凹版印刷水性UV-LED油墨的制备与性能研究

采用质量百分比为6%~8%的色料、60%~70%的树脂、7%~10%的光引发剂、1%~7%的助剂和1%~10%的稀释剂制备凹版印刷水性UV-LED油墨,通过可变波长的UV-LED光源固化,并进行油墨的印刷性能测试。研究结果表明:凹版印刷水性UV-LED油墨的黏度、着色力、附着牢度和固化速率等性能指标达到国家标准,能够满足凹版印刷批量生产要求,可从源头解决凹版印刷行业的VOCs治理难题。

UV-LED水性网印油墨的制备与性能研究

采用单因素分析法,分析了UV-LED水性网印油墨材料组分和用量对油墨性能的影响,并通过正交试验分析,最终得出UV-LED水性网印油墨的配方为:预聚物为80%、光引发剂TPO为5.5%、染料为9%、光活化剂为3%、消泡剂为0.9%、表面活性剂为0.8%以及流平剂为0.8%。研究结果表明:制得的UV-LED水性网印油墨固化速率高,黏度符合标准,固含量和附着力优异,各项性能指标能满足网印的要求。

UV-LED油墨在软包装凹版印刷中的应用研究

通过制备一种UV-LED环保油墨和适配的UV-LED固化光源,并对凹版印刷机进行改进设计,构建一套采用UV-LED冷光源固化色墨的凹版印刷系统,进行软包装材料的印刷试验。在印速200 m/min、UV-LED波长385 nm、单个色组最低光功率6 kW等工艺条件下,UV-LED油墨在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、OPP(邻苯基苯酚)、CPP(流延聚丙烯)、PE(聚乙烯)等基材上只需0.1 s即可固化,印刷质量达到批量生产要求。无溶剂软包装凹版印刷工艺先进,环保节能,可以取代传统溶剂型印刷,从源头上解决软包装凹印企业的VOCs治理难题,促进产业转型升级。

UV-LED油墨光引发剂和光源的研究

UV-LED油墨因节能、环保、高效等优势备受关注。为提高UV-LED油墨的固化速率,选用不同光引发剂分别制备油墨,在不同波长及辐射能量的UV-LED光源下固化,研究了光引发剂和光源对油墨固化速率的影响。改变光引发剂质量分数制备油墨,测试油墨的固化速率,从而确定能使油墨获得较高固化速率的光引发剂质量分数。研究结果表明,光引发剂的种类、质量分数和光源的性能参数对UV-LED油墨的固化速率都有很大影响,所研制的油墨在颜料的透光窗口、光引发剂的光谱吸收峰、光源的光谱辐射峰三者相互匹配时有较高的固化速率。

火焰原子吸收光谱法测定水性食品油墨中铜与铅的溶出量

为探究水性油墨和印刷纸杯中可溶性铅和铜的溶出量,有效控制重金属迁移的安全风险,提出基于火焰原子吸收光谱法测定铜与铅元素的溶出量方法。先配制两种水性食品油墨即深红油墨和深绿油墨,并分析其性能,然后采用火焰原子吸收光谱法测定两种油墨和印刷纸杯中铜和铅的溶出量。实验结果表明:两种油墨的物理状态较为稳定,铜与铅元素在检测中质量浓度与光谱强度线性关系良好,其相对标准偏差分别为1.64%与2.24%,回收率分别在94.0%~101.0%和91.0%~94.8%之间;时间和温度对重金属溶出有较大影响,100℃条件下2 h的铅与铜溶出量分别是25℃条件下24 h铅与铜的8.3与2.36倍;深红墨的安全性高于深绿墨,所配制油墨及纸杯中铅与铜元素的溶出量在高温或长时间使用下存在超标的风险,因而需要严格控制材料制品与食物接触的时间和温度。所建立的方法快速简单、经济环保,可满足企业日常检验的要求。

