水基丙烯酸-树脂的合成与表征，用于开发水性油墨，并研究交联后对印刷性能的影响

《Progress in Organic Coatings》：Synthesis and characterization of waterborne acrylic-co-resin for the development of water-based ink and study of the effect on printing properties after cross-linking

水基丙烯酸共聚树脂通过调整DAAM比例合成，并添加ADH交联剂提升附着力至95%，有效减少VOC排放。

　　本研究旨在开发一种水性丙烯酸共聚树脂，并用于制备水性青色和黑色油墨。通过调整不同配方中单体二丙酮丙烯酰胺（DAAM）的重量百分比，研究人员首次合成了水性丙烯酸共聚树脂。随后，基于对所有不同配方的丙烯酸共聚树脂进行的表征结果，选择了一种适合的树脂，用于水性青色和黑色油墨的制备。所制备的水性青色和黑色油墨表现出良好的油墨性能，如粒子尺寸为306纳米和215纳米，粘度分别为70厘泊和80厘泊，pH值分别为8.5和8.2，表面能分别为32达因/厘米和30达因/厘米。在印刷后，油墨的干燥时间分别为7秒和8秒。然而，青色和黑色油墨的附着力分别为70.19%和51.37%，仍需进一步改进，以增强其与印刷基材的结合能力。

为了提升油墨的附着力，研究人员引入了另一种合适的交联剂——己二酸二肼（ADH）。ADH能够通过形成酮-肼交联键，增强油墨的结合能力。为此，制备了四种不同浓度的ADH溶液（分别为0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的重量百分比），并对油墨的各项性能进行了测试。结果显示，使用ADH后，油墨的附着力从70%提升到了95%。这表明，通过优化交联剂的使用，可以显著提高水性油墨的附着力，使其更适合用于塑料基材的印刷。

近年来，随着生活方式的改变、现代购物习惯的普及以及包装业务的迅速增长，印刷油墨的需求达到了前所未有的高度。不同应用领域需要不同的油墨配方，并且要经过不同的印刷工艺来实现。消费者对特定用途的油墨需求不断上升，推动了油墨行业的快速发展。根据应用领域，油墨通常分为轮转凹印油墨、平版印刷油墨和柔性版印刷油墨等。同时，油墨也可以根据其是否含有有机溶剂分为溶剂型油墨和水性油墨。

印刷油墨通常由四种主要成分构成：颜料、树脂或粘合剂、溶剂和添加剂。颜料用于赋予油墨颜色，而树脂或粘合剂是关键成分，负责将颜料粘附在基材上，并形成均匀且具有良好附着力的薄膜。溶剂作为载体，确保油墨具有良好的流动性，使其能够顺利地从印刷滚筒转移到基材表面。随着环保意识的增强，人们越来越关注印刷过程中挥发性有机化合物（VOCs）的排放问题。因此，政府机构和相关组织正在积极推动向更环保的替代品转变。研究表明，水性油墨可以有效替代溶剂型油墨，以减少对环境的负面影响。

然而，水性油墨仍然面临一些挑战，尤其是在附着力和干燥速度方面。为了提高干燥速度，通常会在单体中进行调整，使用具有较高玻璃化转变温度（Tg）的树脂，如甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸（AA）。这些树脂能够加快油墨的干燥过程，但同时也可能导致印刷油墨薄膜变得脆硬，从而降低其附着力。因此，研究人员选择使用ADH作为交联剂，以增强油墨的附着力。ADH与DAAM单体具有良好的相容性，能够形成额外的化学键，提高交联程度，从而改善油墨的附着力性能。

在本研究中，研究人员采用了溶液聚合的方法来合成丙烯酸共聚树脂，并重点研究了DAAM对合成树脂玻璃化转变温度的影响。这种方法的创新之处在于，通过调整DAAM的含量，可以有效控制树脂的物理和化学性质，从而优化油墨的性能。此外，水性油墨的溶剂通常由蒸馏水和异丙醇（IPA）的混合物组成，这种溶剂体系能够满足水性油墨的干燥需求，同时减少VOCs的排放。

