水性丙烯酸树脂及防白电油水墨的研究*

2011-09-24连坤鹏刘润林朱力勇赵英华

化学与粘合 2011年2期

关键词：丙烯酸乙酯水性

连坤鹏，刘润林，朱力勇，赵英华

（东莞英科水墨有限公司，广东东莞 523000）

水性丙烯酸树脂及防白电油水墨的研究*

连坤鹏，刘润林，朱力勇，赵英华

（东莞英科水墨有限公司，广东东莞 523000）

对防白电油水墨用丙烯酸树脂的制备进行了研究，以满足特种纸张防白电油的需要。实验以甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺为聚合单体，过硫酸铵为引发剂，在水和乙醇中进行聚合，然后中和成透明的水溶性丙烯酸树脂液。此外，实验还研究了乙醇用量以及交联单体用量对防白电油性能的影响。结果表明，混合溶剂去离子水/乙醇的质量比例为50/50、丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺的比例为2∶1、且含量为7%（占单体总量）时，制得的丙烯酸树脂液黏度适中，且防白电油耐擦洗效果最佳。该树脂液无毒、环保、经济，用该树脂液和PVC（聚氯乙烯）乳液同时配墨后进行防白电油测试对比，两者效果相当。

水性丙烯酸树脂液；防白电油

Abstract:An investigation on water-based acrylic resin and anti-white oil ink was presented in order to meet the requirement of anti-white oil for special paper.Methyl acrylate,ethyl acrylate,methyl methacrylate,hydroxyethyl acrylate and acrylamide were employed as monomers,and ammonium persulfate as initiator,to prepare water-soluble acrylic resins;the polymerization was carried out first in the presence of water and ethanol,and then neutralized to the transparent acrylic resin liquid.Further more,the investigation also evaluated the effect of ethanol and crosslink monomer dosage on anti-white oil properties.The results indicated that when water/ethanol ratio was 50/50,hydroxyethyl acrylate/acrylamide ratio was 2∶1,and its content was 7%,the final resin product had proper viscosity,and its performance of anti-white oil was best.This resin is non-toxic,environment friendly and economic.After the anti-white oil test,it was showed that,the prepared resin solution and PVC (polyvinyl chloride)emulsion had similar performance of anti-white oil.

Key words:Water-based acrylic resin solution;anti-white oil

前言

水墨即水性油墨，也称水基油墨，是以水为溶剂制成的油墨。近年来，水墨受到高度重视，产品性能的多样化也越来越受欢迎，如水性金银墨、导电水墨、塑料薄膜印刷水墨等[1-2]。这对水墨的性能提出了更高的要求，如防白电油水墨需要满足纸品后加工因粘污胶水而用白电油清洁且不损伤印品的要求。

目前，用于水墨的树脂主要是丙烯酸树脂类或改性的丙烯酸树脂类[3]，这是由于改性的丙烯酸树脂在光泽度、耐热性、耐水性、耐溶剂性能[4]等方面具有显著的优势。PVC（聚氯乙烯）乳液也可用于制备防白电油水墨，但是存在着黏度过低、价格高等缺点[5]。在本文中，以过硫酸铵做为引发剂，甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺为共聚单体，以水和乙醇作溶剂进行聚合，然后中和成透明树脂液。用该树脂液和PVC（聚氯乙烯）乳液同时配墨后进行防白电油对比，效果相当，且价格低廉。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

JB系列强力电动搅拌机、数显恒温水浴锅、500mL四口烧瓶、回流冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗、聚四氟乙烯搅拌桨、电子天平、120线展色仪等；

甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、分子量调节剂、阴-非结构乳化剂、缓冲剂、引发剂（过硫酸铵）、中和剂（20%的工业氨水）、食用乙醇等均为工业级；302中红色浆、H1#黑浆、A221蜡乳液、增稠剂、去离子水等均自产；河本PVC（聚氯乙烯）乳液、6#白电油均为外购。

1.2 水性丙烯酸树脂的合成

在四口瓶中装入去离子水、食用乙醇、阴-非结构乳化剂、缓冲剂、部分引发剂，搅拌升温至60℃，加入10%混合单体（甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、分子量调节剂），升温至70℃，待出现蓝光并基本无回流后，同时滴加剩余混合单体和引发剂溶液（用一定量水溶解剩余引发剂），3h滴完，并保温3h。降温至50℃，缓慢加入中和剂中和成透明树脂液，再用少量去离子水调节黏度，即得固含量为26%左右的水性丙烯酸透明树脂液。

1.3 防白电油水墨的配制

按以下组份依次加入搅拌：

表1 红色水墨Table 1 Red water-based ink

表2 黑色水墨Table 2 Black water-based ink

1.4 性能检测

1.4.1 黏度测试

黏度测试条件是：温度为30℃，用国产涂4#杯进行检测，单位为s。

1.4.2 防白电油效果

用120线展色仪将防白电油水墨展在白卡纸上，充分干燥后，用棉签沾上白电油，在涂层上来回擦洗，直至掉色为止。擦洗次数越多，说明其防白电油效果越佳。每组实验3次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 乙醇的用量对水性丙烯酸树脂性能的影响

图1 乙醇用量对水性丙烯酸树脂性能的影响Fig.1 Effect of ethanol content on the properties of water-based acrylic resin

由图1可知，食用乙醇的用量对体系的黏度影响很大，对防白电油效果影响不大。乙醇用量过低，体系黏度过大，严重影响了产品的使用；乙醇用量过多，不仅增加了成本，而且导致树脂液快干，也影响了产品的应用。综合考虑，去离子水/乙醇的最佳比例为50/50（质量比例）。

2.2 交联单体用量对防白电油效果的影响

为了赋予树脂以更优异的耐磨性、耐水性、粘结强度、耐溶剂性、抗污性等性能，常常要将线性乳液聚合物进行交联，生成三维网状结构[6]。本文选用丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺作为交联单体，把羟基和酰胺基引入到共聚物分子链中，在其后的成膜过程中，一定条件下，羟基、酰胺基和羧基之间发生化学反应而形成交联聚合物。本文确定了丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺的比例为2∶1，考察交联单体含量对防白电油效果的影响。

由图2可知，随着交联单体用量的增加，聚合物大分子上可以发生交联的基团增多，在成膜过程中发生交联反应的机会也变多，因此，所形成的交联聚合物耐白电油性能增强。但是，当交联单体含量超过7%（占单体总量）时，防白电油效果变差，且有少量凝胶物产生。这可能是因为交联单体过多，交联过度造成。因此，在本体系中，当丙烯酸羟乙酯和丙烯酰胺的比例为2∶1、且含量为7%（占单体总量）时，防白电油效果最佳。

图2 交联单体含量对防白电油效果的影响Fig.2 Effect of crosslinking monomer content on anti-white oil property

2.3 水性丙烯酸树脂性能指标以及防白电油效果对比

以最优化的比例制备水性丙烯酸树脂，其性能指标如下表：

表3 水性丙烯酸树脂性能指标Table 3 Properties of water-based acrylic resin

用该树脂液配墨，以PVC（聚氯乙烯）乳液为标进行平行对比实验，防白电油效果如图3所示：红色水墨A耐白电油擦洗次数（注：3次实验取平均值）略低于PVC（聚氯乙烯）乳液配置的红色水墨B，而PVC（聚氯乙烯）乳液配置的黑色水墨C耐白电油擦洗次数又略高于黑色水墨D。因此，用本体系的水性丙烯酸树脂液配置的水墨防白电油效果基本可以达到PVC（聚氯乙烯）乳液的效果。