基料树脂对水性油墨粘度影响的研究

0、引言
高档水墨与溶剂性油墨相比,由于水的高蒸发热使得水墨在高速印刷机上的干燥受到极大影响。为解决干燥问题.对于印刷厂,一般采取的是提高加热温度.降低湿度以及提高风速、风量促进水的蒸发,但这势必将会增加额外的投资;对于油墨制造商.为了更有利于水墨的市场化.应该从配方的角度来解决这一难题。为解决干燥问题,我们设计配方的途径之一是水性油墨配方的高固体分化.即减少油墨向被印刷基材转移的量(可通过降低版深实现)。

对于印刷厂,这也是减少油墨消耗量、节约能源、降低成本的有效途径。提高固含量有两种情况,一是提高树脂含量,这种情形下为获得好的着色力,必须加大油墨膜的厚度.这样反而不利于干燥的进行;二可提高颜料含量,在这种情形下降低墨膜厚度的同时可保证较好的着色力。但高颜料含量势必导致高的粘度.所以为利于高速印刷的进行,必须使用高固低粘的水墨配方体系。本文主要讨论了高聚物基料树脂对水墨粘度的影响,为获得理想的水墨应用粘度提供了一定的理论依据。

1、实验部分
1.1主要原材料

1.2粘度性能测定方法
按GB1723—79标准.用旋转粘度计测定其粘度

2、结果和讨论
研究表明,基料树脂溶液的粘度(¶)、平均相对分子量(Ma)及固体分(SC)间的关系:log¶=KMa*SC,即一定温度和固体分下,基料树脂溶液随着基料相对分子量的增大而升高;其次,基料的相对分子量分布必须尽可能窄 ,因为高的相对分子量在最终的配方中将产生较高的粘度,低分子量聚合物通常为产生难闻气味及VOCs的物质;另外,考虑油墨墨膜最终的使用性能如干性、墨膜硬度和耐化学性的要求.基料的相对分子量应不宜太低。通常,分子量在6000-15000的树脂用作颜料分散体具有最佳的润湿性和分散性、光泽和可溶性。以此为依据,我们初步选用RI、R2、R3为基料树脂并进一步考察基料分散树脂对水基油墨粘度的影响。
对于中等分子量的碱溶性丙烯酸树脂溶液,在pH值为8.5左右能完全胺化并溶解,但考虑到油墨储存和使用中的胺化损失及其对树脂的稳定性的影响.实验选用氨水和单乙醇胺为胺化中和剂,对R1、R2和R3进行胺化实验,按表2的配比(总量为100)考察碱溶性树脂的溶解特性和变化规律。我们将pH值设定为9.O.不同固含量的碱溶性丙烯酸树脂溶液的粘度变化规律如图1所示。


从图1可看出. 固含量约在32% 以上时粘度急剧上升,R1和R2比R3的上升趋势更为明显,R1和R2的胺化过程曲线形状相似,可能由于树脂的分子量和结构的不同使曲线出现差异。

由于较低分子量的水溶性树脂在耐水性和其他物理化学性能上的缺陷使其应用受到限制。为了满足高档水基油墨的性能要求.我们利用水性乳液聚合物具有高分子量而其乳液的粘度不会随聚合物分子量的增大而上升的特点,研究比较了乳液聚合物与碱溶性树脂的流变特性 从图2的测试结果可看出,在应用粘度以下与碱溶性树脂R1液相比.丙烯酸乳液R4更具有高固低粘特性。同时在应用粘度以下,乳液的粘度稳定性也相对较好。因此.也使得印刷前的粘度调整更有余地。

另外,将30%R1树脂溶液和R4乳液分别以不同比例混溶后并测定其粘度,结果如表3所示,可以看出乳液能明显降低水性体系粘度的同时还持有较高的固含量,并且在乳液含量占主要成分后粘度的变化趋于平稳。

总结
以上研究表明,采取分散中等分子量树脂和高分子量乳液拼用有利于获得低粘特性。由于选用不同的树脂和乳液聚合物可获得不同的成膜性能,配方设计时应综合考虑水性油墨的高光、耐磨、高遮盖力及成膜性和耐粘连性与粘度的平衡,确定不同树脂和乳液相拼混的基料配比。另外,水墨的分散实验研究还表明 ,较低分子量的水溶性树脂可以分散更多的颜料而粘度未有明显上升。所以在配方和工艺设计时,兼顾乳液聚合物的不耐剪切特性,我们应使用较低分子量的基料对颜料先进行分散,后用较高分子量的树脂和乳液等进行调配的工艺。当然,还应考虑到选用合适的颜料和/或树脂分散体系和合适的颜料/基料比.使得颜料得到很好的分散并获得理想的水性油墨粘度。

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