Proiectarea, dezvoltarea și explorarea cernelurilor de tipărire offset pur vegetală NON-VOC
Pe măsură ce cerințele de protecție a mediului ale țărilor din întreaga lume sunt în creștere, industria tipărită și utilizatorii de produse tipărite au propus cerințe mai ridicate pentru performanța de mediu a produselor tipărite. În acest caz, cerneala de tipărire offset cu sistem de ulei mineral original va fi înlocuită cu cerneluri noi și mai ecologice datorită emisiilor mari de COV și a multor probleme în adaptabilitatea tipăririi. Pentru a se ocupa de piața cernelurilor ecologice, producătorii de cerneluri din diverse țări din lume și-au sporit eforturile de cercetare și dezvoltare privind cernelurile ecologice și și-au lansat succesiv produsele ecologice. Dezvoltarea cernelurilor ecologice a arătat, prin urmare, o tendință de dezvoltare mai rapidă decât oricând. De la cerneluri tradiționale pe bază de ulei mineral la cerneluri cu ulei de soia și apoi la cerneluri cu ulei vegetal pur 100%, cernelurile de imprimare offset se dezvoltă în direcția conținutului de tehnologie înaltă, conținut ridicat de ulei vegetal și emisii ultra-scazute de VoC. Cernelurile cu ulei vegetal pur devin un substitut ideal pentru cernelurile tradiționale cu ulei mineral, cu performanța lor excelentă la mediu și adaptabilitatea excelentă la imprimare. Dar până acum, printre producătorii de cerneală de masă din lume, doar câțiva producători mari de cerneală, cum ar fi DIC și TOYO din Japonia, Sunchemical din Statele Unite, Ceres din China au stăpânit tehnologia de producție a cernelurilor cu ulei vegetal pur, în timp ce majoritatea dintre ceilalți sunt încă în faza de cerneală offset de soia.
Produsele ecologice existente în industria de cerneală din țara mea sunt doar de două tipuri: cerneală fără aromate și cerneală offset de boabe de soia, în timp ce al treilea tip de cerneală NON-VOC abia începe. În plus, majoritatea cernelurilor offset din boabe de soia furnizate de producătorii chinezi de cerneală sunt potrivite numai pentru tipărirea pe anumite tipuri de hârtie. Pentru hârtiile cu absorbție slabă și suprafețe aspre (cum ar fi hârtia stratificată mată, hârtia stratificată ușoară, hârtia cu granulație de lemn etc.), există probleme precum uscare slabă, lipire ușoară de spate și murdărie ușoară. Adaptabilitatea limitată la hârtie a afectat promovarea în continuare a cernelii offset din boabe de soia, punând cerneala cu ulei de soia într-o poziție incomodă pe piață.
Motivul este că uleiul de soia este un ulei vegetal semi-uscat, conținutul de duble legătură în moleculele de ulei de soia este relativ scăzut, iar activitatea de reacție este scăzută, reacția de oxidare are loc lent, iar masa moleculară relativă și volumul molecular al boabelor de soia uleiul în sine sunt mai mari decât cele ale uleiului mineral, iar viteza de penetrare pe hârtie este relativ scăzută, ceea ce duce la uscarea slabă a cernelii. Mai ales când cantitatea adăugată la cerneală depășește 20%, uscarea și fixarea cernelii încetinesc semnificativ, astfel încât calitatea cernelii cu ulei de soia disponibilă în prezent în China nu este satisfăcătoare. Această lucrare analizează procesul de proiectare a cernelii cu ulei vegetal pur și problemele întâlnite în experiment și propune soluții corespunzătoare.
1.Tipuri de cerneluri ecologice
1.1 Cerneală fără aromate
Cerneala fără aromatice folosește ulei mineral cu aromatice îndepărtate ca solvent.
Fracția de masă a aromaticelor este ≤1%, ceea ce reduce emisiile de COV pentru a obține protecția mediului. Cu toate acestea, deoarece aparține sistemului de cerneală cu ulei mineral, problema performanței slabe a cernelii încă există.
