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随着印刷技术的发展和人们环保意识的增强, 水基油墨的应用越来越广泛。目前, 最主要的应用领域在柔性版印刷和凹版印刷。水基油墨, 可以用水或乙醇稀释, 可以用自来水冲洗, 但印到承印物上干燥后却能够形成耐水的膜层。水基油墨的最大优点, 是明显地减少了VOC( 有机挥发物) 向大气中的排放, 从而可有效地减少有害溶剂对人体的危害和对包装产品的污染, 特别适合于食品、饮料、药品、香烟等对卫生要求严格的产品的包装印刷。然而, 由其组分性质所决定, 水基油墨有一个显著的特点—— 容易起泡。泡沫会影响印刷过程的顺利进行和印刷品的质量。
1 泡沫的形成与消除
泡沫属于气体分散于液体的分散体系。泡沫是成团的气体被液体膜包围分割而形成的, 而泡沫破坏的过程则是隔开气体的液体膜由厚变薄, 直至破裂的过程。影响泡沫稳定性的因素, 主要取决于液体膜变薄的速度( 即液层中液体流失的速度) 及液体膜的强度。
在泡沫生成时, 液体的表面积增加, 体系能量增加; 泡沫破坏时, 液体的表面积缩小, 体系能量降低。从能量角度看, 降低液体的表面张力有利于泡沫的形成, 而具有较高表面张力的液体不易形成泡沫。不过, 低表面张力却不一定有助于泡沫的稳定。只有当液体膜具有一定强度, 能形成多面体气泡时, 低表面张力才有助于泡沫的稳定。水基油墨属于液体油墨, 比胶印油墨稀得多, 在油墨印刷传递过程中容易混入气体而产生泡沫。水基油墨的连结料由溶液型或乳液型树脂、水和少量乙醇及助剂制成。树脂需经氨化反应才能溶于水, 此类水溶性树脂具有皂类结构, 容易产生气泡。另外, 为了提高水基油墨对承印材料的附着性, 需加入某些表面活性剂以降低体系的表面张力, 而较低的表面张力会促使气泡的产生。因此, 在用水基油墨进行印刷时往往需要加入消泡剂。消泡剂的应用与提高泡沫稳定性的措施是相抵触的。有的消泡剂系通过化学反应达到消泡的目的( 如酸或钙盐能破坏皂膜) , 而大多数消泡剂则是通过进一步降低体系表面张力, 使自己易于在液体表面铺展和吸附, 从而降低液体表面膜强度来达到消泡目的。消泡剂的种类多种多样, 除醇类、脂肪酸类、磷酸脂、酰胺等外, 硅油也是一种常用的优良的消泡剂。它既可以用于水性体系, 也可以用于非水体系。硅油的表面张力极低, 加入水性体系中, 会优先吸附在液膜上, 使所形成的膜具有比原来成泡膜表面更低的表面张力。照理这更容易产生气泡, 但由于硅油类消泡剂属短链烃类, 虽具有更低的表面张力, 却能使所形成的表面膜强度很低, 因而可促使气泡破裂, 从而有效达到消除气泡的目的。
2 实验部分
2. 1 消泡剂性能测试
实验仪器: 量筒( 200ml ) , 利用量筒刻度检测记录泡沫高度。吹泡机( 见图1) , 带有吹泡头和0～220V 可调变压器, 调节电压高低控制吹入的气流量。
实验材料: 北京裕金化工厂产水基油墨, 颜色分别为红, 绿, 青, 黄, 每种用量100ml。消泡剂, 型号分别为: HDW838, S202, CF246, S062,CF16。
图1 吹泡装置示意图
