摘要：研究了紙張用紫外光（uv）固化水性上光油低聚物共聚單體的配方、引發(fā)劑種類和用量及反應(yīng)條 件，合成了水性上光油低聚物，在此基礎(chǔ)上與活性稀釋劑、光引發(fā)劑等復(fù)合制備了紙張用紫外光固 化水性上光油，研究了其組成和性能指標(biāo)，優(yōu)化出了光固化速率適宜、性能良好的水乳性紫外固化 涂料。研究結(jié)果表明：當(dāng)該復(fù)合涂料中光引發(fā)劑2959的用量為3%、活性稀釋劑的質(zhì)量為乳液質(zhì)量 的40%、附著力促進(jìn)劑含量為0.6%時(shí)涂層光固化時(shí)間最短，涂膜綜合性能最好。最終制得了光澤度 佳、光滑、耐磨、紫外固化速率較快的水性上光油。
關(guān)鍵詞：水性上光油；紫外光固化；活性稀釋劑；光敏劑
1 引言
所謂印刷上光，就是在已經(jīng)完成圖文印刷過(guò)程的 復(fù)制品表面涂覆一層上光油，使印刷物表面獲得光亮 涂層的方法。印刷上光可以增強(qiáng)油墨的耐光、耐熱和防 潮能力，起到保護(hù)印跡、美化產(chǎn)品的作用。目前上光涂 料多為溶劑型，在當(dāng)今環(huán)境保護(hù)大受各國(guó)政府重視的 背景下，有逐漸被取代的趨勢(shì)。紫外光固化涂料主要是 指在紫外光的作用下，通過(guò)光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，使單 體能夠迅速交聯(lián)成膜的一種節(jié)能環(huán)保型涂料。與傳統(tǒng) 的熱固化涂料相比具有很多的優(yōu)點(diǎn)：固化時(shí)間短、速度 快、所需設(shè)備簡(jiǎn)單，大大地提高了生產(chǎn)效率，減少了占 地面積；無(wú)溶劑或含有少量的溶劑，減少了大氣污染 能耗只有傳統(tǒng)涂料的10%～20%，節(jié)省了能源[1-4]。
水性光固化涂料結(jié)合了水性涂料的環(huán)保優(yōu)勢(shì)和光固化涂料 的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。
2 試驗(yàn)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）和丙烯酸羥乙酯（hea），均為工業(yè)級(jí)原料； 十二烷基磺酸鈉（dbs）和op-10，工業(yè)級(jí)乳化劑；過(guò)硫 酸銨水性引發(fā)劑（aps），化學(xué)純?cè)噭粊喠蛩釟溻c，化 學(xué)純?cè)噭粠€基乙醇，化學(xué)純?cè)噭惶妓釟溻c，化學(xué)純?cè)?劑，作為反應(yīng)體系的ph調(diào)節(jié)劑；光引發(fā)劑1173和 2959，瑞士汽巴化學(xué)公司提供；三羥甲基丙烷三丙烯酸 酯（tmpta）、新戊二醇二丙烯酸酯（npgda）和二縮三 丙二醇二丙烯酸酯（tpgda），天津天驕化工廠生產(chǎn)； 安息香丁醚和二苯甲酮，化學(xué)純?cè)噭?br> ⑵試驗(yàn)儀器：電磁攪拌器，電熱鼓風(fēng)干燥箱，涂-4# 杯黏度計(jì)，鉛筆硬度計(jì)，光澤測(cè)定儀。
⑶乳液聚合物合成：①將乳化劑與定量的去離子水置于三口瓶中，水浴加熱，溫度升至80℃左右，高速 攪拌使乳化劑溶解，單體與巰基乙醇混合待用；②將過(guò) 硫酸銨引發(fā)劑溶于水待用；③取20%的混合單體與1/3 的引發(fā)劑加入燒瓶，剩余的單體加入到滴液漏斗中，待 反應(yīng)液變藍(lán)后，開(kāi)始滴加剩余單體和引發(fā)劑，反應(yīng)溫度 控制在80℃左右，將單體和引發(fā)劑在2.5~3.0 h內(nèi)滴 加完；④待單體及引發(fā)劑滴加完后保溫1 h，然后使體 系降溫至65℃，開(kāi)始加入1%的亞硫酸氫鈉溶液，每 20 min補(bǔ)加一次，共3次；⑤最后將乳液降溫到40℃ 以下后過(guò)濾出料。 光固化上光油的性能測(cè)定按國(guó)標(biāo)進(jìn)行。 [next]
3 結(jié)果與討論
3.1影響水性乳液性能的因素
3.1.1共聚單體種類及配比對(duì)乳液性能的影響 涂層的硬度和附著力等性能與聚合單體中軟硬單 體的比例有很大的關(guān)系，軟硬單體的比例最終影響著 聚合物的玻璃化溫度（t）g。tg可以從gibbs-dimarzio 公式[5]計(jì)算。根據(jù)軟硬單體的種類以及比例的不同進(jìn) 行了一系列試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。
表1
點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
試驗(yàn)表明：將帶有極性基團(tuán)的丙烯酸、丙烯腈、丙 烯酰胺引入，可以使聚合物側(cè)鏈上帶有極性基團(tuán)，增大 涂層與基材之間的附著力，改善乳液聚合物的交聯(lián)性 能，它們是親水性單體，既可溶于水相，又可溶于油相， 可以明顯抑制凝聚物的形成。合成后的乳液具有良好 的機(jī)械穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。
根據(jù)紙張對(duì)上光油既要有較高的硬度、又要有很 好的柔韌性的要求，5號(hào)樣品比較理想，即共聚單體配 比:m（ba）∶m（s）t∶m（an）∶m（aa）∶m（hea）∶m（n- am）為24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶1.0時(shí)，上光油涂膜性 能最好。tg過(guò)高，則硬度過(guò)大，涂層表面粗糙，龜裂且 不易成膜，韌性和附著力差；tg過(guò)低，涂層發(fā)黏，硬度差，不耐磨，無(wú)法滿足印刷上光油的要求。
3.1.2乳化劑用量的影響
