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一种超高温抗黄变溶剂型耐蒸煮型凹版白墨制造方法
时间:2013-05-07   来源: 包装前沿   阅读:3806次

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     研究背景:
     目前我国的软包装技术发展迅速,水平不断提高,制作的软包装材料款式多样,其中复合软包装材料现已成为国内较成熟的主要包装材料之一。如使用的薄膜基材就有PET、BOPP 、PE、CPP 和AL 等,未来软包装的趋势向着高阻隔性、耐高温蒸煮性的方向发展。特别是食品、药品等的外用软包装材料,更要求有高温杀毒、环保卫生等高性能,这样就要求有符合如此高性能条件的、适用于高温耐蒸煮的复合印刷油墨与之相配套。于是,高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨应运而生。
     一般来说高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨一般由着色料、研磨树脂、聚氨酯连结料、溶剂以及一部分助剂组成。高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨用的颜料首先要耐溶剂,其次要有耐高温蒸煮性,耐迁移性能,能承受150℃以上高温而不分解变色。按照标准,油墨中应用的黑色颜料全部是炭黑;白色颜料多数选用金红石型钛白粉;在凹版蒸煮油墨里属于最稳定耐性最强的颜料,这两类无机颜料的抗热性及耐迁移性能无与伦比,尤其是其抗热性能远远超过300℃以上。色墨则要有条件地试验选用,例如经过颜料化处理的缩合偶氮类、苯并咪唑酮偶氮类、酞青蓝和酞青绿等,它们都能经200℃高温而不变色。
     在凹版蒸煮油墨里使用的连结料主要是聚氨酯,该树脂是油墨的骨架,该树脂分子中一般含有- NCO 基团,分子的聚合度较少,但是分子结构复杂,种类繁多,其中的简单单体就有甲苯二异氰酸酯(TDI),二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),多苯基多次甲基多异氰酸酯(PAPI),三羟基聚醚(甘油聚醚)。市面上出售的凹版蒸煮油墨用聚氨酯连结料,就是经过改性的聚氨酯单体树脂液,引进一些重要的分子官能团,主要分为两类,聚醚或聚酯型,由这类聚氨酯制作的凹版蒸煮油墨成膜后有较高的拉伸强度、较好的耐油耐溶剂性、优异的绝热和阻隔性等;特别是耐高温蒸煮性,一般其蒸煮温度设计条件是150℃以上,在白墨耐蒸煮油墨配方中若采用HDI或MDI 单体合成的聚氨酯则可以减轻由于TDI类型聚氨酯在超高温度下的黄变。另外在选择油墨用的聚氨酯树脂液时,要求做成的油墨具有与塑料薄膜优异的粘结性,墨膜有很好的耐热耐水煮性,溶剂释放性好、残留量少,对颜料的润湿性良好,光泽度高等性能。
     溶剂和助剂是凹版复合蒸煮油墨里重要组成部分,它是油墨制造工艺和油墨印刷适应性以及成膜中至关重要的部分。油墨主要溶剂有酯类、酮类醇类、芳香烃类溶剂;助剂主要有分散剂、抗静电剂、抗粘剂等。
     综上所述,传统的凹版白墨打底在较低的温度(如150℃左右)时就容易产生黄变,有些用户在印刷完成后的后加工中,需要经受200℃以上的高温(如印有白墨的印刷膜与钢板在高温220℃的条件下复合,用来代替有内涂层的铁桶制作工艺,从而制成各种具有多层复合结构的桶状容器),这样普通蒸煮型白墨就不能满足要求。所以需要对这类油墨进行改进,以适应某些特殊后加工工艺的要求。
     技术应用
     通过上述研究背景分析,引起凹版塑料蒸煮白墨黄变的因素是是芳香族的聚氨酯在较高的温度下容易黄变。对于由于聚氨酯产生黄变我们可以采用脂肪族的聚氨酯代替芳香族的聚氨酯来减轻黄变,另外我们可以通过稳定芳香族聚氨酯的方法来消除。常规的使用方法是通过添加稳定剂来稳定,其作用途径有两种:一是添加能量转移助剂,在较高的温度下,能量转移助剂先吸收热量,自身分解达到保护对方的目的,其次是添加稳定的大分子物质在较高的温度下与对方发生化学反应, 生成稳定的大分子物质,新的生成物不影响产物的最终使用性能。很显然后一种措施具有明显的作用。本文就介绍采用添加大分子稳定剂的方式,在普通塑料凹版蒸煮白墨的基础上制造凹版塑料复合超高温蒸煮白墨的方法。
     所述的大分子高聚物来自美国某大公司生产的一种树脂XXX223,其有效成分为100%,其分子结构特点具体表现为:1,几乎能够溶解在溶剂型凹版油墨中所有的单一溶剂中(因为有丰富的极性和非极性基团)。2. 可以强化墨层对底材的结合牢度。(其分子结构中不仅具有对塑料、无机材料的强吸附基团,同时整个分子结构还具有良好的内增塑作用,高温交联成膜时内应力收缩小);3.使用很少就可以达到消除黄变的效果(结构中具有重复活性基团单元)。4.优异的储存稳定性。
     XXX223具有双酚A型对称结构和富含众多的反应性官能团(如分子两端的环氧基团和和靠近双酚A型结构的相邻碳原子上的羟基集团),添加的功能性官能团(如环氧基)具有灵活的反应特征,即在相对较低温度(80~150℃)的反应活性,环氧基能够与聚氨酯中的(羟基)交联反应,有效结合程度较高;另外靠近双酚A型结构的相邻碳原子上的羟基基团参入交联反应相对环氧基来说要困难得多,常需要较高的温度(200℃左右)来参入与羟基反应,形成更加稳定的化合物。另外该功能性环氧高聚物的羟基还起到抑制某些高分子量芳香族的聚氨酯树脂在高温下生成联苯类化合物带来黄变的危险。
     我们从以下几个性能考察XXX223的添加对油墨的影响:油墨的储存稳定性,印刷稳定性,各种塑料薄膜的附着牢度,各种复合结构的复合强度,抗高温蒸煮性能等。
     技术实施试验对比
     普通蒸煮白色塑料凹版油墨配方(见表-1):(以百分比计)


