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颜料分散性对水性塑料凹印油墨性能的影响

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中国印刷与包装研究2012年第3期(第4卷) CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY Vo1.04 No.3 2012.6 研究论文 RESEARCH PAPERS 颜料分散性对水性塑料凹印油墨性能的影响 孙加振,魏先福,黄蓓青,宗小顺 (北京印刷学院印刷与包装工程学院,北京102600) 摘要油墨颜料分散性一直是高档水性油墨研发中一个至关重要的性能指标,本实验采用合适的颜基比和助剂制备 水性塑料凹印油墨基墨,再用与基墨有良好相容性的调稀树脂和助溶剂进行调稀,通过改变油墨研磨时间来改变油墨 分散效果,制备出粒径大小及粒径分布不同的油墨样品,从而研究油墨颜料的分散性对水性塑料凹印油墨性能的影 响。结果表明:随着油墨颜料分散性变好,即粒径变小、粒径分布变窄,油墨黏度呈现逐渐升高的趋势。此外,油墨 颜料分散性较好时,水性油墨在塑料表面的附着力较高,且颜料分散性对油墨印刷样张的光泽度以及高密度区域和低 密度区域色密度值也有一定影响。 关键词水性油墨;分散性;油墨性能 TS802.3 文献标识码A 文章编号1674—5752(2012)03—47—05 , 中图分类号Influence of Pigment Dispersion on the Performance of Water-Based PlastiC Gravure Ink SUN Jia—zhen,WEI Xian—fu,HUANG Bei—qing,ZONG Xiao—shun (School of Printing and Packaging Engineering,Beijing Institute of Graphic Communication,BeUing 102600,China) Abstract The dispersion of ink pigment is a critical performance indicator in the development of high—grade water—based ink. In order to get the water—based plastic gravure samples.the primary ink was prepared with proper pigment—resin ratio and ad— ditives;then the primary ik was minxed with good—compatible resin and cosolvent.The dispersion of ink Was changed by changing different grinding time.The ink samples with different particle size and particle distibutiron were obtained.The in— luence of ink pigmentf dispersion on the performance of water—based plastic gravure ik was studied.The results showed nthat the viscosity of the primary ink is decreasing with the ink pigment dispersion promoting,the distibutiron of particle be— coming fla ̄ow and the size becoming smaller.When the ink pigment dispersion is promoted,the adherence of ink will de— crease.The ink pigment dispersion has a certain influence on the gloss of the proof and the color density of the high density part and the low density part of ink proof. Key words Water—based ink;Dispersion;Ink performance 必然趋势。