UV固化纸张水性上光油的研究

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UV固化纸张水性上光油的研究
张恒，杨卓如
(华南理工大学化工与能源学院化工研究所，广东广州，510640)
摘要:合成了UV固化水性上光油的预聚物，并进行了光油的配方优化实验，研究了涂料粘度、固含
量与涂膜光泽度之间的相互关系，所研制的UV固化纸张水性上光油完全达到溶剂型纸张上光油的指标。
关键词:环氧丙烯酸醋，紫外光固化，水性涂料
中图分类号:TQ630
Stu dy o n W ate rb or ne U V Cu re d V a nr ish
ZH AN G H eng , Y A N G Z h uo- ru
(R ese arc h I ns tit ute o f C hemicalE ngineering,S choolo fC hemicala ndE nergyE ngineering,
Sou th C h in aU ni ver sit yo fT ec hn olo gy，Guangzhou5 10640，Guangdong,C hina)
Ab stract:P olyepoxy-acrylate(EA)w eer synthesizeda sth eo ligomero fw aterbonreU Vc uredv anrish.T hefo rmulas
of the waterborne UV cured varnish were optimized. The influence of solid content on the viscosity and gloss
of the varnish are also discussed.
Ke yw ords:EA，UVc uirngv anrish，waterbonrec oating
纸品 的 紫 外固化上光加工是在印刷品表面通过
辊涂(或喷涂、印刷)上一层无色透明的涂料，经
过流平、紫外光固化、压光后在纸或纸板表面形成
薄而均匀的透明光亮层，纸品通过上光处理后，增
加了表面光泽度、平滑度、耐磨性能和耐水性能，
能够起到保护印刷图文的作用，因此被广泛用于包
装装演、画册、大幅装饰和广告等印刷品的表面加
工中。
紫外 固 化 纸张上光油是一种对纸或纸板进行表
面处理以获得很高的光泽度、耐磨性和耐水性能的
印刷化学品，具有固化时间短、成膜速度快、光泽
度高和成本低等特点，得到广泛应用〔’，’]。但由于
目前国内大多使用的上光油为溶剂型，配方中少不
了使用丙烯酸醋类的活性稀释单体，其中某些单体
对环境及人体健康可能有害。纸张是一种多孔吸附
介质，在涂布、固化过程中活性单体难以完全反
应，易于吸附残留于纸张纤维层中，会对印刷品长
期性能和环境的安全指标有不利的影响￡3]。因此，
纸张上光油发展趋势是以水代替活性稀释剂，避免
了纸品使用环境中VOC(可挥发有机物)的产生，
而且如果上光油为水性组分，易于纸品的回收再生
加工，实现完全的绿色环保效应，应该是UV涂料
研究与开发的方向(a,51。
本实 验 由 环氧丙烯酸酷通过马来酸醉改性后引
人亲水性基团，最后用弱碱中和，制得水性环氧丙
烯酸醋体系的预聚物，再加上引发剂和各种功能助
剂，用水稀释到一定粘度后配制成紫外光固化纸张
水性上光油。通过实验研究了环氧丙烯酸醋预聚体
的合成条件，分析光油粘度、固含量与涂膜光泽度
之间的相互关系，并测试研究涂层性能。
1 实验
l. 1 原料和仪器
双酚 A环 氧树脂(E-44)，工业级;丙烯酸，
化学纯;马来酸fif，分析纯;N, N一二甲基节胺，
分析纯;对轻基苯甲醚，分析纯;光引发剂Irgacure
2959, Ciba公司;流平剂;消泡剂。紫外光
固化机;旋转式粘度计。
1.2 水性环氧丙烯酸醋预聚体和上光油的制备
在装 有 温 度计、搅拌器、冷凝管、滴液漏斗的
收稿日期:2006-01一17
张恒等UV固化纸张水性上光油的研究
四口烧瓶中，加人环氧树脂和阻聚剂，升温至
7090，通过漏斗滴加一定量的丙烯酸，升温后每隔
一小时取样测酸值，直至酸值小于8mg/KOH时停
止反应，降温至70℃后加人一定量的马来酸醉、
N, N一二甲基节胺和对经基苯甲醚，升温至90
100℃反应2小时后降温至4090，得到水性环氧丙
烯酸醋预聚体。
将预 聚 体 加人氨水，中和pH值至中性，再按
一定比例加人光引发剂和助剂，加人适量水调节粘
度，搅拌均匀，得到水性纸品上光油，用辊式涂布
器将上光油涂布在纸板上，然后在紫外光固化机上
固化，得到上光纸制品，再进行各项测试。
1.3 上光油配方试验
根据 上 光 油光泽度高的要求，结合底材纸张的
特点进行配方研究，找出较佳的配方，并进行光泽
度、附着力、固化速度等的测定。
1.4 测试
酸值 :氢 氧化钾一乙醇溶液滴定法，单位:
mgKOH/g;环氧值:盐酸丙酮法，环氧基物质的
量/100g树脂;粘度:Brookfield粘度计(2590，3#
转子，50r/min );固化时间:指干法;固化膜硬度:
GB6739-86(铅笔法);固化膜附着力:600#胶带法
(90度);光泽度:600光泽度。
由于固化时水的挥发，导致光油流平不好，使光泽
度降低。而当水性上光油固含量增加时，粘度随之
提高，表面张力太大，流平困难，也导致了光泽度
降低，从实验可以看出，固含量在75%至80%之
间能够获得较好的涂膜光泽度。
2.2 水性上光油pH值、粘度和光泽的相互关系
示、侧墩米
nU 0 0
0八6 月，
600
500
400
300
200
100
0
勺、、、、.L、、、-一
一 ，.
