印刷纸张用紫外光固化水性上光油的制备研究排灌机械攀枝花蒸汽阀集成IC铜箔Xv

印刷纸张用紫外光固化水性上光油的制备研究

摘要：研究了纸张用紫外光（UV）固化水性上光油低聚物共聚单体的配方、引发剂种类和用量及反应条 件，合成了水性上光油低聚物，在此基础上与活性稀释剂、光引发剂等复合制备了纸张用紫外光固 化水性上光油，研究了其组成和性能指标，优化出了光固化速率适宜、性能良好的水乳性紫外固化 涂料。研究结果表明：当该复合涂料中光引发剂2959的用量为3%、活性稀释剂的质量为乳液质量 的40%、附着力促进剂含量为0.6%时涂层光固化时间最短，涂膜综合性能最好。最终制得了光泽度 佳、光滑园林石雕、耐磨、紫外固化速率较快的水性上光油。

关键词：水性上光油；紫外光固化；活性稀释剂；光敏剂

1 引言

所谓印刷上光，就是在已经完成图文印刷过程的 复制品表面涂覆一层上光油，使印刷物表面获得光亮 涂层的方法。印刷上光可以增强油墨的耐光、耐热和防 潮能力，起到保护印迹、美化产品的作用。目前上光涂 料多都要进行定期检查；为溶剂型，在当今环境保护大受各国政府重视的 背景下，有逐渐被取代的趋势。紫外光固化涂料主要是 指在紫外光的作用下，通过光引发剂产生自由基，使单 体能够迅速交联成膜的一种节能环保型涂料。与传统 的热固化涂料相比具有很多的优点：固化时间短、速度 快、所需设备简单，大大地提高了生产效率，减少了占 地面积；无溶剂或含有少量的溶剂，减少了大气污染 能耗只有传统涂料的10%～20%，节省了能源[]。

水性 光固化涂料结合了水性涂料的环保优势和光固化涂料 的节能优点，具有很好的发展前景。

2 试验部分

⑴原材料：丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St）、甲基丙 烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（N-AM）、丙 烯腈（AN）和丙烯酸羟乙酯（HEA），均为工业级原料； 十二烷基磺酸钠（DBS）和OP-10，工业级乳化剂；过硫 酸铵水性引发剂（APS）他在《汽车内饰产品性能设计对材料的挑战》报告中，化学纯试剂；亚硫酸氢钠，化 学纯试剂；巯基乙醇，化学纯试剂；碳酸氢钠，化学纯试 剂，作为反应体系的pH调节剂；光引发剂1173和 2959，瑞士汽巴化学公司提供；三羟甲基丙烷三丙烯酸 酯（TMPTA）、新戊二醇二丙烯酸酯（NPGDA）和二缩三 丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA），天津天骄化工厂生产； 安息香丁醚和二苯甲酮，化学纯试剂。

⑵试验仪器：电磁搅拌器，电热鼓风干燥箱，涂-烧烤炉4# 杯黏度计，铅笔硬度计，光泽测定仪。

⑶乳液聚合物合成：①将乳化剂与定量的去离子水置于三口瓶中，水浴加热，温度升至80℃左右，高速 搅拌使乳化剂溶解，单体与巯基乙醇混合待用；②将过 硫酸铵引发剂溶于水待用；③取20%的混合单体与1/3 的引发剂加入烧瓶，剩余的单体加入到滴液漏斗中，待 反应液变蓝后，开始滴加剩余单体和引发剂，反应温度 控制在80℃左右，将单体和引发剂在2.5~3.0 h内滴 加完；④待单体及引发剂滴加完后保温1 h，然后使体 系降温至65℃，开始加入1%的亚硫酸氢钠溶液，每 20 min补加一次，共3次；⑤最后将乳液降温到40℃ 以下后过滤出料。 光固化上光油的性能测定按国标进行。

3 结果与讨论

3.1影响水性乳液性能的因素

3.1.1共聚单体种类及配比对乳液性能的影响 涂层的硬度和附着力等性能与聚合单体中软硬单使我们用的1些装备还要依托进口 体的比例有很大的关系，软硬单体的比例最终影响着 聚合物的玻璃化温度（T）g。Tg可以从Gibbs-Dimarzio 公式[5]计算。根据软硬单体的种类以及比例的不同进 行了一系列试验，结果见表1。

试验表明：将带有极性基团的丙烯酸、丙烯腈、丙 烯酰胺引入，可以使聚合物侧链上带有极性基团，增大 涂层与基材之间的附着力，改善乳液聚合物的交联性 能，它们是亲水性单体，既可溶于水相，又可溶于油相， 可以明显抑制凝聚物的形成。合成后的乳液具有良好 的机械稳定性和贮存稳定性。

