梁文波，鄭 軍，張士軍，劉 毅

（保定光普化工研究所，河北 保定 071000）

水性光油的研究

梁文波，鄭 軍，張士軍，劉 毅

（保定光普化工研究所，河北 保定 071000）

主要考察了Tg值、黏度調節(jié)樹脂H-8905、脫模劑H-862、耐磨蠟漿H-859對光油性能的影響。提出了滿足高光澤度和高耐磨性的上光光油和磨光光油配方。經上機驗證，上光油光澤度75以上，耐磨次數6000次以上；磨光油光澤度85以上，耐磨次數8000次以上，使用性能和VOC含量滿足出口要求。

水性光油；乳液聚合；光澤度；耐磨性；脫模劑；耐磨蠟漿

Abstract:The effects of Tg value,H-8905(viscosity adjusting resin),H-862(release agent)and H-859(wear resisting wax)on the performance of glazing oil were investigated.Depending on the result the glazing oil and buffing oil formulations were proposed which could meet the requirement of high glossiness and excellent wear resistance.According to the experimental data,the glossiness was above 75 and the wear resistance times was over 6000 of the glazing oil;and it was above 85 and over 8000 of the buffing oil.The performances and VOC content of products could meet the standard for export.

Key words:Waterborne glazing oil;emulsion polymerization;glossiness;wear resistance;release agent;wear resisting wax

引 言

光油是隨著包裝印刷業(yè)的快速發(fā)展而興起的一種產品。最初的紙質印刷包裝品直接暴露于環(huán)境中，易產生的弊端在于：材料易受潮，表面印刷的油墨層易磨損，包裝品基本無光澤或光澤度較低。針對這種情況，首先普遍采用的方式是對紙質印刷包裝品采用紙塑復膜的技術對其進行防護，能夠解決上述問題。紙塑復膜又帶來的一系列其他問題：廢包裝材料回收時，紙塑分離困難，分離成本加大，并直接導致大量廢棄物的產生，且某些出口包裝材料不允許采用復膜工藝。為降低分離成本，減少廢棄物的產生，通過采用對包裝材料進行涂層保護的辦法解決以上問題，即對印刷包裝品進行光油涂布，光油干燥成膜后形成防水、防潮、柔韌、耐磨且具有一定光澤的保護涂層，既滿足了印刷包裝品在美觀、實用等方面的要求，又避免了環(huán)境污染廢棄物的產生[1～4]。

針對環(huán)保性的要求，目前的光油以水性化的研究更具發(fā)展前景，溶劑型或醇基光油僅用在特殊的場合和時間段。水性光油基本能夠滿足包裝印刷行業(yè)對印刷品的美觀、實用等各方面的要求。上光光油（或簡稱水性上光油）一般用于中低檔紙質包裝印刷材料，使包裝印刷品具有防水、防潮、耐磨、耐折等性能需求，磨光光油（或簡稱水性磨光油）與之對應，主要用于高檔印刷包裝品，除滿足上述基本作用外，突出的特點是高光澤和高耐磨性能。

包裝印刷行業(yè)在理化指標，上機適應性能和使用性能等方面均對水性光油提出了具體要求[2]，即光油本身需具有合適的黏度和固含量，上光過程中，上油量適中且厚度均勻，能夠在進出烘道過程中正常干燥成膜，水性上光光油（或簡稱水性上光油）成膜后具有良好的光澤度和良好的耐磨，耐折，防水，防潮，防粘污等性能，水性磨光光油（或簡稱水性磨光油）在磨光過程中不掉板，不粘板，成膜后除滿足上述基本性能外，在光澤度和耐磨性能等方面更為突出。本文主要針對以上要求，對水性上光油和磨光油進行配方設計，得到黏度50～150mPa·s（16s到20s）范圍內可調，固含量30%～35%范圍內可調，上光油光澤度70以上，耐磨次數6000次以上，磨光油光澤度85以上，耐磨次數8000次以上的光油系列產品，滿足目前的國家檢測標準，市場使用性能優(yōu)良。經廣東某公司試機使用，VOC含量達標，光澤度和耐磨性均能夠滿足出口要求，既能用于普通行業(yè)對包裝印刷品的需求，又能用于特殊行業(yè)對包裝印刷品高檔次的需求，并有望開拓煙包光油等對光油使用性能要求更高的行業(yè)和領域。

1 實驗

1.1 原料

丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸均為聚合級工業(yè)品；乳化劑、交聯劑，均為進口工業(yè)產品；SR-658丙烯酸樹脂為阿根廷琳可公司產品；黏度調節(jié)樹脂（H-8905）、脫模劑（H-862）、耐磨蠟漿（H-859）為上海光普化工有限公司產品；流平劑，消泡劑，抗刮傷劑等為進口工業(yè)產品。

