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《北京印刷學院學報》2016年第4期

摘要:

研究了銀色顏料種類、顏基比、分散劑,成膜樹脂種類等影響銀色水性凹印油墨性能的因素,對分散性、光澤度、表面張力等油墨性能進行了研究和測試,獲得性能良好的銀色水性凹版油墨配方。實驗表明:用鋁粉顏料PHY20在顏基比為2頤3時制備出的粒徑最小,滿足凹版油墨的粒徑要求;加入含量為2%的分散劑JL115A得到的油墨的分散效果最好;采用復合樹脂813和S—2919的比例為16頤9時,油墨的綜合性能最佳。

關鍵詞:

顏基比;成膜樹脂;水性凹版油墨配方

在國內印刷包裝行業中,凹印油墨雖已占據較大的市場份額,但主要以對環境不友好的醇溶性凹印油墨為主。與溶劑型油墨相比,水性油墨具有無VOC排放、不可燃等優點,是一種極具前途的環保型印刷油墨。鋁顏料是重要的金屬顏料之一,因其獨特的金屬閃光效果,深受消費者的喜愛[1]。凹版印刷具有墨層厚實、層次清晰等優點,在食品、飲料、卷煙、醫藥等工業中的應用也越來越多。因此,在印刷質量和綠色環保的雙重要求下,水性凹版銀色油墨的研發是一種必然[2]。分散性是油墨的重要性能之一,它不僅影響油墨的光澤度,還對油墨的黏度和凹印油墨轉移有一定影響[3]。不同的成膜樹脂使得油墨的成膜效果不同,對油墨的光澤度、流平性等都會產生一定的影響,因此,本實驗主要從這幾方面研究,改良配方,優化油墨性能。

1實驗部分

1.1實驗原料

鋁粉顏料YYH15,鋁粉顏料PHY20(晉江亞坤顏料有限公司);鋁漿顏料ZF8108(章丘市金屬顏料有限公司);水性丙烯酸樹脂(天津阿托茲精細化工有限公司);分散劑750(德國德固賽公司);分散劑760(德國德固賽公司);消泡劑810(德國德固賽公司);成膜樹脂813(上海瑞圖化工有限公司);成膜樹脂S—2919(德國巴斯夫公司);成膜樹脂S—2916(德國巴斯夫公司);128g/m2銅版紙(長鶴);去離子水。

1.2實驗儀器

MicrotracS3500激光粒度儀(美國Microtrac公司);D2004W電動攪拌機(上海司樂儀器有限公司);電子天平UX2200H(島津);多角度光澤度儀(上海國際貿易有限公司);凹版打樣機(廣州科域新材料科技有限公司),KRUSS表面張力儀k100(德國KRUSS公司),81-2型恒溫磁力攪拌機(上海圣科儀器設備有限公司);燒杯400mL,玻璃棒,轉子。

1.3油墨制備方法

1)基墨的制備。將各種原料按照比例加入燒杯,用玻璃棒攪拌,使預分散均勻,置于高速攪拌機下,以300r/min攪拌100min,得到銀色水性油墨的基墨。

2)成墨的制備。將基墨、成膜樹脂按1頤1的比例混合,再用磁力攪拌器攪拌60min,得到銀色水性油墨成墨。

1.4打樣方法及性能測試

1)打樣方法。將7.5cm伊24cm伊24cm的銅版紙置于凹印打樣機的膠輥固定,取少量水性銀色油墨于打樣機,以40m/min的速度進行打樣,取出樣條。

2)分散性測試。用Microtrac公司的S3500激光粒度儀對油墨進行粒徑測試,粒徑越小,分布曲線越窄即粒徑越均勻。本文以95%油墨粒徑的大小來進行分散性評價。

3)光澤度的測量。采用多角度光澤度儀在室溫條件下測量樣條光澤度,每個樣條上的色塊各測5次,去掉最大值和最小值,用剩余數值的平均值作為最終光澤度。

4)表面張力測試。在25益條件下,采用KRUSSProcessTensimeterK100表面張力儀測量油墨表面張力,每種油墨樣品測試3次,用其平均值作為測得的表面張力值。