油墨颜料分散性一直是水性油墨印刷性能的 0引言 目前大多数塑料包装印刷,特别是食品、药品等软 包装印刷主要采用凹印技术 ,随着人们对健康及环境 保护的重视,应用水性油墨印刷塑料包装已经成为一种 收稿日期:2012一Ok4—27 修回日期:2012—05—04 关键指标,分散效果的好坏会直接影响油墨在使用过程 中的黏度、稳定性等性能,还会影响印刷墨层的附着 力、光泽度、色密度等性能。水性油墨颜料分散性除了 与油墨配方设计有直接关系以外,还受研磨设备、研磨 介质、研磨时间、研磨方式等因素的影响。 48 中国印刷与包装研究 夺实验通过改变研磨时间制备出不同分散特征的水 性叫印油墨,测试油墨黏度;使用油墨样品进行打样, 测试墨层的附着力、光泽度、色密度,为研究油墨颜料 分散性对水性塑料凹印油墨性能的影响提供理论数据。 1实验 1.1实验材料 颜料:联苯胺黄(蓬莱化工厂);树脂:AZR内烯 酸树脂(天津『5Ijf托兹精细化工有l;艮公司)、866l一2丙烯 酸树It ̄-?L液(北京东方 克力化上科技有限公司);助 剂:基材润湿_齐I J245(德国迪高助剂厂),分散剂750、 760(德 迪高助剂r一);助溶剂:无水乙醇(北京化J- r_’);印{f;JJ基材:PET塑料薄膜,膜厚约20 1TI(天津市 似字 料制品有限公司)。 1.2实验仪器 高速研磨机( 岛海通达专用仪器设备有限公 司),IG'l F1 印刷适性仪(荷兰IGT公司),s一3500 激光粒度仪(美国麦奇克何限公司),AR2000流变仪 (荚囤 仪器公司),(;loss Meter TC一108DPA光泽度 仪(It夺/j ̄-; 电色公司),x—Rite分’匕光度计(美国爱 色丽公卅)。 1.3实验方法 1)油拳制备:按一定颜矮比将颜料、分散树脂和助 剂混合后用机械搅拌器进行预分散,冉置于研磨机上进 行研磨分散,制备出基墨。根据凹印油墨对黏度等要 求,将侧稀树脂、助溶剂等加入基墨中,用机械搅拌器 搅拌均 ,制备出水性塑料凹印油墨样品。 2)分散性洲i式:使用S一3500激光粒度仪测韪油墨 的粒径及 分布,以95%的油墨颜料颗粒的最大粒径的 数值进行表征。 3) .{ :用IGT F1型印刷适性仪进行扣‘样。 4)黏度测试:用AR2000流变仪对油墨样品进行黏 度洲试。 5)附着力测试:以塑料薄膜为基材,将所需测试油 墨在 r Fl型印刷适性仪』二进行打样,然后用20mm× 20ram的3M胶带粘在样张刚穴深度为48 m区域,待粘 牢后用恒定拉力将胶带从塑料表面揭1 ,用面积为 20mm×20mm、画有100个小格的纸片衬在塑料底部,计 2012年第3期(第4卷) 算利余墨膜所占格数记录数值,斤以剩余攀 总墨膜 百分数作为附着力的评价标准。 6)光泽度测量:使用GIOSS Me rci‘I、c—l08DPA光泽 度仪选75。角测量打样样张的光泽度。 7)色密度测量:用分光 度计洲量打样样张高密度 部分和低密度部分的色密度值。 2结果与分析 2.1研磨时间对油墨颜料分散性的影响 为了考察研磨时间对油墨颜料分敞性的影响,实验 中控制研磨工艺参数不变,每隔10min从研磨机【十1取出 少量油墨样品,放置2h后 S一3500型激光牝度仪测试 样品粒径及粒i垒分布,测试结果如图l所示。 20 18 一()Ini r1 l6 一l0fflln 一l4 +20mjn g 12 三1O +30m.『1 8 卜40rain 6 一50ram 4 +60n1in 2 0 0 10 20 30 40 50 60 7(J 80 90 100 粒径分布(%) 图1不同研磨时间对分散效果的影响 Fig.1 Influence of grinding time on dispersion 从图1可以看到,随着研磨时『[1J增加,油墨样品的 分散性不同。