高嶺土對水性油墨印刷適性的影響研究

胡濤，鐘澤輝，鐘嘉穎，高鵬，曹瑜

高嶺土對水性油墨印刷適性的影響研究

胡濤1，鐘澤輝1，鐘嘉穎2，高鵬1，曹瑜1

（1.湖南工業(yè)大學 包裝與材料工程學院，湖南 株洲 412000；2.湘潭大學 化學學院，湖南 湘潭 411105）

探究高嶺土加入調墨油中對水性油墨印刷適性影響。使用高嶺土制備沖淡劑，然后加入不同含量的沖淡劑配置3種調墨油，再將這3種調墨油與5種不同的色漿分別配置成油墨，最后從防滑度、黏度、pH值、鼓泡、沉底、細度、呈色效果等方面考察其印刷適性。沖淡劑加入調墨油中會稍微降低水性防滑油墨的防滑度，但不影響油墨的pH值、細度和呈色效果。樣2調墨油由于沖淡劑含量較大，所以沉底現(xiàn)象很明顯，可能會影響到油墨的印刷適性。使用質量分數(shù)為10%～12%調墨油配置的水性油墨滿足印刷要求，對水性油墨的配置及使用范圍具有一定參考意義。

高嶺土；沖淡劑；水性油墨；印刷適性

水性油墨的優(yōu)勢相對于其他油墨無論是在印刷性能還是在環(huán)保方面都有很好的表現(xiàn)[1-5]，有機物的揮發(fā)明顯減少，對操作人員的健康也不會造成危害，不易燃，無味無毒，安全性能表現(xiàn)優(yōu)良，對環(huán)境不會產(chǎn)生的污染，是一種環(huán)境友好型的油墨[6-9]。由于在公司有大量閑置高嶺土，考慮將它加入水性油墨中以節(jié)約資源、降低成本。在食品行業(yè)使用凹印水性油墨較多，但在高嶺土沖淡劑加入油墨中這方面研究較少[10-12]。高嶺土無法直接在油墨中分散，考慮將它與樹脂混合，加入研磨機進行研磨分散配置成沖淡劑再加入油墨中[13]。高嶺土不一定能在油墨中穩(wěn)定分散，故其含量不能過多。文中使用不同質量分數(shù)的沖淡劑加入油墨中，再從防滑度、黏度、pH值、鼓泡、沉底、細度、呈色效果等方面考察其印刷適性。

1 實驗

1.1 原料及設備

主要原料：煅燒高嶺土、78?D胺化固體樹脂油、0212A水性丙烯酸遮蓋乳液、1603水性丙烯酸防滑乳液、140?A防滑沖淡劑、180消泡劑、181消泡劑、191乙醇胺中和劑、325硅酸鋁、研磨玻璃珠等；A1?BK黃漿、A3?BK金光紅漿、A4?BK大紅漿、A6藍漿、A7綠漿油墨色漿由廣東天龍油墨有限公司提供。

主要設備：蔡恩杯、手動展色輪、pH計、涂料快速分散試驗機、IKA RW20 Digital、BGD 740/2高速分散機；精密烘箱（OVEN），標格達精密儀器（廣州）有限公司；防滑度測試儀，廣東天龍油墨有限公司。

1.2 水性油墨制備

沖淡劑制備：使用電子天平稱取78?D胺化固體樹脂油、180消泡劑、水、高嶺土共300 g，加入200 g研磨玻璃珠，然后使用涂料快速分散試驗機研磨3 h后，過濾裝瓶備用。

調墨油制備：在3個大燒杯中分別加入的0212A樹脂、1603水性丙烯酸防滑乳液、140?A防滑沖淡劑、181消泡劑、191中和劑、325硅酸鋁等，再加入不同量制備好的沖淡劑，并分別標記為標樣（0 g沖淡劑）、樣1（200 g沖淡劑）、樣2（300 g沖淡劑），各成分質量分數(shù)見表1。然后使用高速分散機在3 000 r/min的轉速下分散1 h后，使用日本察恩杯（4號）檢測其黏度，并加水稀釋至黏度為15 s，裝瓶備用。

配墨：在試樣瓶中稱取調墨油（標樣/樣1/樣2） 50 g、色漿（A1?BK黃漿/A3?BK金光紅漿/A4?BK大紅漿/A6藍漿/A7綠漿）50 g，共得到15瓶油墨樣品，然后使用攪拌機在轉速為1 000 r/min下分散 1 min后，蓋好瓶蓋備用。

