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0 前言
我国自20 世纪80 年代开始，胶印油墨逐渐取代了凸印油墨，至今胶印油墨的生产和应用已有30多年的历史。如今胶印油墨的生产总量约占全国油墨总产量的50%~60%，占据了油墨的大部分市场；其中又以单张纸胶印油墨的量最多，约占胶印油墨量的70％左右，而单张纸胶印黑墨又占其总量的10％以上。
油墨是由树脂、颜料、溶剂油、助剂组成的，配方组成中各个组分的特性及其用量在很大程度上决定了油墨的性能。在生产黑色印刷油墨时，存在的一个最大问题是炭黑颜料分散困难，这是由于炭黑的基本性质（粒径、结构、表面化学性质）所致，而其分散性能的好坏将直接影响油墨的质量。如果仅仅通过单一的改变生产工艺——增加研磨时间来改善炭黑的分散性能，其结果往往是事倍功半。为了改善炭黑的分散性能，国内外已经进行了比较多的研究工作。在众多方法中，添加超分散剂是一种最简单又最有效的方法，不仅节约生产工时，而且大大提高了油墨的质量。本文研究了超分散剂的添加量对油墨的流变性、吸水率以及印刷品光学性质的影响。
1 单张胶印黑墨和印刷样品的制备
1.1 原材料
改性酚醛树脂，自制；醇酸树脂，自制；超分散剂，市售；P.BK 7 炭黑，上海焦化化工发展商社；高沸点煤油（270~310℃），市售；异辛酸钴，上海长风化工厂；异辛酸锰 ，上海长风化工厂。
1.2 参考配方
单张胶印黑墨的参考配方如下：
原料 质量分数/%
树脂连接料 57~53
超分散剂 0~4
炭黑颜料（P.BK 7） 25
高沸点煤油 15
异辛酸钴 1
异辛酸锰 2
总计 100
1.3 油墨的制备工艺
研磨：按参考配方称取树脂连接料和超分散剂，经高速搅拌机充分搅拌均匀后，加入炭黑颜料；待炭黑与连接料混合均匀后，再以大于18 m/s 的速度分散15 min，将混合的半制品经立式球磨机——三辊机研磨，直至油墨细度合格（刮板细度小于12.5 μm），用时约4 h。调稀：在低速搅拌下，加入起稀释作用的高沸点煤油以及催干剂，调整至指标范围，用时约30 min，备用。
1.4 印刷样品的制备
分别量取0.1 mL 油墨在RI 印刷适性仪上展色，之后将制成的样张放置24 h，待其完全干燥后进行光学密度、光泽和色差的测定。
2 油墨性能的测试与表征
测试环境：恒温（25±1）℃，相对湿度（65±5）%。
油墨表观粘度、屈服值的测定：按照ASTM D4040—99 用拉雷粘度仪（落棒粘度仪）进行测试。
油墨粘性的测定：按照GB/T 14624.6—1993 用油墨表（inkometer）进行测试。
油墨流动度的测定：按照GB/T 14624.3—1993测试。
油墨吸水率的测定：按照ASTM D 4942—89 用DUKE仪进行测试。
印刷样品的光学密度测定：用X-Rite 密度计进行测试。
印刷样品的光泽测定：按照ASTM D 523—53T用镜向光泽度计进行测试。
3 结果与讨论
在油墨工业中，超分散剂已得到广泛应用，尤其是应用于黑墨的生产，然而科学地表征超分散剂的分散作用至今没有统一的方法。目前，在胶印油墨行业中是以测定油墨的流动度来表征其分散作用。试验表明：超分散剂的添加量不仅影响油墨的流变性能，而且影响油墨的乳化率以及最终印刷品的光学性质。
3.1 对油墨流变性的影响
流变性是一个复杂的物理性质，胶印油墨的流变性是指油墨的流动、表观粘度、屈服值、粘性和触变性。通常我们将胶印油墨的流变性称为油墨的粘稠度，它在印刷过程中起着重要的作用——影响油墨的分离和转移、网点还原以及承印物（如：纸张）表面的平滑度。
3.1.1 超分散剂用量对油墨流动度的影响
在恒温条件（35℃）下测定超分散剂用量与油墨流动度的关系，结果如图1 所示。由图1 可知：在黑墨体系中，超分散剂的用量有一最佳值。随着超分散剂用量的增加，油墨的流动度增大；初始体系中超分散剂的浓度较低，炭黑颜料表面所吸附的超分散剂较少，吸附层的空间屏蔽作用不稳定，表现为油墨流动度偏小；而当超分散剂的添加量大于2.5%时，流动度的增加量也极其有限，此时吸附在炭黑表面的超分散剂已达到饱和，即使再增加用量也无助于流动性能的改善。