达是由_}二在高速剪切研磨作用卜,随着时 间增加,颜料聚集体被分散至更小的粒 。同时,连结 料介质对新形成的颗粒表面润湿时所需能量远比未被润 湿的颗粒少,从而能够有效地分开颗粒,避绝粉碎的颗 粒发生再次聚集或凝聚 。最终通过改变研磨时间,得 到j^分散状态稳定、分散性 同的油墨样 ^。 2.2分散性对油墨黏度的影响 水性塑料[u1印油墨是将颜料颗粒分敞 高分子树脂 和水中的分散体系,体系黏度与颜料颗粒体积分数、分 散柑黏度以及颗粒『日】相互作 等有关。任濒料 粒 一定,分散相组分不变的条件f ,油墨黏度主婴由颜料 颗粒粒径人小和不 粒径的濒料颗粒分敞状态所决 定 。为了研究不同分散状态下油墨黏度变化,仃I s 剪切速率F使用AR2000流变仪测量油墨黏度,结果如 图2所示。 从 2叮以看出,油墨黏度随着油墨颜料颗粒分散 孙加振等:颜料分散性对水性塑料凹印油墨性鲤 影响 粒径的减小而呈逐渐升高的趋势。初步分析可能是由两 研究论文 墨层越致密,在受到胶带相同的撕拉力时,墨层结构不 易被破坏 。另外,随着颜料颗粒分散粒径的减小,墨 层表面粗糙度逐渐降低,减小了胶带与墨层的接触面 积,从而使墨层不易被剥落,附着力提高。 2.4分散性对墨层光泽度的影响 为了研究不同分散状态的油墨样张光泽度变化,利 个因素决定的,其一是当整个体系中的颜料颗粒以小粒 径均匀分散在体系中时,体系的黏度高于以大粒径均匀 分散在体系中时的黏度,其二是颜料颗粒粒径较小时, 体系容易形成致密的凝聚结构(空间网状结构),从而 导致黏度升高。随着油墨颜料颗粒分散粒径的减小,这 两个因素同时影响油墨黏度,导致油墨黏度不断升高。 粒径( In) Fig.2 Relationship bet图2颜料分散性与油墨黏度的关系 ween dispersion and viscosity of ink 2.3分散性对油墨附着力的影响 水性塑料凹印油墨的承印物是表面能较低且光滑度 较高的塑料薄膜,提高墨膜在承印物上的附着力一直是 油墨制备研究的一个关键点。印刷后,如果油墨在承印 物上无法牢固附着形成图文,那么印刷品就无法完成。 塑料薄膜印刷过程中,油墨附着性差将导致一系列的印 刷问题,如薄膜收卷时墨层被剥落、背面蹭脏,从而形 成废品 。因此,提高油墨附着力能够为印品质量提供 很好的保证。 本实验通过IGT F1印刷适性仪利用不同分散状态的 油墨进行打样,用胶带粘贴法测试样张上墨层附着力, 测试结果如图3所示。 粒径( m) 图3颜料分散性与墨膜附着力的关系 Fig.3 Relationship between dispersion and adhesion of ink 从图3可以看出,随着油墨颜料颗粒分散粒径减 小,油墨附着力逐渐增强,当分散粒径小于5 !Q3时,油 墨的附着力达到最优状态,墨层几乎不会脱落。在成膜 树脂不变的情况下,印刷油墨颜料颗粒分散粒径越小, 用不同分散状态的油墨样品进行打样,测试样张实地色 块在75。角时光泽度值,测试结果如图4所示。 粮径( m) 图4颜料分散性与墨层光泽度的关系 Fig.4 Relationship between dispersion and gloss of ink 从图4可以看出,随着油墨颜料颗粒分散粒径减 小,样张上墨层光泽度值不断升高。光泽度值反映的是 一定量光线入射到墨层表面后反射出的光线强弱,这与 墨层的粗糙度有一定关系。墨层表面粗糙度随着颜料粒 径减小逐渐降低,墨层表面平滑度提高,镜面反射光增 加,样张的光泽度值逐渐升高 。因此,油墨分散状态 越好,打样样张表面越平滑,墨层光泽度越高。 2.5分散性对油墨色密度的影响 色密度是指彩色画面的密度,用透射率或反射率倒 数的10进对数表示。考虑到塑料薄膜的特点,本实验采 用反射密度计进行测量。实验时在样张下面放一张铜版 纸,测量无墨层部分塑料薄膜的色密度值作为标准值, 然后用测量出的有墨层部分的色密度值减去标准值即油 墨印刷后色块的色密度值。 为了研究不同分散状态的油墨印刷后色密度的变 化,测试了不同分散状态的油墨样张色块的色密度值, 样张高密度部分(即网穴深度为48“iTt的暗调区域)、低 密度部分(即网穴深度为14 m的高光区域)色密度与油 墨分散性之间的关系如图5、图6所示。 