連坤鵬，劉潤林，朱力勇，趙英華

（東莞英科水墨有限公司，廣東 東莞 523000）

水性丙烯酸樹脂及防白電油水墨的研究*

連坤鵬，劉潤林，朱力勇，趙英華

（東莞英科水墨有限公司，廣東 東莞 523000）

對防白電油水墨用丙烯酸樹脂的制備進行了研究，以滿足特種紙張防白電油的需要。實驗以甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺為聚合單體，過硫酸銨為引發(fā)劑，在水和乙醇中進行聚合，然后中和成透明的水溶性丙烯酸樹脂液。此外，實驗還研究了乙醇用量以及交聯(lián)單體用量對防白電油性能的影響。結(jié)果表明，混合溶劑去離子水/乙醇的質(zhì)量比例為50/50、丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺的比例為2∶1、且含量為7%（占單體總量）時，制得的丙烯酸樹脂液黏度適中，且防白電油耐擦洗效果最佳。該樹脂液無毒、環(huán)保、經(jīng)濟，用該樹脂液和PVC（聚氯乙烯）乳液同時配墨后進行防白電油測試對比，兩者效果相當。

水性丙烯酸樹脂液；防白電油

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，也稱水基油墨，是以水為溶劑制成的油墨。近年來，水墨受到高度重視，產(chǎn)品性能的多樣化也越來越受歡迎，如水性金銀墨、導(dǎo)電水墨、塑料薄膜印刷水墨等[1-2]。這對水墨的性能提出了更高的要求，如防白電油水墨需要滿足紙品后加工因粘污膠水而用白電油清潔且不損傷印品的要求。

目前，用于水墨的樹脂主要是丙烯酸樹脂類或改性的丙烯酸樹脂類[3]，這是由于改性的丙烯酸樹脂在光澤度、耐熱性、耐水性、耐溶劑性能[4]等方面具有顯著的優(yōu)勢。PVC（聚氯乙烯）乳液也可用于制備防白電油水墨，但是存在著黏度過低、價格高等缺點[5]。在本文中，以過硫酸銨做為引發(fā)劑，甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺為共聚單體，以水和乙醇作溶劑進行聚合，然后中和成透明樹脂液。用該樹脂液和PVC（聚氯乙烯）乳液同時配墨后進行防白電油對比，效果相當，且價格低廉。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

JB系列強力電動攪拌機、數(shù)顯恒溫水浴鍋、500mL四口燒瓶、回流冷凝管、溫度計、恒壓滴液漏斗、聚四氟乙烯攪拌槳、電子天平、120線展色儀等；

甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、分子量調(diào)節(jié)劑、陰-非結(jié)構(gòu)乳化劑、緩沖劑、引發(fā)劑（過硫酸銨）、中和劑（20%的工業(yè)氨水）、食用乙醇等均為工業(yè)級；302中紅色漿、H1#黑漿、A221蠟乳液、增稠劑、去離子水等均自產(chǎn)；河本PVC（聚氯乙烯）乳液、6#白電油均為外購。

1.2 水性丙烯酸樹脂的合成

在四口瓶中裝入去離子水、食用乙醇、陰-非結(jié)構(gòu)乳化劑、緩沖劑、部分引發(fā)劑，攪拌升溫至60℃，加入10%混合單體（甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、分子量調(diào)節(jié)劑），升溫至70℃，待出現(xiàn)藍光并基本無回流后，同時滴加剩余混合單體和引發(fā)劑溶液（用一定量水溶解剩余引發(fā)劑），3h滴完，并保溫3h。降溫至50℃，緩慢加入中和劑中和成透明樹脂液，再用少量去離子水調(diào)節(jié)黏度，即得固含量為26%左右的水性丙烯酸透明樹脂液。

1.3 防白電油水墨的配制

按以下組份依次加入攪拌：

表1 紅色水墨Table 1 Red water-based ink

表2 黑色水墨Table 2 Black water-based ink

1.4 性能檢測

1.4.1 黏度測試

黏度測試條件是：溫度為30℃，用國產(chǎn)涂4#杯進行檢測，單位為s。

1.4.2 防白電油效果

用120線展色儀將防白電油水墨展在白卡紙上，充分干燥后，用棉簽沾上白電油，在涂層上來回擦洗，直至掉色為止。擦洗次數(shù)越多，說明其防白電油效果越佳。每組實驗3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇的用量對水性丙烯酸樹脂性能的影響

圖1 乙醇用量對水性丙烯酸樹脂性能的影響Fig.1 Effect of ethanol content on the properties of water-based acrylic resin

