水性凹印油墨性能研究范文

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《北京印刷学院学报》2016年第4期

摘要:

研究了银色颜料种类、颜基比、分散剂,成膜树脂种类等影响银色水性凹印油墨性能的因素,对分散性、光泽度、表面张力等油墨性能进行了研究和测试,获得性能良好的银色水性凹版油墨配方。实验表明:用铝粉颜料PHY20在颜基比为2颐3时制备出的粒径最小,满足凹版油墨的粒径要求;加入含量为2%的分散剂JL115A得到的油墨的分散效果最好;采用复合树脂813和S—2919的比例为16颐9时,油墨的综合性能最佳。

关键词:

颜基比;成膜树脂;水性凹版油墨配方

在国内印刷包装行业中,凹印油墨虽已占据较大的市场份额,但主要以对环境不友好的醇溶性凹印油墨为主。与溶剂型油墨相比,水性油墨具有无VOC排放、不可燃等优点,是一种极具前途的环保型印刷油墨。铝颜料是重要的金属颜料之一,因其独特的金属闪光效果,深受消费者的喜爱[1]。凹版印刷具有墨层厚实、层次清晰等优点,在食品、饮料、卷烟、医药等工业中的应用也越来越多。因此,在印刷质量和绿色环保的双重要求下,水性凹版银色油墨的研发是一种必然[2]。分散性是油墨的重要性能之一,它不仅影响油墨的光泽度,还对油墨的黏度和凹印油墨转移有一定影响[3]。不同的成膜树脂使得油墨的成膜效果不同,对油墨的光泽度、流平性等都会产生一定的影响,因此,本实验主要从这几方面研究,改良配方,优化油墨性能。

1实验部分

1.1实验原料

铝粉颜料YYH15,铝粉颜料PHY20(晋江亚坤颜料有限公司);铝浆颜料ZF8108(章丘市金属颜料有限公司);水性丙烯酸树脂(天津阿托兹精细化工有限公司);分散剂750(德国德固赛公司);分散剂760(德国德固赛公司);消泡剂810(德国德固赛公司);成膜树脂813(上海瑞图化工有限公司);成膜树脂S—2919(德国巴斯夫公司);成膜树脂S—2916(德国巴斯夫公司);128g/m2铜版纸(长鹤);去离子水。

1.2实验仪器

MicrotracS3500激光粒度仪(美国Microtrac公司);D2004W电动搅拌机(上海司乐仪器有限公司);电子天平UX2200H(岛津);多角度光泽度仪(上海国际贸易有限公司);凹版打样机(广州科域新材料科技有限公司),KRUSS表面张力仪k100(德国KRUSS公司),81-2型恒温磁力搅拌机(上海圣科仪器设备有限公司);烧杯400mL,玻璃棒,转子。

1.3油墨制备方法

1)基墨的制备。将各种原料按照比例加入烧杯,用玻璃棒搅拌,使预分散均匀,置于高速搅拌机下,以300r/min搅拌100min,得到银色水性油墨的基墨。

2)成墨的制备。将基墨、成膜树脂按1颐1的比例混合,再用磁力搅拌器搅拌60min,得到银色水性油墨成墨。

1.4打样方法及性能测试

1)打样方法。将7.5cm伊24cm伊24cm的铜版纸置于凹印打样机的胶辊固定,取少量水性银色油墨于打样机,以40m/min的速度进行打样,取出样条。

2)分散性测试。用Microtrac公司的S3500激光粒度仪对油墨进行粒径测试,粒径越小,分布曲线越窄即粒径越均匀。本文以95%油墨粒径的大小来进行分散性评价。

3)光泽度的测量。采用多角度光泽度仪在室温条件下测量样条光泽度,每个样条上的色块各测5次,去掉最大值和最小值,用剩余数值的平均值作为最终光泽度。

4)表面张力测试。在25益条件下,采用KRUSSProcessTensimeterK100表面张力仪测量油墨表面张力,每种油墨样品测试3次,用其平均值作为测得的表面张力值。