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匡不菇夏二二二履履灭再履1120
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6. 9 7 .5 83 9.1 10
pH 值
图 2 光 油 pH 值 、 粘 度 和 光 泽的关系
水性 上 光 油的pH值主要是由氨水来调节的，
从图2可以看出，水性上光油pH值应控制在8一9
之间。若pH值太高则碱性太强，光油的粘度就会
降低，影响光泽度;pH值太低时，碱性太弱，粘
度升高，在流平过程中氨水过快地挥发，使流平过
程不能充分完全，这也影响了涂层的光泽度。
2.3 光油固含最对UV固化过程的影响
表 1 固 含 19 与 固 化 时 间 的 关系
固含量表干时间/s
25 20 18 16 16
八J O声Q︺ ，五气
5 60 65 78 87
结果与讨论
水性上光油固含最和粘度与光泽度的相互关系
90
85 瞬
、翅
毅
米 一户`'`-
一一二tit &9A光，度一-月.户，粘度
-t-涂膜光泽度
80
75
d。、侧担
70
65
55.3 60.9 65.8 78.1
固 含 量 /%
图 1 光 油 固 含f,粘度与光泽度的关系
随着水性上光油固含量的增加，粘度随之提
而徐膜的光泽度也相应增加，但增加到一定程
度后又有略微下降，这是因为当光油固含量较低
时，涂膜中含水量较多，纸对光油中的水量有较大
的吸收，这导致底材由于吸水影响了平整度，另外
由表 1 可 见，随着uv上光油固含量的提高，
固化时间随之减少，但这不说明预聚物交联速度随
着固含量的提高而增加，当固含量为55%时，由
于体系中有大量的水存在，少部分通过底材的吸收
向下脱除，大部分还是通过空气挥发去除，因此
uv固化箱里的温度提高有助于涂层内水的去除。
与溶剂型uv上光油相比，水性体系中的光油固化
前要脱除水份，总固化周期较长，这也是水性uv
涂料的缺点。
2.4 上光油性能研究
经过 大 量 配方试验，根据主要性能测试的筛
选，获得较佳的两个配方。其中配方1#适于涂布
较薄的纸张，配方2#适于涂布较厚的纸板。
(下 转 第 47 页 )
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(上接第21页)
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(上接第36页)
表2 上光油优化配方
组分 1# 2#
预聚体
水性树脂
29 59
乙醇
消泡剂
流平剂
水
62.7
13.5
73.6
11.6
2.5 3
0.1 0 .1
0.2
少量
0.2
少量
表3 涂膜性能测试结果
配方
粘度
外观
光泽 度
附着力(纸面)
铅笔硬度/H
气 味
固化 时间/s
50 3. 9
淡黄色液体
94
合 格
3
不 明显
6
52 1. 1
淡黄色液体
91
合格
3
略微
4 - 5
表 2为 上 光油的优化配方，表3为其固化性能
测试结果。
由测 试 结 果看，所研制的UV固化纸张上光油
能够满足要求，其性能指标不低于溶剂型UV上
光油。
3 结论
制备 出 了 用于UV固化的改性EA预聚物，经
过配方的优化改进，已达到UV上光油的要求。通
过考察固含量对光油粘度和光泽度、流平性能的影
响，发现光油粘度随固含量的增加而提高，光泽度
增加后略有降低，因此对固含量的要求比较重要。
本实验合成的水性上光油在性能上已基本达到溶剂
型上光油的技术指标，同时具有无污染，涂布后的
纸品易于回用等特点，显示出了良好的应用前景，
后续工作将进一步对水性引发体系进行实验研究，
开发出具有商业意义的UV固化水性上光油。
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