在印度，由于有机溶剂价格的上涨，许多印刷企业面临着盈利困难和原材料成本不断上升的问题。因此，开发水性油墨不仅有助于减少环境污染，还能提高企业的经济效益。目前，印度市场上关于水性油墨的报道较少，尤其是针对柔性包装印刷的水性油墨。本研究提出了一种新的水性油墨配方，能够在减少VOCs排放和碳足迹的同时，提高油墨在塑料基材（如PET薄膜）上的附着力。这不仅满足了水性印刷对柔性包装的关键性能要求，也为未来印刷技术的发展提供了新的思路。

为了验证水性丙烯酸共聚树脂的合成效果，研究人员采用了傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术对每种树脂进行了表征。FTIR光谱分析表明，所有单体（如MMA、AA、DAAM和BA）以及合成的丙烯酸共聚树脂（R1至R4）都具有特定的吸收峰。例如，在2940厘米?1处的吸收峰对应于（CH3）基团的伸缩振动，而在1710–1730厘米?1范围内的吸收峰则代表了羰基（C=O）基团的存在。此外，在图3（D）中，3286厘米?1处的吸收峰是由于DAAM中的N–H键伸缩振动所引起的，这一结果进一步确认了DAAM在树脂合成中的成功引入。

通过优化DAAM的含量，研究人员能够调节树脂的玻璃化转变温度，从而影响油墨的干燥速度和附着力。在本研究中，合成的丙烯酸共聚树脂表现出良好的物理和化学特性，能够满足水性油墨的基本要求。同时，通过引入ADH交联剂，研究人员成功提高了油墨的附着力，使其能够更好地适应柔性包装印刷的需求。这种水性油墨不仅环保，而且在附着力方面表现出色，有望成为未来印刷行业的重要发展方向。

随着环保法规的日益严格，水性油墨的开发和应用变得尤为重要。相比传统的溶剂型油墨，水性油墨能够显著减少VOCs的排放，降低对环境和人体健康的危害。此外，水性油墨的使用还能减少碳排放，有助于实现可持续发展目标。因此，水性油墨的推广不仅符合环保趋势，也符合现代印刷行业对高效、低成本和环保技术的需求。

在实际应用中，水性油墨的性能优化需要考虑多个因素，包括树脂的选择、交联剂的使用、溶剂的配比以及添加剂的种类。通过系统地研究这些因素对油墨性能的影响，研究人员能够开发出更加稳定和高效的水性油墨。例如，本研究中通过调整DAAM的含量，不仅改善了树脂的物理性质，还优化了油墨的干燥速度和附着力。同时，引入ADH交联剂后，油墨的附着力得到了显著提升，使其在印刷过程中能够更好地与基材结合。

此外，水性油墨的开发还需要考虑其在不同印刷条件下的适用性。例如，水性油墨的干燥速度可能受到印刷速度、环境温度和湿度等因素的影响。因此，在实际应用中，需要根据具体的印刷需求对油墨配方进行调整。例如，在需要快速干燥的印刷过程中，可以适当提高溶剂的浓度，以加快油墨的干燥速度。然而，过高的溶剂浓度可能会降低油墨的附着力，因此需要在干燥速度和附着力之间找到最佳平衡点。

在印度，水性油墨的开发和应用仍处于初级阶段，但其潜力巨大。随着环保意识的提高和政策的推动，越来越多的印刷企业开始关注水性油墨的应用。然而，水性油墨的推广仍然面临一些挑战，包括成本、性能优化以及市场接受度。因此，进一步的研究和开发对于推动水性油墨在印度印刷行业中的应用至关重要。

综上所述，本研究通过合成不同配方的水性丙烯酸共聚树脂，并引入ADH交联剂，成功提高了水性油墨的附着力和干燥速度。这些改进使得水性油墨能够更好地适应柔性包装印刷的需求，同时减少VOCs的排放和碳足迹。随着环保法规的日益严格和印刷技术的不断发展，水性油墨有望在未来成为印刷行业的重要组成部分。通过持续的研究和创新，水性油墨的性能将进一步优化，为印刷行业提供更加环保和高效的解决方案。