聚酯型水性聚氨酯油墨的制备与性能

以聚酯多元醇XCP-2000PM和XCP-2000IPS、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料,合成一系列聚酯型水性聚氨酯(X-WPU),采用乳液性能、水接触角、力学性能等测试分析了XCP-2000PM和XCP-2000IPS添加量对X-WPU性能的影响,结果表明,随着XCP-2000IPS在软段中比例的增大,X-WPU乳液粒径逐渐增大,膜水接触角和拉伸强度呈先增大后下降的趋势,当XCP-2000IPS在软段中质量分数为10%时,制备的XWPU3综合性能最佳,乳液平均粒径为95.7 nm,薄膜24 h吸水率为6.8%,表面水接触角为84.64°,膜的拉伸强度为20.86 MPa。以X-WPU3为连接料与水性色浆、助剂制备水性油墨,结果表明,水性油墨具有较好的初干性、复溶性、耐水性及附着牢度,墨膜在水中浸泡24 h未脱落溶解,附着牢度达到0级。

水性油墨在卷烟纸上附着力的研究

为解决水性油墨在纸上附着力差的问题,本研究提出了一种水性油墨配方,调研了乳液连结料的玻璃化转变温度(T_(g))以及助剂(润湿剂和蜡乳液)对高光纸附着力的影响。结果表明,T_(g)在-18~10℃范围内的乳液连结料能有效提高高光纸的附着力。此外,非成膜树脂的加入不仅提高了油墨在高光纸上的附着力,而且增强了油墨的抗黏连性能。当使用T_(g)为-8℃的乳液作为连结料、不成膜树脂的用量为38%(质量分数)、蜡乳液GA1842用量为3%(质量分数)、润湿剂superwet-360用量为1%(质量分数)时,相应油墨在高光纸上的附着力达到93.8%,在哑银转移纸的附着力达到80%,在其他几类卷烟纸上的附着力均为100%。本研究所制备的水性油墨具有较好的应用价值。

酰胺类化合物改性印刷装饰纸用干酪素水性油墨

【目的】为了解决传统装饰纸水性油墨耐水性差及其印刷装饰纸浸胶量不高的问题,通过化学改性制备出一种酰胺类化合物改性干酪素水性油墨。【方法】采用己内酰胺(CPL)、羟甲基丙烯酰胺(NMA)和双丙酮丙烯酰胺(DAAM)改性干酪素制备出改性干酪素乳液,并制备出相应的水性油墨和印刷装饰纸。通过测试改性干酪素及其相应水性油墨和印刷装饰纸的性能,分析水性油墨的耐水性和印刷装饰纸浸胶量的变化,并探讨CPL、NMA和DAAM联合改性干酪素机制。【结果】加入改性剂后,干酪素体系中引入大量氨基,干燥后可形成致密的膜。改性干酪素乳液的Zeta电位为-45.0 mV,黏度为1482 mPa·s,水接触角为14.2°,浸泡40 min后残留率为80.5%;改性干酪素膜的水蒸气透过率为586.0 g/(m2·24 h),明显低于干酪素膜。改性干酪素水性油墨印刷装饰纸的耐水性明显提升,且浸胶量高于市购干酪素水性油墨印刷装饰纸。在210℃下,该印刷装饰纸的色差ΔE<1,其颜色未发生变化。【结论】较未改性干酪素,CPL、NMA和DAAM联合改性干酪素的耐水性和耐热性都有很大提升,且印刷装饰纸的浸胶量能够满足生产需求。

UV-LED喷墨油墨用单体和光引发剂性能的评估

目的为了建立评估方法,优选出适用于UV-LED固化喷墨油墨的光引发剂和低粘度单体种类。方法用紫外-可见光分光光度计表征TPO, ITX, DETX, 819, 784, TPO-L等常见的6种光引发剂的紫外-可见吸收光谱。采用TPO为引发剂,分别用HDDA, ACMO, DPGDA, EOEOEA, DMAA等5种常用的低粘度单体,配制UV-LED喷墨油墨用连接料和油墨,用红外光谱和可见光透过光谱表征连接料的固化速度和固化膜的颜色,并通过指压法判定表干程度。结果 DMAA,EOEOEA组成的喷墨油墨连接料成膜性不好;含有ACMO连接料的透明度较好。结论满足食品、药品包装安全要求,可以用于UV-LED固化的光引发剂为TPO,TPO-L及819;以粘度和固化程度为标准,用于制作喷墨油墨的5种单体的适用性从高到低排序为DPGDA, HDDA, ACMO, EOEOEA, DMAA。建立的评估方法合理有效。

