身具有毒性，對人體皮膚刺激性大而且不環(huán)保。所以，如何在現有技術基礎上實現高質量的UV油墨的低粘度、高環(huán)保要求是UV油墨發(fā)展亟待解決的難點之一O

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對以上問題，提供一種環(huán)保型UV光固化油墨及其制備方法，該油墨的具備較低黏度，具備良好的印刷適性，安全環(huán)保。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種環(huán)保型UV光固化油墨，包括按重量份計的以下成分:
三羥甲基丙烷(TMP):4-8份，異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI):6-10份，丙烯酸-2-羥乙酯(HEA):6-10 份，丙烯酸正丁酯(BA):2-4 份，丙烯酸(AA):3~5 份，0P-10:0.3-0.7 份，十二烷基硫酸鈉:0.3-0.7份，偶氮二異丁腈:0.4-0.8份，過硫酸鉀:0.2-0.5份，去離子水:15-30份，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA):3-5份，己二醇二丙烯酸酯(HDDA):1_3份，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):0.5-1.5份，乳化劑:1.0-2.5份，光引發(fā)劑:1.5-4.5份，顏料:25-40份，消泡劑:0.5-1.5份，助劑:6-9份。
[0006]優(yōu)選的方案中，該環(huán)保型UV光固化油墨，包括按重量份計的以下成分:
三羥甲基丙烷(TMP):6份，異佛爾酮二異氰酸酯(iroi):8份，丙烯酸-2-羥乙酯(HEA):8份，丙烯酸正丁酯(BA):3份，丙烯酸(AA):4份，0P-10:0.5份，十二烷基硫酸鈉:0.5份，偶氮二異丁腈:0.6份，過硫酸鉀:0.4份，去離子水:20份，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA):4份，己二醇二丙烯酸酯(HDDA):2份，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):1份，乳化劑:1.45份，光引發(fā)劑:3份，顏料:35份，消泡劑:I份，助劑7份。
[0007]進一步的，所述的光引發(fā)劑為α -羥基環(huán)己基苯甲酮。
[0008]所述的顏料為酞菁藍。
[0009]所述的消泡劑為GPE型消泡劑。
[0010]所述的助劑采用2-叔丁基對苯二酚、對羥基苯甲醚和石蠟按重量比1.5:1.5:4配制而成。
[0011]所述的乳化劑為油酸聚氧乙烯酯。
[0012]進一步的優(yōu)化方案中，該環(huán)保型UV光固化油墨包括按重量份計的以下成分: 三羥甲基丙烷(ΤΜΡ):6份，異佛爾酮二異氰酸酯(iroi):8份，丙烯酸-2-羥乙酯(ΗΕΑ):
8份，丙烯酸正丁酯(BA):3份，丙烯酸(AA):4份，0P-10:0.5份，十二烷基硫酸鈉:0.5份，偶氮二異丁腈:0.6份，過硫酸鉀:0.4份，去離子水:20份，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA):4份，己二醇二丙烯酸酯(HDDA):2份，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):1份，油酸聚氧乙烯酯1.45份，α -羥基環(huán)己基苯甲酮:3份，酞菁藍:35份，GPE型消泡劑:1份，2-叔丁基對苯二酚:1.5份、對羥基苯甲醚:1.5份，石蠟:4份。
[0013]制備上述環(huán)保型UV光固化油墨的方法，具體步驟為:
1)將異佛爾酮二異氰酸酯加入反應燒瓶中，同時加入丙烯酸-2-羥乙酯，在85-90°C恒溫水浴中攪拌發(fā)生共聚反應2-2.5小時；然后添加三羥甲基丙烷，將溫度降至70°C，繼續(xù)攪拌反應2-3小時；
2)添加三羥甲基丙烷的同時另取容器，將乳化劑和光引發(fā)劑添加至去離子水的中，使用玻璃棒均勻攪拌1-1.5小時；然后將其滴加至步驟I)中的反應燒瓶中，并交替添加丙烯酸正丁酯與丙烯酸混合單體，3小時內添加完成；
