[发明专利]一种水性UV固化油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性UV固化油墨及其制备方法。

背景技术

上个世纪70年代末期，随着水性高分子乳液的开发和商业化，欧美等国相继生产出了工业要求的水性油墨，简称水墨，从环保角度来讲，这种无污染、无毒害的新型油墨的生产和应用，是油墨制造工业上的一次巨大的革命。水性油墨是以水作为溶剂的一种环保型油墨，由于不含有挥发性有机溶剂，大大减少了有机挥发物（VOC）的排放，从而减轻了大气污染，改善了印刷操作环境，有利于职工的身体健康。它可以消除溶剂型油墨中某些有毒有害物质对人体的危害和对被包装商品的污染，改善总体环境质量，此外，它不仅可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患，还可以减少印刷表面残留的毒性，而且方便清洗印刷设备，因而在食品包装、烟酒包装、医药包装以及儿童玩具包装等包装印刷行业得到广泛应用，近年来水墨也开始应用于服装印刷行业。目前，水性油墨最主要的应用领域是柔性版印刷与凹版印刷，近年来，柔性版印刷在世界范围内飞速发展，在欧美发达国家被认为是“地球上最优秀、最有前途的印刷方式”。尽管水性油墨相对于传统溶剂型油墨有许多优点，但由于水的一些固有特点，导致水性油墨存在干燥速度慢，稳定性差，光泽度低，流变性能和表面吸附性能差等缺点。

UV固化油墨是以UV固化技术为基础结合油墨特性的一类新型环保涂料，其主要成分包括预聚物、光引发剂、颜料、活性稀释剂及助剂等。UV固化涂料的优点之一是其不含溶剂，从而大大消除了有机挥发分(VOC)对环境的污染，且以固化速度快、节能、生产效率高、涂层性能好等优点，近20多年来获得广泛应用。但由于该涂料所用的主要成分即低相对分子质量的预聚物一般具有较高的黏度，在使用前必须加入单体以调节其黏度和流变性，提高固化膜的性能。通常加入一些反应性活性稀释剂及多官能团丙烯酸酯等，而这些活性稀释剂大部分具有毒性和刺激性，对环境及人体健康造成不利影响。虽然单纯采用官能化低聚物可配制出100%固含量的光固化涂料以消除VOC的影响，但由于其黏度对相对分子质量的依赖关系，体系黏度太大，且难以调节和控制，故100%固含量的光固化涂料在性能和使用上受到很大限制。

水性UV固化油墨兼有水性油墨和UV固化油墨的优点，主要集中在以下几个方面：（1）不需要加入活性稀释剂来调节黏度，可解决UV固化油墨中毒性、刺激性的问题；（2）水性体系可以更方便调节油墨的黏度和流变性，从而提高其印刷适应性，尤其是在水印设备中的应用；（3）可以在光固化前即可得到无粘性的干膜，从而保证固化膜的光洁度，简化防尘操作，有利于堆放及对膜的修理；（4）可得到超薄型固化膜；（5）可适应于喷涂、辊涂、刷涂等通用的涂布方式，对设备要求低；（6）由于体系的粘度与预聚物的分子量无关（只与固含量有关），且不必加入低分子量的活性稀释剂，从而解决了传统UV固化油墨不能兼顾柔韧性与硬度的缺点。

但是，现有的水性UV固化油墨使用时也还存在一些不足，如耐水性相对较差，储存不稳定，光固化速率与膜的力学性能之间存在不可同时提高的矛盾，光泽度、硬度、附着力、耐老化、耐磨等性能不够理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种耐水性好，储存稳定，可快速光固化，且在光泽度、硬度、附着力、耐老化、耐磨、柔韧性方面具有优异性能的水性UV固化油墨及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之水性UV固化油墨，含有以下质量百分数的组分：水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体35%-45%（优选38%-42%），水性环氧丙烯酸酯预聚体25%-35%（优选28%-32%），颜料5%-10%（优选6%-9%），助剂1%-3%（优选1.5%-2.5%），光引发剂1%-5%（优选2%-4%），溶剂10%-20%（优选13%-18%）。

进一步，所述水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体，由以下方法制备而成：

（1）在氮气保护下，将醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂二月桂酸二丁基锡加入反应容器中，在60℃-70℃温度下，120rpm-180rpm（优选150rpm）转速搅拌反应1h-3h，得到溶液Ⅰ； 

所述醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1.5:0.4-0.6:3.5-4.5，所述催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为醇解蓖麻油、聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯三者重量和的0.05%-0.10%；

（2）向溶液Ⅰ中加入二羟甲基丙酸、丙酮，在70℃-80℃温度下反应1.5h-2.0h，得到溶液Ⅱ；