环保型水性油墨的研究

绿色革命的兴起,给包装印刷业带来了巨大的冲击。传统溶剂型油墨中溶剂的挥发,不仅会污染空气,甚至还会引发产品症,对印刷工人和消费者的健康形成威胁。特别是在食品包装印刷中采用溶剂型油墨,会对食品产生改性作用,对人体健康更会造成危害。在这个大背景下,水性油墨应运而生。作为环保型油墨,水性油墨消除了溶剂型油墨中有毒有害物质对人体健康的危害及对包装商品的污染,适合用于食品、饮料、药品等包装印刷。水性油墨可以降低由于静电及溶剂易燃性的风险,降低印品表面气味,方便清洗,是一种新型印刷包装材料。传统水性油墨干燥速度慢,易造成纸张伸缩等问题。目前国产水性油墨的稳定性、抗水性、光泽度、附着力等方面的性能远不如进口水性油墨,严重阻碍了水性油墨在我国的推广使用。目前,我国水性油墨市场的特点是: 以生产中低档水性油墨为主,适用于纸袋、纸箱、信封、食品包装等质量要求不高的印刷,高质量的印刷水性油墨主要依靠进口,但成本较高。本文立足于这一现状,通过一系列的试验,采用不同配方,对水性油墨进行研究,并对配制的水性油墨进行性能测试,在测试结果的基础上,对水性油墨稳定性、抗水性、光泽度等进行了理论分析,找出影响水性油墨稳定性的因素。

一、实验材料
丙烯酸树脂、氨水、水、颜料及其它助剂。

二、实验配方

三、水性油墨的生产流程
水性油墨的生产流程如图1所示。

四、实验结果及分析
对两种配方的水性油墨细度、初干性、抗水性、光泽度等各项性能指标进行测试,结果如表1。由实验结果可知,配方2、3所配制的水性油墨性能较配方1有明显改善,配方3的各项性能指标都较为理想,为本实验得出的最优配方。现对实验结果分析如下:
1.添加剂能有效提高油墨的黏度、细度、抗水性、稳定性及光泽度实验中所加的增稠剂不仅仅起到增稠作用,更是一种表面活性剂,其作用是增加连接料和颜料的亲和力,从而使颜料充分而稳定地分散在连接料中。水性油墨所用的颜料亲油性强、极性弱,而水性连接料中因为有羧基、羟基等极性基团而极性很强。因此,如不加处理,颜料很难很好地分散在连接料中,表面活性剂分子在颜料表面形成一层“保护外壳”,根据相似相溶原理,其非极性端与极性弱的颜料相亲附,而极性端与极性强的连接料吸附。增稠剂在颜料与连接料中起到了桥梁的作用,使连接料与颜料充分相溶,最终使颜料稳定地分散在连接料中。

2.黏度、胺类对抗水性的影响
根据前面的分析可知,水性油墨的连接料本身并不溶于水,通常采用氨或有机胺中的亲水基团(一C00H)而使其溶于水。水性油墨的抗水机理在于:油墨在转移到承印物后,由于氨或有机胺的挥发而释放出一C00H,与连接料中的其它基团(如一OH、-NH )发生固化交联反应,生成性能优良的交联抗水涂层。因此,不难看出碱类物质挥发的快慢和油墨的干燥速度快慢对最后油墨的抗水性能有较大影响。当pH值升高,黏度降低,油墨的干燥速度就慢,即其中水和碱类物质挥发慢,故油墨固化交联所需时间长,得到抗水膜时间就长。这表现为油墨抗水性差,从以上实验中不难看出。

3.颜料的分散对抗水性和光泽度的影响
颜料分散性能体现在:(1)它在连接料中分散性好,即它可以更好地被连接料保护;(2)颜料在分散体系中凝絮程度降低而悬浮程度增加;(3)油墨的细度好。
通常颜料的粒径小、形状不规则、表面积较大,表面易吸附水和空气,影响油墨的抗水性。当颜料分散均匀后,原来的颜料、空气和水的分界面就会更多地被颜料、连接料的界面所替代,这样亲水的颜料粒子就会有效地被连接料包封起来而疏水,从而增强抗水性。另外,由于分散均匀,颜料分散体系呈均相,不会沉淀,使得印刷时墨层均匀、有韧性,因而能有效提高油墨的抗水性。
另外,由实验结果可知:随着分散性提高,油墨的细度提高,油墨的光泽度也在不断提高。因为,油墨的细度高,对承印物的润湿性强,流平性好,所形成的墨膜平滑度高,光泽度自然就提高。

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