高清柔版水性油墨的制備

＊連坤鵬 劉潤林 羅景升 楊國威

（廣東英科集團股份有限公司 廣東 523000）

水性油墨也叫水基油墨，是以水為溶劑或分散介質(zhì)的油墨，其所具有的“無毒、無刺激味、不燃、不爆”的特點，注定其廣闊的發(fā)展前途[1]。在柔性版印刷的油墨使用方面，環(huán)保性最優(yōu)的水性油墨使用量占比較高，約為58.91%，且逐年遞增[2]。

近年來，隨著《環(huán)境標志產(chǎn)品技術(shù)要求凹印油墨和柔印油墨》（HJ 371-2018）和《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》等環(huán)保標準和政策的推廣[2]，越來越多的凹版印刷和膠版印刷正轉(zhuǎn)向高清柔版印刷，比如精美的水果箱、醫(yī)療包裝袋、標簽、薄膜等。這對水性油墨提出了更高的要求—高色濃度、低粘度和更小的細度。因此，本文采用先進的研磨工藝優(yōu)選出最優(yōu)的研磨樹脂和分散劑，制備出高色濃度、低粘度的納米色漿，以適合高清柔版印刷水性油墨的需求。

1.實驗

(1)實驗主要原料和儀器

主要原料：研磨樹脂（JONCRRYL 678、JONCRRYL HPD 96 和JONCRRYL HPD 196，均來自德國巴斯夫）；分散劑（EDAPLAN 516來自德國明凌；Dispers 760來自德國德固賽；FX 7500W來自英國海名斯）；顏料粉（紅色PR.57:1，黃色PY.14，藍色PB.15:3，均來自德國巴斯夫，黑色PBK.7來自美國卡伯特）；苯丙乳液Joncryl 8055ap，蠟乳液wax 26，消泡劑FoamStar ED 2522，均來自德國巴斯夫。

儀器：101-2A電熱恒溫干燥箱；FLEXIPROOF100打稿機；CHF100變頻攪拌砂磨分散多用機；BGD512光澤儀；BGD242/2細度板；X-Rite eXact色差儀；PHS-3B數(shù)顯酸度儀；4#蔡恩杯；MiniCer砂磨機；TopSizer激光粒度分析儀。

①高色濃度色漿的制備

采用臥式砂磨機將顏料粉、研磨樹脂、離子水、助劑（分散劑、消泡劑等）等混合物研磨至要求細度和色密度，參考配方如表1：

表1 高色濃度色漿

(2)性能測試

①粘度：按照GB/T 13217.4-2008標準，采用蔡恩4#杯進行測定。

②高溫穩(wěn)定性：將色漿或者成品水性油墨用蔡恩4#杯測試其初始粘度，再放入50℃烘箱中儲存，放置7d后，觀察有無析出或沉淀，并測試其粘度變化。

③光澤：按照GB/T 13217.2-2008標準，采用光澤度儀進行測定。

④著色力：按照GB/T 13217.6-2008標準進行測定。

⑤細度：按照GB/T 13217.3-2008標準，采用刮板細度儀進行測定，以微米表示；也可采用粒徑分析儀進行測試。

⑥色密度：采用X-Rite eXact色差儀測試。

⑦不透明度：采用X-Rite eXact色差儀測試。不透明度越低，則表明透明度越高。

2.結(jié)果與討論

(1)研磨機理[3]

研磨的目的是使不溶于水的顏料充分分散到樹脂連接料中，并且使得顏料的顆粒達到一定的細度。研磨是一個潤濕、分散和穩(wěn)定的過程，首先，將顏料表面的空氣和水趕走，代之以樹脂連接料，這個過程叫做“潤濕”；接著，顏料粒子在高剪切力之下相互分開，并在樹脂連接料中均勻分布，并達到穩(wěn)定的狀態(tài)，顏料粒子不會發(fā)生重新絮聚或絮凝的現(xiàn)象。

(2)研磨工藝

研磨工藝諸如溫度、流量、研磨鋯珠大小與用量等，影響著研磨的效率。本文選擇了高色濃度黑色漿對比了研磨鋯珠大小工藝對研磨效率的影響，結(jié)果如表2所示：

表2 研磨工藝的影響

從表2可知，在相同配方和時間內(nèi)，工藝三研磨的黑色漿光澤最高、細度最小、著色力明顯提高。這是因為研磨介質(zhì)的大小決定了研磨介質(zhì)與漿料接觸點的多少，粒徑小的研磨介質(zhì)在相同體積下的接觸點越多，研磨效率越高；但在研磨初期顏料粒徑較大時，小粒徑研磨介質(zhì)對漿料沖擊力較小，達不到較好的研磨效果；在研磨后期，大粒徑研磨介質(zhì)由于接觸點少，致密性差，無法對小粒徑漿料進行有效研 磨[4]。因此，本文的高色濃度色漿先采用直徑1.0～1.5mm的研磨鋯珠進行粗磨，過濾后再采用采用0.4～0.8mm研磨鋯珠進行細磨，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 串聯(lián)研磨工藝

