Entwurf, Entwicklung und Erforschung rein pflanzlicher, VOC-freier Offsetdruckfarbe
Da die Umweltschutzanforderungen in Ländern auf der ganzen Welt steigen, haben die Druckindustrie und die Benutzer von Druckerzeugnissen höhere Anforderungen an die Umweltverträglichkeit von Druckerzeugnissen gestellt. In diesem Fall wird die ursprüngliche Offsetdruckfarbe auf Mineralölbasis aufgrund ihrer hohen VOC-Emissionen und vieler Probleme bei der Druckanpassung durch neue und umweltfreundlichere Farben ersetzt. Um den Markt für umweltfreundliche Farben zu erobern, haben die führenden Tintenhersteller in verschiedenen Ländern der Welt ihre Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen für umweltfreundliche Farben verstärkt und ihre umweltfreundlichen Produkte nacheinander auf den Markt gebracht. Die Entwicklung umweltfreundlicher Farben hat daher einen schnelleren Entwicklungstrend gezeigt als je zuvor. Von traditionellen Farben auf Mineralölbasis über Sojaölfarben bis hin zu 100 % reinen Pflanzenölfarben entwickeln sich Offsetdruckfarben in Richtung eines hohen Technologiegehalts, eines hohen Pflanzenölgehalts und extrem niedriger VOC-Emissionen. Reine Pflanzenölfarben werden mit ihrer hervorragenden Umweltverträglichkeit und hervorragenden Druckanpassungsfähigkeit zu einem idealen Ersatz für traditionelle Mineralölfarben. Doch bislang beherrschen unter den großen Tintenherstellern der Welt nur wenige große Hersteller die Produktionstechnologie für Tinten auf Basis reiner Pflanzenöle, wie etwa DIC und TOYO in Japan, Sunchemical in den USA und Ceres in China. Die meisten anderen stecken hingegen noch in der Phase der Offsettinte auf Basis von Sojabohnen.
In der Tintenindustrie meines Landes gibt es nur zwei Arten umweltfreundlicher Produkte: aromatenfreie Tinte und Sojabohnen-Offsettinte, während die dritte Art von VOC-freier Tinte gerade erst beginnt. Darüber hinaus sind die meisten Sojabohnen-Offsettinten chinesischer Tintenhersteller nur zum Drucken auf bestimmten Papieren geeignet. Bei Papieren mit schlechter Saugfähigkeit und rauen Oberflächen (wie matt gestrichenem Papier, leicht gestrichenem Papier, Holzmaserungspapier usw.) gibt es Probleme wie schlechtes Trocknen, leichtes Anhaften an der Rückseite und leichte Verschmutzung. Die eingeschränkte Anpassungsfähigkeit an Papier hat die weitere Förderung von Sojabohnen-Offsettinte beeinträchtigt und Sojabohnenöltinte in eine schwierige Position auf dem Markt gebracht.
Der Grund dafür ist, dass Sojaöl ein halbtrocknendes Pflanzenöl ist, der Doppelbindungsgehalt in Sojaölmolekülen relativ gering ist und die Reaktionsaktivität gering ist, die Oxidationsreaktion langsam abläuft und die relative Molekülmasse und das Molekülvolumen des Sojaöls selbst größer sind als die von Mineralöl und die Eindringgeschwindigkeit auf Papier relativ gering ist, was zu einer schlechten Trocknung der Tinte führt. Insbesondere wenn die der Tinte zugesetzte Menge 20 % übersteigt, verlangsamt sich das Trocknen und Fixieren der Tinte erheblich, sodass die Qualität der derzeit in China erhältlichen Sojaöltinte nicht zufriedenstellend ist. In diesem Artikel werden der Designprozess von reiner Pflanzenöltinte und die im Experiment aufgetretenen Probleme analysiert und entsprechende Lösungen vorgeschlagen.
1. Arten umweltfreundlicher Tinten
1.1 Aromatenfreie Tinte
Aromatenfreie Tinte verwendet Mineralöl als Lösungsmittel, aus dem die Aromaten entfernt wurden.
Der Massenanteil an Aromaten beträgt ≤ 1 %, wodurch die VOC-Emissionen reduziert und der Umweltschutz verbessert wird. Da es sich jedoch um ein Mineralöltintensystem handelt, besteht weiterhin das Problem der schlechten Tintenleistung.
