水性油墨黏度對牛皮紙印刷效果的影響
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摘要：對于印刷企業(yè)而言，探究一種以簡單的工藝和較低的成本對水性油墨配方進行優(yōu)化的方案，具有重要的現(xiàn)實意義。本文基于一種瓦楞紙箱表面印刷水性油墨的配方，通過對水性油墨黏度的調(diào)節(jié)，以牛皮紙表面印刷效果為表征，探究有利于提升牛皮紙印品表面印刷效果的水性油墨黏度范圍，以期為印刷企業(yè)提供一定參考依據(jù)。
對于印刷企業(yè)而言，探究一種以簡單的工藝和較低的成本對水性油墨配方進行優(yōu)化的方案，具有重要的現(xiàn)實意義。本文基于一種瓦楞紙箱表面印刷水性油墨的配方，通過對水性油墨黏度的調(diào)節(jié)，以牛皮紙表面印刷效果為表征，探究有利于提升牛皮紙印品表面印刷效果的水性油墨黏度范圍，以期為印刷企業(yè)提供一定參考依據(jù)。
實驗
本實驗主要通過控制水性油墨配方中顏料、連結(jié)料主要成分比例不變，添加中和劑制備4種不同黏度的水性紅色油墨。采用柔性版印刷方式印刷在牛皮紙表面，測試印刷后圖案的著色力、光澤度和附著力，以表征牛皮紙的印刷效果。
1.實驗材料
(1)紙基：定量為230g/m2的單面牛皮紙，緊度為0.75g/cm3，耐破度為9kPa・m2/g，耐折度為60次，適合柔性版印刷。
(2)色漿：紅色漿，色含量45%，耐光性5～6級，耐溫性180℃，具備良好的著色力、穩(wěn)定性和流動性。
(3)連結(jié)料：成膜樹脂、不成膜樹脂。
(4)助劑：水性消泡劑028、抗刮劑MONENG-1993、流平劑401LS、乙二醇、中和劑（脲改性的聚氨酯溶液）。
2.實驗儀器
高速分散機T18、3#察恩杯、讀數(shù)秒表TF307、密度計i1、光澤度儀WG75、pH計PHS-3C、IGT印刷適性儀。
3.實驗方法
(1)水性油墨制備
水性油墨中最主要的成分是顏料、樹脂和助劑。其中，顏料為油墨提供所需的顏色；樹脂通過均勻分散顏料，為油墨提供成膜性、抗水性、流動性及良好的印刷適性；助劑具備特定的功能，以改善油墨本身的性能來適應各種不同的印刷條件。
①制備連結(jié)料
本實驗中，采用適合于牛皮紙印刷用的自制連結(jié)料，選取具備良好防水性、抗磨性、成膜性及附著力的成膜樹脂和具備良好流變性及印刷適性的不成膜樹脂，按照實驗配方比例，分別加入燒杯中，然后加入消泡劑攪拌15分鐘，并進行靜置消泡。其中，成膜樹脂占連結(jié)料的60%，不成膜樹脂占連結(jié)料的39.8%，消泡劑占連結(jié)料的0.2%。
②配備水性牛皮紙表面印刷紅墨
首先，按照配方在攪拌桶中加入連結(jié)料、消泡劑和分散劑。然后，開動分散機，在攪拌過程中慢慢加入紅色漿。最后，加入抗磨劑、流平劑、乙二醇、pH調(diào)節(jié)劑和水，高速分散30分鐘。其中，水性紅墨配方如表1所示。
表1 水性紅墨配方(單位：%)
(2)油墨黏度調(diào)節(jié)
水性油墨黏度受多種因素影響，配方選取的中和劑通過氫鍵增強流變性能來降低黏度，其流變性能不依賴pH值和水含量。配方中去離子水的微量改變對黏度的影響遠不及中和劑大，因此在實驗中可以忽略不計。由表1可知，調(diào)整中和劑的比例，在保持油墨中主要成分一致的前提下，配備得出四種黏度不同的水性牛皮紙用水性紅墨，具體黏度數(shù)值如下：配方1為19.6±0.5s，配方2為23.2±0.5s，配方3為28.7±0.5s，配方4為31.3±0.5s。
(3)印刷
將牛皮紙試樣切成50mm寬的樣品條，設置壓力為350N/m2，刮刀壓力為150N/m2，速度為0.6m/s，通過單圈印刷，印刷單面紅色牛皮紙樣張。
(4)性能測試
①黏度測試方法
根據(jù)GB/T 13217.4-2008《液體油墨黏度檢驗標準》，通過3#察恩杯黏度計法進行測量。根據(jù)規(guī)定將待測油墨溫度控制在25℃，并在測試過程中及時調(diào)整油墨溫度；將清洗干凈并晾干的察恩杯水平托住，先用手指將底部小孔堵住，倒入試樣水性油墨，油墨高度與察恩杯上邊緣齊平；持察恩杯的高度不能高于液面15cm，松開手指同時開動秒表，當試樣連續(xù)的墨液中斷后呈現(xiàn)第一滴時，停止計時，秒表顯示時間即為油墨黏度。
