專利名稱：膠乳聚合物基印刷油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膠乳聚合物基印刷油墨。
背景技術(shù)：
概述為了消除印刷間里的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，人們正在探索油墨配方的水基替代物。在以往的技術(shù)中，用于苯胺凸版印刷工藝的水基油墨配方已是眾所周知。此類印刷工藝采用圖文區(qū)域明顯突起的印版，也就是說(shuō)，欲印刷的區(qū)域高于不印刷的區(qū)域。苯胺凸版印刷工藝所需的壓力相對(duì)較低，但仍有足夠的壓力將油墨從圖文載體的表面轉(zhuǎn)移到承印物表面。美國(guó)第4,173,554號(hào)專利及由R.H.Leach和R.J.Pierce編輯的《印刷油墨手冊(cè)》(The Printing Ink Manual)(藍(lán)圖出版公司1993年第5版，571-576頁(yè))，均透露了一些實(shí)用的苯胺凸版印刷水基油墨。
用于凹版印刷的水基油墨也是眾所周知的。在凹版印刷工藝中，將所印圖文以網(wǎng)穴的形式刻在滾筒上，再將油墨充入該網(wǎng)穴。使承印物在壓力之下從凹版滾筒和壓印輥之間通過(guò)，就完成了此印刷過(guò)程。美國(guó)第4,954,556號(hào)和第5,098,478號(hào)專利均透露了一些實(shí)用的凹版印刷水基油墨。
膠印平版印刷工藝對(duì)油墨配方提出了特殊的挑戰(zhàn)，因?yàn)榇诉^(guò)程采用平面印版，即圖文載體上的圖文區(qū)域與非圖文區(qū)域均在同一平面上，而且兩種液體是同時(shí)使用的。
限定圖文區(qū)域本是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的過(guò)程，只要使它高于基面，如苯胺凸版的印版，或低于基面，如凹版的印版。要避免讓油墨附著在非圖文區(qū)域，也并不很難。但是，當(dāng)圖文區(qū)域與非圖文區(qū)域均在同一平面上時(shí)，那就必須采用某些技術(shù)，以確保油墨只附著在圖文區(qū)域，而不附著在非圖文區(qū)域。
在傳統(tǒng)的膠印平版印刷工藝中，在將油基油墨涂上印版之前得先潤(rùn)濕印版。通常，潤(rùn)濕過(guò)程使用某種潤(rùn)版液(fountain solution)，如美國(guó)第3,877,372號(hào)、第4,278,467號(hào)和第4,854,969號(hào)專利中所述的那些潤(rùn)版液。水在印版的親水區(qū)域(即非圖文區(qū)域)將形成水膜，但在印版的親油區(qū)域(即圖文區(qū)域)內(nèi)卻收縮成細(xì)小的水珠。當(dāng)涂有油基油墨的墨輥通過(guò)經(jīng)潤(rùn)濕的印版時(shí)，它不能使被水膜覆蓋的區(qū)域(非圖文區(qū)域)著墨，但它將使疏水區(qū)域(圖文區(qū)域)內(nèi)的水珠乳化，從而使該區(qū)域著墨。此過(guò)程被稱為膠印平版印刷，因?yàn)橛“嫔弦阎膱D文并不是直接地印到承印紙上，而是先“膠印”到橡膠墊上，然后再轉(zhuǎn)移到承印紙上。
如上所述，傳統(tǒng)的膠印平版印刷工藝需要使用油基的油墨和水基的潤(rùn)版液。水墨平衡是很關(guān)鍵的，而且對(duì)印刷工人的技術(shù)要求相當(dāng)高。與苯胺凸版印刷工藝和凹版印刷工藝相比，這個(gè)問(wèn)題是膠印平版印刷工藝的幾項(xiàng)缺點(diǎn)之一。而且，傳統(tǒng)膠印平版印刷工藝通常采用的油基油墨和水基潤(rùn)版液，含有相當(dāng)多的令人討厭的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)。
