水性油墨的工艺原理及实验室制备说明书 2013年05月24日
实验目的

      1、了解水性油墨配制的基本原理

      2、了解油墨连接料的制备方法

      3、了解水性油墨的制备方法

实验原理

      1、水性油墨用树脂的特点

      传统水性油墨使用纯水溶性高分子化合物制备,如干酪素、虫胶、聚乙烯醇、水溶性淀粉及淀粉醚、水溶性纤维素等,由于上述树脂的水溶性,制成油墨后很难达不到耐水的要求。

      丙烯酸水性树脂目前广泛应用于水性油墨体系中,成为水性油墨应用的主流品种,其主要原因是此种树脂具有优良的性能:耐候性、耐水性、抗氧化性及优异的印刷适应性,特别是引入了苯乙烯制成的共聚物提高了成膜物的耐碱性、抗污性、抗粉化性、光泽和硬度。

      水性丙烯酸树脂一般分成碱溶性树脂和乳液,在水性油墨体系中的主要作用如下:

      (1)油墨中的成膜物质,颜料的载体;

      (2)印刷过程中的转移剂;

      (3)印刷基材的粘着剂;

      (4)应用功能体现者

      碱溶性丙烯酸树脂

      典型的苯乙烯丙烯酸共聚树脂,分子量Mw在1700~16000之间,酸值>90,不溶于水,树脂中和成盐后具有很好的水溶性,碱溶性树脂中和成盐即胺化反应如下:
图片2

      水性油墨中一般选用挥发性的胺作为中和剂,目前大量使用的是氨水或有机胺类如MEA、DMEA等。

      碱溶性树脂由于分子量较低,酸值较高,因此对颜料的润湿性能较好,光泽好,复溶性好,因此常在水性油墨的制备过程中用于改进颜料的分散稳定性,提高油墨的光泽和透明性,提高油墨的复溶性等。此类树脂广泛用于颜料的研磨分散。

      碱溶性树脂干性较慢,抗水性较差,不能成膜,因此常与丙烯酸乳液混合使用,提高水墨的应用性能。

      丙烯酸乳液

      丙烯酸乳液的分子量通常在20万以上,由于化学结构、组成的不同,乳液聚合物具有不同的MFT(最低成膜温度),因此在水基油墨调配时根据应用的要求,选用不同的乳液来满足应用要求。

      丙烯酸乳液树脂由于酸值较低,与水的结合力较弱,同时以颗粒形态分散在水中,因此对水的释放性能远优于碱溶性树脂液,乳液与碱溶性树脂液的搭配使用,提高了水性油墨的干燥性能。

      乳液聚合物通过乳胶粒子的相互溶结和渗透成膜。在水性油墨的调配过程中,通过选用软硬不同的乳液搭配使用可调节水墨的干燥性能和其他物理力学性能。当然也可通过在系统中加入成膜助剂的方法来调节硬乳液的力学性能。

      聚丙烯酸乳液的一般组成如下:
图片3

      适中的碳链长短可以调节乳胶粒子的疏水性和树脂成膜的柔韧性、弹性等;--COOH基团可赋予聚合物碱溶性,--NH2 基团可用于控制乳液的PH值,增加乳液的稳定性。

      2、水性油墨分散和稳定化原理

      A:颜料粒子的聚集形态:
图片5

原生粒子:所谓原生粒子,是颜料合成时,在无空气的情况下形成的颜料分子聚集体,原生粒子密度高,粒子中分子与分子结合紧密,分子间不存在空气等,机械力无法再拆分

      B:分散剂的作用:

      油墨水性树脂水溶液表面张力大,对颜料的润湿较差,因此在颜料的分散过程中添加一定量的分散剂降低树脂液的表面张力,提高颜料的分散效率,改善油墨的流动性和储存稳定性
图片1

      C:颜料分散的效果:

图片2

      D:油墨制备工艺原理:
图片3

图片4

      水性油墨的分散过程通常可分为以下三个阶段:

      (1)润湿 将颜料聚集体上原来附着的空气和潮气以基料取代,即由原来颜料/空气和水的界面转换成颜料/基料的界面的过程。润湿的效果和速度取决于颜料和基料组成间的相互作用,即颜料的表面性质和基料的表面张力之差,即转换前后界面张力的下降程度。

      (2)分离 分离是通过研磨施加作用力并做功使颜料从聚集体分离成颜料初级粒子的过程。

      (3)稳定化 颜料分散体从热力学的角度看是不稳定的,稳定化就是使颜料的分散体系成为准稳定态,即使颜料聚集体经润湿分离后在储存及使用过程中保持不变,稳定化的机理主要分为空间屏蔽稳定化和双电层稳定作用,如下图所示。

图片6              图片7

空间屏蔽稳定化示意图                        双电层稳定化示意图

      实验仪器及材料

      分散机、摇摆机、小药勺、细度板(0~50UM)、ZAHN 杯、秒表、丝棒、树脂、颜料、溶剂、蜡剂、印刷基材
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