石墨烯基水性导电油墨的制备及其在低温热管理中的应用

【目的】为了制备环保型的石墨烯基水性导电油墨,印刷高性能柔性电阻加热器(flexible resistive heaters,FRHs),实现锂离子电池的低温热管理。【方法】采用球磨法制备石墨烯基水性导电油墨;采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征石墨烯及印刷图案的形貌和结构;采用平板流变仪和四探针电阻仪表征炭黑含量对石墨烯基水性油墨流变性能和印刷图案导电性能的影响;探讨石墨烯基FRHs的响应速率、热稳定性和力学性能,以及其在锂离子电池低温热管理中的应用。【结果】油墨的静态黏度和黏度恢复率随着炭黑含量的增加而增大,印刷图案的电导率在炭黑质量分数为15%时达到最大,为20383 S/m;石墨烯基FRHs在8 V的低电压下30 s快速达到150℃,能够实现120次的重复开关循环,在72 h的持久运行后温度仅增加2.54%,并且在2000次的弯折后温度变化小于2.1%。在电压为6 V时将锂离子电池从-30℃预热至20℃,并在30 min内实现80%的充电容量。【结论】射流空化法产生的高剥离度、完好晶体结构和较大横向尺寸(1μm)的石墨烯与填充于其中的炭黑使油墨具有合适的流变性,并在印刷图案中构建致密的导电通道,赋予FRHs优异的性能。

自交联核壳丙烯酸乳液的构建及对水性油墨的影响

以丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯为单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为交联单体,采用两步乳液聚合法制备了自交联核壳丙烯酸乳液,以其为连接料制备了水性油墨。考察了核壳特性影响油墨耐水性和附着力的因素。利用TEM、FTIR、TG、DSC、光学接触角测量仪、万能试验机对自交联核壳丙烯酸乳液及其胶膜进行了表征,考察了壳层单体中GMA质量分数对乳液粒径、稳定性和油墨附着力、耐水性的影响。结果表明,核层中AA与壳层中AA的质量比(核壳AA比)对油墨附着力影响显著,核层中MMA与BA的质量比与壳层中MMA与BA的质量比之比(核壳软硬比)对油墨耐水性影响显著。自交联核壳丙烯酸乳液最佳配方为:核层混合单体与壳层混合单体的质量比(核壳质量比)2.00∶3.00、核壳软硬比3.00∶0.75、核壳AA比0.50∶2.50、内交联单体EGDMA用量0.75 g。当壳层单体中GMA质量分数为1.5%时,自交联核壳丙烯酸乳液平均粒径为112.2 nm,多分散性指数为0.108,胶膜最大热分解速率在409℃,核层与壳层的玻璃化转变温度分别为28.5和51.7℃,乳液分散稳定性最佳,胶膜吸水率为34.55%,油墨附着力为99%,耐水性达50次。

环保交联水性聚氨酯油墨连结料的制备与性能

分别采用二官能度的2-[(2-氨基乙基)-氨基]乙基磺酸钠(A95)、多官能度的二亚乙烯三胺(DETA)和三亚乙烯四胺(TETA)作为扩链剂或交联剂,合成了3种水性聚氨酯(WPU)分散体。结果表明,DETA能显著提高WPU的相对分子质量、粘接性能及耐水性能。但是,单独采用DETA制备WPU的储存期较短(>4个月)。因此,利用A95与DETA的协同作用,采用不同摩尔比的A95/DETA(4:1、3:2、2:3、1:4)作为混合扩链剂(交联剂)制备了一系列WPU。结果显示,WPU分散体的固含量约为33%、pH=7~8、平均粒径为117.8~372.3 nm。当A95/DETA的摩尔比为2:3时,WPU具有较好的储存稳定性、粘接性能、力学性能、抗水抗油性能及较高的相分离程度。WPU制备在过程中仅需添加3%~4%的有机溶剂,可以直接用作水基油墨连结料,避免溶剂的回收,有利于工业化生产。

