淺談消泡劑在水基柔性版油墨中的應(yīng)用與選擇

■文/天津東洋油墨有限公司王旭

一、引言

在我們國家，隨著近年來人們生活水平的不斷提高，包裝印刷工業(yè)也正向著高檔、精細(xì)、多品種方向發(fā)展。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，柔性版印刷已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量直追膠印和凹印，甚至有的已有所超越，具有相當(dāng)強(qiáng)的市場競爭力。

柔性版印刷設(shè)備投資少、見效快、生產(chǎn)率高、印品質(zhì)量好、印刷精度高，并且印品層次豐富、色彩鮮明、視覺效果好，特別適合包裝印刷的要求。在柔版印刷中水基油墨的應(yīng)用范圍最廣，而且占絕對優(yōu)勢。比如，在瓦楞紙箱、紙帶、紙制品牛奶盒等的印刷中水基油墨都有應(yīng)用。水基油墨具有無毒、無污染完全符合綠色環(huán)保要求的特點(diǎn)，滿足食品包裝的要求。

消泡問題一直是評價(jià)水基油墨優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如果在印刷過程中產(chǎn)生氣泡逐漸增多且消泡不好，就會(huì)直接導(dǎo)致印刷無法繼續(xù)進(jìn)行，不但耽誤印刷效率還會(huì)帶來干膜表面缺陷。

二、相關(guān)概念

（一）泡沫形成和破壞的簡要機(jī)理

1.泡沫形成機(jī)理

泡沫是空氣在液體介質(zhì)中的穩(wěn)定分散體，多個(gè)氣泡形成了泡沫，是成團(tuán)的氣體被液體的薄膜分割包圍而成的。當(dāng)一個(gè)氣泡到達(dá)不含表面活性劑的液體表面時(shí)，會(huì)自然破裂，不存在泡沫問題。液體中含有表面活性劑時(shí)，表面活性劑可以在氣泡表面形成穩(wěn)定的表面活性劑分子膜。這就為產(chǎn)生大量泡沫提供了條件。氣泡能形成很一致的幾何型，例如三個(gè)氣泡（薄膜）遇在一起時(shí)，形成120°角。多面體泡沫由于液體含量低，會(huì)形成薄膜很薄，但非常有彈性的膜層，這是更穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。

2.泡沫破滅的簡要機(jī)理

總的來說，氣泡本身是不穩(wěn)定的，它的破壞一般是由于液體從氣泡壁排擠入壁的邊緣而產(chǎn)生的。當(dāng)膜壁內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)就足以破壞液體膜而毀滅氣泡結(jié)構(gòu)。

（二）消泡劑的功用

1.油墨中泡沫產(chǎn)生的原因

油墨中氣泡的產(chǎn)生主要由以下因素所造成：

（1）表面活性劑的使用。為了改善油墨的性能，如顏料分散性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、流平性等，在油墨配方中加入各種表面活性劑等助劑，它們會(huì)改變油墨的表面張力，引起起泡和穩(wěn)泡。

（2）油墨生產(chǎn)過程中，如分散過程會(huì)帶進(jìn)空氣泡，在研磨分散中油墨自由能會(huì)升高，有助于泡沫的生成。

（3）在印刷過程中，機(jī)器的墨循環(huán)系統(tǒng)往往用泵進(jìn)行油墨的輸送等原因也會(huì)使油墨體系的自由能升高，幫助產(chǎn)生泡沫。

2.消泡劑的功用

大部分消泡劑的功用是在泡沫的表面鋪開，使之在液面上取代氣泡膜的分子。通常采用具有很強(qiáng)的降低表面張力能力的表面活性劑作為消泡劑，因?yàn)檫@種表面活性劑分子極易吸附在表面上。大多數(shù)工業(yè)上的消泡劑還應(yīng)用鋪展溶劑或乳化劑作為載體，這樣可保證消泡劑能很好地達(dá)到表面的各部分，而起到有效的消泡作用。

