摘要：研究了紙張用紫外光（uv）固化水性上光油低聚物共聚單體的配方、引發劑種類和用量及反應條 件，合成了水性上光油低聚物，在此基礎上與活性稀釋劑、光引發劑等復合制備了紙張用紫外光固 化水性上光油，研究了其組成和性能指標，優化出了光固化速率適宜、性能良好的水乳性紫外固化 涂料。研究結果表明：當該復合涂料中光引發劑2959的用量為3%、活性稀釋劑的質量為乳液質量 的40%、附著力促進劑含量為0.6%時涂層光固化時間最短，涂膜綜合性能最好。最終制得了光澤度 佳、光滑、耐磨、紫外固化速率較快的水性上光油。
關鍵詞：水性上光油；紫外光固化；活性稀釋劑；光敏劑
1 引言
所謂印刷上光，就是在已經完成圖文印刷過程的 復制品表面涂覆一層上光油，使印刷物表面獲得光亮 涂層的方法。印刷上光可以增強油墨的耐光、耐熱和防 潮能力，起到保護印跡、美化產品的作用。目前上光涂 料多為溶劑型，在當今環境保護大受各國政府重視的 背景下，有逐漸被取代的趨勢。紫外光固化涂料主要是 指在紫外光的作用下，通過光引發劑產生自由基，使單 體能夠迅速交聯成膜的一種節能環保型涂料。與傳統 的熱固化涂料相比具有很多的優點：固化時間短、速度 快、所需設備簡單，大大地提高了生產效率，減少了占 地面積；無溶劑或含有少量的溶劑，減少了大氣污染 能耗只有傳統涂料的10%～20%，節省了能源[1-4]。
水性光固化涂料結合了水性涂料的環保優勢和光固化涂料 的節能優點，具有很好的發展前景。
2 試驗部分
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）和丙烯酸羥乙酯（hea），均為工業級原料； 十二烷基磺酸鈉（dbs）和op-10，工業級乳化劑；過硫 酸銨水性引發劑（aps），化學純試劑；亞硫酸氫鈉，化 學純試劑；巰基乙醇，化學純試劑；碳酸氫鈉，化學純試 劑，作為反應體系的ph調節劑；光引發劑1173和 2959，瑞士汽巴化學公司提供；三羥甲基丙烷三丙烯酸 酯（tmpta）、新戊二醇二丙烯酸酯（npgda）和二縮三 丙二醇二丙烯酸酯（tpgda），天津天驕化工廠生產； 安息香丁醚和二苯甲酮，化學純試劑。
⑵試驗儀器：電磁攪拌器，電熱鼓風干燥箱，涂-4# 杯黏度計，鉛筆硬度計，光澤測定儀。
⑶乳液聚合物合成：①將乳化劑與定量的去離子水置于三口瓶中，水浴加熱，溫度升至80℃左右，高速 攪拌使乳化劑溶解，單體與巰基乙醇混合待用；②將過 硫酸銨引發劑溶于水待用；③取20%的混合單體與1/3 的引發劑加入燒瓶，剩余的單體加入到滴液漏斗中，待 反應液變藍后，開始滴加剩余單體和引發劑，反應溫度 控制在80℃左右，將單體和引發劑在2.5~3.0 h內滴 加完；④待單體及引發劑滴加完后保溫1 h，然后使體 系降溫至65℃，開始加入1%的亞硫酸氫鈉溶液，每 20 min補加一次，共3次；⑤最后將乳液降溫到40℃ 以下后過濾出料。 光固化上光油的性能測定按國標進行。 [next]
3 結果與討論
3.1影響水性乳液性能的因素
3.1.1共聚單體種類及配比對乳液性能的影響 涂層的硬度和附著力等性能與聚合單體中軟硬單 體的比例有很大的關系，軟硬單體的比例最終影響著 聚合物的玻璃化溫度（t）g。tg可以從gibbs-dimarzio 公式[5]計算。根據軟硬單體的種類以及比例的不同進 行了一系列試驗，結果見表1。
表1
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試驗表明：將帶有極性基團的丙烯酸、丙烯腈、丙 烯酰胺引入，可以使聚合物側鏈上帶有極性基團，增大 涂層與基材之間的附著力，改善乳液聚合物的交聯性 能，它們是親水性單體，既可溶于水相，又可溶于油相， 可以明顯抑制凝聚物的形成。合成后的乳液具有良好 的機械穩定性和貯存穩定性。
根據紙張對上光油既要有較高的硬度、又要有很 好的柔韌性的要求，5號樣品比較理想，即共聚單體配 比:m（ba）∶m（s）t∶m（an）∶m（aa）∶m（hea）∶m（n- am）為24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶1.0時，上光油涂膜性 能最好。tg過高，則硬度過大，涂層表面粗糙，龜裂且 不易成膜，韌性和附著力差；tg過低，涂層發黏，硬度差，不耐磨，無法滿足印刷上光油的要求。