基于水性功能油墨的气溶胶喷印工艺的研究及应用

气溶胶喷印水性功能油墨能为微纳柔性电子技术提供更环保的解决方案,但在油墨特性及复杂的打印参数共同作用下,其打印连续性、迹线成形、过度喷涂方面的缺陷亟待解决。基于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水性油墨,通过控制变量法系统地探究了适用于气溶胶喷印的水性油墨黏度(1~10 mPa·s)并优化了喷印工艺,总结出水性油墨黏度与气溶胶喷印的最优参数范围设置规律,并据此进行了水性纳米银油墨的喷印,制备了外径为1.96 mm的平面螺旋电感,表征了其电感及品质因数,测试结果与仿真结果有良好的一致性,其电感在0.024μH左右,可应用于射频识别(RFID)、滤波以及感应元件等领域。该结果为气溶胶喷印水性功能油墨的研究提供了前期的实验支持,有望推动气溶胶喷印在微纳柔性电子技术中的发展。

水性油墨污泥基炭材料活化过硫酸盐降解活性染料

以水性油墨污泥为原料,通过高温煅烧法制备了污泥基炭材料(AC)及改性炭材料(AC1),利用SEM、BET、FTIR和XPS对材料的形貌、结构及官能团进行了表征。考察了水性油墨污泥与碳酸钾(K_(2)CO_(3))质量比、炭材料投加量、过硫酸钠(PS)投加量、活性艳蓝X-BR初始浓度及温度对染料脱色的影响,并探讨了污泥基炭材料用于活化过硫酸钠(PS)降解染料的性能和活化机制。结果表明:改性炭材料AC1比AC具有大的比表面积和更丰富的孔道结构;AC1活化PS对活性艳蓝X-BR脱色效果优于AC;在AC1投加量0.8 g/L、PS投加量0.8 g/L、反应时间120 min、温度25℃、水浴振荡频率140 r/min条件下对40 mg/L染料溶液的降解效果最优,脱色率可达94.1%;炭材料的缺陷和表面的氧官能团是导致活化的原因,促进了活性染料的脱色;发挥作用的自由基主要为SO_(4)^(-·)和·OH。

UV-LED磁性油墨固化时间影响因素研究

目的应用UV-LED固化技术来降低磁性防伪油墨的固化时间。方法选用环氧丙烯酸酯和二丙二醇二丙烯酸酯,通过改变两者的质量比来配制连接料,选用TPO和819为光引发剂,改变光引发剂的质量分数,固定其他组分,配制UV-LED磁性防伪油墨,打样并使用波长为395 nm的UV-LED光源照射,测定油墨的固化时间。结果数据结果表明,当连接料中环氧丙烯酸酯和二丙二醇二丙烯酸酯的质量比为1∶0.8,光引发剂选用819(质量分数为6%)时,磁性防伪油墨固化时间最快可达0.6 s,双键转化率最高可达96%。结论 UV-LED磁性防伪油墨固化时间的主要影响因素有预聚物与单体的质量比,光引发剂的种类与质量分数。在合理的粘度范围内,预聚物与单体的质量比值越大,固化时间越短;单一光引发剂所释放的自由基越多,固化速率越高,光引发剂质量分数越高,固化时间越短。

UV-LED固化大豆油基水性聚氨酯丙烯酸酯的制备

本文以大豆油基多元醇(MESO)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料,加入亲水单体二羟甲基丙酸(DMPA)小分子扩链剂1,4-丁二醇(BDO)、中和剂三乙胺(TEA)和封端剂丙烯酸羟乙酯(HEA),合成了大豆油基水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体,然后加入去离子水乳化,即得到可UV-LED固化的大豆油基水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)乳液。探讨了封端剂HEA添加量对WPUA乳液和固化膜性能的影响,实验结果表明,当HEA添加量为20%时,乳液平均粒径增大至151.4nm,粘度降低至114.4mPa·s,薄膜的表面接触角增大至88.7°,膜断裂横截面扫描电镜分析出现“河流状裂纹”,WPUA固化膜属于脆性高分子材料。