1.2 Cerneală de ulei de soia.
Cerneala de ulei de soia îndeplinește cerințele Asociației Americane de Cerneală pentru Ulei de Soia. Pentru cerneala offset alimentată cu coli, fracția de masă a uleiului de soia este ≥20%, dar conține încă puțin ulei mineral. Deși proprietățile generale ale cernelii acestei cerneluri sunt mult mai bune decât cele ale cernelii tradiționale cu ulei mineral, deoarece uleiul de soia în sine este un ulei vegetal semi-permeabil, atunci când conținutul este mare, cerneala va avea probleme precum uscare lentă, lipire ușoară de spatele și ușor de murdar.
1.3 Cerneală cu ulei vegetal pur
Această cerneală se mai numește și cerneală NON-VOC. Utilizează 100% ulei vegetal ca solvent și nu conține ulei mineral, astfel încât emisiile de COV sunt extrem de scăzute (≤1%). Este cel mai ecologic tip de cerneală offset. Cerneala are performanțe excelente, luciu foarte ridicat și se usucă rapid.
2 Analiza problemelor și soluțiilor comune
2.1 Problemă de uscare
Utilizarea uleiului de soia și a uleiului vegetal de uscare poate rezolva într-adevăr problema uscării lente a cernelii de ulei de soia, dar modul de a alege uleiul vegetal potrivit este cheia pentru rezolvarea problemei. Mulți designeri de cerneală aleg să folosească ulei de in și ulei de soia pentru a rezolva această problemă, dar efectul de uscare nu este încă foarte ideal. Autorul a analizat structura diferitelor uleiuri vegetale uscate și a efectuat comparații experimentale și a constatat că efectul utilizării uleiului de tung și uleiului de soia este mult mai bun decât cel al uleiului de in și al uleiului de soia. Componenta principală a uleiului de in este acidul linolenic [acid 9,12,15-octadecadienoic, CH, (CH2CH =CH), (CH2), CO00H, formula moleculară este C: gH302]. Componenta principală a uleiului de tung este acidul eleuric [9,11,acid 13-octadecadienoic, CH, (CH2); (CH = CH);(CH2), CO00H, formula moleculară este de asemenea C: gH02]. Metoda convențională pentru măsurarea performanței de uscare a uleiului vegetal în industria cernelii este de a măsura valoarea iodului a uleiului vegetal și de a evalua performanța de uscare a uleiului vegetal în funcție de mărimea valorii iodului. Acidul din ulei de tung și acidul linolenic sunt izomeri unul celuilalt, iar valorile iodului celor două sunt apropiate, așa că mai mulți oameni aleg ulei de in cu un preț scăzut și o valoare puțin mai mare a iodului ca ulei de uscare pentru utilizarea cu uleiul de soia, dar ignoră asta. valoarea iodului poate caracteriza doar numărul de duble legături din moleculă, dar nu poate caracteriza poziția și activitatea de reacție a dublelor legături. Acidul linolenic este un acid trienoic neconjugat, în timp ce acidul ulei de tung este un acid trienoic conjugat. Activitatea de reacție a acidului uleiului de tung în aer este mult mai mare decât cea a acidului linolenic. Când se usucă uleiurile vegetale uscate în aer, mecanismul său este o reacție de auto-oxidare. Reacția de auto-oxidare include în principal reacția radicalilor liberi și reacția în lanț. Pașii principali sunt așa cum se arată în ecuațiile de reacție (1) până la (4):
Faza de inițiere:
RH+X.一+R●+HX (1)
Faza de transfer în lanț (sau creștere în lanț):
R. +O2-→RO2● (2)
RO2"+RH- +RO2H+R ● (3)
RO2H-→RO. +0H.- +Produși de degradare prin oxidare (4)