表1 水性油墨的成分

Tab.1 Composition of water-based ink

1.3 分析與測試

1.3.1 防滑度檢測

依據(jù)秉信公司油墨防滑規(guī)格檢測，將白卡紙裁切成尺寸為10 cm×30 cm的長條備用，把展色輪清洗干凈并保持干燥，取適量油墨滴入網(wǎng)紋輥和膠輪間隙中，在樣張上均勻展色，然后使用電吹風吹干待測。將白卡紙裁切成5 cm×5 cm，用雙面膠將其固定在金屬砝碼上，白面朝外。把待測樣紙固定在測試儀木板上，將帶有白面紙的金屬砝碼放置在待測樣上。按下開關，木板自動緩慢抬起，待砝碼落下后記錄木板抬起的角度，作為防滑度參考，角度越高則防滑度越好。各種油墨分別使用白卡紙和?？埜鳒y試4次，取平均值。

1.3.2 黏度檢測

依據(jù)GB/T 13217.4—2020液體油墨黏度檢驗方法，用日本察恩杯4號杯檢測，使用油墨流出至斷線的時間來表示，流出時間越長則黏度越大。檢測15瓶油墨樣品剛配置好時和靜置36 h后的黏度。

1.3.3 pH檢測

將15瓶油墨樣品及3瓶調墨油分別使用pH計測量3次取平均值。

1.3.4 鼓泡測試

取一個大量筒，在天平上稱取70 g油墨樣品，將鼓泡機清洗干凈被擦干，放入量筒中，讀取此時液面高度度數(shù)并記錄，打開鼓泡機至最大鼓泡速率，30 min后讀取液面高度及最高液面高度并記錄。

1.3.5 沉底測試

將15瓶油墨樣品蓋好瓶蓋，放入60 ℃的烤箱中，4 h后取出自然冷卻至室溫，用調墨刀攪拌瓶底觀察沉底情況。

1.3.6 細度測試

依據(jù)GB∕T 1724—2019油墨細度檢測方法，使用細度板測量細度，同一樣品測量4次并取平均值。

1.3.7 墨色對比

將白卡紙及牛皮卡紙裁切成尺寸為10 cm×30 cm的長條備用，把展色輪清洗干凈并保持干燥，取適量標樣/樣1、標樣/樣2、樣1/樣2油墨分別滴入網(wǎng)紋輥和膠輪間隙中，在樣張上均勻對比展色。使用愛色麗分光光度計測量各樣條的*、*、*值，然后根據(jù)公式計算其之間的色差Δ*。

2 結果與討論

2.1 防滑度分析

水性油墨的防滑也是一個重要的印刷適性，特別是在紙箱的印刷上。實驗采用的A1–BK黃漿、A3–BK金光紅漿、A4–BK大紅漿本身是防滑耐磨的油墨色漿，而A6藍漿、A7綠漿則是普通高檔印刷油墨色漿，因此前3種色漿配置的油墨防滑度比后2種較高。由表2可知，3種防滑油墨中樣1、樣2調墨油配置的油墨防滑度比標樣有些許降低，而對于A6和A7色漿來說，基本不影響防滑度。沖淡劑的加入會稍微降低防滑油墨的防滑性，但是降低幅度不大，可以繼續(xù)使用。

2.2 黏度分析

黏度是印刷過程中較容易變化的變量之一，也是對印刷質量影響最大的一個變量，水性油墨的黏度會影響到印刷的多個方面。由表3可看出，在油墨剛配備好時，同種色漿之間黏度基本差別不大，只有不同色漿配置的油墨才存在較大黏度差異，這是色漿本身的黏度差異造成的結果。在靜置36 h后，所有油墨黏度都變高，這主要是因為剛制備的油墨是經(jīng)過攪拌機高速分散而成，因此剪切變稀，黏度會偏低，而長時間靜置后油墨黏度會變高。這是油墨生產(chǎn)過程中的正常現(xiàn)象，油墨使用前會充分攪拌均勻，故不影響實際生產(chǎn)應用。

其中樣1、樣2調墨油配置的油墨黏度有較大增加，造成這一現(xiàn)象是由于沖淡劑中樹脂、高嶺土的加入，在靜置后使得油墨黏度增加。如若黏度的增加影響到其印刷適性，可在調墨油中加入適量水進行稀釋。

2.3 pH分析

油墨的pH值對印刷效果會產(chǎn)生一定的影響，當水性油墨pH值為8.2～9.5時，固含量、表面張力、黏度值等數(shù)據(jù)表明油墨的性能保持穩(wěn)定[14]，因此，水性油墨pH值控制在8.2～9.5較為合適。各樣品的pH值見表4。由表4可知，所有油墨pH值基本在9.3～9.5，樣1、樣2中沖淡劑的加入沒有對油墨的pH值造成較大影響。

2.4 鼓泡分析

在鼓泡計放進量筒，開始鼓泡1 min內，泡沫就已完全溢出大量筒，所有油墨樣品皆是如此，抑泡效果較差。造成這一現(xiàn)象的原因應該是配方中181消泡劑含量較低，需要進行改善，因此，增加消泡劑含量。

