Проектирование, разработка и исследование чистых растительных красок для офсетной печати без содержания летучих органических соединений
Поскольку требования стран по всему миру к защите окружающей среды растут, полиграфическая промышленность и пользователи печатной продукции выдвигают более высокие требования к экологическим показателям печатной продукции. В этом случае оригинальные краски для офсетной печати на минеральном масле будут заменены новыми, более экологически чистыми красками из-за высокого уровня выбросов летучих органических соединений и многих проблем с адаптацией к печати. Чтобы захватить рынок экологически чистых чернил, основные производители чернил в различных странах мира активизировали свои исследования и разработки в области экологически чистых чернил и последовательно начали выпуск своей экологически чистой продукции. Таким образом, разработка экологически чистых чернил демонстрирует более быструю тенденцию, чем когда-либо прежде. От традиционных красок на основе минерального масла до красок на соевом масле, а затем и до красок на 100% чистом растительном масле, краски для офсетной печати развиваются в направлении высоких технологий, высокого содержания растительного масла и сверхнизких выбросов летучих органических соединений. Чернила на основе чистого растительного масла становятся идеальной заменой традиционным чернилам на минеральном масле благодаря своим превосходным экологическим характеристикам и превосходной адаптируемости к печати. Но до сих пор среди основных производителей чернил в мире лишь несколько крупных производителей чернил, таких как ДВС и ТОЙО в Японии, Санхимик в США, Церера в Китае, освоили технологию производства чернил на основе чистого растительного масла, в то время как большинство остальные все еще находятся на стадии офсетной печати на основе соевых бобов.
Существующие экологически чистые продукты в чернильной промышленности моей страны представлены только двумя типами: чернила без ароматических веществ и офсетные чернила из соевых бобов, а третий тип чернил, не содержащих летучих органических соединений, только начинается. Кроме того, большинство соевых офсетных красок, предлагаемых китайскими производителями красок, подходят только для печати на определенных видах бумаги. Для бумаги с плохой впитываемостью и шероховатой поверхностью (например, бумага с матовым покрытием, бумага с легким покрытием, бумага с древесным зерном и т. д.) возникают такие проблемы, как плохое высыхание, легкое прилипание к обратной стороне и легкое загрязнение. Ограниченная адаптируемость к бумаге повлияло на дальнейшее продвижение офсетных чернил на основе соевого масла, поставив чернила на основе соевого масла в затруднительное положение на рынке.
Причина в том, что соевое масло представляет собой полувысыхающее растительное масло, содержание двойных связей в молекулах соевого масла относительно низкое, активность реакции низкая, реакция окисления протекает медленно, а относительная молекулярная масса и молекулярный объем соевого масла самого масла больше, чем у минерального масла, а скорость проникновения на бумагу относительно низкая, что приводит к плохому высыханию чернил. Особенно когда количество добавляемых в чернила превышает 20%, высыхание и фиксация чернил значительно замедляются, поэтому качество чернил на соевом масле, доступных в настоящее время в Китае, не является удовлетворительным. В данной статье анализируется процесс разработки чернил из чистого растительного масла и проблемы, возникшие в эксперименте, и предлагаются соответствующие решения.
1. Типы экологически чистых чернил
1.1 Чернила без ароматизаторов
В чернилах без ароматизаторов используется минеральное масло, ароматические вещества которого удалены в качестве растворителя.
Массовая доля ароматических веществ составляет ≤1%, что снижает выбросы летучих органических соединений и обеспечивает защиту окружающей среды. Однако, поскольку он относится к системе чернил на минеральном масле, проблема плохой производительности чернил все еще существует.
1.2 Чернила на соевом масле.
Чернила на соевом масле соответствуют требованиям Американской ассоциации чернил на соевом масле. Для листовой офсетной печати массовая доля соевого масла составляет ≥20%, но она все же содержит некоторое количество минерального масла. Хотя общие свойства этих чернил намного лучше, чем у традиционных чернил на минеральном масле, поскольку соевое масло само по себе является полупроницаемым растительным маслом, при высоком содержании чернила будут иметь такие проблемы, как медленное высыхание, легкое прилипание к поверхности. сзади и легко испачкаться.
1.3 Чернила из чистого растительного масла
Эти чернила также называются чернилами без летучих органических соединений. Он использует 100% растительное масло в качестве растворителя и не содержит минерального масла, поэтому выбросы летучих органических соединений чрезвычайно низки (≤1%). Это самый экологически чистый тип офсетных красок. Чернила обладают превосходными характеристиками, сверхвысоким глянцем и быстро сохнут.