美國(guó)第3,356,030號(hào)專利透露了一種將水基油墨用于平版印刷的方法。該方法使用一種平版印刷版，其非圖文區(qū)域鍍有一層已固化的熱固性有機(jī)硅樹脂。但是，該專利方法仍需要使用一種含有揮發(fā)性烴的潤(rùn)版液，它將被涂抹在非圖文區(qū)域，而且在相繼的各次印刷之間還要再次涂抹。當(dāng)然，使用含揮發(fā)性烴的潤(rùn)版液，與使用本發(fā)明的水基油墨組合物的主要目的，即在印刷過(guò)程中避免使用揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，是相抵觸的。而本發(fā)明的水基油墨組合物可用于膠印平版印刷工藝，完全不需要任何類型的潤(rùn)版液。
在20世紀(jì)80年代，又重現(xiàn)了一股對(duì)于“無(wú)水”平版印刷工藝的興趣。無(wú)水平版印刷的負(fù)版和正版，日本東麗工業(yè)株式會(huì)社(TorayIndustries of Japan)均有供應(yīng)。無(wú)水平面印版的圖文區(qū)域使用感光性聚合物，與傳統(tǒng)印版的圖文區(qū)域所使用的類似。但是，其非圖文區(qū)域卻鍍有一層斥墨性聚合物，例如有機(jī)硅樹脂。關(guān)于無(wú)水印版及工藝的進(jìn)一步資料，可在美國(guó)第5,370,906號(hào)和第5,417,749號(hào)專利中查到。
無(wú)水印刷工藝解決了兩個(gè)問(wèn)題潤(rùn)版液散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，及印刷工人對(duì)于水墨平衡的控制。然而，傳統(tǒng)膠印平版印刷版上圖文區(qū)域和非圖文區(qū)域之間的表面能差通常是40達(dá)因/厘米，但在無(wú)水印版上卻顯著地降到了20達(dá)因/厘米。所以，對(duì)于無(wú)水印刷而言，從產(chǎn)生泡沫到造成不良印刷密度之間的余地顯著地縮小了，而且，從油基油墨散發(fā)出揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的問(wèn)題仍依然存在。
德圍編號(hào)為DE 41 19 348 A1的公開文本透露了一種不潤(rùn)濕膠印方法和一種水基印刷油墨。其中所述的油墨能附著在親水性物質(zhì)上，但不能附著在疏水性物質(zhì)上；它含有染料、水、5-50％水溶性大分子粘合劑，以及一種吸濕液(以多元醇為佳)。
美國(guó)第5,725,646號(hào)專利透露了一種發(fā)明，它消除了傳統(tǒng)膠印平版印刷油墨的主要缺點(diǎn)，即油基油墨和水基潤(rùn)版液所散發(fā)的大量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，以及控制水墨平衡的難度，但保留了傳統(tǒng)平版印刷工藝的主要優(yōu)點(diǎn)，即印版上圖文區(qū)域和非圖文區(qū)域之間存在較高的表面能差。
美國(guó)第5,725,646號(hào)專利講授了一種制造水基膠印油墨的方法，該油墨主要是以(中和至pH值為7.5-10的)松香酯鹽為基料的，并含有較小量的含水乳液聚合物(0-20％)。該發(fā)明還包括了一種主要以松香酯鹽為基料的水基油墨，用于印刷報(bào)紙的膠印工藝，而且不需要使用任何潤(rùn)版液。
美國(guó)第5,725,646號(hào)專利中所述的方法，對(duì)于速度最高可達(dá)1,000英尺/分的印刷機(jī)來(lái)說(shuō)是令人滿意的，但對(duì)于速度更高的印刷機(jī)卻并非是最理想的。對(duì)于速度最高可達(dá)3,000英尺/分的印刷機(jī)，松香鹽釋放中和用胺的速度不夠快，故不能實(shí)現(xiàn)快速干燥。此外，所含的大量改性松香鹽造成了為高速印刷所不能接受的高粘性。盡管當(dāng)乳液聚合物含量增至20％以上時(shí)可以得到粘性較低的配方，但在傳統(tǒng)的即通常具有5根以上傳遞輥的膠印機(jī)組上，仍產(chǎn)生了不可接受的干燥效果。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種快速干燥的膠印油墨，能在可承受的高速印刷條件下達(dá)到快速干燥的效果，從而克服目前平版印刷的水基油墨所具有的缺點(diǎn)。
