消泡剂在水基油墨中的应用与研究

水基油墨的消泡问题一直是其优劣评价的一项重要指标。如果在印刷过程中产生的气泡逐渐增多，但消泡效果不好，就会直接导致印刷无法继续进行，从而影响印刷效率。

一、相关概念
1.泡沫形成和破坏的简要机理
⑴泡沫形成机理
气泡，是成团的气体被液体的薄膜壁分割包围而成。气泡壁本身能形成一致的几何型，三个气泡壁（薄膜）遇在一起时，形成120°角。当含有两种以上的组分时才能形成气泡，纯液体不能形成气泡，因为气泡中气体的体积分数一般都超过90%。当可溶于液体的表面活性剂的单分子薄膜出现在液体表面上时，就会出现气泡；液体表面的弹性也会导致气泡的产生。
⑵泡沫破坏机理
气泡本身是不稳定的，它的破坏一般是由于液体从气泡壁排挤入壁的边缘而产生的。膜壁内的分子运动就足以破坏液体膜而毁灭气泡结构。
⑶油墨中泡沫产生的原因
油墨中气泡的产生主要由以下因素所造成。
①表面活性剂的使用。为了改善油墨的某些性能，如颜料分散性、储存稳定性、流平性等，在油墨配方中加入各种表面活性剂等助剂，它们会改变油墨的表面张力，并产生气泡。
②油墨生产中，如在分散过程中会带进空气泡；在研磨分散中油墨自由能升高，有助于泡沫的生成。
③在印刷过程中，机器的油墨循环系统往往用泵进行油墨输送，也会使油墨体系的自由能升高，帮助产生泡沫。

2.消泡剂
⑴消泡剂的功用
大部分消泡剂的作用是在泡沫的表面铺开，使之在液面上取代气泡膜的分子。大多数工业上的消泡剂采用铺展溶剂或乳化剂作为载体，这样可保证消泡剂能很容易到达泡沫表面各部分，而起到有效的消泡作用。另一种方法就是在体系中加入一种良好的溶剂，使表面活性剂分散到液体中去，这样也可以大大减少气泡的形成。

⑵消泡剂的种类
①有机硅类。它是用途最广、效能最高的抑泡、消泡剂，由于它具有比泡沫稳定性更高的界面活性，因此用很少量就可以起到消泡作用。
②矿物油类。该类消泡剂一般由约80%的载体油、约15%的憎水颗粒和约5%的乳化剂、防腐剂及其他增效成分组成。载体油是脂肪族或芳香族矿物油，但芳香族矿物油易引起墨膜泛黄，且大量的芳香烃会造成生理危害，因此不如脂肪族的性能好。憎水颗粒一般是憎水的气相二氧化硅、硬脂酸盐、脂肪酸衍生物或聚脲化合物。乳化剂的作用是将憎水颗粒分散于载体油中，同时也对消泡剂混入油墨有正向促进作用。
③不含硅聚合物类。这是一类特殊的聚合物，它是通过不混溶性来发挥作用的。为了达到“混溶”与“不混溶”间的平衡，要有意识地改变聚合物的极性和相对分子质量（包括相对分子质量分布）。一般相对分子质量越大，越不混溶。但对聚合物类消泡剂来说，即使其混溶性很好，造成消泡效果太弱或完全没有消泡作用，也不会稳定泡沫，这是与有机硅消泡剂的最大不同。

⑶消泡剂使用不当的弊端消泡剂虽然对消除泡沫是有益的，但若使用不当，就会带来不利的影响。
①添加方法不当。大多数消泡剂加入体系中，如果不经研磨或高速分散，就不能发挥消泡作用。
②选择不当。消泡剂都有自己适合的体系，如适合苯类体系的消泡剂，在丙烯酸体系中未必能起到同样良好的作用，甚至可能起相反的作用；如有些消泡剂只适用于低光泽涂料，若用在高光泽涂料中就会造成光泽下降。
③使用过量。消泡剂使用过量，会影响油墨表面光泽，更可能直接导致印刷品质量下降。

二、实验部分
1.实验仪器
D-8401多功能调速搅拌仪，
颜色展涂器（K L O X 400线），察恩杯4#。
2.消泡剂添加不同比例对消泡作用的影响
大多数消泡剂加入油墨体系中需要经过研磨或高速分散，发挥作用才比较明显。添加比例是否适当，需要通过实际生产来验证。有的原料不能进行研磨或高速分散，只能在可研磨或高速分散的原料完成该过程后，再与其低速搅拌进行混合。为此，对油墨制造过程中的不同时间加入不含硅聚合物类消泡剂A（目前正在使用的消泡剂）所达到的效果进行分析（详见表1）。通过该实验发现，在研磨分散时加入0.4%消泡剂A与混合时加入0.3%消泡剂A时对油墨所起的消泡作用为最佳点。这一结论与相关油墨在实际生产过程中的效果相近。

注：实验方法按照消泡剂A的添加时间进行对比打样，并将这些样品稀释至相同黏度，用D-8401多功能调速搅拌仪以同一速度分别搅拌，采用目测观察完全消泡所用的时间。
3.消泡剂品种的选择
一般来说，以添加少量就能有良好消泡效果且稳定性能良好的消泡剂为宜，为此在油墨配方最初确定时就应对有关的消泡剂进行筛选，选好消泡剂及相关原料后方可进行生产工作。具体消泡剂选择得当与否的相关实验情况见表2～5。

注：实验方法按照以上消泡剂的添加量进行对比打样，并将这些样品稀释至相同黏度，用D-8401多功能调速搅拌仪以同一速度分别搅拌，采用目测观察完全消泡所用的时间。

通过实验分析可以看出，消泡剂A是最适合该品种水基油墨体系的消泡剂，消泡剂B、C由于用量大且效果差而被舍弃，消泡剂D则由于效果不佳也不适用于该体系的油墨。

4.消泡剂用量的选择
添加适量的消泡剂可起到最佳消泡及最大抑制发泡的作用，但是同时它也会给油墨带来负面作用，即需要找到最佳点。添加量偏小则使消泡效果不良，添加过量则会导致油墨印刷品质下降（如印刷过程出现实地部分有漏空现象）。为此对有机硅类消泡剂E（目前正在使用的消泡剂，标准添加量为0.2%）做过量实验予以验证，具体数据如表6所示。从表6可以看出，消泡剂过量对印刷效果有相当大的不良影响。

注：实验方法按照以上消泡剂的添加量进行对比打样，并将这些样品稀释至相同黏度，用展涂器（K L O X 400线）对比展色，观察印刷效果，展涂效果评价5～1分为优～劣；同时再用D-8401多功能调速搅拌仪以同一速度分别搅拌，采用目测观察完全消泡所用的时间。