CN106170519A - 黑色油墨组合物 - Google Patents

Abstract

一种后印和预印黑色油墨组合物，通过在炭黑油墨（浓度10‑25％，以重量计）中添加（浓色母料混合物）固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物获得，其中的炭黑未经过氧化处理，彩色颜料的重量达到75‑90％。

Description

黑色油墨组合物

技术领域

本发明涉及一种用于烫印的黑色油墨组合物和一种制备具有良好分散性黑色油墨组合物的方法，并且还涉及含有黑色油墨组合物的水基柔性油墨。

背景技术

水基油墨是以水为溶剂的胶体悬浮液中含有颜料或染料的一种油墨。虽然水基油墨的主要溶剂是水；但其它助溶剂也可存在。这些助溶剂通常是挥发性有机化合物VOC。

自公元前2500年以来，水基油墨已经存在。第一种水基油墨是水悬浮液中含有碳的一种黑色书写油墨，是用蛋清或天然树胶稳定。尽管水基油墨已经存在了4500多年；但在1960年代后期之前，其使用很少。水基油墨本身存在问题，因此，在一段时间内，相比其它溶剂型油墨，这种油墨未被作为一种可行的选择。1970年，原油短缺，再加上人们对油墨溶剂可能对人类和环境产生的破坏作用有了新的认识，新的法律付诸实施，迫使油墨行业开始寻求水基油墨。使用水基油墨是为了完全除去油墨中的有害化学物质，而不仅仅是降低存在的挥发性有机化合物。

与所有油墨一样，水基油墨的配制取决于其特​​定的应用和特定的性质或特征，即涉及的印刷类型、印制油墨的基材或表面、油墨暴露的环境、油墨的质地、油墨的颜色等。水基油墨的主要性质是其粘度、表面张力、胶体分散体的稳定性、着色剂颗粒的尺寸和形状、剪切稳定性、渗出性、起泡性、耐擦洗性、耐水性、沸点、温度和pH值。

一个体系的流变学可细分为四类，即牛顿流体、非牛顿（假塑性）流体、胀流性流体和触变流体。牛顿流体是指，施加剪切力时，粘度将或多或少保持恒定。非牛顿流体或假塑性流体是指，增加剪切力时，粘度会降低。胀流性流体是指，粘度和剪切力同时增加。触变性流体是指，增加剪切力时，粘度将降低，除具有时间相关特性外，其他特征类似于假塑性流体。大多数水基油墨属于触变性流体，即施加剪切力时，粘度将降低，除去剪切力时，粘度将恢复到先前的粘度。为了将粘度调节至所需的值，可用聚合物增稠剂增加粘度。油墨的表面张力会影响性能，如油墨的起泡性和润湿性。油墨的润湿性是油墨在基材或表面形成涂层的能力。一般来说，基材的表面张力越大，涂层越易形成。同样，流体的表面张力越小，越易润湿基材。当基材的表面张力远大于流体的表面张力时，基材上就能形成最佳的涂层。这是水基油墨的问题，因为水的表面张力非常高，可达到72mN/m，大多数其他溶剂型油墨的表面张力介于20-35mN/m之间，因此，水基油墨的表面张力高于其用于涂覆的大多数基材的表面张力。为解决这个问题，通常在水基油墨中添加表面活性剂，或通过清洁或其他处理对基材的表面进行改性。表面活性剂是“表面活性”分子，同时包含亲水和疏水部分。在水基油墨中添加表面活性剂将会显著降低油墨的表面张力，因为表面活性剂的亲水和疏水部分会在接口产生取向效应。

添加表面活性剂可降低表面张力，但也可加速油墨中泡沫的形成。为了防止发生这种情况，需要添加消泡剂，如疏水固体或脂肪酸。要想制作高质量的印制品，油墨须具有胶体稳定性，这也能延长油墨的保质期。如果油墨的胶体体系不稳定，颜料将会在很短的时间沉降，使油墨无法使用。有两种方法可以稳定水基油墨，即添加表面活性剂或聚合物，在某些情况下，胶体体系用这两者稳定。在水基油墨中添加表面活性剂和/或聚合物将导致表面活性剂和/或聚合物吸附在固体（颜料）/液体界面。被吸附的表面活性剂和/或聚合物会在各种组合物和厚度的颜料上形成涂层，这将导致颜料在油墨中产生净排斥力，促使其保持稳定。使用表面活性剂和/或聚合物来稳定的胶体体系将会对油墨的适用性和其颜色强度产生负面影响。