5)表观性能测试。表观性能测试主要采用目测,表观性能与油墨流平性有直接关系,油墨在非吸收性材料上的流平好,表观性能就好。把表观性能分为5个等级如表1。

2结果与讨论

2.1银色颜料种类对银色凹印水墨性能的影响

银色颜料种类不同,颜料颗粒的粒径(d)也不同。颜料粒径的大小对凹版印刷油墨的性能有着至关重要的作用[4]。颜料粒径接近于甚至大于凹版的网穴尺寸时,会对油墨的转移率、光泽度等性能产生不良影响。选取不同种类的银色颜料制备油墨样品,测试其粒径大小。结果如图1。如图1所示,不同型号颜料的粒径大小不同,铝粉颜料PHY20具有最小的粒径。在颜料实际生产中,生产工艺的不同导致铝粉颜料粒径的不同。颜料粒径越小,油墨越容易浸润印版且油墨的转移率也越好。对比几种颜料的粒径大小,可知铝粉颜料PYH20是凹版银色油墨颜料的最优选择。

2.2颜基比对银色凹印水墨分散性能的影响

颜基比是涂料中颜料与树脂的比例,对油墨的分散性有很大影响。使用相同量的颜料,用不同颜基比配制出不同样品油墨,测试其粒径大小,测试结果如图2和图3所示。由图2可以看出,随着油墨体系中研磨树脂比例的不断增大,油墨的粒径整体呈现先增大后减小的变化趋势。尤其是当颜基比为2颐3时,铝粉颜料的粒径最小。颜基比对油墨的分散有很大影响,这是因为分散的过程实际上也是流动过程,只有达到最佳流动点,油墨搅拌时才能得到有效的剪切作用,分散才能达到最佳状态。搅拌时,颜基比不同,剪切作用亦不同[5—7]。为了使所制备的油墨有最佳的分散状态,应首先确定最佳颜基比。图3为不同颜基比时的粒径分布图。从图3可以看出,颜基比过大或过小时,D95处粒径较大且粒径分布宽松。只有在合适的比例即颜基比为2颐3时,才能得到粒径分布集中且大小合适的油墨。

2.3分散剂对银色凹印水墨分散性的影响

分散剂对油墨颜料颗粒的分散有一定的作用。为了研究分散剂对油墨分散性能的影响,保证其他条件不变,选择4种分散剂(分散剂750,760,JL254Y,JL115A),分别配制出相应的样品铝粉油墨。测试结果如图4所示。使用同一种分散剂JL115A,改变分散剂的用量,分别配制出不同分散剂用量的样品油墨,测试结果如图5所示。由图4可以看出,加入不同分散剂的4种油墨中,加入JL115A的油墨分散效果最好,其次依次为760,750,JL254Y。分散剂结构不同,分散效果也不同。在本实验条件下,JL115A适用于此体系,效果最佳。从图5可以看出,当分散剂JL115A用量为2%时,油墨的分散效果最好。分散剂加入后在水中分散,受颜料粒子表面张力作用而吸附在粒子表面,形成保护膜,在位阻效应和静电排斥的作用下使颜料粒子不能团聚。分散剂加入量过少时,不能形成有效的保护膜,使油墨分散变差;当加入量过多时,多余的分散剂打破了微粒间的平衡,也会使油墨分散性变差。只有加入适量的分散剂,才能使油墨的分散性能达到最佳。