另一種方法則是在體系中加入一種良好的溶劑，使表面活性劑分散到液體中去，這樣也可以大大降低氣泡的形成。

3.消泡劑的種類

（1）有機(jī)硅類。它是迄今用途最廣、效能最高的抑泡、消泡劑，由于它具有比泡沫穩(wěn)定性更高的界面活性，因此用很少量就可以起到消泡作用，

（2）礦物油類。該類消泡劑一般是由約80%的載體油和約15%的憎水顆粒再加約5%的乳化劑、防腐劑及其它增效成分所組成。載體油是脂肪族或芳香族的礦物油，但芳香族礦物油易引起墨膜泛黃，且大量的芳香烴會(huì)造成生理危害，因此不如脂肪族的性能好。憎水顆粒一般用憎水的氣相二氧化硅、硬脂酸鹽、脂肪酸衍生物或聚脲化合物。乳化劑的作用是將憎水顆粒分散于載體油中，同時(shí)也對消泡劑混入油墨有正向作用。

（3）不含硅聚合物類。這是一類特殊的聚合物，它是通過選定的不混溶性來發(fā)揮作用的。為了獲得“混溶”與“不混溶”間的平衡，要有意識(shí)地改變聚合物的極性和相對分子質(zhì)量（包括相對分子質(zhì)量分布）。一般相對分子質(zhì)量越大，越不混溶。但對聚合物性消泡劑來說，即使其混溶性太好，造成消泡效果太弱或完全沒有消泡作用，但不會(huì)穩(wěn)定泡沫，這是它與有機(jī)硅消泡劑的最大不同。

4.消泡劑使用不當(dāng)?shù)谋锥?/p>

消泡劑雖然對消除泡沫是有益的，但是使用不當(dāng)，就會(huì)帶來不利的影響。

（1）添加方法不當(dāng)：大多數(shù)消泡劑加入體系中，如果不經(jīng)研磨或高速分散，就不能發(fā)揮消泡作用。

（2）選擇不當(dāng)：消泡劑都有自己適合的體系，如適合在苯類體系中的消泡劑，在丙烯酸體系中未必能起到同樣良好的作用，甚至可能起相反的作用；如有些消泡劑只適用于低光澤涂料，如果用在高光涂料中會(huì)造成光澤下降。

（3）過量：消泡劑使用過量，會(huì)影響相溶性和光澤，更嚴(yán)重可能直接導(dǎo)致印刷品質(zhì)量下降。

5.消泡效果的驗(yàn)證方式

為配方選擇消泡劑時(shí)，應(yīng)該先在實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)其功效。

（1）攪拌試驗(yàn)。對于低粘度和中粘度配方，最常用的測試方法是攪拌試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)通過快速攪拌，將空氣混入到液體體系中。確認(rèn)相同攪拌時(shí)間下，攪拌前后的體積變化和不同配方的消泡時(shí)間。

（2）淋涂試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)也需要將空氣通過快速攪拌混入到液體體系中。攪拌后立即倒在一個(gè)表面上。通過這個(gè)淋涂表面來評估消泡效果。膜層干燥后，目測氣泡和表面缺陷即可判定消泡效果。淋涂試驗(yàn)通常作為攪拌試驗(yàn)的補(bǔ)充，同樣適用于低粘度和中粘度涂料。

（3）展色試驗(yàn)。通過模擬實(shí)際印刷條件，評估消泡效果。膜層干燥后，評估干膜的表面性能和缺陷情況。

由于篇幅有限，本文只對攪拌試驗(yàn)和展色試驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比較。

三、實(shí)驗(yàn)部分

（一）相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器

D—8401多功能調(diào)速攪拌儀，顏色展涂器（KLOX 400線），察恩杯4#。

（二）關(guān)于消泡劑加入時(shí)間的選擇

大多數(shù)消泡劑加入體系中需要經(jīng)過研磨或高速分散，發(fā)揮作用才比較明顯，但是否比例適當(dāng)、是否應(yīng)將所有的消泡劑全添加在研磨或高速分散階段（有的原料在制備油墨時(shí)不能進(jìn)行研磨或高速分散，只能在可研磨或高速分散的原料完成該過程后與其在低速攪拌時(shí)進(jìn)行混合）則需要通過在實(shí)際生產(chǎn)中來驗(yàn)證。為此我們對油墨制作過程中的不同時(shí)間加入不含硅聚合物類消泡劑A（目前正在使用的助劑）所達(dá)到的效果進(jìn)行了分析，相關(guān)具體情況如表1所示。