着色剂颗粒的尺寸和形状对油墨色牢度、胶体稳定性、粘度以及许多其他性质极其重要。当用颜料使油墨着色时，需要选择适宜的颗粒尺寸和形状，以满足油墨的必需要求。颜料颗粒的尺寸对胶体稳定性极其重要，颗粒越小，液体越易保持稳定，颗粒越小，颜色越亮或越明显，即炭黑的典型尺寸分布。在整个印刷过程中，须监测水基油墨的温度和pH值，即使微小变化也会导致油墨特性发生变化，从而产生较差的印刷质量。油墨pH值或温度的变化会导致油墨的表面张力、粘度和胶体稳定性发生变化，而所有这些都不是希望的结果。油墨的蒸发沸点或热量是一个重要因素，因为它决定了油墨干燥或固化所需的时间和温度。制备水基油墨存在一定难度，因为水的汽化会产生大量热量。为了确保油墨干燥或固化，需要除去所有溶剂，并且，由于水的汽化热量高于油墨中使用的类似溶剂的汽化热量，因此，油墨干燥或固化所需的时间和温度也会大大增加。使用添加剂可以改变许多油墨的性质。水基油墨一般不防水，或无法快速干燥或固化，可通过添加蜡来增加油墨的防水性，或通过添加催化剂来加速干燥或固化。添加催化剂可加速干燥或固化，但存在的一个问题是，水基油墨的保质期显著降低至约12-24小时。

由于水基油墨技术在过去四十年取得了极大进步，目前，通过利用表面处理技术，如电晕处理，水基油墨易于应用于大多​​数材料，甚至是塑料和金属箔。随着新的添加剂和印刷工艺的发展，水基油墨现在可应用于大多数印刷工艺和大多数材料，有许多不同的应用。水基油墨适用于纸张、纸板和纺织品的印刷应用，甚至可用于金属箔、塑料和食品包装。

对于许多喷墨打印机使用的水基油墨，在基材或表面应用方面，其功能类似于其他水基油墨。油墨与表面接触，润湿和蒸发有一定延迟，在基材或表面润湿和渗透开始时，溶剂持续蒸发，直至完全干燥。

水基油墨的制备是简单的混合过程。颜料、添加剂和赋形剂分别制备。颜料的尺寸一般太大，不适合在油墨中使用。将颜料研磨成尺寸为5μm至10nm的颗粒，这取决于所需的颜色强度、涂层厚度和色散性。然后，用高速混合器将颜料与溶剂混合，水基油墨的溶剂可以全部为水或者大部分为水。将表面活性剂和/或聚合物添加到混合器，以稳定胶态分散体，并让颜料均匀分布。然后，将添加剂添加到混合器，以达到所需的性能，从而使油墨可供使用。

油墨用着色剂、赋形剂、溶剂和添加剂制成。水基油墨的种类似乎无限。颜料、添加剂和赋形剂有数千种，使用的组合和数量不同，油墨的性质也不同。水基印刷油墨一般含有60％的水/其它溶剂、20％的赋形剂（树脂）、15％的着色剂和5％的添加剂。

纸质印刷所用油墨的一般成分包括

	%	%
			有机颜料	12 - 15	12 - 15
树脂	10- 25	15 - 25
			酒精	0	2- 5
添加剂（蜡，消泡剂，分散剂和润湿剂，杀微生物剂）	5 - 7	6 - 10
			水	53-73	45 - 65

纸质柔性印刷所用水基油墨的一般成分包括

黑色＃123	28.0
		丙烯酸/碱性水漆	60.0
聚乙烯蜡	4.0
		异丙醇	4.0
水	3.9
		硅氧烷消泡剂	0.1
	100.0

在过去四十年，水基油墨技术有了极大进步。虽然研究在过去几年中已经放缓，但水基油墨技术的进步仍将持续一段时间。由于涉及环境和健康问题，目前还没有可行的油墨可替代水基油墨。随着电子印刷材料的增多，如电子书籍，油墨的使用将会减少。