5)表觀性能測試。表觀性能測試主要采用目測,表觀性能與油墨流平性有直接關系,油墨在非吸收性材料上的流平好,表觀性能就好。把表觀性能分為5個等級如表1。

2結果與討論

2.1銀色顏料種類對銀色凹印水墨性能的影響

銀色顏料種類不同,顏料顆粒的粒徑(d)也不同。顏料粒徑的大小對凹版印刷油墨的性能有著至關重要的作用[4]。顏料粒徑接近于甚至大于凹版的網穴尺寸時,會對油墨的轉移率、光澤度等性能產生不良影響。選取不同種類的銀色顏料制備油墨樣品,測試其粒徑大小。結果如圖1。如圖1所示,不同型號顏料的粒徑大小不同,鋁粉顏料PHY20具有最小的粒徑。在顏料實際生產中,生產工藝的不同導致鋁粉顏料粒徑的不同。顏料粒徑越小,油墨越容易浸潤印版且油墨的轉移率也越好。對比幾種顏料的粒徑大小,可知鋁粉顏料PYH20是凹版銀色油墨顏料的最優選擇。

2.2顏基比對銀色凹印水墨分散性能的影響

顏基比是涂料中顏料與樹脂的比例,對油墨的分散性有很大影響。使用相同量的顏料,用不同顏基比配制出不同樣品油墨,測試其粒徑大小,測試結果如圖2和圖3所示。由圖2可以看出,隨著油墨體系中研磨樹脂比例的不斷增大,油墨的粒徑整體呈現先增大后減小的變化趨勢。尤其是當顏基比為2頤3時,鋁粉顏料的粒徑最小。顏基比對油墨的分散有很大影響,這是因為分散的過程實際上也是流動過程,只有達到最佳流動點,油墨攪拌時才能得到有效的剪切作用,分散才能達到最佳狀態。攪拌時,顏基比不同,剪切作用亦不同[5—7]。為了使所制備的油墨有最佳的分散狀態,應首先確定最佳顏基比。圖3為不同顏基比時的粒徑分布圖。從圖3可以看出,顏基比過大或過小時,D95處粒徑較大且粒徑分布寬松。只有在合適的比例即顏基比為2頤3時,才能得到粒徑分布集中且大小合適的油墨。

2.3分散劑對銀色凹印水墨分散性的影響

分散劑對油墨顏料顆粒的分散有一定的作用。為了研究分散劑對油墨分散性能的影響,保證其他條件不變,選擇4種分散劑(分散劑750,760,JL254Y,JL115A),分別配制出相應的樣品鋁粉油墨。測試結果如圖4所示。使用同一種分散劑JL115A,改變分散劑的用量,分別配制出不同分散劑用量的樣品油墨,測試結果如圖5所示。由圖4可以看出,加入不同分散劑的4種油墨中,加入JL115A的油墨分散效果最好,其次依次為760,750,JL254Y。分散劑結構不同,分散效果也不同。在本實驗條件下,JL115A適用于此體系,效果最佳。從圖5可以看出,當分散劑JL115A用量為2%時,油墨的分散效果最好。分散劑加入后在水中分散,受顏料粒子表面張力作用而吸附在粒子表面,形成保護膜,在位阻效應和靜電排斥的作用下使顏料粒子不能團聚。分散劑加入量過少時,不能形成有效的保護膜,使油墨分散變差;當加入量過多時,多余的分散劑打破了微粒間的平衡,也會使油墨分散性變差。只有加入適量的分散劑,才能使油墨的分散性能達到最佳。