通常乳化劑用量增大，凝聚物減少，采用陰/非離 子復(fù)合乳化劑能夠賦予乳液極好的聚合穩(wěn)定性和貯存 穩(wěn)定性，乳化劑的選用應(yīng)考慮各種共聚單體對(duì)乳化劑 親水親油平衡值（hlb）的不同要求。由試驗(yàn)得知， dbs∶op-10為2∶1，用量為單體總量的3.0%為好。
3.1.3反應(yīng)溫度對(duì)乳液的影響[6]
溫度對(duì)聚合反應(yīng)的影響較大，聚合溫度越高，聚合 速率越快，反應(yīng)周期越短；聚合溫度降低時(shí)，聚合反應(yīng) 緩慢，反應(yīng)周期加長(zhǎng)，乳化效率降低，膠束數(shù)目減少，乳 膠顆粒增大。用5號(hào)樣品的配方在不同溫度下進(jìn)行系 列試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，反應(yīng)溫度在80~83 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h最好。
表2
點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
[next]
3.2影響光固化水性上光油性能的因素
3.2.1光引發(fā)劑對(duì)固化速率的影響
光引發(fā)劑是光固化涂料的關(guān)鍵組分，它對(duì)光固化 涂料的固化速率起著決定性的作用[7]。對(duì)紫外光引發(fā) 劑的選擇要考慮以下因素： ①光引發(fā)劑的吸收光譜要與紫外光譜相匹配；② 引發(fā)效率高，既具有較高的引發(fā)活性，同時(shí)產(chǎn)生的活性 中間體又有高的反應(yīng)活性；③在活性稀釋劑和低聚物 中有良好的相容性；④光固化后不能有黃變現(xiàn)象。 按自制的水性乳液與活性稀釋劑（其組成為tmp－ ta∶tpgda∶npgda=8∶1∶1）的質(zhì)量比為2∶1配制上 光油，并加入適量助劑，再按不同比例加入光引發(fā)劑。 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3
點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
從表3可以看出，光引發(fā)劑用量增加，光固化速率 加快。三類光引發(fā)劑中1173和2959效果優(yōu)于復(fù)合光 引發(fā)劑，效果最好的是2959，綜合考慮成本和光固化 速率，其用量為上光油總量的3%時(shí)為最好。
3.2.2活性稀釋劑對(duì)上光油固化性能及涂膜性能的影響
活性稀釋劑通常選擇具有不飽和鍵的多官能度單 體，它們?cè)诠夤袒苛现凶鳛橹匾M分，參與光固化過(guò) 程，影響光固化速率和固化膜的性能。 活性稀釋劑中含可參與光固化反應(yīng)的官能團(tuán)越 多，官能度越大，則光固化反應(yīng)活性越高，光固化速率 越快。從光固化活性看：多官能團(tuán)活性稀釋劑＞雙官能團(tuán)活性稀釋劑＞單官能團(tuán)活性稀釋劑。
在本試驗(yàn)中，按照活性稀釋劑與低聚物的質(zhì)量比 為1.0∶2.5的比例復(fù)合，并加入總含量為3%的2959 光引發(fā)劑。由tmpta、npgda、tpgda這3種活性稀 釋劑組成的組合稀釋劑中npgda與tpgda的質(zhì)量 比為1∶1，通過(guò)改變復(fù)合稀釋劑中tmpta的含量，測(cè) 定上光油光固化性能和涂膜性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4
點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)組合稀釋劑中tmpta的含量 提高時(shí)，固化速率加快。當(dāng)稀釋劑全部改為tmpta 時(shí)，雖然固化速率最快，涂膜硬度高，但涂膜脆且附著 力差。當(dāng)tmpta在復(fù)合稀釋劑中含量為80%時(shí)，固化 時(shí)間為6 min，鉛筆硬度為3h，但附著力為2級(jí)。為了 使附著力達(dá)到1級(jí)，在紫外光固化上光油中添加附著 力促進(jìn)劑，當(dāng)附著力促進(jìn)劑用量達(dá)到0.6%以上時(shí)，附 著力可達(dá)到1級(jí)。 綜合以上各種影響因素，優(yōu)化出較合理的配方（見(jiàn) 表5），性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。
表5、表6
點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)水性上光油低聚物共聚單體和配比的選擇， 獲得了固化膜性能較好的單體組成。當(dāng)ba∶st∶an∶ aa∶hea∶n-am的質(zhì)量比為24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶ 1.0、在80~83℃、陰/非乳化劑配比為2∶1且乳化劑含 量為單體總量的3%時(shí)，得到的乳液涂膜性能良好；水 性上光油中光引發(fā)劑2959的用量為3%、活性稀釋劑 的用量為乳液質(zhì)量的40%、附著力促進(jìn)劑含量為0.6% 時(shí)，涂層光固化時(shí)間最短，涂膜性能最好。


紙箱機(jī)械之生產(chǎn)檢測(cè)儀的維修和保養(yǎng)簡(jiǎn)單分析
印刷，今天你環(huán)保了嗎？
瓦楞紙橫切機(jī)改造方案
走過(guò)布拉格 我的旅游相冊(cè)
平版膠印機(jī)大修記錄
10家造紙企業(yè)入選中國(guó)輕工百?gòu)?qiáng)
短版快印成中小幅面大優(yōu)勢(shì) 市場(chǎng)前景看好
2017年3D打印行業(yè)四大技術(shù)趨勢(shì)