水性凹印油墨光澤度的影響因素

為了探討水性凹印油墨的主要組分及質量分數對油墨光澤度的影響，固定油墨配方，制備分散性不同的油墨樣品;分別改變水性成膜樹脂和各種助劑的質量分數制備油墨樣品，測試樣品的粒徑分布、黏度等性能指標，利用IGTF1印刷適性儀在水松紙表面進行打樣，通過測量樣張的光澤度，研究水性凹印油墨光澤度的影響因素。實驗表明：水性凹印油墨體系的分散性以及水性成膜樹脂的質量分數對水性凹印油墨光澤度有很大影響;在水性凹印油墨體系中添加適量的基材潤濕劑、流平劑、蠟乳液等助劑，可改善水性凹印油墨在水松紙表面的光澤度。

食品包裝的安全性與人們的日常生活息息相關。水性凹印油墨具有無VOC排放、不可燃等優點，是一種非常前途的環保型印刷油墨，廣泛應用于綠色印刷包裝產業，成為一種新型的“綠色”包裝印刷耗材，具有廣闊的市場前景。油墨的光澤度是指油墨印樣在某一角度反射光線的能力，其光澤主要是靠連結料干燥后結膜而產生。油墨光澤度好，印品色澤鮮艷;光澤度差的油墨會降低產品的宣傳效果。

1、實驗部分

1.1 實驗材料

顏料：酞菁藍M-4000S(美利達顏料工業有限公司)；

樹脂：水性丙烯酸樹脂91-5、Joncryl617-A、Joncryl142(巴斯夫公司)；

基材潤濕劑：245、Do75、Twin4100(迪高助劑)；

流平劑：Glide100、Glide410(迪高助劑)、levaslipw-461、BASF蠟乳液；

助溶劑：無水乙醇(北京化工廠)；

溶劑：去離子水。

1.2 實驗儀器

IGT-2S型高速攪拌分散器、D2004W電動攪拌機、MicrotracS3500系列激光粒度分析儀(美國麥奇克公司)、IGT F1型印刷適性儀、TC-108DＲ/A多角度光澤度儀。

1.3 實驗方法

油墨制備：將酞菁藍顏料、分散樹脂、超純水和助劑等混合，用電動攪拌機進行預分散30min，再用高速研磨機研磨120min。

粒徑測試：使用MicrotracS3500系列激光粒度分析儀測量油墨樣品粒徑并進行分析，本文以95%油墨的粒徑進行分析。

基墨調�。焊鶕�凹印油墨對黏度的要求，將調稀樹脂溶液和助溶劑加入基墨，用電動攪拌機均勻分散。

打樣：用IGT F1型印刷適性儀在水松紙表面進行打樣。

光澤度測量:用TC-108DＲ/A多角度光澤度儀的75°角測量打樣樣張的光澤度。

2、結果與討論

2.1 油墨分散性對光澤度的影響

油墨分散性是指顏料顆粒在水或其他均勻液體介質中分散為細小粒子懸浮于分散介質中不沉淀的性能。油墨的分散性好，形成的膜層平滑度就高，樣張的光澤度也高。為了研究不同分散性對光澤度的影響，采用不同的研磨時間研磨制備油墨，用激光粒徑儀測量所制備的油墨樣品的粒徑d，觀察研磨效果，測試結果如圖1所示。

從圖1可以看出未研磨的樣品的粒徑d為1.903μm，研磨120min之后粒徑d變為0.431μm，樣品的粒徑d醉著研磨時間的增加而足部減小。用上述不用分散性的油墨配置墨后在水松紙表面打樣，測量樣張的光澤度，測量結果如圖2所示，可以看出，油墨的光澤度隨油墨分散性的改善而逐步升高。

2.2 成膜樹脂對光澤度的影響

成膜樹脂主要起到成膜的作用。為了探討油墨光澤度與成膜樹脂的種類和質量分數的關系，固定其他組分，分別添加不同之類、質量分數的成膜樹脂紙杯油墨樣品，實驗結果如圖3所示。

從圖3可以看出，成膜樹脂質量分數較低時，樣張光澤度隨成膜樹脂質量分數增加而升高，但超過一定質量分數時，光澤度反而降低;成膜樹脂的種類也能影響樣張光澤度，使用丙烯酸樹脂91-5的樣張在實驗中普遍達到較高的光澤度，而其余3種成膜樹脂在實驗中的效果欠佳。丙烯酸樹脂91-5添加量在20%時樣張光澤度達到最大，Joncr-yl142添加量在25%時樣張光澤度值最大，Joncryl617-A和水性聚氨酯添加量為30%時，樣張光澤度達到最大。