După etapa de inițiere, un singur electron de pe radicalul liber al acidului eleostearic poate forma un sistem p-π conjugat cu legătura dublă conjugată, reducând astfel foarte mult nivelul energiei de reacție în etapa de inițiere, făcând reacția mai ușoară și accelerând viteza de reacție de oxidare. Pe lângă aceeași reacție de auto-oxidare ca și acidul linolenic, acidul eleostearic are și propria sa reacție unică de uscare: reacția de auto-polimerizare, adică reacția de legare. Moleculele de ulei de tung vor suferi o reacție de polimerizare pentru a forma o structură macromoleculară de rețea în formă de inel cu șase sau opt membri. Deoarece acidul eleostearic suferă un număr mare de reacții de autopolimerizare, în aceleași condiții, necesarul de oxigen pentru uscarea peliculei de ulei de tung este de numai 1/512 din cel al peliculei de ulei de in. ]. În plus, deoarece uscarea acidului uleiului de tung se bazează în principal pe polimerizare, acidul carboxilic produs de oxidare produs în timpul procesului de oxidare este mult mai mic decât cel al uleiului de in, astfel încât filmul de cerneală din ulei de tung are o rezistență excelentă la apă și anti- proprietăți de furt. Pentru problema uscării slabe, uleiul de tung poate fi folosit în locul uleiului de in și combinat cu ulei de soia pentru ca cerneala să aibă proprietăți bune de uscare. Acest tip de cerneală poate fi folosit în mod normal chiar și pe hârtie cu absorbție slabă și suprafață aspră și poate fi aplicat la imprimarea față-verso și la procesarea rapidă post-imprimare, ceea ce îmbunătățește foarte mult performanța de procesare post-imprimare a cernelii și îndeplinește diverse cerințele tipăririi.
2.2 Viscozitatea cernelii și probleme de vâscozitate excesivă
Atunci când utilizați ulei vegetal în combinație, liantul nu poate fi utilizat în mod normal din cauza vâscozității sale ridicate. Acest lucru se datorează faptului că uleiul vegetal se autopolimerizează pentru a genera substanțe cu o masă moleculară relativă mare, ceea ce face ca vâscozitatea sistemului să crească rapid, ceea ce este în contradicție cu cerințele de vâscozitate ridicată și viscozitate scăzută ale liantului ideal. Pentru problema vâscozității ridicate și a vâscozității ridicate, formula trebuie reproiectată pentru a reduce în mod corespunzător conținutul de rășină și cantitatea de agent de gelifiere utilizată. În acest fel, nu numai că sistemul de liant poate fi utilizat în mod normal, dar liantul preparat are performanțe excelente, îndeplinește cerințele de vâscozitate ridicată și vâscozitate scăzută și are proprietăți excelente de umectare și uscare.
2.3 Problemă de gelificare a uleiului de tung
Deoarece uleiul de tung conține o cantitate mare de acid ulei de tung, atunci când este încălzit, acesta va suferi o adăugare de 1,4 și o lipire de 2,3 a sistemului dienic. Pe măsură ce temperatura crește, se va gelifica și va genera substanțe coloidale solide transparente. În producția propriu-zisă, dacă nu este bine controlată, va duce la consecințe mai grave și chiar și reactorul va fi casat. Problema de auto-polimerizare a uleiului de tung poate fi rezolvată prin setarea rezonabilă a raportului dintre uleiul de soia și uleiul de uscare și controlul temperaturii și procesului de rafinare adecvate a materialului de legătură. Verificarea repetată a experimentelor de laborator și a producției de lot în atelier arată că problema gelării poate fi evitată complet. În prezent, cerneala din sistem de ulei vegetal pur produs de DIC (Taiyuan) Ink Co., Ltd. a fost lansată oficial pe piață. Are o gamă largă de adaptabilitate la hârtie și o adaptabilitate excelentă la imprimare. Toate performanțele au atins nivelul produselor similare importate și sunt bine primite de clienți.