本發(fā)明包括膠乳聚合物基油墨，其組成為(a)水；(b)一種膠乳聚合物；(c)顏料；(d)一種酸中和劑；以及(e)一種再潤(rùn)濕劑。在本發(fā)明之另一實(shí)施方案中，可含有一種改性松香聚合物。此改性松香聚合物可由下列組分組成(i)無(wú)論在任何pH值條件下均能溶于水的樹脂；(ii)在pH值范圍約為7.5-10的條件下才能溶于水的樹脂松香鹽；以及(iii)含水乳液法樹脂。發(fā)明詳述采用本發(fā)明的報(bào)紙印刷油墨的印版，其圖文區(qū)域應(yīng)是親水性的，而非圖文區(qū)域應(yīng)是疏水性的。該印版的一個(gè)恰當(dāng)例子是如上所述的東麗(Toray)牌“無(wú)水型”印版。但是，該印版的圖文區(qū)域并不需要含有感光性聚合物。例如，該印版的圖文區(qū)域可以是經(jīng)處理后帶有紋理的鋁質(zhì)表面，其表面沒(méi)有鍍層，但應(yīng)是親水性的。當(dāng)然，該印版的非圖文區(qū)域必須是疏水性的。不過(guò)，也可以用任何類型的疏水材料覆蓋該非圖文區(qū)域，只要該疏水材料在印刷過(guò)程中能附著在該印版的非圖文區(qū)域。
用于本發(fā)明的膠乳聚合物，其粒度小于0.3微米，若粒度為0.1-0.2微米則更佳。此類膠乳聚合物恰當(dāng)?shù)睦邮蔷郯滨ツz乳聚合物或丙烯酸類膠乳聚合物，例如從S.C.約翰遜(S.C.Johnson)公司的Joncryl 537所制得的丙烯酸類膠乳聚合物。
所用的顏料可以是任何適合于配制平版印刷油墨的顏料，例如CI顏料黃1、3、4、5、12、13、14、17、55、65、73、83、97和98；CI顏料橙13、16和46；CI顏料紅2、3、4、10、12、48、481、482、53、572、81、104、146、170和176；CI顏料綠2、7和36；CI顏料藍(lán)1、151、152、153、156、16、29、56和61；CI顏料紫3、23和37；CI顏料黑6和7；以及CI顏料白6、7、18和26。
某些用于水基印刷油墨的再潤(rùn)濕劑在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的，也可以按照本發(fā)明的配方使用，但較佳的再潤(rùn)濕劑是羥乙基亞乙基脲。同樣，某些用于水基印刷油墨的酸中和劑在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)也是眾所周知的，但較佳的酸中和劑是單乙醇胺。
按照本發(fā)明的做法，改性松香聚合物可以是用季戊四醇酯化的馬來(lái)酸酐改性松香。某些改性松香聚合物無(wú)論在任何pH值條件下均能溶于油墨的水相中，其恰當(dāng)?shù)睦佑恤燃谆w維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丁基甲基纖維素、聚環(huán)氧(C1-C4)烷、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯噁唑烷酮以及聚丙烯酰胺。
較佳的方案是，油墨中所含有的改性松香聚合物只是那些當(dāng)pH值范圍約為7.5-10時(shí)才能溶于水的改性松香聚合物。此類樹脂松香鹽粘合劑的恰當(dāng)例子有甲基內(nèi)烯酸樹脂、苯乙烯-丙烯酸類樹脂、松香鹽，以及聚苯乙烯-磺酸及其鹽類。為了將pH值調(diào)節(jié)到所希望的范圍，可以在水相中加入氨或有機(jī)胺，例如單乙醇胺或N，N-二乙醇胺(某種無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，例如醋酸，可用來(lái)將pH值調(diào)節(jié)到約為2.5-6.5的范圍)。
構(gòu)成水乳液的改性松香聚合物的恰當(dāng)例子有丙烯酸類或乙烯基乳液聚合物。制備這些聚合物的單體是從以下這組單體中選出的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸多元醇酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、二乙烯基苯，以及醋酸乙酯。