从图5和图6可以看出,随着油墨颜料颗粒分散粒 径的减小,打样样张上色块的色密度值不断升高。这一 结果可以从色密度测量原理的角度进行分析。当光线 50 中国EP J ̄J与包装研究 入射到墨层后,颜料吸收r大部分的光线,只有少部分 没有被吸收的光线穿过墨层到达底部的承印材料后反射 出来,被仪器的传感器检测到。如图7所示,随着油墨 颜料分散料径的减小,墨层中颜料颗粒排列越紧密,入 射到墨层中被吸收的光线会增加,反射出的光线就会减 少,打样样张的色密度值逐渐升高。因此,油墨颜料颗 粒粒径越小分散性越好,墨层中颜料颗粒的排列越紧 密,入射到墨层中被吸收的光线越多,而反射出的光线 会逐渐减小 ,相应的,暗调区域色密度值和高光区域 色密度值就越大。 怖 姐] 登 凶 粤 船 粒径(um) 图5油墨颜料分散性对暗调区域色密度的影响 Fi2.5 Influence of pigment dispeision on the color density of shaded area 毡 懈 餐 l哩 粒径(u rf1) 图6油墨颜料分散性对高光区域色密度的影响 Fig.6 Int】Hence of pigment dispersion on the color density 0f high light area 光线…//…线 光线… 光线 ●●● ●●●● ●●● ●●●● ●●● ●●●● ●●● O●●OQ ●●● -OO ●●●● O O O ●●●● ●●O ・・ ・・ ●●● ●●●O ●●● ●●●● ●●●● 图7不同分0散f 状态f的油墨对入Fig 7 Ag.7射线吸收情况bsorptionincdeiftlight ofthe ink nnderdiiferent dispersion states 2012年第3期(第4卷) 3结论 作为水性油墨印刷性能的关键指标,油墨颜料分散 性对印品墨层的附着力、光泽度、色密度等性能其有重 要的作用。本文通过对颜料分散性与水性塑料Luj印油墨 性能的影响关系进行一系列的吠验研究,得到如下 结果。 1)当颜料颗粒含量一定,分敞棚组分不变的条件 l ,油墨黏度主要由颜料颗粒的粒径火ib ̄-il颜料 粒的 分散状态所决定。随着颜料分散粒径的减小,iill墨黏度 不断升高。 2)在成膜树脂不变的情况下,油墨颜料 分散粒 径越小,墨层越致密、表面粗糙度越低,在受到胶带十}{ 同撕拉力作用时,墨层结构就越不易被破坏,油拦附着 力越高。 3)墨层表面的粗糙度随着颜料颗粒分散粒径的减小 逐渐降低,墨层表面平滑度提高,镜而反射光增加,油 墨样张的光泽度值逐渐升高。 4)油墨颜料颗粒分散粒径越,J、,墨层中颜料颧粒的 排列越紧密,入射到墨层中被吸收的光线越多,iifj反射 出的光线会逐渐减少,相应的暗渊 域密度 和高光 域密度值就越大。 参考文献 [1】 伍秋涛.实用塑料凹版印刷技术【M】.北康:EiJ埽lJ[业 Ⅲ版社,2007:39. wU Qiu—tao.Plastic Gravure Printing Technology_M]. 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XIANG Yang,WANG Jie—xian,QI Xiao—kun.Printing process and printing materials Material and Printability[M].Beijing:Graphic Communi— cations Press,2000. 作者 孙加振(1989年一),硕士;主要研究方向 ail■ ▲ 一:j~iaz耽一旆hen_986@1 一  叫一为印刷材料。一 26.c~一删 om ~一  一 . SUN Jia—zhen,born in 1989.He got熄一 搦一~唰岫一.~ 誊一~蚕 t he mas— ter degree and his main research direct~=一ion i主l; s printing materia1. 

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