3 Efecte
Pe lângă avantajele evidente ale cernelii realizate din sistem de ulei vegetal pur în ceea ce privește protecția mediului și adaptabilitatea la imprimare, are și avantaje în producția de cerneală care nu sunt disponibile în producția de sistem tradițional de cerneală cu ulei mineral. Concret, se manifestă sub următoarele aspecte:
1) Sistemul de ulei vegetal pur are o solubilitate excelentă pentru rășina fenolică și are cerințe de temperatură relativ scăzute la prepararea liantului. S-a schimbat metoda tradițională de producție a cernelii cu ulei mineral, care trebuie să crească temperatura de preparare și să prelungească timpul de pregătire pentru a îmbunătăți performanța de umectare. Luând ca exemplu DIC (Taiyuan) Ink Co., Ltd., după adoptarea sistemului de ulei vegetal pur, temperatura de producție a fost redusă de la 240C inițial la 200C, iar ciclul de producție a fost redus foarte mult de la 12 h/(lot inițial). ) ~15 h/(lot) până la 7 h/(lot) ~8 h/(lot). Numai aceasta economisește compania noastră cu aproximativ 40% din energie și economisește costurile cu gazul de 1,5 milioane de yuani/a ~2 milioane de yuani/a.
2) Deoarece sistemul de ulei vegetal pur are o bună umectabilitate pentru pigmenți, liantul realizat din acesta are o dezvoltare excelentă a culorii pigmenților. La același conținut de pigment, densitatea optică (concentrația de culoare) a cernelii din sistemul de ulei vegetal pur este cu 10% ~ 15% mai mare decât cea a cernelii din sistemul de ulei mineral. Cu alte cuvinte, fără a reduce concentrația de culoare, cantitatea de pigment utilizată în cerneală poate fi redusă, reducând astfel foarte mult costul formulării cernelii. Numai acest lucru economisește compania noastră de la 500.000 de yuani/a până la 800.000 de yuani/a în cheltuieli cu pigmentul.
3) Solvenții tradiționali din sistemul de uleiuri minerale conțin substanțe aromatice volatile, care vor elibera o cantitate mare de substanțe organice volatile în mediu atunci când sunt rafinate la temperaturi ridicate. De exemplu, VoC eliberat este recunoscut ca unul dintre principalii cancerigeni. Deoarece sistemul de ulei vegetal pur folosește ulei vegetal 100% ca solvent, punctul de fierbere al uleiului vegetal este mai mare decât COV, astfel încât emisia de COV este aproape zero, ceea ce reduce foarte mult daunele aduse sănătății operatorilor de producție și a mediului înconjurător. În plus, rafinarea la temperatură joasă este mai sigură pentru operatori. Deoarece punctul de aprindere al uleiului mineral este de 140 C ~ 180 C, iar punctul de aprindere al uleiului vegetal rafinat este de 225 C ~ 330 C, uleiul mineral va lua foc dacă nu ești atent în timpul rafinării la temperatură înaltă. Prin urmare, în comparație cu rafinarea la temperatură înaltă a sistemului de ulei mineral, rafinarea la temperatură joasă a sistemului de ulei vegetal este mai sigură.
4. Concluzie
Din promovarea și vânzările de produse cu cerneală pură cu ulei vegetal în ultimii doi ani, performanța cernelii cu ulei vegetal pur este stabilă și a rezistat testului pieței și clienților. Diferiți indicatori tehnici au atins așteptările de proiectare, emisia de COV este ≤1%, calitatea produsului este stabilă, iar procesul tehnic devine din ce în ce mai matur. .
Prin urmare, dezvoltarea cernelii NON-VOC de tip ulei vegetal pur este o modalitate bună pentru industria de cerneală autohtonă de a îmbunătăți continuu valoarea adăugată a produsului și competitivitatea în condițiile concurenței acerbe. Ca o nouă forță în produsele de cerneală offset, va avea cu siguranță o perspectivă strălucitoare pe piață.