②著色力測量
在天平中分別稱取1g標準紅墨和10g白墨，并用同樣的方法稱取相同比例的自制紅墨和白墨，用調(diào)墨刀充分調(diào)勻；隨后將調(diào)勻的油墨沖淡，吸取試樣放置于刮樣紙左上方，取墨樣刮于右上方；用刮片自上而下刮80mm到100mm長。觀察試樣于標樣的墨色，通過添加白墨改變試樣直至沖淡樣與標樣達到一致，通過以下公式，得出試樣著色力。
S=D/C×100%
其中，S為著色力百分比（%），D為沖淡試樣白墨用量（g），C為沖淡標樣白墨用量（g）。
③光澤度測量
④附著力測量
按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》要求，首先在印刷水性紅墨的牛皮紙上用刀片劃出5×5個1mm2的小網(wǎng)格，然后用3M膠帶粘住劃小網(wǎng)格的測試區(qū)域，最后用手指抓住膠帶一端沿著印刷表面垂直方向快速扯下。根據(jù)油墨脫落的情況按照等級劃分標準定級，具體等級如表2所示。
表2 附著力等級
結(jié)果與討論
1.黏度對牛皮紙表面著色力的影響
黏度對牛皮紙表面著色力的影響如圖1所示，從中可以看出，配方3黏度為28.7±0.5s時，牛皮紙表面印刷用水性紅墨著色力最好；試樣1黏度為19.6±0.5s時，水性紅墨著色力最差。
圖1 黏度對牛皮紙表面著色力影響
本實驗研究黏度變化對著色力的影響。當水性油墨黏度較低時，顏料粒子、連結(jié)料及相關助劑間作用力較小，流動性好，但黏附力的降低會導致印刷時更少的油墨黏附于紙張表面，印刷后牛皮紙表面又有進一步的滲透吸收作用，黏度低時顏料粒子更易進入紙張內(nèi)部，因此著色力降低。當黏度過大時，油墨內(nèi)聚力較大，影響顏料粒子與紙張表面的吸附作用，導致顏料粒子轉(zhuǎn)移到紙張表面的數(shù)量更低，因此著色力降低。實驗中配方3的黏度較好平衡了各組分之間的作用力，因此油墨著色力較好。
2.黏度對牛皮紙表面光澤度的影響
黏度對牛皮紙表面光澤度的影響如圖2所示，可以看出，配方2黏度為23.2±0.5s時光澤度最好，其次是配方3黏度為28.7±0.5s。
圖2 黏度對牛皮紙表面光澤度的影響
紙張的光澤度反映紙張的表面性能，其表現(xiàn)為紙張表面顯示影像的能力，紙張的光澤度與鏡面反射有關。在本實驗中，重點關注油墨黏度的改變對光澤度的影響。其中，顏料粒子的數(shù)量與連結(jié)料的成膜性能是主要因素。分析配方1，當黏度較低時，顏料粒子內(nèi)聚力降低，從而影響油墨在紙張表面的成膜性。因為連結(jié)料可較快通過毛細管作用力滲透進紙張內(nèi)部，導致成膜組分降低，較多的顏料粒子集聚于牛皮紙表面，因此印刷后光澤度較低。分析配方4，當黏度過大時，油墨中的成膜組分雖然增大，但由于印刷速度降低，墨膜的流平性較差，因此也影響光
澤度。
3.黏度對牛皮紙表面附著力的影響
黏度對牛皮紙表面附著力的影響如圖3所示，不同黏度下水性紅墨在牛皮紙表面的附著力等級，其中配方3和配方4的附著力表現(xiàn)最優(yōu)異。油墨附著力是指水性油墨與承印物表面之間，即顏料、樹脂、纖維、填料及膠料等物質(zhì)間通過物理或化學作用互相黏結(jié)、吸引的能力。影響油墨附著力的因素包括油墨與承印物表面之間的機械結(jié)合力、吸附作用、化學鍵結(jié)合和擴散作用等，牛皮紙間復雜的毛細孔是決定油墨附著力的最主要因素。分析配方3和配方4，因為兩者的黏度較大，有助于顏料粒子與紙張表面形成作用力，從而加強油墨與紙張的結(jié)合程度，因此附著力較大。同理，配方1和配方2顏料粒子的附著力相對較弱。
圖3 黏度對牛皮紙表面附著力的影響
牛皮紙印刷效果的影響因素有很多，本實驗通過控制紙張表面結(jié)構(gòu)、顏料粒子、樹脂類型、制備工藝和印刷條件等因素，對比不同黏度下水性油墨的著色力、光澤度和附著力，用于表征牛皮紙的印刷效果。研究得出黏度為23.2±0.5s和28.7±0.5s水性油墨印刷著色力和光澤度最好；黏度為28.7±0.5s和31.3±0.5s水性油墨附著力最好。綜合考慮印刷速度、印刷成本及印刷質(zhì)量，最終得出水性油墨的最佳黏度是28.7±0.5s。
(來自:潮訊軟包裝)