现代炭黑产品是中国在3500年前率先生产的早期“灯黑”的直接派生物。这些早期灯黑不是很纯净，其化学成分与目前的炭黑有很大差异。自1970年代中期以来，大多数碳黑用油炉法生产，常称为炉黑。

柔性印刷使用的黑色油墨一般是通过将炭黑与印刷油墨浓缩物和清漆的混合物混合并分散而成，柔性印刷材料是通过将该油墨印在基材上得到。

为了确保这种后印和预印油墨显示出光泽、着色等所需的油墨特性，黑色油墨必须在印刷油墨浓缩物和清漆的混合物中分散。然而，实现高度分散需要相当长的时间，并且在油墨制造工艺中消耗大量的时间和劳力。

烫印是在瓦楞纸板上印刷油墨之后的一道工序。在烫印箔上，黑色后印和预印瓦楞纸箱上没有图片。这是由于，在通过后印或预印水基黑色油墨印制的黑盒子上，金属箔会失去光泽。大多数时候，这些黑盒子上的图片是通过胶印、丝印、凹印或其他方式印制。

烫印箔只会在后印和预印黑色油墨上失去光泽，不会在其他印刷类型中失去光泽，如胶印、丝印、凹印等。这是因为后印和预印黑色油墨主要由炭黑制成。

柔性印刷适用于各种材料，如牙签套到其他大件物品，如床垫等。柔性印刷适用于薄膜、箔、组织、大片瓦楞板、软塑料薄膜、玻璃和纺织品。选择这些材料是由于其功能。柔性印刷几乎适用于所有材料，没有材料不能通过柔性印刷来印制，这一工艺具有多功能性，其发展比其它常规方法快。

配色有许多方法和方式。油墨颜色的配色过程涉及称重和混合油墨的基本成分，可用手工打样机完成油墨刮涂。

后印和预印印刷工艺有许多可变因素，柔印开始时，如果无法控制这些因素，这些因素可能成为移动目标。网纹辊是柔印工艺的核心，这是我们开始的地方。网纹辊决定印刷以及油墨实验室（颜色转换开始的地方）中的油墨颜色。

配色或打样在油墨室或油墨公司的实验室进行。在向客户获得颜色规范之时，该一过程开始，例如303红色、可乐红和HP蓝，不管油墨是什么颜色，技术员须制定油墨体系的配方，使油墨颜色与打印机使用的基材匹配。颜色是由转移到基材的油墨膜的数量来控制。印刷时，我们通过打印机使用的各种网纹辊或网纹辊套筒来控制颜色。油墨室可以使用迈耶棒、铬网纹辊和陶瓷网纹辊作为输送油墨的工具。实验室的可变因素主要涉及工具类型和输送的油墨量。每种工具以不同的方式输送油墨，因此油墨膜的厚度会有所不同，导致颜色不同。

配色工具。

1. 手工打样机，配备网纹辊

2. 天平，精确到0.01克

3. 混合容器，=150-200ml

4.Secular

5. 低速搅拌机

6. 基材

7. 分光计（如果需要LAB值）

混合时，仔细记录在制作第一批颜色时添加的每种成分的含量， 如ABC蓝和185红（基色）。数量按重量计，记录每种添加物，一旦达到满意的颜色，可以计算每种基色的总重量。可采用盎司、磅、克或千克为单位，但在整体计算中须采用统一的重量单位。

根据混合物中每种基色的重量，可计算每种颜色的配方。这将是这些颜色的初始配方。

这或许是这一工艺最重要的部分。只要达到满意的混合，采集油墨的样品，并用掌上型刮涂设备（打样机）进行油墨刮涂。这些都将是这些颜色的刮涂颜色标准，当根据这些配方混合后续批次时，它们将成为你在实验室配色的标准。它们的外观可能不同于印刷颜色标准，但它们使用的油墨与印刷时调配的油墨相同。这解决了手工打样机无法模仿印刷条件的问题，现在，你将此刮涂与手持设备完成的刮涂进行匹配。