當適量添加成膜樹脂時，其干燥之后有較高的表面平滑度和光反射能力，因而能提高樣張的光澤度;但成膜樹脂過量添加時，成墨黏度過小，油墨樣品在水松紙表面的流動不穩定，干燥后樣張的光澤度下降。

2.3 基材潤濕劑對光澤度的影響

水性油墨以水為溶劑，水的極性和表面張力比一般的有機溶劑要高，表面張力是影響水性油墨光澤度的重要因素，油墨的表面張力高，阻礙了油墨在水松紙表面的流平和鋪展，樣張干燥之后墨膜表面不平整，漫反射增多，降低樣張的光澤度。

基材潤濕劑一般為表面活性劑，由親水基及親油基組成，當與固體表面接觸時，親油基附著于固體表面，親水基向外伸向液體中，使液體在固體表面形成連續相，這就是潤濕作用的基本原理。分別添加不同種類和質量分數的基材潤濕劑制備油墨樣品，實驗結果如圖4所示。

從圖4可以看出，3種基材潤濕劑在質量分數較低時，樣張光澤度都隨著基材潤濕劑質量分數的增加明顯升高，基材潤濕劑質量分數達到一定量時，樣張光澤度隨著基材潤濕劑質量分數的增加而逐漸降低。在Tego245和Twin4100添加量為0.5%左右時，Do75添加量在1%時樣張光澤度最高�；�材潤濕劑的種類也對樣張光澤度有影響，Tego245可以使得樣張整體光澤度較高。

2.4 流平劑對光澤度的影響

流平劑能有效改善油墨在水松紙表面的流動性，改善油墨的流平性，從而使水性凹印油墨有較高的光澤度。固定體系中其他組分，改變流平劑質量分數制備油墨樣品，實驗結果如圖5所示。

從圖5可以看出，樣張的光澤度隨著流平劑質量分數的增加而升高，當流平劑質量分數超過一定值后，樣張光澤度隨著流平劑質量分數的增加而降低。油墨中流平劑Glide100和Glide410添加量為1%、levaslipw-461質量分數在1.5%左右時各自的樣張達到最大光澤度，過量添加反而導致光澤度下降。

添加適量的流平劑能使油墨均勻流動并覆蓋在樣張表面，降低墨膜上下層對流速度，干燥后樣張光澤度相應提高，但過高的流平劑質量分數使墨膜的流平不穩定，干燥后樣張光澤度相應下降。

2.5 蠟乳液對光澤度的影響

在水性油墨中加入適量的蠟乳液可提高樣張光澤度，加入蠟乳液能影響墨膜表面光反射效果，微小光滑的球形蠟顆粒在油墨干燥過程中可均勻分散在樣張表面，彌補膜層表面的微小缺陷，提高樣張表面的光澤度。固定體系中其他組分，改變蠟乳液的質量分數制備油墨樣品，樣品光澤度與蠟乳液質量分數之間的關系如圖6所示。

由圖6可以看出，樣張的光澤度隨著蠟乳液質量分數的增加先增大后減小。蠟乳液添加量為1%時得到樣張光澤度的最大值，之后，隨著蠟乳液用量的繼續增加，光澤度下降。

在成膜過程中，蠟存在“漂浮效應”，易在表層形成一層“蠟膜”。當加入較少量蠟乳液時，涂膜表面的蠟顆粒分布較均勻，降低了涂膜表面粗糙度，光反射量較多，光澤度隨之提高;隨著蠟乳液質量分數的增加，涂膜表面的蠟顆粒會出現“堆疊”，分布不均，漫反射增多，光澤度隨之降低。

3、結論

油墨的分散性和成膜樹脂的種類、質量分數對油墨的光澤度有較大影響，分散性越好，油墨光澤度越高；使用水性丙烯酸樹脂91-5質量分數在20%時樣張達到最大光澤度;流平劑可改善油墨的表觀性能，流平劑Glide100添加量在1%時可使樣張達到最大光澤度；質量分數為0.5%的基材潤濕劑245可以使得樣張獲得最高的光澤度；蠟乳液的加入可顯著提高樣張的光澤度，且BASF蠟乳液質量分數在1%時，樣張光澤度最高。

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