2.4成膜树脂种类对油墨性能的影响

在颜料含量、研磨树脂和颜基比固定的情况下,成膜树脂是影响油墨印刷性能的关键因素,不同的成膜树脂因其分子结构不同,配成的油墨的印刷性能也不同[8];故在基墨配方固定不变的基础上,分别用3种成膜树脂,按基墨和树脂1颐1的比例配制油墨样品,研究3种不同的成膜树脂配成油墨的印刷性能(见图6)。从图6(a)可以看出,3种成膜树脂中,S—2919的成墨粒径最小,因为S—2919配成的成墨中颜料粒子能被成膜树脂S—2919充分填充,阻碍粒子间的相互接触,防止“聚集体冶的进一步生成,故使粒子能够较好的分散。从图6(b)可以看出,S—2916成墨的表面张力最小,因为S—2916成膜树脂本身的表面张力最小;从图6(c)可以看出,S—2916和S—2919成墨的流平性比较好,因为S—2916的表面张力小,易于铺展,因此,流平性好;S—2919成墨的粒径小,分散性好,流平性也好;从图6(d)可以看出,光泽度最好的是813成墨。3种成膜树脂因其分子组成和分子结构均不同,对油墨各种性能的影响存在差异。

2.5成膜树脂配方实验

3种成膜树脂813、S—2919、S—2916各有优缺点,故需要进行复合树脂的配方实验,筛选出印刷性能最优的油墨配方,用成膜树脂813、S—2919、S—2916进行复配实验,测试结果如表2所示。将复配实验的权重设置为:光泽度:0.4;粒径0.2;表面张力:0.2;流平性:0.2;通过规划求解可得到结果,当x1=0.64,x2=0.36,x3=0时,方程取得最大值y=0.6827。因此,当成膜树脂813和S—2919的比例为16颐9时,油墨的综合性能最佳。按照成膜树脂813和S—2919的比例为16颐9配制油墨,油墨各项性能如表3所示。如表3所示,当成膜树脂813和S—2919的比例为16颐9时,油墨的各项性能都达到了不错的指标。所以,成膜树脂813和S—2919的比例为16颐9时,油墨的综合性能最佳。

3结论

通过对银色凹印水墨性能的研究,得出以下结论:

1)颜料的粒径大小对凹版印刷油墨的性能有着至关重要的作用。在本实验条件下,铝粉颜料PHY20配制的油墨粒径最小,满足凹印油墨的粒径要求。

2)颜基比对油墨的分散性有很大影响,要得到分散性能良好的油墨,应采用最佳颜基比,本实验条件下,银色凹印水墨的最佳颜基比为2颐3。

3)分散剂对油墨的分散性能有着重要影响。加入含量为2%的分散剂JL115A得到的油墨的分散效果最好。

4)成膜树脂的分子结构不同,油墨的性能也不同。3种成膜树脂中,光泽度最好的是813;表面张力最好的是S—2916;流平性最好的是S—2916和S—2919;粒径最好的是S—2919。结合总体印刷性能来看,选择813、S—2919、S—2916进行复配实验,813颐S—2919=16颐9时,油墨的印刷性能最优。

参考文献:

[1]李利君.颜料铝粉的表面包覆改性及在涂料中的应用[D].广州:华南理工大学,2008.

[2]陈跃涛,魏先福,黄蓓青.水性凹印油墨的耐摩擦性能探讨[J].包装工程,2007,28(10):42—44.

[3]张复忠,黄蓓青,魏先福,等.水性凹印油墨光泽度的影响因素[J].北京印刷学院学报,2014,22(2):17—19.

[4]董前年,张彩云,徐瞳瞳,等.铝颜料的分类及其在塑料行业中应用概述[J].山东化工,2015,15(8):21—25.

[5]黄蓓青,魏先福,高洁,等.颜基比对水性凹印油墨分散性的影响[J].包装工程,2007,28(11):65—67.

[6]向阳,王捷先.印刷材料及适性[M].北京:印刷工业出版社,2000:24—36.

[7]钱军浩.印刷油墨应用技术[M].北京:化学工业出版社,2003:56—60.

[8]熊华玉,包婷,文为,等.水性油墨聚合物连结料的研究进展[J].胶体与聚合物,2016,02(6):78—81.

作者:周腾飞 黄蓓青 魏先福 单位:北京印刷学院