表1油墨制作過程中的不同時(shí)間加入不含硅聚合物類消泡劑A所達(dá)到的效果

實(shí)驗(yàn)方法：按照以上消泡劑A的添加時(shí)間進(jìn)行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用D—8401多功能調(diào)速攪拌儀采取同一速度分別攪拌，之后采用目測觀察消泡完全所用的時(shí)間。

通過以上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在研磨分散時(shí)加入0.4%的消泡劑A、研磨分散的部分和非研磨部分混合時(shí)加入0.3%的消泡劑A時(shí)對油墨所起的消泡作用為最佳點(diǎn)，而且這一結(jié)論在相關(guān)油墨的實(shí)際生產(chǎn)過程中其效果與之相近。

（三）關(guān)于消泡劑品種的合適選擇

一般來說希望加入低含量帶來良好消泡效果且穩(wěn)定性能良好的助劑為宜，為此在油墨配方最初確定時(shí)就應(yīng)對有關(guān)的消泡劑進(jìn)行一系列篩選，選擇消泡助劑及相關(guān)原料后方可進(jìn)行生產(chǎn)工作，消泡劑的選擇是否恰當(dāng)?shù)南嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)情況如圖1,、表2所示。

圖1消泡劑的加入量（%）所引起的消泡時(shí)間變化

表2消泡劑的加入量（%）所引起的消泡時(shí)間變化

實(shí)驗(yàn)方法：按照以上助劑的添加量進(jìn)行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用D—8401多功能調(diào)速攪拌儀用同一速度分別攪拌，后采用目測觀察消泡完全所用的時(shí)間。

通過以上實(shí)驗(yàn)分析，我們可以得出一個(gè)結(jié)論。消泡劑A是最適合該品種水基油墨體系的助劑（穩(wěn)定性結(jié)果幾乎與上述數(shù)據(jù)一致），B、C由于用量大但效果差而被舍棄，D則由于效果不佳也不能應(yīng)用于該體系的油墨中。

（四）關(guān)于消泡劑的含量是否適當(dāng)?shù)倪x擇

消泡類助劑添加量合適會(huì)起到最佳的消泡及最大抑制發(fā)泡的作用，但是同時(shí)它也會(huì)給油墨帶來負(fù)面作用，即需要找最佳的那一點(diǎn)；有時(shí)如果添加量偏小會(huì)消泡效果不良，而過量則會(huì)導(dǎo)致油墨印刷品質(zhì)下降（如印刷過程出現(xiàn)實(shí)地部分有漏空現(xiàn)象）。

為此我們對有機(jī)硅類消泡劑E（目前我司正在使用的助劑，標(biāo)準(zhǔn)含量為0.2%）曾做過過量實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證，具體數(shù)據(jù)如下表3所示。

表3有機(jī)硅類消泡劑E過量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：按照以上助劑的添加量進(jìn)行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用展涂器（KLOX 400線）對比展色，觀察印刷效果，展涂效果評價(jià)為5（優(yōu)）—1（劣）；同時(shí)再用D—8401多功能調(diào)速攪拌儀用同一速度分別攪拌，后采用目測觀察消泡完全所用的時(shí)間。

從以上數(shù)據(jù)我們可以看出消泡劑過量對印刷效果有相當(dāng)大的不良影響，用下面的圖2變化表示。

圖2消泡劑過量對印刷效果有相當(dāng)大的不良影響

四、結(jié)果與討論

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果來看，消泡劑的選擇和使用方法是一項(xiàng)細(xì)致仔細(xì)的工作，其對油墨制作及印刷效果、印刷過程的順利程度起到了至關(guān)重要的作用。

消泡劑的研究還存在不夠完善之處，消泡劑的挑選工作還在進(jìn)行中（針對擁有特殊機(jī)器結(jié)構(gòu)的客戶需要繼續(xù)改進(jìn)及消泡方面的探索工作）；因此一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)還將陸續(xù)開展。