水性丙烯酸塑料油墨附着力与干燥速度影响因素的研究

在聚丙烯塑料底材上印刷水性塑料油墨,由于溶剂水的表面张力大于低表面能的塑料,会导致油墨附着力较差。此外水的挥发速度较慢,因此在配方中往往会加一些助剂以提高其附着力及干燥速度,其生产成本高、生产工艺复杂。本研究工作中不添加任何助剂,采用乳液聚合的方法,通过改变核壳树脂壳的玻璃化温度、不同的碱溶树脂用量及种类来提高水性塑料油墨的附着力,并通过加入适量乙醇提升干燥速度。制备的水性塑料油墨附着力为95%~100%、干燥速度为9~12 mm/30 s。

单体对黑色UV-LED喷墨油墨分散性的影响

为了得到分散性能优良的黑色UV-LED喷墨油墨,通过选用不同单体以及混合单体分别研磨制备色浆取样并测试其色浆的粒径大小,探讨单体对油墨分散性的影响。研究结果表明,对于碳黑颜料,不同的单体制备出的色浆分散性有差异,单独采用单体HDDA或EOEOEA配制的黑色UV-LED喷墨油墨粒径小,即得到的油墨分散性较好;采用混合单体HDDA:EOEOEA=1:1时制备的黑色UV-LED喷墨油墨色浆分散性更好。

聚丙烯酸酯无皂乳液的构建及对水性油墨性能的影响

以丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、2-甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、乙烯基三异丙氧基硅烷(A-173)为单体,过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)为引发剂,合成了丙烯酸酯大分子乳化剂,再通过无皂乳液聚合法合成了聚丙烯酸酯无皂乳液,将其与颜料等混合制备了水性油墨。采用FTIR、DSC、TEM、SEM对聚合物的结构及性能进行了表征,考察了不同BPO用量对丙烯酸酯大分子乳化剂的影响,不同AA添加量对乳液及水性油墨的影响。结果表明:当BPO用量为单体总质量的4.18%时,丙烯酸酯大分子乳化剂具有最低表面张力40.43mN/m;当AA添加量为单体总质量的1.00%时,聚丙烯酸酯无皂乳液具有合格的储存稳定性,乳胶膜拉伸强度可达5.00 MPa,断裂伸长率为200%,玻璃化转变温度为18.5℃,所制备的水性油墨黏度为23.79mPa·s,附着牢度90.75%,耐摩擦性4.5级。

基于“混凝脱色-生物降解”组合工艺的水性油墨废水处理研究

【目的】由于水性油墨废水色度高、化学需氧量高且难生物降解,需对其脱色及生物处理工艺进一步进行研究。针对某水性油墨废水(色度为1 000倍,pH值为6.5~7.5,COD为1 609 mg/L)使用硫酸亚铁、壳聚糖分别作为混凝剂和助凝剂对其进行脱色处理,同时为解决传统铁盐混凝剂使用后出现的溶液“泛黄”问题提供解决方法。【方法】在混凝剂投加量为1 000 mg/L、助凝剂投加量为0.7 mg/L、pH值为8.0左右,总反应时间为8.5 min条件下,使用有效氯含量(以Cl计)达到6%,并用7 mL/L的次氯酸钠溶液对试验体系进行优化。【结果】油墨废水脱色率可达98%左右,在保证脱色效果的前提下采用优化方法可将混凝剂投加量降至500 mg/L,且能有效解决“泛黄”问题。【结论】针对脱色后无法去除的COD(725 mg/L左右),通过“水解酸化+好氧”生物处理可将COD降至103 mg/L,符合企业排污许可证的排放标准,提出的解决常见的铁盐混凝剂“泛黄”问题的思路,具有一定的实际应用价值。