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一種超高溫抗黃變溶劑型耐蒸煮型凹版白墨制造方法
時間:2013-05-07   來源: 包裝前沿   閱讀:13171次

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???? 研究背景:
???? 目前我國的軟包裝技術發展迅速,水平不斷提高,制作的軟包裝材料款式多樣,其中復合軟包裝材料現已成為國內較成熟的主要包裝材料之一。如使用的薄膜基材就有PET、BOPP 、PE、CPP 和AL 等,未來軟包裝的趨勢向著高阻隔性、耐高溫蒸煮性的方向發展。特別是食品、藥品等的外用軟包裝材料,更要求有高溫殺毒、環保衛生等高性能,這樣就要求有符合如此高性能條件的、適用于高溫耐蒸煮的復合印刷油墨與之相配套。于是,高溫耐蒸煮凹版塑料復合油墨應運而生。
???? 一般來說高溫耐蒸煮凹版塑料復合油墨一般由著色料、研磨樹脂、聚氨酯連結料、溶劑以及一部分助劑組成。高溫耐蒸煮凹版塑料復合油墨用的顏料首先要耐溶劑,其次要有耐高溫蒸煮性,耐遷移性能,能承受150℃以上高溫而不分解變色。按照標準,油墨中應用的黑色顏料全部是炭黑;白色顏料多數選用金紅石型鈦白粉;在凹版蒸煮油墨里屬于最穩定耐性最強的顏料,這兩類無機顏料的抗熱性及耐遷移性能無與倫比,尤其是其抗熱性能遠遠超過300℃以上。色墨則要有條件地試驗選用,例如經過顏料化處理的縮合偶氮類、苯并咪唑酮偶氮類、酞青藍和酞青綠等,它們都能經200℃高溫而不變色。
???? 在凹版蒸煮油墨里使用的連結料主要是聚氨酯,該樹脂是油墨的骨架,該樹脂分子中一般含有- NCO 基團,分子的聚合度較少,但是分子結構復雜,種類繁多,其中的簡單單體就有甲苯二異氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI),多苯基多次甲基多異氰酸酯(PAPI),三羥基聚醚(甘油聚醚)。市面上出售的凹版蒸煮油墨用聚氨酯連結料,就是經過改性的聚氨酯單體樹脂液,引進一些重要的分子官能團,主要分為兩類,聚醚或聚酯型,由這類聚氨酯制作的凹版蒸煮油墨成膜后有較高的拉伸強度、較好的耐油耐溶劑性、優異的絕熱和阻隔性等;特別是耐高溫蒸煮性,一般其蒸煮溫度設計條件是150℃以上,在白墨耐蒸煮油墨配方中若采用HDI或MDI 單體合成的聚氨酯則可以減輕由于TDI類型聚氨酯在超高溫度下的黃變。另外在選擇油墨用的聚氨酯樹脂液時,要求做成的油墨具有與塑料薄膜優異的粘結性,墨膜有很好的耐熱耐水煮性,溶劑釋放性好、殘留量少,對顏料的潤濕性良好,光澤度高等性能。
???? 溶劑和助劑是凹版復合蒸煮油墨里重要組成部分,它是油墨制造工藝和油墨印刷適應性以及成膜中至關重要的部分。油墨主要溶劑有酯類、酮類醇類、芳香烴類溶劑;助劑主要有分散劑、抗靜電劑、抗粘劑等。
???? 綜上所述,傳統的凹版白墨打底在較低的溫度(如150℃左右)時就容易產生黃變,有些用戶在印刷完成后的后加工中,需要經受200℃以上的高溫(如印有白墨的印刷膜與鋼板在高溫220℃的條件下復合,用來代替有內涂層的鐵桶制作工藝,從而制成各種具有多層復合結構的桶狀容器),這樣普通蒸煮型白墨就不能滿足要求。所以需要對這類油墨進行改進,以適應某些特殊后加工工藝的要求。
???? 技術應用
???? 通過上述研究背景分析,引起凹版塑料蒸煮白墨黃變的因素是是芳香族的聚氨酯在較高的溫度下容易黃變。對于由于聚氨酯產生黃變我們可以采用脂肪族的聚氨酯代替芳香族的聚氨酯來減輕黃變,另外我們可以通過穩定芳香族聚氨酯的方法來消除。常規的使用方法是通過添加穩定劑來穩定,其作用途徑有兩種:一是添加能量轉移助劑,在較高的溫度下,能量轉移助劑先吸收熱量,自身分解達到保護對方的目的,其次是添加穩定的大分子物質在較高的溫度下與對方發生化學反應, 生成穩定的大分子物質,新的生成物不影響產物的最終使用性能。很顯然后一種措施具有明顯的作用。本文就介紹采用添加大分子穩定劑的方式,在普通塑料凹版蒸煮白墨的基礎上制造凹版塑料復合超高溫蒸煮白墨的方法。
???? 所述的大分子高聚物來自美國某大公司生產的一種樹脂XXX223,其有效成分為100%,其分子結構特點具體表現為:1,幾乎能夠溶解在溶劑型凹版油墨中所有的單一溶劑中(因為有豐富的極性和非極性基團)。2. 可以強化墨層對底材的結合牢度。(其分子結構中不僅具有對塑料、無機材料的強吸附基團,同時整個分子結構還具有良好的內增塑作用,高溫交聯成膜時內應力收縮小);3.使用很少就可以達到消除黃變的效果(結構中具有重復活性基團單元)。4.優異的儲存穩定性。
???? XXX223具有雙酚A型對稱結構和富含眾多的反應性官能團(如分子兩端的環氧基團和和靠近雙酚A型結構的相鄰碳原子上的羥基集團),添加的功能性官能團(如環氧基)具有靈活的反應特征,即在相對較低溫度(80~150℃)的反應活性,環氧基能夠與聚氨酯中的(羥基)交聯反應,有效結合程度較高;另外靠近雙酚A型結構的相鄰碳原子上的羥基基團參入交聯反應相對環氧基來說要困難得多,常需要較高的溫度(200℃左右)來參入與羥基反應,形成更加穩定的化合物。另外該功能性環氧高聚物的羥基還起到抑制某些高分子量芳香族的聚氨酯樹脂在高溫下生成聯苯類化合物帶來黃變的危險。
???? 我們從以下幾個性能考察XXX223的添加對油墨的影響:油墨的儲存穩定性,印刷穩定性,各種塑料薄膜的附著牢度,各種復合結構的復合強度,抗高溫蒸煮性能等。
???? 技術實施試驗對比
???? 普通蒸煮白色塑料凹版油墨配方(見表-1):(以百分比計)