在该过程的各个步骤，用肉眼或颜色测量仪器（光谱仪）比较刮涂颜色。

涉及的每个步骤有其自己的一套程序，使用的仪器不同，这些程序可能有所不同。然而，这些程序可根据任何一种情况进行调节。如果此处描述的程序的细节与你使用的程序不同，你应该根据具体情况调节这些程序。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种黑色油墨组合物，其中含有后印和预印黑色油墨（有最少炭黑或无炭黑）和其它颜色油墨浓缩物的混合物，如“蓝加橙”，“蓝加黄加红”，“绿加红”，以及最少碳黑油墨，来达到所需的黑度或稠度。事实证明，在含有最少碳黑的配制材料上，烫印至少在6个月内不会失去光泽。

本发明的一个目的是通过在炭黑浓缩物（浓度10-25％，以重量计）中添加（浓色母料）固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物，以提供一种黑色油墨组合物，其中的炭黑浓缩物未经过氧化处理，彩色颜料的重量达到70-90％。

黑色油墨组合物的另一个方面是提供一种黑色油墨组合物，其中的（浓色母料）红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物的重量是黑色油墨重量的10-25％。

本发明的另一个目的仍然是提供一种黑色油墨组合物，进一步包含水溶性树脂。

本发明的另一个方面是提供一种黑色油墨组合物，其中，在用其他无碳色油墨浓缩物的混合物配制的无碳黑颜料或较少炭黑颜料上，烫印箔不会失去光泽。

本发明的另一个方面仍是提供一种黑色油墨组合物，其中将最少量炭黑添加到彩色油墨浓缩物的混合物，以使该混合物看起来更黑。

本发明的另一个方面是提供一种黑色油墨配方中的黑色油墨组合物，其中添加的炭黑浓缩物比例不应低于表面电阻计测得功率的7至10。

本发明的另一个方面是提供一种黑色油墨组合物，其中，由X-Rite颜色分光计测得的LAB值是，L值低于20，A值为0±1，B值为0±1。

本发明的一个目的是提供一种柔性印刷油墨，其中，黑色油墨适用于已经过柔性印刷的基材上的烫印箔。

本发明的另一个方面是提供一种黑色油墨组合物，其中，从所述黑色和彩色油墨形成的油墨符合生态友好或绿色环境标准。

在本发明的另一个方面，制作油墨的材料来自全球多个公司，配方使用不同的材料和化学品，以确保材料可用于制备烫印使用的黑色油墨组合物。首先在实验室测试用于制备黑色组合物的所有材料。油墨组合物的所有组分包括：清漆，浓色母料，添加剂，均须在制备黑色油墨组合物之前进行测试。将添加剂添加到清漆中，以进行测试。

具体实施方案

本发明是通过在炭黑油墨（浓度10-25％，以重量计）中添加（浓色母料混合物）固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物，以提供一种黑色油墨组合物，其中的炭黑未经过氧化处理，浓色母料的重量达到75-90％。

在制备中，（浓色母料混合物）红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物的重量是炭黑油墨基料的10-25％。炭黑在室温下为液体。按照本发明，组合物还包括水溶性树脂，黑色油墨组合物是一种油炉炭黑。

丙烯酸/碱性水漆	20-60
		橙色	20-30
蓝色	10-25
		碳黑	10 - 20
聚乙烯蜡	2-5
		异丙醇	1-5
硅氧烷消泡剂	0.1-1.5

丙烯酸/碱性水漆	20-60
		红色	10-15
黄色	5-10
		品红色	5-10
蓝色	10-20
		碳黑	10 - 20
聚乙烯蜡	2-5
		异丙醇	2-5
硅氧烷消泡剂	0.1-1.5

在另一个优选的实施方案中，黑色油墨组合物可制成柔性印刷油墨。在该方法中，碳黑油墨组合物中的炭黑颜料在室温下是固体。

印刷油墨中使用的炭黑通常须进行氧化处理，以改善与柔性印刷使用的树脂的兼容性，其中，柔性印刷适用于各种材料，如纸和纸板，瓦楞纸板，聚乙烯，聚酯薄膜，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，玻璃纸，压敏涂覆薄膜，压敏基材，透明纸，金属化薄膜和纸，kimdura合成纸，乳胶饱和纸等

