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1、水性凹印油墨性能研究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、外表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,知足凹版油墨的粒径要求;参加含量为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S2919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
2、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,深受消费者的喜欢1。凹版印刷具有墨层厚实、层次明晰等优点,在食品、饮料、卷烟、医药等工业中的应用也越来越多。因而,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,因而,本实验主要从这几方面研究,改进配方,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
3、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S2919(德国巴斯夫公司);成膜树脂S2916(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外
4、表张力仪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。将各种原料根据比例参加烧杯,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Microt
5、rac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)外表张力测试。在25益条件下,采用KRUSSProcessTensimeterK100外表张力仪测量油墨外表张力,每种油墨样品测试3次,用其平均值作为测得的外表张力值。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
6、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。比照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
7、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。使用一样量的颜料,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能够看出,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,这是由于分散的经过实际上也是流动经过,只要到达最佳流动点,油墨搅拌时才能得到有效的剪切作用,分散才能到达最佳状态。搅拌时,颜基比不同,剪切作用亦不同57。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能够看出,颜基比过大或过小
8、时,D95处粒径较大且粒径分布宽松。只要在适宜的比例即颜基比为2颐3时,才能得到粒径分布集中且大小适宜的油墨。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能够看出,参加不同分散剂的4种油墨中,参加JL115A的油墨分散效果最好,其次依次为760,750,JL254Y。分散剂构造不同,
9、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能够看出,当分散剂JL115A用量为2%时,油墨的分散效果最好。分散剂参加后在水中分散,受颜料粒子外表张力作用而吸附在粒子外表,构成保护膜,在位阻效应和静电排挤的作用下使颜料粒子不能团圆。分散剂参加量过少时,不能构成有效的保护膜,使油墨分散变差;当参加量太多时,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。只要参加适量的分散剂,才能使油墨的分散性能到达最佳。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构造不同,配成的油墨的
10、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)能够看出,3种成膜树脂中,S2919的成墨粒径最小,由于S2919配成的成墨中颜料粒子能被成膜树脂S2919充分填充,阻碍粒子间的互相接触,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)能够看出,S2916成墨的外表张力最小,由于S2916成膜树脂本身的外表张力最小;从图6(c)能够看出,S2916和S2919成墨的流平性比拟好,由于S2916的外表张力小,易于铺展,因而,流平性好;S2919成墨的粒径小,分
11、散性好,流平性也好;从图6(d)能够看出,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构造均不同,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、S2919、S2916各有优缺点,故需要进行复合树脂的配方实验,挑选出印刷性能最优的油墨配方,用成膜树脂813、S2919、S2916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;外表张力: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,方程获得最大值y=0.6827。因而,当成膜树脂813和S2919的比例为16颐9时,油墨的综
12、合性能最佳。根据成膜树脂813和S2919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S2919的比例为16颐9时,油墨的各项性能都到达了不错的指标。所以,成膜树脂813和S2919的比例为16颐9时,油墨的综合性能最佳。通过对银色凹印水墨性能的研究,得出下面结论: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,知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。参加含量为2%的分散剂JL115A得到的油墨的分散效果最好。4)成膜树脂的分子构造不同,油墨的性能也不同。3种成膜树脂中,光泽度最好的是813;外表张力最好的是S2916;流平性最好的是S2916和S2919;粒径最好的是S2919。结合总体印刷性能来看,选择813、S2919、S2916进行复配实验,813颐S2919=16颐9时,油墨的印刷性能最优。