1.2 儀器

電熱恒溫水浴槽，精密增力電動攪拌器，5kg實驗反應設備，反應釜、高速分散機（山東萊州盛源化工機械廠），微波爐，NDJ-1型旋轉式粘度計（上海精密科學儀器有限公司），涂-4杯黏度儀，XGP便攜式鏡向光澤度計（天津市信通光達科技有限公司），耐磨擦實驗儀（臺灣高鐵檢測儀器有限公司，有所改裝）。

1.3 制備工藝

水性光油主要由光油乳液、樹脂液、助劑、溶劑進行復配加工制得，其生產可以分為兩個主要環(huán)節(jié)：光油乳液的制備，光油成品的調配。

（1）光油乳液的制備。光油乳液的聚合生產采用釜底加入保護膠，單體直接滴加法進行。先將釜底水，保護膠，乳化劑，交聯劑，引發(fā)劑投入釜底，升溫到反應溫度?；旌蠁误w在規(guī)定時間內勻速滴加完畢，單體滴加完畢后保溫1h，使聚合反應完全，得到光油乳液[5～6]。

（2）光油成品的調配。將光油乳液，樹脂液，溶劑，助劑按規(guī)定順序和程序加入混合并攪拌均勻，并用高速分散機充分分散均勻，即得到水性光油[3～4]。

1.4 水性光油的表征和性能測定

（1）黏度：根據 GB/T 11175-2002，采用 NDJ-1旋轉黏度計，選擇合適的轉子和適當的轉速測定光油的黏度。

（2）固含量：取2g產品，微波爐中燒烤至恒重，記錄烘干前后產品的質量，計算固含量。

固含量=樣品干重/樣品濕重×100%

（3）光澤度：光澤度反映了光油干燥成膜后包裝印刷材料的美觀程度，使用60度鏡向光澤度儀對光油涂膜進行光澤度的檢測[3]。

（4）耐磨性：耐磨性反映了光油成膜后包裝材料在裝卸、儲運過程中，對外力磨損的耐受程度。實際檢測方法可以采用一定質量的重物對光油層進行不間斷往復磨擦，模擬外力的破壞作用，以光油層被磨損而油墨層剛剛出現露底時的磨擦次數表征水性上光油的耐磨性[3]。具體方法為：將印刷油墨層的白板紙裁切成3cm×20cm大小，并進行光油涂布，烘干，然后將白板紙放在耐磨擦實驗儀上進行磨擦破壞實驗。耐磨擦實驗儀對白板紙的施重為2.72kg壓力，施重滑塊往復運動，起到破壞光油層的作用。

2 結果與討論

水性光油在使用過程中，一般要求具有合適的黏度（17～25s，或 50～200mPa·s） 和固含量（30%～40%），以及較快的干燥速度（進出烘道過程中即干燥成膜），光油成膜后要求具有較高的耐磨性和較高的光澤（特種光油如啞光類光油除外）。針對以上的要求，需要對水性光油的四個重要組成部分：光油乳液，樹脂液，溶劑，助劑進行合理調配，以達到所需的要求。

2.1 光油乳液的制備

根據光油的黏度要求，控制的光油乳液的黏度區(qū)間范圍為300～700mPa·s。在光油乳液制備過程中，以SR-658樹脂液為保護膠，對乳液聚合過程起保護作用，防止乳液破乳。該樹脂的Tg值為98℃，以其為保護膠所得的乳液調配所得光油成品，具有良好的耐熱性，保證高溫不反粘，防止成膜后粘連。采用加入丙烯酸和特種交聯劑，可以提高光油乳液內聚強度，增加附著力和提高耐磨擦性能，并能夠合理調節(jié)光油乳液的黏度[5]。

2.2 光油的黏度對光油的影響及光油黏度的調節(jié)

光油的黏度直接影響了上油量的多少，黏度過高，上油量過大，不易烘干成膜，且上油過程中易帶紙，卡紙，黏度過低時，上油量少，耐磨性差。通常光油黏度 17～20s（涂－4 杯），50～100mPa·s(NDJ-1 型黏度計），固含量30%～35%較常見，可以直接上機使用。為了控制黏度，選用一種具有黏度調節(jié)作用的特殊樹脂H-8905，并溶解成樹脂液，固含量一定時，光油黏度隨H-8905的變化趨勢如下圖所示。