1.2 Sojaöl-Tinte.
Sojaöltinte erfüllt die Anforderungen der American Soybean Oil Ink Association. Bei Offset-Bogendrucktinte beträgt der Sojaöl-Massenanteil ≥20 %, aber sie enthält immer noch etwas Mineralöl. Obwohl die Gesamttinteneigenschaften dieser Tinte viel besser sind als die von herkömmlicher Mineralöltinte, treten bei hohem Sojaölgehalt Probleme auf, wie z. B. langsames Trocknen, leichtes Anhaften an der Rückseite und leichte Verschmutzung.
1.3 Reine Pflanzenöltinte
Diese Tinte wird auch als VOC-freie Tinte bezeichnet. Sie verwendet 100 % Pflanzenöl als Lösungsmittel und enthält kein Mineralöl, sodass die VOC-Emissionen extrem niedrig sind (≤ 1 %). Es ist die umweltfreundlichste Art von Offsettinte. Die Tinte hat eine hervorragende Leistung, einen superhohen Glanz und trocknet schnell.
2 Analyse häufiger Probleme und Lösungen
2.1 Trocknungsproblem
Die Verwendung von Sojaöl und trocknendem Pflanzenöl kann das Problem des langsamen Trocknens von Sojaöltinte tatsächlich lösen, aber die Wahl des geeigneten Pflanzenöls ist der Schlüssel zur Lösung des Problems. Viele Tintendesigner entscheiden sich für die Verwendung von Leinöl und Sojaöl, um dieses Problem zu lösen, aber der Trocknungseffekt ist immer noch nicht sehr ideal. Der Autor analysierte die Struktur verschiedener trockener Pflanzenöle und führte experimentelle Vergleiche durch und stellte fest, dass die Wirkung der Verwendung von Tungöl und Sojaöl viel besser ist als die von Leinöl und Sojaöl. Der Hauptbestandteil von Leinöl ist Linolensäure [9,12,15-Octadecadiensäure, CH, (CH2CH =CH), (CH2), CO00H, Molekülformel ist C: gH3O2]. Der Hauptbestandteil von Tungöl ist Elaeursäure [9,11,13-Octadecadiensäure, CH, (CH2); (CH = CH);(CH2), CO00H, Molekülformel ist auch C: gH02]. Die herkömmliche Methode zur Messung der Trocknungsleistung von Pflanzenöl in der Tintenindustrie besteht darin, den Jodwert des Pflanzenöls zu messen und die Trocknungsleistung des Pflanzenöls anhand der Größe des Jodwerts zu beurteilen. Tungölsäure und Linolensäure sind Isomere voneinander, und die Jodwerte der beiden liegen nahe beieinander, sodass mehr Menschen Leinöl mit einem niedrigen Preis und einem etwas höheren Jodwert als Trocknungsöl zur Verwendung mit Sojaöl wählen, aber ignorieren, dass der Jodwert nur die Anzahl der Doppelbindungen im Molekül charakterisieren kann, nicht jedoch die Position und Reaktionsaktivität der Doppelbindungen. Linolensäure ist eine nicht konjugierte Triensäure, während Tungölsäure eine konjugierte Triensäure ist. Die Reaktionsaktivität von Tungölsäure in der Luft ist viel höher als die von Linolensäure. Beim Trocknen von Pflanzenölen in der Luft handelt es sich um eine Selbstoxidationsreaktion. Die Selbstoxidationsreaktion umfasst hauptsächlich eine Radikalreaktion und eine Kettenreaktion. Die Hauptschritte sind in den Reaktionsgleichungen (1) bis (4) dargestellt:
Einleitungsphase:
RH+X.一+R●+HX (1)
Kettenübertragungsphase (oder Kettenwachstumsphase):
R. +O2-→RO2● (2)
RO2"+RH- +RO2H+R ● (3)
RO2H-→RO. +0H.- +Oxidationsabbauprodukte (4)