在本發(fā)明的膠乳聚合物基印刷油墨中，水的含量為25-60％(重量)，若為35-50％(重量)則更佳。膠乳聚合物的含量為10-50％(重量)，若為15-40％(重量)則更佳。顏料的含量為10-25％(重量)。酸中和劑的含量為0.5-2％(重量)。最后，再潤(rùn)濕劑的含量為0.5-10％(重量)。當(dāng)使用改性松香聚合物時(shí)，其含量為10-70％(重量)為佳，若含量為30-60％(重量)則更佳，最佳的是，該大分子樹脂粘合劑具有這樣一種組成其含有可高達(dá)5％(重量)無(wú)論在任何pH值條件下均能溶于水的樹脂粘合劑，10-70％(重量)當(dāng)pH值范圍約為7.5-10時(shí)才能溶于水的樹脂粘合劑，以及可高達(dá)20％(重量)的含水乳液法樹脂粘合劑。
如果希望的話，可將常用的輔助劑，例如蠟、防沫劑、抗微生物劑、表面活性劑、緩蝕劑等，摻合在本發(fā)明的油墨中。本發(fā)明水基膠印油墨的一個(gè)較佳的實(shí)施例，采用了一種含量可高達(dá)5％(重量)的非離子型表面活性劑。該表面活性劑的恰當(dāng)例子有炔烴鄰二醇類、乙氧基化乙二醇類和脫水山梨糖醇酯類。
本發(fā)明的膠乳聚合物基印刷油墨，在以下的非限制性例子中得到了進(jìn)一步說(shuō)明。其中，除非另行指明，所有組分的百分?jǐn)?shù)均為以重量計(jì)。實(shí)施例1按照以下配方，配制了一種黑色的水基膠印油墨碳黑 40％水溶性烷基35％Surfynol 420 3％羥乙基亞乙基脲(固體含量為75％)20％單乙醇胺 2％總計(jì) 100％從上述配方，配制了如下水基油墨黑色基料 50％聚氨酯膠乳聚合物 30％改性松香聚合物 20％總計(jì) 100％該膠乳聚合物是聚氨酯類的，含有40％固體和60％水。與萬(wàn)能油基的油墨相比，此油墨在海德堡牌印刷機(jī)的傳統(tǒng)印刷機(jī)組上很穩(wěn)定，并能印制出干燥的印刷品。此外，此油墨很容易用一般的自來(lái)水從墨輥上沖洗掉。實(shí)施例2按照以下組成，配制了一種黑色的水基膠印油墨碳黑40％
水溶性烷基35％Surfynol 420 3％羥乙基亞乙基脲(固體含量為75％)20％單乙醇胺 2％總計(jì) 100％從上述配方，配制了如下水基油墨黑色基料 50％丙烯酸類膠乳聚合物 30％改性松香聚合物 20％總計(jì) 100％用S.C.約翰遜公司的Joncryl 537所制得的丙烯酸類膠乳聚合物取代聚氨酯膠乳，就制得了組成與實(shí)施例1類似的油墨。
該膠乳聚合物是丙烯酸類膠乳聚合物，系從S.C.約翰遜公司的商標(biāo)名為Joncryl 537的產(chǎn)品所制得。與萬(wàn)能油基的油墨相比，此油墨在海德堡牌印刷機(jī)的傳統(tǒng)印刷機(jī)組上很穩(wěn)定，并能印制出干燥的印刷品。此外，此油墨很容易用一般的自來(lái)水從墨輥上沖洗掉。
本發(fā)明及一些較佳的實(shí)施例已詳細(xì)敘述完畢。但是應(yīng)當(dāng)理解，在考慮了本項(xiàng)公開技術(shù)后，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在如下權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明范圍與精神之內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改和/或改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種膠乳聚合物基印刷油墨，含有(a)水；(b)一種膠乳聚合物；(c)顏料；(d)一種酸中和劑；以及(e)一種再潤(rùn)濕劑。
2.如權(quán)利要求1中的油墨，其中水的含量是25-60重量％。
3.如權(quán)利要求1中的油墨，其中膠乳聚合物的含量是15-40重量％。
4.如權(quán)利要求3中的油墨，其中膠乳聚合物是一種聚氨酯膠乳聚合物。
5.如權(quán)利要求3中的油墨，其中膠乳聚合物是一種丙烯酸類膠乳聚合物。
6.如權(quán)利要求1中的油墨，其中顏料的含量是10-25重量％。