     在上述白色油墨配方中分别添加0.5% 和1.0%的XXX223(以重量计)
     1.测试油墨的热稳定性。
     测试方法:未稀释原墨通过6#钢丝刮棒,涂布在耐高温20um厚度的PET 薄膜上,放置在不同温度不同时间的烘箱和密闭蒸煮釜中。观察其墨层黄变情况。
     (见表-2)


     很明显,添加XXX223 以重量计0.5%~1.0%范围内普通蒸煮复合白墨的抗热性黄变性能得到改善。
     2.油墨储存稳定性及其它基本性能考察。(见表-3)


     从表-3 很明显看出添加XXX223后油墨的牢度性能和印刷性能,稳定性能都与普通蒸煮白墨性能相当,但是XXX223添加后油墨在印刷时有粘背的危险,而且随着XXX223添加量的增加,油墨的抗粘背性能越来越差。所以需要在添加XXX223环氧树脂的同时要添加抗粘背助剂。抗粘背助剂选用二氧化硅,添加量为原墨重量的0.6%份,XXX223添加量为0.7%份。
     重复上述油墨的热稳定性,油墨储存稳定性及其它基本性能试验.(见表-4)
     从表-4可以看出,二氧化硅添加量为原墨重量的0.6%份,XXX223添加量为0.7%份对于普通凹版复合白墨的抗热黄变性能是适合的。
     3.油墨各种结构的复合强度考察。
     采用高盟双组分蒸煮胶水作干式复合,复合后45℃,熟化48h后测试其复合强度,其值越大越好。(强度单位:g/15mm)见表-5


     从表-5 可以看出添加XXX223后各种结构的复合强度都有明显的提高,这是因为含羟基和环氧基团的XXX223与双组分复合胶水的交联,其交联程度远远高于没有添加的普通蒸煮凹版白墨。
     总结
     超高温抗黄变溶剂型耐蒸煮型凹版白墨制造方法属于油墨技术领域。该凹版抗高温黄变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%组成。其制造方法包括将特殊高聚物直接混合在市售耐蒸煮白墨里直接高速搅拌5~10min,其中搅拌机转速为2000转/min,即可得到耐超高温的蒸煮复合白墨。本技术优点是:可抗200℃以上高温黄变,生产工艺简单,光泽度高,与底材优秀的结合牢度高,复合强度高,遮盖力优异,储存稳定性好。
 

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