根据纸张对上光油既要有较高的硬度、又要有很 好的柔韧性的要求，5号样品比较理想，即共聚单体配 比:m（BA）∶m（S）t∶m（AN）∶m（AA）∶m（HEA）∶m（N- AM）为24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶1.0时，上光油涂膜性 能最好。Tg过高，则硬度过大，涂层表面粗糙，龟裂且 不易成膜，韧性和附着力差；Tg过低，涂层发黏，硬度差，不耐磨，无法满足印刷上光油的要求。

3.1.2乳化剂用量的影响

通常乳化剂用量增大，凝聚物减少，采用阴/非离 子复合乳化剂能够赋予乳液极好的聚合稳定性和贮存 稳定性，乳化剂的选用应考虑各种共聚单体对乳化剂 亲水亲油平衡值（HLB）的不同要求。由试验得知， DBS∶OP-10为2∶1，用量为单体总量的3.0%为好。

3.1.3反应温度对乳液的影响[6]

温度对聚合反应的影响较大，聚合温度越高，聚合 速率越快，反应周期越短；聚合温度降低时，聚合反应 缓慢，反应周期加长，乳化效率降低，胶束数目减少，乳 胶颗粒增大。用5号样品的配方在不同温度下进行系 列试验，结果见表2。由表2可知，反应温度在80~83 ℃，反应时间为3 h最好。

3.2影响光固化水性上光油性能的因素

3.2.1光引发剂对固化速率的影响

光引发剂是光固化涂料的关键组分，它对光固化 涂料的固化速率起着决定性的作用[7]。对紫外光引发 剂的选择要考虑以下因素： ①光引发剂的吸收光谱要与紫外光谱相匹配；② 引发效率高，既具有较高的引发活性，同时产生的活性 中间体又有高的反应活性；③在活性稀释剂和低聚物 中有良好的相容性；④光固化后不能有黄变现象。 按自制的水性乳液与活性稀释剂（其组成为TMP－ TA∶TPGDA∶NPGDA=8∶1∶1）的质量比为2∶1配制上 光油，并加入适量助剂，再按不同比例加入光引发剂。 试验结果见表3。

从表3可以看出，光引发剂用量增加，光固化速率 加快。三类光引发剂中1173和2959效果优于复合光 引发剂，效果最好的是2959，综合考虑成本和光固化 速率，其用量为上光油总量的3%时为最好。

3.2.2活性稀释剂对上光油固化性能及涂膜性能的影响

活性稀释剂通常选择具有不饱和键的多官能度单 体，它们在光固化涂料中作为重要组分，参与光固化过 程，影响光固化速率和固化膜的性能。 活性稀释剂中含可参与光固化反应的官能团越 多，官能度越大，则光固化反应活性越高，光固化速率 越快。从光固化活性看：多官能团活性稀释剂＞双官能团活性稀释剂＞单官能团活性稀释剂。

在本试验中，按照活性稀释剂与低聚物的质量比 为1.0∶2.5的比例复合，并加入总含量为3%的2959 光引发剂。由TMPTA、NPGDA、TPGDA这3种活性稀 释剂组成的组合稀释剂中NPGDA与TPGDA的质量 比为1∶1，通过改变复合稀释剂中TMPTA的含量，测 定上光油光固化性能和涂膜性能，试验结果见表4。

试验结果表明，当组合稀释剂中TMPTA的含量 提高时，固化速率加快。当稀释剂全部改为TMPT汽车装饰A 时，虽然固化速率最快，涂膜硬度高，但涂膜脆且附着 力差。当TMPTA在复合稀释剂中含量为80%时，固化 时间为6 min，铅笔硬度为3H，但附着力为2级。为了 使附着力达到1级，在紫外光固化上光油中添加附着 力促进剂，当附着力促进剂用量达到0.6%以上时，附 着力可达到1级。 综合以上各种影响因素，优化出较合理的配方（见 表5），性能测试结果见表6。

4结语

通过对水性上光油低聚物共聚单体和配比的选择， 获得了固化膜性能较好的单体组成。当BA∶St∶AN∶ AA∶HEA∶N-AM的质量比为24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶ 1.0、在80~83℃、阴/非乳化剂配比为2∶1且乳化剂含 量为单体总量的3%时，得到的乳液涂膜性能良好；水 性上光油中光引发剂2959的用量为3%、活性稀释剂 的用量为乳液服装包装质量的40%、附着力促进剂含量为0.6% 时，涂层光固化时间最短，涂膜性能最好。(end)