3.1.2 超分散剂用量对油墨表观粘度、屈服值的影响
表观粘度和屈服值是胶印油墨的重要质量指标，它不仅影响印刷的质量，而且还与印刷速度密切相关。在印刷过程中，如果油墨的表观粘度过低，那么油墨分离和转移的能力会变差；而屈服值过低则会导致印刷网点还原差。因此将油墨的表观粘度和屈服值控制在一个适当的范围内相当重要。在恒定的剪切速率（250 s-1）下测定油墨的表观粘度和屈服值，结果如图2 所示。由图2 可知：随着超分散剂用量的增加，油墨的表观粘度急剧降低。当超分散剂用量大于1.5％时，油墨的表观粘度几乎达到了最小值，继续增加用量，粘度曲线的变化趋势很小，即出现文献所述的“平稳效应”。油墨表观粘度不再降低的原因是超分散剂使颜料与连接料之间的亲和性达到了平衡。然而体系的屈服值的变化趋势则不同于表观粘度，可能的原因是超分散剂对体系中的树脂来说是一种良溶剂。
图2 超分散剂用量与油墨的表观粘度、屈服值的关系
3.1.3 超分散剂用量对油墨粘性的影响
粘性是指油墨墨膜分离成两个表面所需的力。粘性同样影响印刷品的质量，如果油墨的粘性过低，会导致网点清晰度和套印性差；粘性过高的话将拉坏纸张。超分散剂用量与油墨粘性的关系见图3。从图3 所示的结果来看：我们认为超分散剂的用量对油墨粘性的影响很小，可以忽略。
图3 超分散剂用量与油墨粘性的关系
3.2 超分散剂用量对油墨吸水率的影响
胶印是利用油水不相容、印版图文部分选择性吸附油墨的基本原理实现油墨转移。印版表面同时存在油墨和水，并保持平衡，其目的是既要保持图文印刷区最大的载墨量，使墨色鲜艳、饱和、网点清晰光洁，同时又要保持非图文印刷区高度干净整洁。正是由于胶印印刷方式的特殊性，所以要求油墨对水要有很好的稳定性。就胶印油墨而言，通常认为影响胶印印刷质量的有两大要素：一个是油墨的流变性能；另一个是油墨的吸水率。在实验室是以测试油墨的静态吸水率来表征其在实际印刷过程中的乳化程度，结果如图4 所示（其中超分散剂的用量为相对于颜料的含量）。
图4 超分散剂用量与油墨吸水率的关系
吸水率是衡量胶印油墨质量好坏的一个重要指标，通常认为在10 min 内油墨的吸水率小于60％比较理想。由图4 可知：随着超分散剂用量的增加，油墨的吸水率也随之增加；当超分散剂的用量大于4％时，油墨的吸水率远大于60％。图中曲线的斜率较大，说明油墨仍在吸水，尚未达到一个平衡点，而造成这个结果的唯一原因是添加了超分散剂。在剪切力的作用下油墨与水接触发生乳化不可避免，然而在体系中添加了超分散剂后，使得油墨的表观粘度、屈服值、表面张力降低，这样就势必导致油墨与水之间的界面张力降低，加剧了油墨的乳化。在印刷过程中，油墨的轻微乳化对油墨的印刷适性有促进作用，但油墨深度乳化，则会造成印刷故障。因此，控制胶印油墨吸水率是至关重要的。
3.3 对印刷样品光学性质的影响
3.3.1 对光学密度的影响
表1 是超分散剂用量与着色强度的关系，由表1 可知：油墨的着色强度随着超分散剂用量的增加，而逐渐增加；当其用量达到1.5％时，着色强度不再增加。而由图5 可知，印样的光学密度与着色强度的变化趋势不同，呈先增后降的趋势。究其原因：在体系中使用超分散剂虽然提高了颜料的分散效率——着色强度提高，使体系更稳定，但是随着超分散剂量的增加，体系的粘度降低，导致在印刷时油墨的分离、转移能力变差，故印样的光学密度降低.
3.3.2 对光泽的影响
用60°角的镜面光泽度计对印样进行测试，结果如图6 所示。由图6 可知：印样光泽度的变化趋势与着色强度的变化是一致的，在油墨体系中添加了超分散剂以后，印样的光泽度显著提高，最大增
幅达57％。
图6 超分散剂用量对印刷品光泽的影响
3.3.3 对颜色的影响
对印样做色差分析，结果如表2 所示。由表2可知：添加了1％超分散剂的印样比未添加分散剂的印样反射率更低、颜色饱和度更高，且偏蓝相，印品看起来更黑一些。
4 结语
超分散剂对油墨的表观粘度、屈服值、吸水率以及印刷过程中油墨的转移性影响较大，可有效提高油墨的着色强度和印刷品的光泽和饱和度。综合试验结果，在单张纸胶印黑墨体系中其最佳添加量为颜料量的4％。