按照本发明，黑色油墨组合物最适于烫印使用的后印和预印水基黑色油墨。本发明克服了金属彩色烫印箔的缺点，使用普通炭黑油墨时，金属彩色烫印箔将在20天内失去光泽。按照本发明，使用黑色油墨组合物烫印时，使用用其他无碳油墨浓缩物的混合物（如，“橙加蓝”，“蓝加红加黄”，“品红，红，黄，蓝”）配制的无碳黑油墨或较少炭黑油墨，烫印箔不会失去光泽。

为了提供用于烫印的最佳黑色油墨组合物，即在烫印时，不会失去金属光泽，使用无碳黑油墨。另外，在本发明中，将最少炭黑油墨添加到彩色油墨浓缩物的混合物（在该优选实施方案中，添加到混合物中的炭黑油墨比例不应低于表面电阻计测得功率的7至10）。

如果OPV（套印清漆）用于强化黑色组合物，黑版用OPV覆盖，具有耐擦性或其它性能，如光泽，亚光，防滑等。

一般来说，用分光计测量时，OPV将偏蓝或偏红色调，通过利用O​​PV偏红或蓝色色调，黑色组合物可以在印刷时形成深蓝或红灰色/黑色，添加到黑版的OPV的第二层可增强偏蓝或偏红色调，最终形成黑色。这种配色方法可以通过分光计来执行，以获得LAB值。

X-Rite颜色分光计测得的LAB值是，L值低于20，A值为0±1，B值为0±1。在优选实施方案中，X-Rite分光计被设定在Dayling 65@10度（从0/45测量）。

按照本发明，关于测试黑色油墨组合物用途的方法，对黑色油墨组合物的各成分的手工浇铸样品施加烫印工艺，将其暴露于实验室24小时，湿度为8％至90％，烤箱温度为80℃，观察印箔的任何变色。样品应在室温下暴露的时间不少于一个月，以观察印箔的任何变色。

按照本发明，黑色油墨的配方符合许多生态友好或环保标准，如SONY绿色合作伙伴，包装受限物质清单PRSL，NPEO / OPEO，重金属规定等，取决于配制黑色油墨的混合物使用的不同颜料、赋形剂和添加剂。

按照本发明，碳黑油墨组合物也可用于除柔性印刷油墨以外的其他油墨以及其他涂料等。

但应注意的是，除了上面已经提到的，上述实施方案可以有许多修改和变化，而且不会脱离本发明新颖且有利的特征。因此，我们计划将所有这些修改和变化纳入所附权利要求的范围之内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种后印和预印黑色油墨组合物，其特征在于：通过在炭黑油墨（浓度10-25％，以重量计）中添加（浓色母料混合物）固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物获得，其中的炭黑未经过氧化处理，浓色母料混合物的重量达到75-90％。

2.根据权利要求1 所述的一种后印和预印黑色油墨组合物，其特征在于：瓦楞纸板上的后印和预印黑色油墨组合物达到所需的黑度或稠度。

3.根据权利要求1 所述的一种后印和预印黑色油墨组合物还包含水溶性树脂。

4.一种柔性印刷油墨，其特征在于：通过在炭黑油墨（浓度10-25％，以重量计）中添加固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物获得，其中的炭黑未经过氧化处理，浓色母料混合物的重量达到75-90％。

5.根据权利要求4 所述的柔性印刷油墨，其特征在于：黑色油墨适用于已进行柔性印刷的基材上的烫印箔。

Claims (5)

1.一种后印和预印黑色油墨组合物，其特征在于：通过在炭黑油墨（浓度10-25％，以重量计）中添加（浓色母料混合物）固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物获得，其中的炭黑未经过氧化处理，浓色母料混合物的重量达到75-90％。

2.根据权利要求1 所述的一种后印和预印黑色油墨组合物，其特征在于：瓦楞纸板上的后印和预印黑色油墨组合物达到所需的黑度或稠度。

3.根据权利要求1 所述的一种后印和预印黑色油墨组合物还包含水溶性树脂。

4.一种柔性印刷油墨，其特征在于：通过在炭黑油墨（浓度10-25％，以重量计）中添加固体红色浓缩物、蓝色浓缩物和绿色浓缩物获得，其中的炭黑未经过氧化处理，浓色母料混合物的重量达到75-90％。

5.根据权利要求4 所述的柔性印刷油墨，其特征在于：黑色油墨适用于已进行柔性印刷的基材上的烫印箔。