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做座包装膜及纸张用新一代水性油墨基料一

发布时间:2021-10-08 21:08:29 阅读: 来源:焊管机厂家
做座包装膜及纸张用新一代水性油墨基料一

包装膜及纸张用新一代水性油墨基料(一)

前言

过去 30 多年来,广泛研究了乳胶分散体所制得的聚合物膜,特别是近 10 年因环保要求促使从溶剂型向水性型过渡。在此领域里进行了大量的基础性研究。乳液聚合是乳胶分散体的主要合成路线,而且乳液聚合物在某些领域里起着重要的作用,特别是在建筑业装饰材料和印刷油墨中。这些胶乳分散体在工业化生产时大都采用间歇法制备,单体主要特点有:组成物为丙烯酸酯或苯乙烯 / 丙烯酸酯,具有单一的粒径分布。以往对乳液聚合物的研究大多集中在(反应)动力学、粒径、成膜性、表面活性剂的吸附性和分布状进行了新型生物医用聚合物基纳米复合材料的微注塑加工况、干性、胶粒形状以及最终涂膜的性能等方面。

印刷油墨所必需具有的特性是可逆性,即油墨的再润湿性、再溶解性或再分散性。也就是说要求已干燥的聚合物在湿的状态能用相同的聚合物进行再分散的能力。这种可逆性最重要的是它对于油墨具有好的印刷特性,在柔性或凹版印刷中尤其如此。因为在凹版印刷滚筒池中高速印刷时油墨是不允许干燥的。一般来讲,溶剂型聚合物有很好的可逆性,因为溶剂全部挥发后得到的干膜仍可在溶剂中溶解,然而,在水性乳液聚合物中,它的成膜过程是一种完全不同的方式,因此对可逆性产生不利影响,一般来讲,这种过程分为 6 个阶段,可归纳为 3 个主要阶段:絮凝、聚结、自动粘合。

在絮凝过程中,聚合物膜仍有可逆专用ASIC芯片分担了采样、状态监控等1系列外围工作性,这是因为所有粒子各自仍处于分离状态,但当它们开始聚结时将失去其可逆性,这是因为聚结后的聚合物膜不能溶于水中。

第一代油墨用水性聚合物完全是碱溶型的,这就是说,在高 pH 值条件下,聚合物粒子分离,构成这些粒子的分子链段将完全溶解在水相中(见图 1 )。这就是所谓的碱溶液或清漆。它的成膜过程与通常的溶剂型聚合物很相似,因为膜是处于溶解状态或对溶剂(在此情况下是水)很敏感,所以仍保持长时间的可逆性。另外,这类低聚物显示出极好的油墨特性,诸如好的颜料润湿性、好的相溶性和低的 MFFT 等。然而,它有一些主要缺陷如耐水性很差。这显然主要是由于亲水性聚合物主链所造成,干燥速度慢是因为此类体系中固含量( 20%~30% )低。表面抗下渗性差,抗回粘性(加上一定的负荷后防止两层涂膜粘接在一起的能力)差。

为了克服这些缺陷,开发了油墨用的新型聚合物,大都采用水性聚合物。它们是由低聚物和高聚物粒子混合而成,在此体系中低聚物是作为表面活性剂,在聚合过程中稳定高聚物粒子(见图 2 )。高聚物粒子比低聚物有更强的憎水性,更高的相对分子质量,可以改进性能。一般此类高聚物抗回粘性也更好。然而为了得到良好的助成膜性,通常此类聚合物中需添加助溶剂,但是这不符合环保要求。在这一体系中保持了可逆性,并且由于相对于在溶液中的自由分子链聚合物粒子有更好的质量 / 容积比,此类低聚物 / 高聚物体系可在更高( 40%~50% )固含量下制备,这样与纯的低聚物体系相比,缩短了干燥时间。然而此类低聚物 / 高聚物的干燥时间还不够短,其部分原因是由于亲水性低聚物的水亲合现象,尤其是在非吸收性热敏底材如聚乙烯或不同的驱动和操作方式可以更细化的分类聚丙烯底材上,其干燥速度还是太慢,从而对印刷速度及底材范围都有所限制。补加盐类可以部分改善干性,但是,它对抗水性则有不利的影响。

在过去的文献中已有关于在乳液聚合物中两种大小的粒径分布( PSD )对成膜性、流变性和干性等的影响的研究。发现通过采用两种形态的粒径分布,与采用单一粒径分布体系相比,可以得到更高的固含量(最佳填充比)。由于有更高的固含量,这些体系的干燥时间明显要比传统的(单一粒径分布)体系短。在那篇文献中所用的聚合物是单一分散体,因此是不可逆的。

本文中将讨论油墨用第三代水性聚合物,采用两种大小粒径分布( PSD )的低聚物 / 高聚物的混合体系。通过将两种 PSD 的分散体与低聚物混合,可以得到具有很高的固含量,能快速干燥并且可逆性好的聚合物。对可逆性、流变性、干燥速度、成膜性、粘接性进行了研究。利用测定聚合物的低剪切粘度与填充比或固含量的关系对流变性进行研究。通过测定随时间变化湿膜减少的质量来测定干燥时间。利用原子力显微镜( AFM )测定 MFFT 进行成膜性研究,在涂料及印刷油墨中有一个重要的关系即 MFFT/ 抗回粘性的平衡。实际上趋向于或者能得到低的 MFFT ,无需加入助溶剂即有好的成膜性,或者具有好的抗回粘性,而要同时得到好的两种性能就比较困难了。

本文对低聚物 / 高聚物的比例,低聚物 / 高聚物的 Tg 的改变以及以不同质量比混合大小粒子得到的聚合物的组成的变化对上述性能的影响进行了研究。

实验部分

乳胶的制备

所有聚合物都采用连续乳液聚合法合成。全部配方见表 1 ,改变低聚物中 BA/MMA 的比例得到不同的 Tg ,聚合完后用氨水将乳胶液 pH 调整至 8.5 ,然后过滤。表 2 为所提供的各种聚合物的更详细的参数,所有聚合物粒子都稀释到相同固含量( 39.7% )并以不同质量比混合大小粒子胶乳(混合比例 L/S 是指大粒子 / 小粒子),然后在上述混合物中加入 10% (质量比,下同)或者 30% 的低聚物。

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