水性油墨所使用的連接料主要有堿溶性樹脂和乳液兩大類。苯乙烯丙烯酸共聚物堿溶性樹脂被廣泛使用在水性油墨中，此類樹脂酸值高（200～250），在顏料的研磨分散中具有高效的潤濕分散性和優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性。傳統(tǒng)色漿通常包含30%～35%的顏料含量，但是柔印高線數(shù)網(wǎng)紋輥較淺，轉(zhuǎn)印的油墨量少，意味著印品無法獲得足夠的色彩強度。本文對比了JONCRRYL 678、JONCRRYL HPD 96和JONCRRYL HPD 196三種研磨樹脂研磨藍色漿（PB.15:3）的效果，并對比了色漿的細度、光澤、穩(wěn)定性等基本性能。

(3)研磨樹脂的影響

如表3所示，在色漿初始粘度相近時，JONCRRYL HPD 196可以制備更高的顏料含量，且高溫穩(wěn)定性效果最佳。所以，JONCRRYL HPD 196可以研磨具有極佳的顏料潤濕分散性和粘度穩(wěn)定性，有效提高研磨效率，制備的色漿兼具高顏料含量和低粘度的優(yōu)點，符合高清水性油墨高色濃度低粘度的要求。

表3 研磨樹脂對研磨性能的影響

(4)分散劑的影響[5]

分散劑又稱潤濕分散劑，它除具有潤濕作用外，其活性基團能吸附在顏料的表面上產(chǎn)生電荷斥力或空間位阻，防止顏料產(chǎn)生絮凝，使分散體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。用于水性體系的分散劑可分為無機分散劑、聚合物分散劑和超分散劑三類。本文采用了JONCRRYL HPD 196作為研磨樹脂，分別采用分散劑EDAPLAN 516、Dispers 760 W和FX 7500W研磨高含量紅色顏料PR.57:1的效果差異，如表4：

表4 分散劑對研磨性能比較

由表4可知，將色漿的細度研磨至1μm以下時，分散劑對色漿的高溫穩(wěn)定性具有明顯的影響。分散劑FX7500W對色漿保持更優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。這是因為當色漿的粒徑越小時，顏料顆粒處于高度分散狀態(tài)，其表面能相當大，顆粒在熱運動下不斷互相碰撞，容易重新絮凝、返粗，即形成絮凝體；而分散劑FX7500W含有多個錨定基團的高分子聚合物，可以牢固吸附在顏料離子表面，并形成足夠的空間厚度，有效防止顏料絮凝及沉降。

(5)細度的影響[1]

細度是指油墨中顏料、填充料等固體粉末在連接料中的分散的程度，又稱分散度。它表明了油墨中固體顆粒的大小及顆粒在連接料中分散的均勻程度。細度影響著油墨的著色力、色相等性能指標。本文采用了JONCRRYL HPD 196作為研磨樹脂和FX 7500W作為分散劑，對比了藍色漿在不同細度時配墨的性能差異，結(jié)果如表5：

表5 不同細度對水墨性能的影響

由表5可知，細度越小，不明度越低（即透明度越高），光澤越高，著色力和色密度越強。這是因為色漿細度越小，其比表面積越大，單位面積的顆粒數(shù)量越多，表現(xiàn)出出色的色強和透明度。所以，納米級的高濃度色漿才能在高清印刷中表現(xiàn)出與膠印印刷相媲美的印刷效果。

(6)高清柔版水性油墨的制備

采用本文上述制備的納米色漿，選擇合適的苯丙乳液、離子水、助劑（蠟乳液、消泡劑等），制備出高清柔版四色水性油墨，參考配方如表6：

表6 高清柔版水性油墨

圖2是普通柔版水性油墨和高清柔版水性油墨的基本性能對比圖，性能級別5為最好，1為最差，假設(shè)高清柔版水性油墨各項性能均為5級。與普通柔版水性油墨對比，高清柔版水性油墨具有更高的色密度，因此印刷壓力不用太大就可以獲得較好的高光效果；高清柔版水性油墨具有粒徑分布更均勻的納米細度，可以獲得更佳的印刷流平效果；高清柔版水性油墨具有更優(yōu)異的透明度，可以顯示出更鮮艷的疊印效果。

圖2 兩種柔版水性油墨性能對比圖

3.結(jié)論

（1）采用先粗磨后細磨的串聯(lián)研磨工藝更適合制備納米級色漿：先采用直徑1.0～1.5mm的研磨珠進行粗磨，過濾后再采用采用0.4～0.8mm研磨珠進行細磨。

（2）以JONCRRYL HPD 196為研磨樹脂和FX 7500W作為分散劑，可以制備出色濃度達38%～45%、粘度為15～25s/蔡恩4#、細度達600～800nm（D90）的納米級別色漿。

（3）使用納米級別色漿制備的高清柔版水性油墨可以滿足高線數(shù)網(wǎng)紋輥的印刷，獲得足夠的色彩強度，比普通柔版水性油墨具有更高的色密度、光澤度和透明度，印刷顏色更為飽滿、鮮艷。