将量筒冲洗干净, 把吹泡机的吹泡头置入量筒内, 并向量筒中加入水基油墨至100ml 处。将变压器的电压调至100V, 向水基油墨吹气, 使水基油墨产生气泡。待气泡不再上升趋于稳定后, 记录泡沫高度。然后, 逐滴加入消泡剂, 并逐次记录泡沫的高度变化, 直至泡沫稳定( 注意, 每测试一种型号消泡剂后, 都必须将量筒和吹泡头清洗干净, 否则会引起误差) 。不同型号消泡剂对水基油墨的消泡效果比较, 如表1～4 所示。
2. 2 消泡剂对水基油墨表面张力的影响
实验仪器: T G328 B 分析天平, JzhY1- 180 表面张力仪, 微量注射器( 1 ml ) 。
实验材料: 北京裕金化工厂产水基油墨( 红, 绿, 黄色) , 上述型号消泡剂。
先用分析天平和微量注射器测出每种型号消泡剂的每滴质量( 用微量注射器滴下的每滴液体量是非常精确的, 在本实验中1ml 消泡剂可形成20 滴小液滴, 这样即可得知每滴的质量) 。再用分析天平称量水基油墨的质量, 每种颜色墨样25g 。用微量注射器逐滴把消泡剂注入盛有水基油墨的玻璃皿中, 得到消泡剂加入量不同的水基油墨。然后, 在常温( 20°C ) 下用JzhY1- 180 表面张力仪测量各种墨样的表面张力值, 实验结果如图2～4 所示。
2. 3 消泡剂对水基油墨光泽度和干燥性的影响
实验仪器: IGT AIC2- 5 印刷适性仪, U GV – 5D 光泽度仪, 刮板细度计, 秒表, 米尺。
实验材料: 单面铜版纸( 80g / m2 ) , 消泡剂加入量为0. 5%的水基油墨( 红, 黄色) 。
以加入0. 5%消泡剂的水基油墨为样品, 使用100 线/ 英寸的网纹辊在印刷适性仪上打印出相同墨层厚度的实地样条, 待彻底干燥后, 用光泽度仪测量样条的光泽度。测试条件: 白度标定为20. 9, 反射角45°。实验数据如表5～6 所示。
在0～100um 规格的刮板细度计上测量上述加放0. 5%消泡剂的水基油墨的干燥性。先将油墨放入刮板细度计的凹槽内, 用刮刀沿凹槽刮平。启动秒表, 经15s 后迅速覆盖上空白纸张并转压, 移开白纸, 用米尺测量出未沾墨迹的长度( 以mm/ 15s 表示) 即为油墨初干性。实验结果如表7～8 所示。
3 分析与讨论
( 1) 通过对消泡效果实验数据处理, 绘制出消泡效果直观图( 见图5) 。从图中可以看出, 对不同颜色的水基油墨, 以S062 型号消泡剂的消泡效果比较理想, 型号CF16 和HDW838 的消泡效果较差。这表明, 对本实验所取的水基油墨体系, 以S062 型号的消泡剂的消泡能力最强。
( 2) 从消泡剂消泡效果与体系表面张力的关系实验可以看出, 消泡效果越好的消泡剂, 如S062, 体系的表面张力相应越低。这说明消泡剂极强的铺展能力能促使泡沫破裂, 这与理论所述是吻合的。该实验还证明, 当消泡剂的加入量达0. 3% ～0. 5%时, 体系表面张力达到最小。即使再多加入消泡剂, 也不会进一步增强消泡效果。相反, 过多的消泡剂会影响水基油墨的使用寿命。
( 3) 加入消泡剂后, 水性油墨的初干性有所提高, 但对印刷品的光泽度却会产生不利的影响。特别是使用消泡效果较好的S062, 会使印刷品墨膜的光泽度降低, 而消泡效果一般的CF246 却能增加墨膜的光泽度。光泽度较低一直是水基油墨的一个缺陷, 一般可通过选择树脂与乳液的品种, 调整各组分的配比, 或者印后通过上光、覆膜处理来提高印刷品的光泽度。
以上结论是基于实验室的数据得出的, 至于在实际印刷生产中的表现, 则需要进一步验证。
