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做座印刷纸张用紫外光固化水性上光油的制备研究

发布时间:2021-10-15 08:42:27 阅读: 来源:甲醛生产家厂家

印刷纸张用紫外光固化水性上光油的制备研究

摘要:研究了纸张用紫外光(UV)固化水性上光油低聚物共聚单体的配方、引发剂种类和用量及反应条 件,合成了水性上光油低聚物,在此基础上与活性稀释剂、光引发剂等复合制备了纸张用紫外光固 化水性上光油,研究了其组成和性能指标,优化出了光固化速率适宜、性能良好的水乳性紫外固化 涂料。研究结果表明:当该复合涂料中光引发剂2959的用量为3%、活性稀释剂的质量为乳液质量 的40%、附着力促进剂含量为0.6%时涂层光固化时间最短,涂膜综合性能最好。最终制得了光泽度 佳、光滑、耐磨、紫外固化速率较快的水性上光油。

关键词:水性上光油;紫外光固化;活性稀释剂;光敏剂

1 引言

所谓印刷上光,就是在已经完成图文印刷过程的 复制品表面涂覆一层上光油,使印刷物表面获得光亮 涂层的方法。印刷上光可以增强油墨的耐光、耐热和防 潮能力,起到保护印迹、美化产品的作用。目前上光涂 料多都要进行定期检查;为溶剂型,在当今环境保护大受各国政府重视的 背景下,有逐渐被取代的趋势。紫外光固化涂料主要是 指在紫外光的作用下,通过光引发剂产生自由基,使单 体能够迅速交联成膜的一种节能环保型涂料。与传统 的热固化涂料相比具有很多的优点:固化时间短、速度 快、所需设备简单,大大地提高了生产效率,减少了占 地面积;无溶剂或含有少量的溶剂,减少了大气污染 能耗只有传统涂料的10%~20%,节省了能源[]。

水性 光固化涂料结合了水性涂料的环保优势和光固化涂料 的节能优点,具有很好的发展前景。

2 试验部分

⑴原材料:丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、甲基丙 烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(N-AM)、丙 烯腈(AN)和丙烯酸羟乙酯(HEA),均为工业级原料; 十二烷基磺酸钠(DBS)和OP-10,工业级乳化剂;过硫 酸铵水性引发剂(APS)他在《汽车内饰产品性能设计对材料的挑战》报告中,化学纯试剂;亚硫酸氢钠,化 学纯试剂;巯基乙醇,化学纯试剂;碳酸氢钠,化学纯试 剂,作为反应体系的pH调节剂;光引发剂1173和 2959,瑞士汽巴化学公司提供;三羟甲基丙烷三丙烯酸 酯(TMPTA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)和二缩三 丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),天津天骄化工厂生产; 安息香丁醚和二苯甲酮,化学纯试剂。

⑵试验仪器:电磁搅拌器,电热鼓风干燥箱,涂-4# 杯黏度计,铅笔硬度计,光泽测定仪。

⑶乳液聚合物合成:①将乳化剂与定量的去离子水置于三口瓶中,水浴加热,温度升至80℃左右,高速 搅拌使乳化剂溶解,单体与巯基乙醇混合待用;②将过 硫酸铵引发剂溶于水待用;③取20%的混合单体与1/3 的引发剂加入烧瓶,剩余的单体加入到滴液漏斗中,待 反应液变蓝后,开始滴加剩余单体和引发剂,反应温度 控制在80℃左右,将单体和引发剂在2.5~3.0 h内滴 加完;④待单体及引发剂滴加完后保温1 h,然后使体 系降温至65℃,开始加入1%的亚硫酸氢钠溶液,每 20 min补加一次,共3次;⑤最后将乳液降温到40℃ 以下后过滤出料。 光固化上光油的性能测定按国标进行。

3 结果与讨论

3.1影响水性乳液性能的因素

3.1.1共聚单体种类及配比对乳液性能的影响 涂层的硬度和附着力等性能与聚合单体中软硬单使我们用的1些装备还要依托进口 体的比例有很大的关系,软硬单体的比例最终影响着 聚合物的玻璃化温度(T)g。Tg可以从Gibbs-Dimarzio 公式[5]计算。根据软硬单体的种类以及比例的不同进 行了一系列试验,结果见表1。

试验表明:将带有极性基团的丙烯酸、丙烯腈、丙 烯酰胺引入,可以使聚合物侧链上带有极性基团,增大 涂层与基材之间的附着力,改善乳液聚合物的交联性 能,它们是亲水性单体,既可溶于水相,又可溶于油相, 可以明显抑制凝聚物的形成。合成后的乳液具有良好 的机械稳定性和贮存稳定性。