2 Анализ распространенных проблем и решений
2.1 Проблема сушки
Использование соевого масла и высыхающего растительного масла действительно может решить проблему медленного высыхания чернил на соевом масле, но ключом к решению проблемы является выбор подходящего растительного масла. Многие дизайнеры чернил для решения этой проблемы предпочитают использовать льняное и соевое масло, но эффект высыхания все еще не идеален. Автор проанализировал структуру различных сухих растительных масел и провел экспериментальные сравнения и установил, что эффект от использования тунгового и соевого масел значительно лучше, чем от льняного и соевого масла. Основным компонентом льняного масла является линоленовая кислота [9,12,15-октадекадиеновая кислота, СН, (CH2CH=СН), (CH2), CO00H, молекулярная формула C: gH302]. Основным компонентом тунгового масла является элауриновая кислота [9,11,13-октадекадиеновая кислота, СН, (СН2); (СН = СН);(CH2), CO00H, молекулярная формула также C: gH02]. Обычный метод измерения эффективности высыхания растительного масла в чернильной промышленности заключается в измерении йодного числа растительного масла и оценке эффективности высыхания растительного масла по величине йодного числа. Тунговая масляная кислота и линоленовая кислота являются изомерами друг друга, а йодные числа у них близки, поэтому все больше людей выбирают льняное масло с низкой ценой и немного более высоким йодным числом в качестве олифы для использования с соевым маслом, но игнорируют это. йодное число может характеризовать только число двойных связей в молекуле, но не может характеризовать положение и реакционную активность двойных связей. Линоленовая кислота представляет собой неконъюгированную триеновую кислоту, а кислота тунгового масла представляет собой конъюгированную триеновую кислоту. Реакционная активность тунговой масляной кислоты на воздухе значительно выше, чем у линоленовой кислоты. При высыхании растительных масел на воздухе механизм его – реакция самоокисления. Реакция самоокисления в основном включает свободнорадикальную реакцию и цепную реакцию. Основные этапы показаны в уравнениях реакций (1)–(4):
Фаза инициации:
относительной влажности+X.一+R͵+ХХ (1)
Фаза передачи цепи (или роста цепи):
Р. +O2-→РО2. (2)
РО2"+относительной влажности- +RO2H+R ● (3)
RO2H-→РО. +0H.- +Продукты окислительной деструкции (4)
После стадии инициирования единственный электрон свободного радикала элеостеариновой кислоты может образовывать p-π-сопряженную систему с сопряженной двойной связью, тем самым значительно снижая уровень энергии реакции на стадии инициации, облегчая протекание реакции и ускоряя ее протекание. Скорость реакции окисления. Помимо той же реакции самоокисления, что и линоленовая кислота, элеостеариновая кислота имеет еще свою уникальную реакцию высыхания: реакцию самополимеризации, т. е. реакцию связывания. Молекулы тунгового масла подвергаются реакции полимеризации с образованием шестичленной или восьмичленной кольцевой сетчатой макромолекулярной структуры. Поскольку элеостеариновая кислота подвергается большому количеству реакций самополимеризации, в одних и тех же условиях потребность в кислороде для высыхания пленки тунгового масла составляет всего 1/512 от потребности пленки льняного масла. ]. Кроме того, поскольку сушка тунговой масляной кислоты в основном основана на полимеризации, продукт окисления карбоновая кислота, образующаяся в процессе окисления, намного меньше, чем у льняного масла, поэтому красочная пленка из тунгового масла обладает превосходной водостойкостью и защитой от влаги. свойства кражи. Для решения проблемы плохого высыхания вместо льняного масла можно использовать тунговое масло и сочетать его с соевым маслом, чтобы чернила имели хорошие высыхающие свойства. Чернила этого типа обычно можно использовать даже на бумаге с плохой впитываемостью и шероховатой поверхностью, а также их можно применять для двусторонней печати и быстрой постпечатной обработки, что значительно повышает эффективность постпечатной обработки чернил и соответствует различным требованиям. требования к печати.
2.2 Вязкость чернил и проблемы с чрезмерной вязкостью
При совместном использовании растительного масла связующее зачастую невозможно нормально использовать из-за его высокой вязкости. Это связано с тем, что растительное масло самополимеризуется с образованием веществ с большой относительной молекулярной массой, что приводит к быстрому повышению вязкости системы, что несовместимо с требованиями к высокой и низкой вязкости идеального связующего. Для решения проблемы высокой вязкости и высокой вязкости формулу следует изменить, чтобы соответствующим образом снизить содержание смолы и количество используемого гелеобразователя. Таким образом, система связующего не только может использоваться нормально, но и приготовленное связующее имеет превосходные характеристики, отвечает требованиям высокой вязкости и низкой вязкости, а также обладает превосходными свойствами смачиваемости и высыхания.