Nach der Initiierungsphase kann das einzelne Elektron im freien Radikal der Eleostearinsäure ein p-π-konjugiertes System mit der konjugierten Doppelbindung bilden, wodurch das Reaktionsenergieniveau in der Initiierungsphase stark reduziert wird, die Reaktion leichter abläuft und die Oxidationsreaktionsrate beschleunigt wird. Neben der gleichen Selbstoxidationsreaktion wie Linolensäure hat Eleostearinsäure auch ihre eigene einzigartige Trocknungsreaktion: die Selbstpolymerisationsreaktion, d. h. die Bindungsreaktion. Tungölmoleküle unterliegen einer Polymerisationsreaktion und bilden eine sechs- oder achtgliedrige ringförmige Netzwerkmakromolekularstruktur. Da Eleostearinsäure eine große Anzahl von Selbstpolymerisationsreaktionen durchläuft, beträgt der Sauerstoffbedarf zum Trocknen eines Tungölfilms unter denselben Bedingungen nur 1/512 des Sauerstoffbedarfs eines Leinölfilms. ]. Da die Trocknung von Tungölsäure hauptsächlich auf Polymerisation beruht, ist außerdem die während des Oxidationsprozesses entstehende Oxidationsprodukt-Carbonsäure viel geringer als bei Leinöl, sodass der Tintenfilm aus Tungöl eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit und Diebstahlschutzeigenschaften aufweist. Um das Problem der schlechten Trocknung zu lösen, kann Tungöl anstelle von Leinöl verwendet und mit Sojaöl kombiniert werden, um der Tinte gute Trocknungseigenschaften zu verleihen. Diese Art von Tinte kann normalerweise sogar auf Papier mit schlechter Absorption und rauer Oberfläche verwendet werden und kann für doppelseitigen Druck und schnelle Nachdruckverarbeitung verwendet werden, was die Nachdruckverarbeitungsleistung der Tinte erheblich verbessert und verschiedene Druckanforderungen erfüllt.
2.2 Tintenviskosität und Probleme mit übermäßiger Viskosität
Bei der Verwendung von Pflanzenöl in Kombination kann das Bindemittel aufgrund seiner hohen Viskosität häufig nicht normal verwendet werden. Dies liegt daran, dass das Pflanzenöl selbst polymerisiert und Substanzen mit einer großen relativen Molekülmasse erzeugt, wodurch die Systemviskosität schnell ansteigt, was nicht mit den Anforderungen an hohe und niedrige Viskosität des idealen Bindemittels vereinbar ist. Um das Problem der hohen Viskosität und der hohen Viskosität zu lösen, sollte die Formel neu gestaltet werden, um den Harzgehalt und die Menge des verwendeten Geliermittels entsprechend zu reduzieren. Auf diese Weise kann das Bindemittelsystem nicht nur normal verwendet werden, sondern das hergestellte Bindemittel weist auch eine hervorragende Leistung auf, erfüllt die Anforderungen an hohe und niedrige Viskosität und weist hervorragende Benetzungs- und Trocknungseigenschaften auf.
2.3 Gelierungsproblem bei Tungöl
Da Tungöl eine große Menge an Tungölsäure enthält, wird es beim Erhitzen eine 1,4-Addition und eine 2,3-Bindung des Diensystems eingehen. Bei steigender Temperatur geliert es und erzeugt transparente feste kolloidale Substanzen. Bei der tatsächlichen Produktion kann dies, wenn es nicht gut kontrolliert wird, schwerwiegendere Folgen haben und sogar den Reaktor verschrotten. Das Problem der Selbstpolymerisation von Tungöl kann gelöst werden, indem das Verhältnis von Sojaöl zu Trockenöl angemessen eingestellt und die entsprechende Raffinationstemperatur und der Prozess des Verbindungsmaterials kontrolliert werden. Wiederholte Überprüfungen von Laborexperimenten und Chargenproduktion in der Werkstatt zeigen, dass das Gelierungsproblem vollständig vermieden werden kann. Derzeit wurde die Tinte aus reinem Pflanzenölsystem von DIC (Taiyuan) Ink Co., Ltd. offiziell auf den Markt gebracht. Sie hat eine breite Anpassungsfähigkeit an Papier und eine ausgezeichnete Druckanpassungsfähigkeit. Alle Leistungen haben das Niveau importierter ähnlicher Produkte erreicht und werden von den Kunden gut angenommen.
