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氧化锆珠与油墨配比及分散对水性柔印油墨分散性的影响

作者:admin日期:2020-05-25阅读
通过不同的预分散转速、预分散时间、氧化锆珠与油墨的配比和研磨时间来研究对水性柔印油墨分散性的影响。方法通过激光粒度仪来检测油墨中95%的颗粒粒径及其分布,以此来判断最佳的预分散工艺条件,以及工艺参数对油墨分散性能的影响。结果当预分散转速为2000r/min,预分散时间为40 min,氧化锆珠与油墨的质量比为2︰1,研磨时间为2 h 时,油墨中95%的颗粒粒径最小且其分布范围最窄,具有最佳的分散性。结论预分散转速、预分散时间、氧化锆珠与油墨的配比及研磨时间对水性油墨的分散性均具有较大的影响。

水性油墨因具有环保、安全、成本低等独特的优势,已成为目前最具有发展前景的油墨品种之一,在日本和欧美等发达国家,溶剂型油墨已经逐步被水性油墨所取代[1—2]。水性油墨因其优良的环保性能,可以解决当前包装与印刷行业所存在的排放与污染问题,受到了越来越多的关注,成为了今后研究的主要对象[3]。柔性版印刷已经具有匹敌于胶版印刷的市场规模[4—5],印刷方式的多样性及承印物的灵活适应性,尤其是多以板状瓦楞纸为代表的承印物,几乎都使用水性油墨[6—7]。水性柔印油墨虽然具有明显的优势,但国内制备的水性柔印油墨在各方面的性能上仍然具有很多的问题,且分散性是影响油墨性能的重要因素之一。文中主要是通过不同的预分散转速、预分散时间、氧化锆珠与油墨的配比及研磨时间来研究对水性柔印油墨分散性的影响,以此来确定最佳的预分散工艺条件。
1 实验
1) 原料。颜料,永固黄;研磨树脂,AZR 丙烯酸树脂(天津阿托兹公司);分散剂,;消泡剂;去离子水。
2) 仪器。高速搅拌分散器; D2004W 电动搅拌机; 美国Microtrac 公司的Microtrac S3500 系列激光粒度分析仪。
3) 油墨制备方法。根据组分的含量,先后加入颜料、研磨树脂、分散剂、消泡剂和去离子水等,然后用玻璃棒搅拌均匀,在D2004W 电动搅拌机中预分散,然后将分散均匀的混合物置于IGT-2S 数显高速搅拌机高速研磨,在研磨的过程中要加入研磨介质(氧化锆珠,直径为1.2~1.4 mm)。
4) 分散性能测试。用Microtrac 公司的S3500 激光粒度仪对油墨进行粒径的测试,粒径越小,分布曲线越窄即粒径越均匀,表明分散性越好,文中以95%的油墨颗粒粒径的大小来进行分散性评价。

2 水性柔印油墨分散性的研究
2.1 预分散转速对分散性的影响
在室温下,将同一配比的油墨分别放在转速为500, 1000, 1500, 2000 r/min 的IGT-2S 型高速搅拌分散器上进行预分散,再用激光粒度仪进行分散性的测试,测试结果见图1—2。
氧化锆珠与油墨配比及分散对水性柔印油墨分散性的影响
从图1 可以看出,在预分散时间40 min 的前提下,随着预分散转速的不断提高,油墨(95%)的粒径大小明显变小直至变化平缓,从500 r/min转速下的8.78 μm 明显下降至2000 r/min 转速下的3.34 μm 再到2500 r/min 转速下的3.38 μm,可以看出当转速为2000 r/min 时,油墨(95%)的粒径变化量仅为0.04 μm,趋近于不变。从图2 可以看出,油墨的分布范围逐渐变窄,分布范围从最初的0.1~50 μm 降至0.1~10 μm,2000 r/min 转速下的分布范围和2500 r/min 转速下的分布范围均为0.1~10 μm,差别不大,粒径分布均较狭窄且均匀,从而得出预分散转速为2000 r/min 时,油墨(95%)的粒径最小且分布范围最窄。

2.2 预分散时间对分散性的影响
在预分散转速为2000 r/min 时,将预分散时间设定为10, 20, 30, 40, 50 min,分别对同一配比的油墨进行预分散再进行分散性的测试,测试结果见图3—4