由圖1可知，食用乙醇的用量對體系的黏度影響很大，對防白電油效果影響不大。乙醇用量過低，體系黏度過大，嚴重影響了產(chǎn)品的使用；乙醇用量過多，不僅增加了成本，而且導(dǎo)致樹脂液快干，也影響了產(chǎn)品的應(yīng)用。綜合考慮，去離子水/乙醇的最佳比例為50/50（質(zhì)量比例）。

2.2 交聯(lián)單體用量對防白電油效果的影響

為了賦予樹脂以更優(yōu)異的耐磨性、耐水性、粘結(jié)強度、耐溶劑性、抗污性等性能，常常要將線性乳液聚合物進行交聯(lián)，生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[6]。本文選用丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺作為交聯(lián)單體，把羥基和酰胺基引入到共聚物分子鏈中，在其后的成膜過程中，一定條件下，羥基、酰胺基和羧基之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成交聯(lián)聚合物。本文確定了丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺的比例為2∶1，考察交聯(lián)單體含量對防白電油效果的影響。

由圖2可知，隨著交聯(lián)單體用量的增加，聚合物大分子上可以發(fā)生交聯(lián)的基團增多，在成膜過程中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的機會也變多，因此，所形成的交聯(lián)聚合物耐白電油性能增強。但是，當交聯(lián)單體含量超過7%（占單體總量）時，防白電油效果變差，且有少量凝膠物產(chǎn)生。這可能是因為交聯(lián)單體過多，交聯(lián)過度造成。因此，在本體系中，當丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺的比例為2∶1、且含量為7%（占單體總量）時，防白電油效果最佳。

圖2 交聯(lián)單體含量對防白電油效果的影響Fig.2 Effect of crosslinking monomer content on anti-white oil property

2.3 水性丙烯酸樹脂性能指標以及防白電油效果對比

以最優(yōu)化的比例制備水性丙烯酸樹脂，其性能指標如下表：

表3 水性丙烯酸樹脂性能指標Table 3 Properties of water-based acrylic resin

用該樹脂液配墨，以PVC（聚氯乙烯）乳液為標進行平行對比實驗，防白電油效果如圖3所示：紅色水墨A耐白電油擦洗次數(shù)（注：3次實驗取平均值）略低于PVC（聚氯乙烯）乳液配置的紅色水墨B，而PVC（聚氯乙烯）乳液配置的黑色水墨C耐白電油擦洗次數(shù)又略高于黑色水墨D。因此，用本體系的水性丙烯酸樹脂液配置的水墨防白電油效果基本可以達到PVC（聚氯乙烯）乳液的效果。

圖3 防白電油水墨的效果Fig.3 Effect of anti-white oil of ink

3 結(jié)論

本體系中，混合溶劑去離子水/乙醇的質(zhì)量比例為50/50，制備得到的水性丙烯酸樹脂液粘度比較適中。

在本體系中，丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺的比例為2∶1、且含量為7%（占單體總量）時，防白電油耐擦洗效果最佳。

用本體系水性丙烯酸樹脂液配置的水墨防白電油耐擦洗可以達到PVC（聚氯乙烯）乳液的效果，不但可以滿足特種紙張防白電油的要求，而且有效地降低成本。

［1］白木.水性油墨發(fā)展綜述［J］.化工科技市場，2004，（2）：22.

［2］CHUSHO KIGYO JIGYODAN.Water based ink for printing plastic film:JP,2594741-B2［P］.1997-03-26.

［3］張奇，辛秀蘭.油墨用水性丙烯酸樹脂的研究進展［J］.北京工商大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005,22（2）：13.

［4］ANDREAS LUMPP,GERHARD KOEGLER.Solvent-resistant textile binder:US,5763022［P］.1998-01-09.

［5］DOMINIQUE PETIT,MICHEL LADANG.Modified polyvinyl chloride composition:US,5428087［P］.1995-01-27.

［6］曹同玉，劉慶普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007:307.

Study on Water-based Acrylic Resin and Anti-white Oil Ink

LIAN Kun-peng,LIU Run-lin,ZHU Li-yong and ZHAO Ying-hua

(Yingke Printing Ink MFG,Ltd.,Dongguan 523000,China)

TQ 433.436

A

1001-0017（2011）02-0033-03

2010-10-08 *基金項目：廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項目（編號：2009B090300015）

連坤鵬（1983-），男，廣東潮州人，碩士研究生，主要從事乳液合成及其在水性光油和油墨應(yīng)用的研究。