3.1.2乳化劑用量的影響
通常乳化劑用量增大，凝聚物減少，采用陰/非離 子復合乳化劑能夠賦予乳液極好的聚合穩定性和貯存 穩定性，乳化劑的選用應考慮各種共聚單體對乳化劑 親水親油平衡值（hlb）的不同要求。由試驗得知， dbs∶op-10為2∶1，用量為單體總量的3.0%為好。
3.1.3反應溫度對乳液的影響[6]
溫度對聚合反應的影響較大，聚合溫度越高，聚合 速率越快，反應周期越短；聚合溫度降低時，聚合反應 緩慢，反應周期加長，乳化效率降低，膠束數目減少，乳 膠顆粒增大。用5號樣品的配方在不同溫度下進行系 列試驗，結果見表2。由表2可知，反應溫度在80~83 ℃，反應時間為3 h最好。
表2
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3.2影響光固化水性上光油性能的因素
3.2.1光引發劑對固化速率的影響
光引發劑是光固化涂料的關鍵組分，它對光固化 涂料的固化速率起著決定性的作用[7]。對紫外光引發 劑的選擇要考慮以下因素： ①光引發劑的吸收光譜要與紫外光譜相匹配；② 引發效率高，既具有較高的引發活性，同時產生的活性 中間體又有高的反應活性；③在活性稀釋劑和低聚物 中有良好的相容性；④光固化后不能有黃變現象。 按自制的水性乳液與活性稀釋劑（其組成為tmp－ ta∶tpgda∶npgda=8∶1∶1）的質量比為2∶1配制上 光油，并加入適量助劑，再按不同比例加入光引發劑。 試驗結果見表3。
表3
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從表3可以看出，光引發劑用量增加，光固化速率 加快。三類光引發劑中1173和2959效果優于復合光 引發劑，效果最好的是2959，綜合考慮成本和光固化 速率，其用量為上光油總量的3%時為最好。
3.2.2活性稀釋劑對上光油固化性能及涂膜性能的影響
活性稀釋劑通常選擇具有不飽和鍵的多官能度單 體，它們在光固化涂料中作為重要組分，參與光固化過 程，影響光固化速率和固化膜的性能。 活性稀釋劑中含可參與光固化反應的官能團越 多，官能度越大，則光固化反應活性越高，光固化速率 越快。從光固化活性看：多官能團活性稀釋劑＞雙官能團活性稀釋劑＞單官能團活性稀釋劑。
在本試驗中，按照活性稀釋劑與低聚物的質量比 為1.0∶2.5的比例復合，并加入總含量為3%的2959 光引發劑。由tmpta、npgda、tpgda這3種活性稀 釋劑組成的組合稀釋劑中npgda與tpgda的質量 比為1∶1，通過改變復合稀釋劑中tmpta的含量，測 定上光油光固化性能和涂膜性能，試驗結果見表4。
表4
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試驗結果表明，當組合稀釋劑中tmpta的含量 提高時，固化速率加快。當稀釋劑全部改為tmpta 時，雖然固化速率最快，涂膜硬度高，但涂膜脆且附著 力差。當tmpta在復合稀釋劑中含量為80%時，固化 時間為6 min，鉛筆硬度為3h，但附著力為2級。為了 使附著力達到1級，在紫外光固化上光油中添加附著 力促進劑，當附著力促進劑用量達到0.6%以上時，附 著力可達到1級。 綜合以上各種影響因素，優化出較合理的配方（見 表5），性能測試結果見表6。
表5、表6
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4結語
通過對水性上光油低聚物共聚單體和配比的選擇， 獲得了固化膜性能較好的單體組成。當ba∶st∶an∶ aa∶hea∶n-am的質量比為24.0∶16.0∶3.0∶1.5∶2.0∶ 1.0、在80~83℃、陰/非乳化劑配比為2∶1且乳化劑含 量為單體總量的3%時，得到的乳液涂膜性能良好；水 性上光油中光引發劑2959的用量為3%、活性稀釋劑 的用量為乳液質量的40%、附著力促進劑含量為0.6% 時，涂層光固化時間最短，涂膜性能最好。


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