塑料复合软包装因其卓越的可塑性、突出的柔韧性和非凡的风味保鲜功能而得到了广泛应用。随着软包装的巨大进步，软包装印刷油墨逐渐成为实验室和企业研究的重点。印刷油墨通常分为水性油墨和溶剂型油墨两大类。然而，大多数溶剂具有易燃易爆、有毒、环境污染、挥发性有机物(VOCs)含量较高等特点，对人体健康有害，这使得溶剂型油墨在食品、药品、儿童玩具包装和饮料等一些包装领域的使用受到了限制。因此，以水为溶剂、挥发性有机物排放量少、毒性低的水性油墨在软包装领域越来越受欢迎。
与溶剂型油墨相比，水性油墨在塑料薄膜上的印刷仍面临一些紧迫的问题需要解决。根据报告，聚合物薄膜与油墨之间的相互作用决定了油墨薄膜在塑料薄膜上的附着力。此外，印刷基材与油墨之间的相互作用取决于印刷基材的表面能和油墨的表面张力。然而，聚乙烯(PE)和双轴取向聚丙烯(BOPP)等塑料薄膜的表面自由能较低，而水性油墨由于水的存在，其表面能较高，这对水性油墨在塑料薄膜表面的附着力提出了重大挑战。因此，为了在塑料薄膜表面获得优异的附着力，水性油墨通常需要具有更强的疏水性。与在纸上印刷不同，干燥也是导致水性油墨在塑料薄膜上印刷失败的原因之一。由于塑料薄膜不吸收水分，水性油墨在其上的干燥成为一个显著的问题需要解决。这些缺点极大地限制了水性油墨在聚合物薄膜上的应用。
水性油墨由水、粘合剂、颜料和添加剂组成。在所有成分中，粘合剂被称为是水性油墨的核心，它对油墨的流变性、粘度、干燥速度、成膜性和印刷适应性等性能方面起着关键作用，并能牢固地附着在基材上。因此，通过设计和优化粘合剂配方，可以解决水性油墨的干燥和附着力问题。由于具有优异的耐候性、透明度、化学稳定性和机械强度等优点，水性丙烯酸酯乳液作为水性油墨的粘合剂受到了广泛的关注。
近期，北京工商大学辛秀兰/刘昕彤团队采用半连续种子乳液聚合法制备了一种低温下可交联聚丙烯酸酯乳液，提高了水性油墨在塑料薄膜上的附着力和干燥速度。
通过半连续种子乳液聚合法，将甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、疏水单体甲基丙烯酸异冰片酯 (IBOMA)和乙酰乙酸烯丙酯(AAA)共聚，然后加入交联剂己二胺(HDA)，制备出新型可交联聚丙烯酸酯乳液。与未交联的聚丙烯酸酯乳液膜相比，其玻璃化转变温度(Tg)从3.5°C提高到了11.3°C。该丙烯酸酯乳液对Ca2+抗性得到了提高，可在2 wt%的Ca2+环境下保持24 h以上，无沉降现象；在聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)薄膜上，其粘附率达到了100%，在双轴取向聚丙烯(BOPP)薄膜上达到了80.08%，干燥速度由23 mm/30 s提升到40 mm/30 s。该交联聚丙烯酸酯膜还表现出更强的疏水性，其水接触角达到了78°。值得注意的是，本研究创新性的在水性丙烯酸酯乳液中实现AAA和HDA的交联，并成功应用于水性油墨的粘合剂。因此，本研究为设计更适合软包装使用的水性油墨提供了新思路，并为探索聚合物表面与油墨薄膜之间的关系奠定了基础。
合成工艺
AAA-HDA交联聚丙烯酸酯乳液的合成工艺及油墨膜的制备工艺
合成示意图
AAA-HDA交联聚丙烯酸酯乳液的合成及AAA和HDA的示意图
数据来源与出处
相关研究成果发表在最新一期的《Progress in Organic Coatings》上。
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