丙烯酸酯乳液连接料及其水性油墨性能研究

论文摘要

水性油墨因不含挥发性有机溶剂,大大减少了有机挥发物（VOC）的排放,从而减轻了大气污染,改善了印刷操作人员的安全环境,应用越来越广泛。目前,我国中高档水性油墨主要依赖进口,且国产水性油墨均存在无法同时兼顾成膜速率快和光泽度高两个优点的问题,这直接影响着国产水性油墨的生产成本与质量。在我国,对水性油墨及其连接料的研究具有极高的经济和社会价值。本论文以BA与MMA为单体,以烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯（10）醚硫酸铵（DNS-86）为乳化剂,以过硫酸铵（APS）为引发剂,采用预乳化法合成了丙烯酸酯乳液。通过研究聚合温度、乳化剂用量、引发剂用量等反应条件对丙烯酸酯乳液性能的影响,确立了合成油墨用丙烯酸酯乳液的最佳条件：DNS-86的用量为2.0%,APS的用量为0.4%,聚合温度为82+2℃,反应时间约为3～3.5h。为了改进水性油墨连接料的性能,引入了三种不同的功能单体,丙烯酸（AA）、衣康酸单丁酯（MBI）和衣康酸二丁酯（DBI）。对比有这三种不同用量的功能单体乳液的性能,发现含DBI的乳液性能较佳。含DBI乳液的固含量较高和单体转化率最佳,且乳液的粒径最小,乳液的稳定性较佳；考察了乳液的聚合动力学,发现含DBI的乳液在聚合过程中聚合速率最先进入平缓期；测试乳胶膜的性能发现,使用DBI乳胶膜的耐水性、耐乙醇性和耐热性较好,耐酸碱性一般,乳胶膜的力学性能相对较差。综合各项性能指标,DBI的最佳用量为1.5%。为了进一步提高乳液的成膜速率,本论文在使用了DBI为第一功能单体的同时,引入了第二功能单体双丙酮丙烯酰胺（DAAM）。FT-IR证实了交联反应的发生；DSC的结果表明加入DAAM后丙烯酸酯共聚物的玻璃化温度提高；将不同DAAM含量的乳液性能进行对比,发现加入DAAM后,乳液的固含量和单体转化率相对提高,且乳液稳定性也有一定的改善,如乳液的冻融稳定性；加了DAAM后,乳胶粒粒径变小,在TEM图中可见,乳胶粒之间呈现粘黏现象；乳胶膜的成膜速率明显加快,且乳胶膜的耐水性、耐热性和力学性能均有改善。综合各种性能分析,DAAM的最佳用量为3%。将含1.5%AA、含1.5%MBI、含1.5%DBI及含3%DAAM的四种乳液分别配制成水性油墨并研究其性能。实验结果发现,采用含不同功能单体制备的乳液配制的水性油墨性能均良好,均达到了国内企业水性油墨标准,尤其是加入了DAAM后的乳液配制的水性油墨的光泽度得到了很好的改善,达到了本论文解决国产水性油墨无法兼顾水性油墨成膜速率快和光泽度高两个优点这一问题的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 引言
• 1.1 水性油墨
• 1.1.1 油墨的组成和分类
• 1.1.2 水性油墨的组成
• 1.1.3 水性油墨制备的选择
• 1.1.3.1 有色体的选择
• 1.1.3.2 水性连接料的选择
• 1.1.3.3 助溶剂的选择
• 1.1.3.4 助剂的选择
• 1.1.4 水性油墨的特点
• 1.1.5 水性油墨的性能
• 1.1.5.1 稳定性
• 1.1.5.2 粘度
• 1.1.5.3 抗水性
• 1.1.5.4 光泽度
• 1.1.5.5 干燥速度
• 1.1.6 国内外水性油墨开发应用现状
• 1.1.7 水性油墨发展趋势
• 1.2 丙烯酸酯乳液聚合及应用
• 1.2.1 乳液聚合
• 1.2.1.1 乳液聚合的特点
• 1.2.1.2 乳液聚合最新进展
• 1.2.2 丙烯酸酯乳液聚合的新进展
• 1.2.3 丙烯酸酯乳液在水性油墨领域的应用