圖1 H-8905用量與光油黏度（黏度計黏度）的關系Fig.1 The relationship between H-8905 amount and viscosity(viscosity meter)of glazing oil

圖2 H-8905用量與光油黏度（涂-4杯黏度）的關系Fig.2 The relationship between H-8905 amount and viscosity(Tu-4 cup)of glazing oil

從表中可以看出，光油的黏度與H-8905的用量呈正相關的關系，通過調節(jié)H-8905的用量，便可以得到所需的黏度。另外，為了使光油干燥速度適中，在進烘道的過程中即干燥成膜，通過調節(jié)乙醇和水的用量和比例，控制固含量30%～35%，以滿足上機適應性的要求。

2.3 光油的Tg值設定

光油的Tg值與軟硬乳液的配比，樹脂液的用量直接相關。高Tg值的光油，成膜后光澤度高，耐磨性優(yōu)良，不會產生熱粘的情況，但是高Tg值的光油，最低成膜溫度較高，成膜過程能耗大，并且會產生冷脆的情況。以磨光光油為例，以下是不同比例的軟硬乳液與樹脂液進行調配時，光油使用性能的變化趨勢。

從表中可以看出，當軟乳液的量低于30%時，光油Tg值較高，成膜后雖然耐磨性能較高，但是成膜后發(fā)脆，尤其是低溫使用時，紙制品在模切，凹凸處理過程中，冷脆問題突出，易出廢品。當軟乳液的比例超過50%時，光油Tg值較低，成膜后耐磨性能較低，且存在熱粘問題，長時間海洋運輸過程中，尤其是遠洋運輸至溫熱地區(qū)時，可能導致粘連。當樹脂液的比例較高時，光油成膜后光澤度較高，但同時，光油的成本會相對較高。為使光油具有較高的光澤度，較高的耐磨性能，以及適應較寬的溫度使用范圍，通常在磨光油冬季配方體系中設定軟乳液比例為35%～45%，硬乳液比例為10%～20%，樹脂液比例為40%～50%。這種設定，即滿足了光油使用時對性能的要求，且在通用的烘道溫度80℃下，能夠正常成膜，避免過多的能耗損失。

表1 光油性能與各主要成分的關系Table 1 The relationship between the performance and the mean compositions

光油的成膜不僅要考慮到光油自身的Tg值影響，還與外界溫度，濕度密切相關，因此，光油Tg值的設定不僅是FOX公式的簡單應用，還要與上機使用條件和各地的氣候條件緊密相關，綜合各因素周到考慮，才不失偏頗。普通的光油配方體系一般能滿足防水，防潮，防粘污，柔韌，較高光澤和較高耐磨性能，而涉及到光油光澤度，耐磨性大幅度提高，則需要使用特種助劑對其進行深入的優(yōu)化改良。

2.4 特種助劑對光油性能影響

光油在包裝印刷行業(yè)使用過程中的核心要求是：光澤度，耐磨性。光油的主體原料光油乳液，丙烯酸樹脂，溶劑相決定了光油的基本性能并影響了上機適應性能，助劑的選擇直接影響了光油性能的提高。光澤度和耐磨性的提高依賴于光油體系的流平性，混溶性和干燥成膜過程中分子分布的均勻互補性。針對這些內在本質因素的考察，便能夠理解脫模劑和耐磨蠟漿在其中所起的作用。

脫模劑對光油性能的影響：脫模劑為一種脂類物質，與樹脂，乳液等具有極好的相容性，并且能使其他助劑均勻地分散于光油中，起到潤滑，流平的作用，從而能夠提高光油的光澤度和耐磨性能。下圖是脫模劑對上光光油光澤度和耐磨性的影響。

H-862的用量對光油使用性能的影響。

圖3 H-862用量與耐磨性的關系Fig.3 The relationship between H-862 amount and wear resistance

圖4 H-862用量與光澤度的關系Fig.4 The relationship between H-862 amount and glossiness

從圖中可以看出，隨H-862用量從5g/kg到30g/kg逐漸增加，印刷包裝品的光澤度和耐磨性均明顯提高，表明在此過程中，上光油中光油乳液與樹脂液及其他助劑混溶性更均勻，流平性能提高，成膜后涂層光滑，平整，使得光澤度和耐磨性能均明顯提高，而當H-862超量時，整體性能不再有顯著的提高。

蠟漿的影響：耐磨蠟漿H-859的主體成分為一種高熔點的聚乙烯蠟，在磨光光油的磨光過程中，鋼輥高溫將蠟熔化，在冷卻過程中分子重新排布，形成光亮致密的涂層，從而提高光澤度和耐磨性能。下圖是耐磨蠟漿對磨光光油使用性能的影響：