???? 在上述白色油墨配方中分別添加0.5% 和1.0%的XXX223(以重量計)
???? 1.測試油墨的熱穩定性。
???? 測試方法:未稀釋原墨通過6#鋼絲刮棒,涂布在耐高溫20um厚度的PET 薄膜上,放置在不同溫度不同時間的烘箱和密閉蒸煮釜中。觀察其墨層黃變情況。
???? (見表-2)


???? 很明顯,添加XXX223 以重量計0.5%~1.0%范圍內普通蒸煮復合白墨的抗熱性黃變性能得到改善。
???? 2.油墨儲存穩定性及其它基本性能考察。(見表-3)


???? 從表-3 很明顯看出添加XXX223后油墨的牢度性能和印刷性能,穩定性能都與普通蒸煮白墨性能相當,但是XXX223添加后油墨在印刷時有粘背的危險,而且隨著XXX223添加量的增加,油墨的抗粘背性能越來越差。所以需要在添加XXX223環氧樹脂的同時要添加抗粘背助劑。抗粘背助劑選用二氧化硅,添加量為原墨重量的0.6%份,XXX223添加量為0.7%份。
???? 重復上述油墨的熱穩定性,油墨儲存穩定性及其它基本性能試驗.(見表-4)
???? 從表-4可以看出,二氧化硅添加量為原墨重量的0.6%份,XXX223添加量為0.7%份對于普通凹版復合白墨的抗熱黃變性能是適合的。
???? 3.油墨各種結構的復合強度考察。
???? 采用高盟雙組分蒸煮膠水作干式復合,復合后45℃,熟化48h后測試其復合強度,其值越大越好。(強度單位:g/15mm)見表-5


???? 從表-5 可以看出添加XXX223后各種結構的復合強度都有明顯的提高,這是因為含羥基和環氧基團的XXX223與雙組分復合膠水的交聯,其交聯程度遠遠高于沒有添加的普通蒸煮凹版白墨。
???? 總結
???? 超高溫抗黃變溶劑型耐蒸煮型凹版白墨制造方法屬于油墨技術領域。該凹版抗高溫黃變耐蒸煮型白墨由特殊高聚物凡立水0.7wt%加惰性二氧化硅0.6%以及市售耐蒸煮白墨98.7wt%組成。其制造方法包括將特殊高聚物直接混合在市售耐蒸煮白墨里直接高速攪拌5~10min,其中攪拌機轉速為2000轉/min,即可得到耐超高溫的蒸煮復合白墨。本技術優點是:可抗200℃以上高溫黃變,生產工藝簡單,光澤度高,與底材優秀的結合牢度高,復合強度高,遮蓋力優異,儲存穩定性好。
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