根据纸张对上光油既要有较高的硬度、又要有很 好的柔韧性的要求,5号样品比较理想,即共聚单体配 比:m(BA)∶m(S)t∶m(AN)∶m(AA)∶m(HEA)∶m(N- AM)为24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶1.0时,上光油涂膜性 能最好。Tg过高,则硬度过大,涂层表面粗糙,龟裂且 不易成膜,韧性和附着力差;Tg过低,涂层发黏,硬度差,不耐磨,无法满足印刷上光油的要求。

3.1.2乳化剂用量的影响

通常乳化剂用量增大,凝聚物减少,采用阴/非离 子复合乳化剂能够赋予乳液极好的聚合稳定性和贮存 稳定性,乳化剂的选用应考虑各种共聚单体对乳化剂 亲水亲油平衡值(HLB)的不同要求。由试验得知, DBS∶OP-10为2∶1,用量为单体总量的3.0%为好。

3.1.3反应温度对乳液的影响[6]

温度对聚合反应的影响较大,聚合温度越高,聚合 速率越快,反应周期越短;聚合温度降低时,聚合反应 缓慢,反应周期加长,乳化效率降低,胶束数目减少,乳 胶颗粒增大。用5号样品的配方在不同温度下进行系 列试验,结果见表2。由表2可知,反应温度在80~83 ℃,反应时间为3 h最好。

3.2影响光固化水性上光油性能的因素

3.2.1光引发剂对固化速率的影响

光引发剂是光固化涂料的关键组分,它对光固化 涂料的固化速率起着决定性的作用[7]。对紫外光引发 剂的选择要考虑以下因素: ①光引发剂的吸收光谱要与紫外光谱相匹配;② 引发效率高,既具有较高的引发活性,同时产生的活性 中间体又有高的反应活性;③在活性稀释剂和低聚物 中有良好的相容性;④光固化后不能有黄变现象。 按自制的水性乳液与活性稀释剂(其组成为TMP- TA∶TPGDA∶NPGDA=8∶1∶1)的质量比为2∶1配制上 光油,并加入适量助剂,再按不同比例加入光引发剂。 试验结果见表3。

从表3可以看出,光引发剂用量增加,光固化速率 加快。三类光引发剂中1173和2959效果优于复合光 引发剂,效果最好的是2959,综合考虑成本和光固化 速率,其用量为上光油总量的3%时为最好。

3.2.2活性稀释剂对上光油固化性能及涂膜性能的影响

活性稀释剂通常选择具有不饱和键的多官能度单 体,它们在光固化涂料中作为重要组分,参与光固化过 程,影响光固化速率和固化膜的性能。 活性稀释剂中含可参与光固化反应的官能团越 多,官能度越大,则光固化反应活性越高,光固化速率 越快。从光固化活性看:多官能团活性稀释剂>双官能团活性稀释剂>单官能团活性稀释剂。

在本试验中,按照活性稀释剂与低聚物的质量比 为1.0∶2.5的比例复合,并加入总含量为3%的2959 光引发剂。由TMPTA、NPGDA、TPGDA这3种活性稀 释剂组成的组合稀释剂中NPGDA与TPGDA的质量 比为1∶1,通过改变复合稀释剂中TMPTA的含量,测 定上光油光固化性能和涂膜性能,试验结果见表4。

试验结果表明,当组合稀释剂中TMPTA的含量 提高时,固化速率加快。当稀释剂全部改为TMPTA 时,虽然固化速率最快,涂膜硬度高,但涂膜脆且附着 力差。当TMPTA在复合稀释剂中含量为80%时,固化 时间为6 min,铅笔硬度为3H,但附着力为2级。为了 使附着力达到1级,在紫外光固化上光油中添加附着 力促进剂,当附着力促进剂用量达到0.6%以上时,附 着力可达到1级。 综合以上各种影响因素,优化出较合理的配方(见 表5),性能测试结果见表6。

4结语

通过对水227PVC塑料地弹簧门性上光油低聚物共聚单体和配比的选择, 获得了固化膜性能较好的单体组成。当BA∶St∶AN∶ AA∶HEA∶N-AM的质量比为24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶ 1.0、在80~83℃、阴/非乳化剂配比为2∶1且乳化剂含 量为单体总量的3%时,得到的乳液涂膜性能良好;水 性上光油中光引发剂2959的用量为3%、活性稀释剂 的用量为乳液质量的40%、附着力促进剂含量为0.6% 时,涂层光固化时间最短,涂膜性能最好。(end)

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