2.3 Проблема гелеобразования тунгового масла
Поскольку тунговое масло содержит большое количество тунговой масляной кислоты, при нагревании оно претерпевает 1,4-присоединение и 2,3-связывание диеновой системы. При повышении температуры он образует гель и образует прозрачные твердые коллоидные вещества. В реальном производстве, если его не контролировать, это приведет к более серьезным последствиям и даже к списанию реактора. Проблему самополимеризации тунгового масла можно решить, разумно установив соотношение соевого масла и олифы и контролируя соответствующую температуру очистки и процесс связывания материала. Многократная проверка лабораторными экспериментами и серийным производством показывает, что проблемы гелеобразования можно полностью избежать. В настоящее время на рынке официально представлены чернила, изготовленные на основе чистого растительного масла, производства компании ДВС (Тайюань) Чернила Ко., ООО. Он имеет широкий диапазон адаптируемости к бумаге и превосходную адаптируемость к печати. Все характеристики достигли уровня импортной аналогичной продукции и хорошо приняты покупателями.
3 эффекта
В дополнение к очевидным преимуществам чернил, изготовленных из системы чистого растительного масла, с точки зрения защиты окружающей среды и технологичности печати, они также имеют преимущества в производстве чернил, которые недоступны при производстве традиционных систем чернил на минеральном масле. В частности, это проявляется в следующих аспектах:
1) Система чистого растительного масла обладает превосходной растворимостью фенольной смолы и требует относительно низких температур при приготовлении связующего. Он изменил традиционный метод производства чернил на минеральном масле, который должен повысить температуру подготовки и продлить время подготовки, чтобы улучшить характеристики смачивания. Если взять в качестве примера компанию ДВС (Тайюань) Чернила Ко., ООО., то после внедрения системы чистого растительного масла температура производства была снижена с исходных 240°С до 200°С, а производственный цикл значительно сократился по сравнению с первоначальными 12 ч/(партия) ) от ~15 ч/(партия) до 7 ч/(партия) ~8 ч/(партия). Одно только это экономит нашей компании около 40% энергии и экономит затраты на газ на 1,5 млн юаней/год примерно на 2 млн юаней/год.
2) Поскольку система чистого растительного масла обладает хорошей смачиваемостью пигментов, изготовленное из нее связующее обладает превосходной цветопередачей пигментов. При том же содержании пигментов оптическая плотность (концентрация цвета) чернил, изготовленных из системы чистого растительного масла, на 10–15 % выше, чем у чернил, изготовленных из системы минерального масла. Другими словами, без снижения концентрации цвета можно уменьшить количество пигмента, используемого в чернилах, тем самым значительно снижая стоимость рецептуры чернил. Одно это экономит нашей компании от 500 000 до 800 000 юаней в год на расходах на пигменты.
3) Традиционные растворители для минеральных масел содержат летучие ароматические вещества, которые при очистке при высоких температурах выделяют большое количество летучих органических веществ в окружающую среду. Например, выделяемый VoC признан одним из основных канцерогенов. Поскольку в системе чистого растительного масла в качестве растворителя используется 100% растительное масло, температура кипения растительного масла выше, чем у ЛОС, поэтому выбросы ЛОС практически равны нулю, что значительно снижает вред здоровью операторов производства и окружающей среде. Кроме того, низкотемпературная очистка безопаснее для операторов. Поскольку температура вспышки минерального масла составляет 140–180 °C, а температура вспышки рафинированного растительного масла — 225–330 °C, минеральное масло загорится, если вы не будете осторожны во время высокотемпературной очистки. Следовательно, по сравнению с высокотемпературной рафинацией системы минерального масла, низкотемпературная очистка системы растительного масла более безопасна.
4. Вывод
Благодаря продвижению и продажам чернил на чистом растительном масле за последние два года характеристики чернил на чистом растительном масле стабильны, и они выдержали испытания рынком и клиентами. Различные технические показатели достигли проектных ожиданий, выбросы летучих органических соединений составляют ≤1%, качество продукции стабильно, а технический процесс становится более зрелым. .
Таким образом, разработка чернил НЕТ-ЛОС на основе чистого растительного масла является хорошим способом для отечественной чернильной промышленности постоянно повышать добавленную стоимость и конкурентоспособность продукции в условиях жесткой конкуренции. Как новая сила в производстве офсетных красок, она определенно будет иметь блестящие рыночные перспективы.
