水性凹印油墨光泽度的影响因素

为了探讨水性凹印油墨的主要组分及质量分数对油墨光泽度的影响，固定油墨配方，制备分散性不同的油墨样品;分别改变水性成膜树脂和各种助剂的质量分数制备油墨样品，测试样品的粒径分布、黏度等性能指标，利用IGTF1印刷适性仪在水松纸表面进行打样，通过测量样张的光泽度，研究水性凹印油墨光泽度的影响因素。实验表明：水性凹印油墨体系的分散性以及水性成膜树脂的质量分数对水性凹印油墨光泽度有很大影响;在水性凹印油墨体系中添加适量的基材润湿剂、流平剂、蜡乳液等助剂，可改善水性凹印油墨在水松纸表面的光泽度。

食品包装的安全性与人们的日常生活息息相关。水性凹印油墨具有无VOC排放、不可燃等优点，是一种非常前途的环保型印刷油墨，广泛应用于绿色印刷包装产业，成为一种新型的“绿色”包装印刷耗材，具有广阔的市场前景。油墨的光泽度是指油墨印样在某一角度反射光线的能力，其光泽主要是靠连结料干燥后结膜而产生。油墨光泽度好，印品色泽鲜艳;光泽度差的油墨会降低产品的宣传效果。

1、实验部分

1.1 实验材料

颜料：酞菁蓝M-4000S(美利达颜料工业有限公司)；

树脂：水性丙烯酸树脂91-5、Joncryl617-A、Joncryl142(巴斯夫公司)；

基材润湿剂：245、Do75、Twin4100(迪高助剂)；

流平剂：Glide100、Glide410(迪高助剂)、levaslipw-461、BASF蜡乳液；

助溶剂：无水乙醇(北京化工厂)；

溶剂：去离子水。

1.2 实验仪器

IGT-2S型高速搅拌分散器、D2004W电动搅拌机、MicrotracS3500系列激光粒度分析仪(美国麦奇克公司)、IGT F1型印刷适性仪、TC-108DＲ/A多角度光泽度仪。

1.3 实验方法

油墨制备：将酞菁蓝颜料、分散树脂、超纯水和助剂等混合，用电动搅拌机进行预分散30min，再用高速研磨机研磨120min。

粒径测试：使用MicrotracS3500系列激光粒度分析仪测量油墨样品粒径并进行分析，本文以95%油墨的粒径进行分析。

基墨调稀：根据凹印油墨对黏度的要求，将调稀树脂溶液和助溶剂加入基墨，用电动搅拌机均匀分散。

打样：用IGT F1型印刷适性仪在水松纸表面进行打样。

光泽度测量:用TC-108DＲ/A多角度光泽度仪的75°角测量打样样张的光泽度。

2、结果与讨论

2.1 油墨分散性对光泽度的影响

油墨分散性是指颜料颗粒在水或其他均匀液体介质中分散为细小粒子悬浮于分散介质中不沉淀的性能。油墨的分散性好，形成的膜层平滑度就高，样张的光泽度也高。为了研究不同分散性对光泽度的影响，采用不同的研磨时间研磨制备油墨，用激光粒径仪测量所制备的油墨样品的粒径d，观察研磨效果，测试结果如图1所示。

从图1可以看出未研磨的样品的粒径d为1.903μm，研磨120min之后粒径d变为0.431μm，样品的粒径d醉着研磨时间的增加而足部减小。用上述不用分散性的油墨配置墨后在水松纸表面打样，测量样张的光泽度，测量结果如图2所示，可以看出，油墨的光泽度随油墨分散性的改善而逐步升高。

2.2 成膜树脂对光泽度的影响

成膜树脂主要起到成膜的作用。为了探讨油墨光泽度与成膜树脂的种类和质量分数的关系，固定其他组分，分别添加不同之类、质量分数的成膜树脂纸杯油墨样品，实验结果如图3所示。

从图3可以看出，成膜树脂质量分数较低时，样张光泽度随成膜树脂质量分数增加而升高，但超过一定质量分数时，光泽度反而降低;成膜树脂的种类也能影响样张光泽度，使用丙烯酸树脂91-5的样张在实验中普遍达到较高的光泽度，而其余3种成膜树脂在实验中的效果欠佳。丙烯酸树脂91-5添加量在20%时样张光泽度达到最大，Joncr-yl142添加量在25%时样张光泽度值最大，Joncryl617-A和水性聚氨酯添加量为30%时，样张光泽度达到最大。