从图3 可以看出,随着预分散时间的增加,油墨的粒径逐渐减小,从最初分散10 min 的4.19 μm下降至分散40 min 的3.34 μm,当预分散40 min后,油墨粒径大小的变化量为0.02 μm,基本趋于不变。从图4 可以看出,分散10 min 时,粒径的分布范围比较宽,有少量的粒径仍在10 μm 以上,说明预分散10 min 时,颜料和树脂没有充分混合均匀;预分散40 min 时,油墨的粒径分布范围变窄,所有粒径分布在0.1~10 μm 之间;预分散50min 的粒径分布范围和预分散40 min 的粒径分布范围相似,差别不大,从而得出预分散时间为40min 时,油墨(95%)的粒径最小且分布范围最窄。
2.3 氧化锆珠与油墨的配比对分散性的影响
油墨的配制过程中,研磨过程是必不可少的。对于研磨过程,氧化锆珠的加入又是必要的。氧化锆珠的数量对于油墨粒径的细化过程起着决定性的作用[8—9],因此,在预分散转速为2000 r/min,预分散时间为40 min 的条件下,将氧化锆珠与油墨的质量比定为1︰1, 2︰1, 3︰1 分别对同一配比的油墨进行研磨,研磨时间为120 min,再进行分散性的测试,测试结果见图5。

有实验结果可知,随着氧化锆珠与油墨的配比逐渐增加时,油墨的粒径由大变小,又由小变大的过程。结果显示,氧化锆珠与油墨的质量比为2︰1时,油墨具有最小的粒径。从图5 可以看出,氧化锆珠与油墨的质量为1︰1 时,油墨的粒径分布范围较宽,分布不均匀,说明氧化锆珠的数量太少,油
墨不能被氧化锆珠充分的细化和研磨;氧化锆珠与油墨的质量为2︰1 时,氧化锆珠的数量和油墨的量正好相匹配,油墨可以被氧化锆珠充分的细化研磨;氧化锆珠与油墨的质量为3︰1 时,氧化锆珠的数量太多,以至于不能在有限的空间内充分的流动,阻碍了研磨细化油墨的过程[10—12],油墨的粒径有增大的趋势。由此得出,氧化锆珠虽然是研磨细化油墨的必备品,但并不是越多越好,只有氧化锆珠的量和油墨的量相匹配时,才能得到最佳的分散性。

2.4 研磨时间对分散性的影响
在研磨过程中,研磨时间对油墨细化的过程也是起着决定性的作用[13]。将研磨时间设定为0.5, 1,1.5, 2, 2.5 h,对同一配比的油墨进行研磨再进行分散性的测试,测试结果见图6—7。


从图7 可以看出,随着研磨时间的增长,油墨粒径逐渐变小。当研磨时间为2 h 时,油墨(95%)的粒径最小。当研磨时间为2.5 h 时,油墨粒径有变大的趋势。因为研磨时间过长,易导致研磨树脂破乳,不断细化的颜料粒子易成堆地被树脂包裹,从而导致粒径变大[14—15]。从图8 的粒径分布示意图可以看出,随着研磨时间的增长,粒径的分布范围逐渐变窄,分布范围从最初的0.1~30 μm 降至0.1~10 μm,分布范围变窄代表粒径分布更均匀,研磨效果更好;研磨2 h 的分布范围和研磨2.5 h的分布范围差别不大,分布范围内都在0.1~10μm。由此得出,研磨时间为2 h 时,油墨具有最小
的粒径,最佳的分散性。

结语
油墨的分散性是影响油墨性能及印刷质量的重要因素之一,油墨的组分以及不同的印刷条件都对油墨的分散性有影响。文中仅通过不同的预分散转速、预分散时间、氧化锆珠与油墨的配比及研磨时间来研究油墨分散工艺对水性柔印油墨分散性的影响,以此来确定合适的预分散工艺条件。根据
实验数据可知:预分散转速为2000 r/min 时,油墨具有最小的粒径大小、最窄的粒径分布;预分散时间为40 min 时,油墨具有最小的粒径大小、最窄的粒径分布。氧化锆珠与油墨的质量为2︰1 时,油墨具有最小的粒径大小、最窄的粒径分布。研磨时间为2 h 时,油墨具有最小的粒径大小且粒径大小为3.34 μm,最窄的粒径分布,分布集中在0.1~10 μm 之间。