• 1.3 设计思想
• 1.4 研究目的、内容及意义
• 第二部分 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备及仪器
• 2.3 丙烯酸酯乳液的制备
• 2.3.1 基本配方
• 2.3.2 乳液聚合
• 2.4 水性油墨的制备
• 2.4.1 基本配方
• 2.4.2 水性油墨配制过程
• 2.5 分析与测试
• 2.5.1 乳液的性能表征
• 2.5.1.1 固含量及转化率
• 2.5.1.2 粘度
• 2.5.1.3 乳胶粒径及分布
• 2.5.1.4 乳胶粒形态
• 2.5.1.5 聚合稳定性
• 2.5.1.6 稀释稳定性
• 2.5.1.7 机械稳定性
• 2.5.1.8 冻融稳定性
• 2.5.1.9 表面张力
• 2.5.2. 乳胶膜的性能表征
• 2.5.2.1 成膜性
• 2.5.2.2 乳液干燥速率
• 2.5.2.3 傅里叶红外（FT-IR）
• 2.5.2.4 耐水性
• 2.5.2.5 耐酸碱性
• 2.5.2.6 耐乙醇性
• 2.5.2.7 玻璃化温度的测定
• 2.5.2.8 热稳定性
• 2.5.2.9 拉伸性能
• 2.5.2.10 元素分析
• 2.5.3 水性油墨的性能表征
• 2.5.3.1 机械稳定性
• 2.5.3.2 储存稳定性
• 2.5.3.3 初干性
• 2.5.3.4 细度
• 2.5.3.5 粘度
• 2.5.3.6 光泽度
• 2.5.3.7 耐水性、耐酸碱性、耐乙醇性
• 第三部分 结果与讨论
• 第一章 不同功能单体对丙烯酸酯乳液的影响
• 0 前言
• 1 聚合反应温度的选择
• 2 乳化剂的用量的选择
• 2.1 乳化剂对乳液固含量和转化率的影响
• 2.2 乳化剂对乳液外观、粒径及稳定性影响
• 2.3 对DNS-86为可聚合乳化剂的验证
• 3 引发剂的用量的选择
• 3.1 引发剂对乳液固含量和转化率的影响
• 3.2 引发剂对乳液外观、粒径及稳定性的影响
• 4 不同功能单体对乳液性能影响
• 4.1 不同功能单体对乳液固含量和转化率的影响
• 4.2 不同功能单体对乳液的乳胶粒的尺寸的影响
• 4.3 不同功能单体对乳胶粒形态的影响
• 4.4 不同功能单体参与反应聚合动力学讨论
• 4.5 不同功能单体对乳液粘度的影响
• 4.6 不同功能单体对乳液稳定性的影响
• 4.7 不同功能单体对乳胶膜耐水性影响
• 4.8 不同功能单体对乳胶膜耐酸碱性影响
• 4.9 不同功能单体对乳胶膜的耐乙醇性影响
• 4.10 不同功能单体对乳胶膜耐热性能的影响
• 4.11 不同功能单体对乳胶膜拉伸强度的影响
• 5 小结
• 第二章 室温交联乳液的合成与性能研究
• 0 前言
• 1 验证交联反应的发生
• 2 DAAM的加入对共聚物玻璃化温度的影响
• 3 DAAM的加入对固含量、转化率和稳定性的影响
• 3.1 对乳液固含量和转化率的影响
• 3.2 对乳液稳定性的影响
• 4 DAAM的加入对乳胶粒径及其分布和粒子形态的影响
• 4.1 对乳胶粒径及其分布的影响
• 4.2 对乳胶粒形态的影响
• 5 DAAM的加入对乳胶膜成膜速率的影响
• 6 DAAM的加入对乳胶膜耐水、耐酸碱性的影响
• 6.1 乳胶膜耐水性
• 6.2 乳胶膜的耐酸碱性
• 7 DAAM的加入对乳胶膜的耐热性能的影响
• 8 DAAM的加入对乳胶膜的机械性能的影响
• 9 小结
• 第三章 水性油墨的配制与性能研究
• 第四部分 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