3 Effekte
Neben den offensichtlichen Vorteilen von Tinte aus reinem Pflanzenölsystem in Bezug auf Umweltschutz und Druckanpassungsfähigkeit bietet sie auch Vorteile bei der Tintenherstellung, die bei der Herstellung herkömmlicher Mineralöltintensysteme nicht verfügbar sind. Insbesondere manifestiert es sich in den folgenden Aspekten:
1) Das reine Pflanzenölsystem hat eine ausgezeichnete Löslichkeit für Phenolharz und erfordert bei der Herstellung des Bindemittels relativ niedrige Temperaturen. Es hat die traditionelle Herstellungsmethode für Mineralöltinte verändert, bei der die Herstellungstemperatur erhöht und die Herstellungszeit verlängert werden muss, um die Benetzungsleistung zu verbessern. Am Beispiel von DIC (Taiyuan) Ink Co., Ltd. wurde nach der Einführung des reinen Pflanzenölsystems die Produktionstemperatur von ursprünglich 240 °C auf 200 °C gesenkt und der Produktionszyklus von ursprünglich 12 h/(Charge) ~15 h/(Charge) auf 7 h/(Charge) ~8 h/(Charge) stark verkürzt. Dies allein spart unserem Unternehmen etwa 40 % Energie und spart Gaskosten von 1,5 Millionen Yuan/Jahr ~2 Millionen Yuan/Jahr.
2) Da das reine Pflanzenölsystem eine gute Benetzbarkeit für Pigmente aufweist, weist das daraus hergestellte Bindemittel eine ausgezeichnete Farbentwicklung für Pigmente auf. Bei gleichem Pigmentgehalt ist die optische Dichte (Farbkonzentration) von Tinte aus dem reinen Pflanzenölsystem 10 bis 15 % höher als die von Tinte aus dem Mineralölsystem. Mit anderen Worten: Ohne Reduzierung der Farbkonzentration kann die in der Tinte verwendete Pigmentmenge reduziert werden, wodurch die Kosten der Tintenformulierung erheblich gesenkt werden. Allein dadurch spart unser Unternehmen 500.000 bis 800.000 Yuan/Jahr an Pigmentkosten.
3) Herkömmliche Lösungsmittel für Mineralölsysteme enthalten flüchtige aromatische Substanzen, die bei der Raffination bei hohen Temperaturen eine große Menge flüchtiger organischer Substanzen in die Umwelt freisetzen. Die freigesetzten VOC gelten beispielsweise als eines der Hauptkarzinogene. Da das reine Pflanzenölsystem 100 % Pflanzenöl als Lösungsmittel verwendet, ist der Siedepunkt von Pflanzenöl höher als der von VOC, sodass die VOC-Emission nahezu Null ist, was die Gesundheitsschäden für die Produktionsmitarbeiter und die Umwelt erheblich reduziert. Darüber hinaus ist die Niedertemperaturraffination für die Mitarbeiter sicherer. Da der Flammpunkt von Mineralöl 140 °C bis 180 °C und der Flammpunkt von raffiniertem Pflanzenöl 225 °C bis 330 °C beträgt, fängt das Mineralöl Feuer, wenn Sie bei der Hochtemperaturraffination nicht vorsichtig sind. Daher ist die Niedertemperaturraffination des Pflanzenölsystems im Vergleich zur Hochtemperaturraffination des Mineralölsystems sicherer.
4. Fazit
Aus der Werbung und dem Verkauf von Tintenprodukten auf Basis reiner Pflanzenöle in den letzten zwei Jahren geht hervor, dass die Leistung der Tinte auf Basis reiner Pflanzenöle stabil ist und den Tests des Marktes und der Kunden standhält. Verschiedene technische Indikatoren haben die Designerwartungen erfüllt, die VOC-Emission beträgt ≤ 1 %, die Produktqualität ist stabil und der technische Prozess wird ausgereifter.
Daher ist die Entwicklung reiner Pflanzenöltinte ohne flüchtige organische Verbindungen (VOC) eine gute Möglichkeit für die heimische Tintenindustrie, den Mehrwert und die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Produkte im harten Wettbewerb kontinuierlich zu verbessern. Als neue Kraft im Bereich der Offsettintenprodukte wird sie definitiv glänzende Marktaussichten haben.