当适量添加成膜树脂时，其干燥之后有较高的表面平滑度和光反射能力，因而能提高样张的光泽度;但成膜树脂过量添加时，成墨黏度过小，油墨样品在水松纸表面的流动不稳定，干燥后样张的光泽度下降。

2.3 基材润湿剂对光泽度的影响

水性油墨以水为溶剂，水的极性和表面张力比一般的有机溶剂要高，表面张力是影响水性油墨光泽度的重要因素，油墨的表面张力高，阻碍了油墨在水松纸表面的流平和铺展，样张干燥之后墨膜表面不平整，漫反射增多，降低样张的光泽度。

基材润湿剂一般为表面活性剂，由亲水基及亲油基组成，当与固体表面接触时，亲油基附着于固体表面，亲水基向外伸向液体中，使液体在固体表面形成连续相，这就是润湿作用的基本原理。分别添加不同种类和质量分数的基材润湿剂制备油墨样品，实验结果如图4所示。

从图4可以看出，3种基材润湿剂在质量分数较低时，样张光泽度都随着基材润湿剂质量分数的增加明显升高，基材润湿剂质量分数达到一定量时，样张光泽度随着基材润湿剂质量分数的增加而逐渐降低。在Tego245和Twin4100添加量为0.5%左右时，Do75添加量在1%时样张光泽度最高。基材润湿剂的种类也对样张光泽度有影响，Tego245可以使得样张整体光泽度较高。

2.4 流平剂对光泽度的影响

流平剂能有效改善油墨在水松纸表面的流动性，改善油墨的流平性，从而使水性凹印油墨有较高的光泽度。固定体系中其他组分，改变流平剂质量分数制备油墨样品，实验结果如图5所示。

从图5可以看出，样张的光泽度随着流平剂质量分数的增加而升高，当流平剂质量分数超过一定值后，样张光泽度随着流平剂质量分数的增加而降低。油墨中流平剂Glide100和Glide410添加量为1%、levaslipw-461质量分数在1.5%左右时各自的样张达到最大光泽度，过量添加反而导致光泽度下降。

添加适量的流平剂能使油墨均匀流动并覆盖在样张表面，降低墨膜上下层对流速度，干燥后样张光泽度相应提高，但过高的流平剂质量分数使墨膜的流平不稳定，干燥后样张光泽度相应下降。

2.5 蜡乳液对光泽度的影响

在水性油墨中加入适量的蜡乳液可提高样张光泽度，加入蜡乳液能影响墨膜表面光反射效果，微小光滑的球形蜡颗粒在油墨干燥过程中可均匀分散在样张表面，弥补膜层表面的微小缺陷，提高样张表面的光泽度。固定体系中其他组分，改变蜡乳液的质量分数制备油墨样品，样品光泽度与蜡乳液质量分数之间的关系如图6所示。

由图6可以看出，样张的光泽度随着蜡乳液质量分数的增加先增大后减小。蜡乳液添加量为1%时得到样张光泽度的最大值，之后，随着蜡乳液用量的继续增加，光泽度下降。

在成膜过程中，蜡存在“漂浮效应”，易在表层形成一层“蜡膜”。当加入较少量蜡乳液时，涂膜表面的蜡颗粒分布较均匀，降低了涂膜表面粗糙度，光反射量较多，光泽度随之提高;随着蜡乳液质量分数的增加，涂膜表面的蜡颗粒会出现“堆叠”，分布不均，漫反射增多，光泽度随之降低。

3、结论

油墨的分散性和成膜树脂的种类、质量分数对油墨的光泽度有较大影响，分散性越好，油墨光泽度越高；使用水性丙烯酸树脂91-5质量分数在20%时样张达到最大光泽度;流平剂可改善油墨的表观性能，流平剂Glide100添加量在1%时可使样张达到最大光泽度；质量分数为0.5%的基材润湿剂245可以使得样张获得最高的光泽度；蜡乳液的加入可显著提高样张的光泽度，且BASF蜡乳液质量分数在1%时，样张光泽度最高。

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