助剂对水性油墨粘度影响的研究

高档柔版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速度受到极大影响。为解决干燥问题，印刷厂一般采取提高温度，降1氐湿度以及提高风速、风量来促进水的蒸发，但势必会增加额外的投资：油墨制造商则应从配方的角度来解决这一难题，即水性油墨配方的高固体分化，减少油墨向被印刷基材转移的量(可通过降低版深实现)。于印刷厂而言，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，但为获得好的着色力，必须加大油墨膜的厚度，反而不利于干燥的进行；二是提高颜料含量，在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。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。本文主要讨论了助剂(含共溶剂)对水墨粘度的影响，为获得理想的水墨应用粘度提供一定的理论依据。

一、实验部分
1．主要原材料
丙烯酸树脂，Tg=98ºC，酸值一205 mgKOH／g，MW6 500，用作分散树脂：高色素碳黑；聚丙烯酸酯，用作消泡剂：A1，聚氧乙烯辛基酚醚硫酸酯钠盐，用作分散剂：A2，乙炔乙二醇类，用作分散剂；A3，E0／P0嵌段共聚物，用作分散剂；A4，聚氧乙烯脂肪醇缩合物，用作分散剂。

2．基础配方

3．实验装置
本实验采用介质磨(砂磨)的小试设备，通过介质珠对颜料施加作用力以及盘式叶轮的高速旋转产生离心力而实现分散。介质磨中使用玻璃珠为研磨介质，其体积为分散物料体积的100％，如图1所示：

4．油墨性能表征方法
(1)着色力Tint ing Strength参照GB／T 13217．6-91检测
(2)光泽Gloss参照GB／T13217．6—91检测
(3)细度Finess按GB／T13217．3-91检测
(4)粘度ViSCOSity按GB／T13217．4检测
(5)量杯法：#2查恩杯涂#4杯：旋转粘度计法：采用Brookfield RVT型粘度计
(6)表面张力Sensadyne 6000表面张力仪，油墨／水= 1／1，25℃

二、结果和讨论
1．分散剂的影响
为考察分散剂对水墨体系粘度的影响机理，同时也兼顾分散剂对分散效果的影响，我们初选了几种润湿分散剂进行实验，首先利用水分散方法测定其HLB值(亲水亲油平衡值)，即将少量表面活性剂与水相混，观察最终分散体的性质而粗略评价某一表面活性剂的HLB值，结果见表2。其中，不溶或无分散为1～4，不稳定或分散不良为5～6，经强烈摇荡后呈乳状分散体为7～8，稳定的乳状分散体为9～1O，半透明或灰色分散体为11～13，清澈溶液为>13。按预定的基础配方和预定的研磨程序，考察了不同的润湿分散剂对粘度及分散效果的影响。

由表3结果可看出，A1、A2、A3、A4都能较显著地降低水墨的动态表面张力，其中以A1、A2所在的配方(分别是聚氧乙烯辛基酚醚硫酸酯钠盐和乙炔乙二醇)最为显著，而且较低的表面张力对粘度的降低也较明显。实际上，在设计油墨配方时，分散剂引起粘度大幅度下降是分散剂分散力很实际的功能。我们还看到，A3、A4有明显的稳定泡沫作用(可能由于A3、A4的高分子结构不易移动)，这势必会增大消泡剂的用量，而消泡剂用量的增大可能导致鱼眼、缩孔等缺陷的增加。另外，可能由于A1、A4的亲水性强使得其耐水性降低，这也将影响其干燥性能。高的动态表面张力和稳泡倾向都明显影响了其分散效果，加入的润湿分散剂在降低粘度和提高分散性能同时，还应考虑对油墨的成膜性能的影响。以上实验结果表明，只有A2在0．5wt％用量时，显著降低表面张力和粘度，同时获得了理想的分散性能和较好的成膜性能。当然，调整助剂的用量进行进一步的实验可能改进助剂的使用性能。

2．助溶剂的影响
在为提高水墨干燥速度的配方进行设计和实验时，我们发现，加入某些助溶剂不仅可以提高初干性，同时体系的粘度也得以降低。因此选用工业上常用和易得的异丙醇为助溶剂，通过实验考察助溶剂对水墨粘度的影响。以表面活性剂A2以及A2和异丙醇的混合使用为对比样，实验步序和测定方法同上。

由表4的实验测试结果看出，单独使用醇类或者A2或者A2的混合使用都能使表面张力大大降低并可获得近似的性能，即5％的异丙醇在降低表面张力，提高润湿性能和印膜效果均可与0．5wt％的A2等同，且没有发现麻点等缺陷。为降低成本提供了余地。由此，对VOCs(有机挥发物)要求不高的印品中，水墨体系可部分使用润湿剂。

3．胺化试剂对水墨粘度的影响
水墨树脂的胺化过程由图2可见。

在印刷过程中，随着挥发性胺化试剂的挥发，导致水墨pH值的下降，我们知道pH值的下降将导致水墨体系粘度的上升和水墨体系的不稳定。从图3中的实验结果可看出，使用氨水胺化R1树脂在pH值为8．5以下时粘度急剧上升。现在虽报导有新研制成功的中性pH产品，该产品改变了现有的标准碱溶性聚合物pH值敏感特性，并且中性pH产品不用多余的氨水来溶解树脂，最合适的pH值应用范围在6．5～7．2，但这类树脂目前商品化的不多，在国内也没有供货。由于pH的稳定性直接影响水墨粘度和粘度稳定性，因此，我们进一步探讨了胺化试剂对水墨体系pH值及其粘度稳定性的影响。

表5中列出了具有不同性质的胺化试剂并测定了它们的碱中和能力。可以看出，在配方中使用2一氨基一2一甲基一卜丙醇所需的量比氨水和单乙醇胺少。由于氨水的相对弱的碱性且更易挥发，因此，用氨水作为胺化试剂时油墨的pH稳定性差，由此进一步影响水墨体系粘度的稳定性。

图4比较了使用三种胺化试剂胺化的水墨体系在高温下贮存两个月中pH值的变化规律。

从图中可看出，2一氨基一2一甲基一卜丙醇(曲线1)优于单乙醇胺(曲线2)、单乙醇胺优于氨水(曲线3)，加氨水的油墨体系的pH从9．2降N7．4；而加2一氨基-2-甲基-i-丙醇和单乙醇胺的pH值仍未低于8．0。同时，在分散研磨试验中还发现，随着分散的进行，温度升高，2一氨基一2一甲基一卜丙醇和单乙醇胺的pH稳定性比氨水高；另外氨水用量高还带来了对包装桶的腐蚀等问题。对于多孔基材的印刷，由于纸张多孔表面的吸水性能，2一氨基一2一甲基一卜丙醇或单乙醇胺的使用对干燥时间及耐水性不会造成负面影响，兼顾成本和性能(气味、干燥性和增塑性)，为获得粘度稳定的水墨体系，可选定使用2一氨基一2一甲基一卜丙醇或单乙醇胺和28％氨水的掺和物作为中和碱溶性树脂的胺化试剂。为了使油墨具有最佳的综合性能，另一种建议使用的方法是在色浆的制备中使用2一氨基一2一甲基一卜丙醇，调稀时使用氨水。