丙烯酸乳液在水基油墨中的应用研究

近十年,柔性版印刷有了较快的发展,正日益成为国内外首选的环保型绿色印刷工艺。柔性版印刷迅速发展的核心动力,不仅在于柔印技术和设备的不断完善,更在于其广泛使用了符合绿色环保要求的印刷材料,特别是普遍采用了水性印刷油墨和uV印刷油墨。目前国产水性油墨大都存在着不抗水、干燥慢、光泽度差、易造成纸张收缩等弊病。为了克服上述缺点,有的采用柔性版uv油墨,有的采用进口的高档水性油墨,增加了印刷成本。这些都使我国的柔版印刷受到了限制,制约了我国包装印刷业的发展。因此,对于决定水基油墨性能的关键‘部件’—连结料的探讨是非常有必要的。

一、理论部分
丙烯酸树脂在水基墨的连结料中有两种形式:一种是丙烯酸碱溶性树脂通过氨化形成树脂溶液,俗称树脂油。它是连结料的主体,用来分散颜料,制备基墨。树脂本身的性能和固含量直接影响水基墨的粘度、颜料分散性能和墨的传递性能。另一种是乳液,它是丙烯酸、甲基丙烯酸或其它单体(如苯乙烯)通过乳液聚合而成,同样具有一定的聚合度和酸值,而这些性质直接取决于乳液聚合中条件的控制。也正因为乳液聚合的条件苛刻,不易控制,乳液的性能才显得更为重要。而乳液在水基墨中的应用对提高油墨的光泽度、抗水性、干燥性等有明显的影响。乳液根据性能不同可分为成膜乳液或非成膜乳液。根据承印物的不同,水基墨中这两种乳液的比例亦不同。

乳液通常是指单体(各种脂类)借助乳化剂的作用,在机械搅拌或剧烈振荡下,于水介质中分散成乳液状的一种聚合物,该聚合物在聚合时还会用到引发剂和pH调节剂等助剂。乳液之所以成为乳液,其中起决定作用的是乳化剂。乳化剂实际上是一种表面活性剂,其作用就是降低单体和水的表面张力,使单体和水形成一个稳定的均匀体系。形成胶束和乳化单体液滴,常采用的是阴离子和非离子表面活性剂。正因为乳液的这种特殊的组成,使它加到水基墨中后,一方面起到树脂连结料的作用,另一方面还起到了表面活性剂的作用。当乳液加入后,它能比普通的连结料更快地浸润颜料并渗入到颜料颗粒聚集体的孔隙中,而这一环节是颜料分散的主要环节。将乳液加入后能起到降低体系表面张力的作用,而当表面张力降低后,油墨就会对基材表面具有更好的润湿、附着、浸透作用,流平性能会提高,膜面更平滑,光泽度因此提高,当颜料的分散稳定好后实际上就是油墨体系的稳定性得到提高,而伴随着分散稳定性的提高其抗水性能和耐摩擦性也随之提高了。

T g(玻璃化温度)是选择乳液聚合物的重要指标之一。如图1所示,不同温度下聚合物的状态不同,即Tg不同的乳液聚含物具有不同的成膜性能。

成膜是靠聚合物乳胶粒的相互溶结和相互渗透。若聚合物太硬,MFT高,接近或高于施工温度,则乳胶粒不能形成完整的膜或成膜不充分,会出现耐水性、耐久性下降,涂膜光泽不好,产生微观裂纹或发色不均匀;若乳液聚合物太软,涂膜的力学性能下降,易划伤,耐污性下降。另外,乳胶粒互相渗透、互相溶结需要时间,故水分挥发不宜太快。水蒸发越慢,乳胶粒溶结越好,成膜质量越高。但为了满足印刷适性的高速度、快干性等要求和成膜物高光泽、柔韧性等性能,可采用加热、加增塑剂、加凝聚剂和聚合物混合方法来实现,其中最好的方法是聚合物的混合—— 即在硬和脆膜系统中加入软聚合物能促进薄膜的形成,而且使用软聚合物就不用增加有机挥发物。乳液的这种功能可用下列说明进行分析:
液滴在固体表面接触时,有三种力处于平衡状态,见图2。


二、实验部分
1.实验目的:分析丙烯酸乳液对水基油墨耐磨性能、光泽度、抗水性等性能的影响程度,并通过实验找到合适的乳液聚合物型号。

2.实验材料:丙烯酸树H~AcrylicResin, K-1616 Omnicryl一1824,neocryla一1094、PD一9A,PE/PTFE复合物蜡乳、烘箱、自制水基油墨等。

3.实验配方:
颜料 11%
树脂液 29.5%
乙醇 9%
丙二醇甲醚 8%
润湿分散剂0.5%
水性腊 1%
消泡剂0.5%
流平剂0.5%
水 10%
树脂乳液 30%

4.实验步骤:将树脂或乳液涂布于玻璃板上,放进100℃左右烘箱烘干后,观察其光泽、透明度和软硬程度,从中初选出高分子量、高硬度的成膜乳液Acrylic Resin、K一1616、Omnicryl一1824、neocryla一1094、PD-9A。分别将各种乳液以一定比例与上述水基油墨进行配比,第一次测试后选出最优的一种,然后与蜡按应定比例混合后再次进行测试,我们得到如表1结果。

5=最好:1=最差
注:抗摩檫性的检验方法
干磨:用一张空白纸(或白棉布)盖在打印样品上,用食指压住样品上,来回擦拭数次(自定),观察油墨的脱墨情况,油墨脱落的越多,则耐磨擦性越差。
湿磨:用一块棉布在水中浸湿,拧掉多余的水分,在打印品上来回擦拭,直至露出基材为止,越快露出基材的则耐磨擦性越差。

5.分析与结论:可以看出,选用不同的乳液聚合物可获得不同的成膜性能。对于纸箱水墨在印刷后不使用卷料时,其成膜性和耐粘连性不是很高,而高光、耐磨、耐水等是最重要的性能,所以适当提高乳液中硬乳液的比例有利于提高耐磨性能。从成本的角度考虑,对要求不是很高的水墨,可以在调稀料中加入部分研磨树脂(如加入丙烯酸树H~AcryliC Resin)。对于适应高速印刷的高档纸箱水墨,考虑了高光、耐磨、高遮盖力及成膜性和耐粘连性的综合平衡,乳液与蜡的配合(如0mn i C r Y l一1 8 2 4+P E/PTFE)使用将是最佳的选择。※

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