圖5 H-859用量與光澤度的關系Fig.5 The relationship between H-859 amount and glossiness

圖6 H-859用量與耐磨性的關系Fig.6 The relationship between H-859 amount and wear resistance

從圖中可以看出，H-859用量從5g增加到40g，光澤度從76提高至86；耐磨次數從6500次升高到8100次。而其用量在5～30g時，兩項指標增加明顯，其用量大于30g以后，兩項指標增加不顯著，因此，確定H-859的用量為30g。

2.5 光油配方體系的設定

綜合以上分析，得到上光光油和磨光光油配方體系，及夏、春秋、冬季不同的配方系列。

以上光光油夏季配方為例，主體成分的配比為：

軟乳液∶硬乳液∶SR-658樹脂液∶H-8905樹脂液∶溶劑相=390∶220∶270∶50∶60，特種助劑H-862加量3.6%，滿足光澤度75以上，耐磨次數6000次以上，。

以磨光光油冬季配方為例，主體成分的配比為：

軟乳液∶硬乳液∶SR-658樹脂液∶H-8905樹脂液∶溶劑相=320∶290∶270∶50∶60，特種助劑H-862加量3.6%，H-859加量為3.0%，滿足光澤度85以上，耐磨次數8000次以上。

該配方體系中的光油乳液與樹脂液滿足一般通用的光油開發(fā)與應用，通用性強，適應性廣。脫模劑H-862，耐磨蠟漿H-859作為高性能的助劑，可用于其他不同類型的光油配方體系中，調整加入量及比例，可明顯提高原配方的光澤度和耐磨性能。

磨光油在廣東某公司出口包裝材料試機效果良好，滿足了出口的要求。進行合理配方優(yōu)化后，有望用于煙包等對光油性能要求更高的行業(yè)和領域。

3 結語

（1）水性光油作為一種環(huán)保的產品，使用于包裝印刷行業(yè)，能夠提高印刷品的光澤度、耐磨性，使印刷包裝品更美觀、實用、高檔。

（2）為了使光油適應南北地理差異和季節(jié)氣候差異，通過調整軟硬乳液，樹脂液的比例和用量，能夠滿足上機的基本要求，根據實際需要，通過調整H-8905的用量，控制溶劑相水和乙醇的比例和用量，能夠得到固含量35%，黏度80mPa·s的上光油和磨光油。上機驗證表明滿足一般性基本要求：防水，防潮，柔韌，耐磨，耐刮擦，光亮等。

（3）通過使用特種助劑，在原有上光油配方體系和框架內加入適量的脫模劑H-862，可以使水性上光油產品光澤度達到75以上，耐磨次數6000次以上；在原有磨光油配方體系和框架內，加入適量的脫模劑H-862及耐磨蠟漿H-859，可以使水性磨光油的光澤度達到85以上，耐磨次數8000次以上。兩種助劑不僅能在此光油配方體系內起到明顯的作用，用在其他光油配方體系也會起到類似的效果，并且搭配合理，能夠明顯改善原體系的不足，明顯提高光澤度和耐磨性。

（4）該配方體系的上光油與磨光油經上機驗證，主要指標均滿足出口要求，使用新的助劑優(yōu)化后有望在煙包光油等物種高端印刷包裝行業(yè)廣泛應用。

［1］王玉玲，鄧寶祥.苯丙水性上光油的制備[J].天津工業(yè)大學學報，2007，26（3）:58～60.

［2］金振華.環(huán)保型水性上光油的研制與應用[J].化工科技市場，2003，26（3）:26～27.

［3］楊光，韓國防，羅坪，等.水性上光油的研制[J].印染助劑，2005，22（1）:28～30

［4］李紅，張宮謹，王雷.印刷紙張用苯丙水性上光油的研制[J].包裝工程，2004，25（1）:59～61.

［5］張士軍，鄭軍，李曉飛.苯丙型水性光油乳液的研制[J].現代涂料與涂裝 2008，11(88)：24～26

［6］曹同玉，劉慶普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2000.

Study on the Waterborne Glazing Oil

LIANG Wen-bo,ZHENG Jun,ZHANG Shi-jun and LIU Yi

(Baoding Guangpu Chemical Industry Research Institute,Baoding 071000,China)

TQ 437.2

A

1001-0017（2011）01-0043-05

2010-08-24

梁文波（1979-），男，河北省徐水縣人，碩士研究生，技術工程師，主要從事水性丙烯酸（酯）類乳液聚合、特種膠黏劑、特種涂料的研究開發(fā)工作。