3)將恒溫水浴溫度降至50-55°C，并將甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA)，己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)混合，再添加至應燒瓶中進行混合，攪拌30-45分鐘后，關閉攪拌，靜置備用；
4)步驟3)所得的反應產物取出與顏料混合，并添加石蠟和消泡劑，通過球磨工藝制備得到環(huán)保型UV光固化油墨。
[0014]所述的反應燒瓶為四口燒瓶，并安裝有回流冷凝器、溫度計和攪拌裝置。
[0015]本發(fā)明采用具備三官能度的三羥甲基丙烷(TMP)作為中心鏈接單元，異佛爾酮二異氰酸酯(Iroi)和丙烯酸-2-羥乙酯(HEA)為支鏈增長劑，通過逐步加成反應原理，生成雙鍵封端的支化型光聚合預聚物，支化型光聚合物預聚體因其接近樹形聚合物，具備分子量高、黏度低的優(yōu)點；采用丙烯酸正丁酯與丙烯酸混合單體在乳化劑與引發(fā)劑作用下通過自由基聚合原理，進一步增長支化型聚合預聚物的支化鏈，增大聚合物的分子量；將光聚合預聚物與聚丙烯酸酯類的單體混合物進行均勻混合，通過聚丙烯酸酯類混合單體的稀釋作用降低混合物的黏度，并采用光引發(fā)劑，通過自由基聚合原理制備聚丙烯酸酯類UV光固油墨連結料樹脂。將連結料樹脂與顏料混合，并添加石蠟、增感劑、阻聚劑和消泡劑等助劑，通過球磨機球磨工藝制備高性能環(huán)保型UV印刷油墨。
[0016]本發(fā)明中制備的UV印刷油墨因其連結料樹脂的支化型結構而具備較低黏度，具備良好的印刷適性，能推動印刷工業(yè)中環(huán)保型產品的推廣。環(huán)保型UV油墨還具有無污染、不可燃、無毒性、無異味等特點，減少了印刷工業(yè)對生態(tài)環(huán)境的破壞，加快了包裝印刷行業(yè)的“綠色工程”步伐，并將“綠色環(huán)?！焙凸I(yè)進行有機結合。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例4中得到的環(huán)保型UV光固化油墨的黏度變化曲線。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施和附圖，進一步闡明本發(fā)明。這些實施例應理解為僅用于說明本發(fā)明而不是用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
[0019]實施例1:
一種環(huán)保型UV光固化油墨，包括按重量份計的以下成分:
三羥甲基丙烷(TMP):4份，異佛爾酮二異氰酸酯(iroi):6份，丙烯酸-2-羥乙酯(HEA):6份，丙烯酸正丁酯(BA):2份，丙烯酸(AA):3份，0P-10:0.3份，十二烷基硫酸鈉:0.3份，偶氮二異丁腈:0.4份，過硫酸鉀:0.2份，去離子水:15份，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA):3份，己二醇二丙烯酸酯(HDDA):1份，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):0.5份，乳化劑:1.0份，光引發(fā)劑:1.5份，顏料:25份，消泡劑:0.5份，助劑:6份。
[0020]實施例2:
一種環(huán)保型UV光固化油墨，包括按重量份計的以下成分:
三羥甲基丙烷(TMP):8份，異佛爾酮二異氰酸酯(iroi):10份，丙烯酸-2-羥乙酯(HEA): 10份，丙烯酸正丁酯(BA):4份，丙烯酸(AA):5份，0P-10:0.7份，十二烷基硫酸鈉:0.7份，偶氮二異丁腈:0.8份，過硫酸鉀:0.5份，去離子水:30份，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA):5份，己二醇二丙烯酸酯(HDDA):3份，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA):1.5份，乳化劑:2.5份，光引發(fā)劑:4.5份，顏料:40份，消泡劑:1.5份，助劑:9份。
[0021]實施例3:
一種環(huán)保型UV光固化油墨，包括按重量份計的以下成分:
三羥甲基丙烷(TMP):6份，異佛爾酮二異氰酸酯(iroi):8份，丙烯酸-2-羥乙酯(HEA):8