2.4成膜樹脂種類對油墨性能的影響

在顏料含量、研磨樹脂和顏基比固定的情況下,成膜樹脂是影響油墨印刷性能的關鍵因素,不同的成膜樹脂因其分子結構不同,配成的油墨的印刷性能也不同[8];故在基墨配方固定不變的基礎上,分別用3種成膜樹脂,按基墨和樹脂1頤1的比例配制油墨樣品,研究3種不同的成膜樹脂配成油墨的印刷性能(見圖6)。從圖6(a)可以看出,3種成膜樹脂中,S—2919的成墨粒徑最小,因為S—2919配成的成墨中顏料粒子能被成膜樹脂S—2919充分填充,阻礙粒子間的相互接觸,防止“聚集體冶的進一步生成,故使粒子能夠較好的分散。從圖6(b)可以看出,S—2916成墨的表面張力最小,因為S—2916成膜樹脂本身的表面張力最小;從圖6(c)可以看出,S—2916和S—2919成墨的流平性比較好,因為S—2916的表面張力小,易于鋪展,因此,流平性好;S—2919成墨的粒徑小,分散性好,流平性也好;從圖6(d)可以看出,光澤度最好的是813成墨。3種成膜樹脂因其分子組成和分子結構均不同,對油墨各種性能的影響存在差異。

2.5成膜樹脂配方實驗

3種成膜樹脂813、S—2919、S—2916各有優缺點,故需要進行復合樹脂的配方實驗,篩選出印刷性能最優的油墨配方,用成膜樹脂813、S—2919、S—2916進行復配實驗,測試結果如表2所示。將復配實驗的權重設置為:光澤度:0.4;粒徑0.2;表面張力:0.2;流平性:0.2;通過規劃求解可得到結果,當x1=0.64,x2=0.36,x3=0時,方程取得最大值y=0.6827。因此,當成膜樹脂813和S—2919的比例為16頤9時,油墨的綜合性能最佳。按照成膜樹脂813和S—2919的比例為16頤9配制油墨,油墨各項性能如表3所示。如表3所示,當成膜樹脂813和S—2919的比例為16頤9時,油墨的各項性能都達到了不錯的指標。所以,成膜樹脂813和S—2919的比例為16頤9時,油墨的綜合性能最佳。

3結論

通過對銀色凹印水墨性能的研究,得出以下結論:

1)顏料的粒徑大小對凹版印刷油墨的性能有著至關重要的作用。在本實驗條件下,鋁粉顏料PHY20配制的油墨粒徑最小,滿足凹印油墨的粒徑要求。

2)顏基比對油墨的分散性有很大影響,要得到分散性能良好的油墨,應采用最佳顏基比,本實驗條件下,銀色凹印水墨的最佳顏基比為2頤3。

3)分散劑對油墨的分散性能有著重要影響。加入含量為2%的分散劑JL115A得到的油墨的分散效果最好。

4)成膜樹脂的分子結構不同,油墨的性能也不同。3種成膜樹脂中,光澤度最好的是813;表面張力最好的是S—2916;流平性最好的是S—2916和S—2919;粒徑最好的是S—2919。結合總體印刷性能來看,選擇813、S—2919、S—2916進行復配實驗,813頤S—2919=16頤9時,油墨的印刷性能最優。

參考文獻:

[1]李利君.顏料鋁粉的表面包覆改性及在涂料中的應用[D].廣州:華南理工大學,2008.

[2]陳躍濤,魏先福,黃蓓青.水性凹印油墨的耐摩擦性能探討[J].包裝工程,2007,28(10):42—44.

[3]張復忠,黃蓓青,魏先福,等.水性凹印油墨光澤度的影響因素[J].北京印刷學院學報,2014,22(2):17—19.

[4]董前年,張彩云,徐瞳瞳,等.鋁顏料的分類及其在塑料行業中應用概述[J].山東化工,2015,15(8):21—25.

[5]黃蓓青,魏先福,高潔,等.顏基比對水性凹印油墨分散性的影響[J].包裝工程,2007,28(11):65—67.

[6]向陽,王捷先.印刷材料及適性[M].北京:印刷工業出版社,2000:24—36.

[7]錢軍浩.印刷油墨應用技術[M].北京:化學工業出版社,2003:56—60.

[8]熊華玉,包婷,文為,等.水性油墨聚合物連結料的研究進展[J].膠體與聚合物,2016,02(6):78—81.

作者:周騰飛 黃蓓青 魏先福 單位:北京印刷學院