7.如權(quán)利要求1中的油墨，其中的顏料是從以下這組顏料中選出的CI顏料黃1、3、4、5、12、13、14、17、55、65、73、83、97和98；CI顏料橙13、16和46；CI顏料紅2、3、4、10、12、48、481、482、53、572、81、104、146、170和176；CI顏料綠2、7和36；CI顏料藍(lán)1、151、152、153、156、16、29、56和61；CI顏料紫3、23和37；CI顏料黑6和7；以及Cl顏料白6、7、18和26。
8.如權(quán)利要求6中的油墨，其中的顏料是從以下這組顏料中選出的CI顏料黃1、3、4、5、12、13、14、17、55、65、73、83、97和98；CI顏料橙13、16和46；CI顏料紅2、3、4、10、12、48、481、482、53、572、81、104、146、170和176；CI顏料綠2、7和36；CI顏料藍(lán)1、151、152、153、156、16、29、56和61；CI顏料紫3、23和37；CI顏料黑6和7；以及CI顏料白6、7、18和26。
9.如權(quán)利要求1中的油墨，其中酸中和劑的含量是0.5-2重量％。
10.如權(quán)利要求1中的油墨，其中酸中和劑是單乙醇胺。
11.如權(quán)利要求9中的油墨，其中酸中和劑是單乙醇胺。
12.如權(quán)利要求1中的油墨，其中再潤(rùn)濕劑的含量是0.5-10重量％。
13.如權(quán)利要求1中的油墨，其中再潤(rùn)濕劑是羥乙基亞乙基脲。
14.如權(quán)利要求12中的油墨，其中再潤(rùn)濕劑是羥乙基亞乙基脲。
15.如權(quán)利要求1中的油墨，該油墨還含有一種改性松香聚合物，該聚合物由下列組分組成(i)無(wú)論在任何pH值條件下均能溶于水的樹脂；(ii)在pH值范圍約為7.5-10的條件下才能溶于水的樹脂松香鹽；以及(iii)含水乳液法樹脂；(c)一種豆油基樹脂；(d)顏料；(e)一種羥乙基亞乙基脲再潤(rùn)濕劑；(f)一種膠乳聚合物。
16.如權(quán)利要求15中的油墨，其中無(wú)論在任何pH值條件下均能溶于水的該改性松香聚合物是從以下這組聚合物中選出的羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丁基甲基纖維素、聚環(huán)氧(C1-C4)烷、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯噁唑烷酮，以及聚丙烯酰胺。
17.如權(quán)利要求16中的油墨，其中當(dāng)pH值范圍約為7.5-10時(shí)才能溶于水的該大分子樹脂粘合劑，是從以下這組化合物中選出的甲基丙烯酸樹脂、苯乙烯-丙烯酸類樹脂、松香鹽、以及聚苯乙烯-磺酸及其鹽類。
18.如權(quán)利要求15中的油墨，其中構(gòu)成水乳液的該大分子樹脂粘合劑，是從以下這組化合物中選出的丙烯酸類或乙烯基乳液聚合物，這些聚合物是由以下各種單體制備的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸多元醇酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、二乙烯基苯以及醋酸乙酯。
19.如權(quán)利要求1中的油墨，該油墨還含有一種非離子型表面活性劑。
20.如權(quán)利要求19中的油墨，其中該非離子型表面活性劑的含量可高達(dá)5重量％。
21.如權(quán)利要求20中的油墨，其中該非離子型表面活性劑是從以下這組化合物中選出的炔烴鄰二醇類、乙氧基化乙二醇類以及脫水山梨糖醇酯類。
全文摘要
一種膠乳聚合物基印刷油墨，含有(a)水；(b)一種膠乳聚合物；(c)顏料；(d)一種酸中和劑；以及(e)一種再潤(rùn)濕劑。在本發(fā)明可供選擇的一些實(shí)施例中，可含有一種改性松香聚合物、非離子型表面活性劑及各種助劑。
文檔編號(hào)C09D11/10GK1430656SQ01809813
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月20日
發(fā)明者拉馬塞米·克里希南, 雨果·巴比, 瑪麗蓮·亞瑪特, 埃曼努埃爾·迪莫塔基斯 申請(qǐng)人:太陽(yáng)化學(xué)公司