表2 油墨在白卡紙和牛皮卡紙上的防滑度

Tab.2 Slip resistance of ink on white cardboard and kraft paper

注：“/”前的數(shù)值為白卡紙的防滑度，“/”后的數(shù)值為牛皮紙的防滑度。

表3 調墨油及油墨剛配備好和靜置36 h后的黏度

Tab.3 Viscosities of varnish and ink just prepared and rested for 36 hours s

注：“/”前的數(shù)值為剛配備好時的黏度，“/”后的數(shù)值為36 h后的黏度。

表4 調墨油與油墨的pH值

Tab.4 pH values of varnish and ink

2.5 沉底分析

一般情況下水性油墨不會出現(xiàn)沉淀，但由于油墨本身的特性，如使用的樹脂分散性不佳，加上樹脂、顏料等電荷差異、密度差異，或經(jīng)過高溫曝曬，在存放過程中還是可能出現(xiàn)凝聚沉淀。輕微的沉淀在使用前充分攪拌搖勻可以重新分散到油墨中，較嚴重的沉淀則會影響油墨的印刷質量。由于沖淡劑含量對油墨的沉淀現(xiàn)象影響較大，故又補充不同含量的沖淡劑樣品進行具體分析，具體沉淀現(xiàn)象見表5。

由表5可知，沖淡劑的加入使得沉底現(xiàn)象增加，沖淡劑的比例越大則沉淀現(xiàn)象越明顯，尤其是以樣2調墨油配置的油墨，由于沖淡劑加入較多，沉底現(xiàn)象較嚴重，充分攪拌后依然有絮狀沉淀物，對印刷質量會造成一定影響。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是沖淡劑中的高嶺土和樹脂在長時間的靜置后而沉淀，因此沖淡劑不能加入過多，其質量分數(shù)為10%～12%時最佳。

2.6 細度分析

油墨的細度指顏填料等粉狀物質分散在連接料中的程度，單位為μm，其值主要與顏填料粒子與分散樹脂的配比有關。一般水性油墨的細度為15～25 μm為佳，過小或過大都會對水性油墨的流動性和流變性產(chǎn)生影響。

由表6可知，不同色漿配制成的油墨細度都有一定差異，而沖淡劑的加入對油墨細度沒有造成影響，主要是因為沖淡劑的加入一般是為了減少油墨色料的含量，而油墨的粒徑大小如細度主要受油墨色料含量的影響；實驗中將沖淡劑加入調墨油中，然后將調墨油與色漿按質量比1∶1混合，沖淡劑的加入并沒有影響到油墨色料的含量。

2.7 墨色對比

在印刷過程中，印品最終呈色效果與眾多因素有關。油墨作為印刷過程中不可缺少的重要材料之一，它本身的各種性質在很大程度上影響或決定著油墨的最終呈色效果[15]。色差Δ可以很好地衡量出顏色的誤差，一般來說，Δ≤1時肉眼很難看出顏色的差異，可以滿足油墨印刷要求。表7為各樣條的Lab值，表8是根據(jù)表7中Lab值計算出的標樣與樣1、標樣與樣2之間的最終色差值。由表8可知，同種油墨各樣品之間的色差基本小于1。圖1—3分別為A3–BK、A6、A7油墨進行對比展色的樣品圖。由圖3可知，在光線充足條件下觀察樣條看不出顏色區(qū)別，符合印刷要求。

表5 調墨油與油墨的沉底程度

Tab.5 Deposit degree of varnish and ink

注：0表示沒有沉淀現(xiàn)象；1—3表示有沉淀現(xiàn)象，數(shù)值越大沉淀越明顯。

表6 油墨的細度

Tab.6 Fineness of ink μm

表7 各樣條的Lab值

Tab.7 Lab values of samples

表8 標樣與樣1、樣2的Δ值

Tab.8 ΔE values of standard sample, sample 1 and sample 2

圖1 A3–BK油墨在白卡紙及牛皮卡紙上的對比展色

圖2 A6油墨在白卡紙及牛皮卡紙上的對比展色

圖3 A7油墨在白卡紙及牛皮卡紙上的對比展色

3 結語

高嶺土沖淡劑加入調墨油中對普通油墨防滑度影響不大，會稍微降低防滑油墨的防滑度，但不影響其繼續(xù)使用，并且不會影響油墨的pH值、細度和呈色效果，但在使用時需注意在長時間靜置后，油墨的黏度會變大。樣1調墨油配置的油墨置于烤箱中一段時間后會出現(xiàn)些許沉底現(xiàn)象，在使用前充分攪拌搖勻會重新分散到油墨中，油墨可以正常使用。樣2調墨油由于沖淡劑含量較大，所以沉底現(xiàn)象很明顯，可能會影響到油墨的印刷適性。綜上，使用質量分數(shù)為10%～12%的調墨油配置的水性油墨可以滿足印刷要求，對水性油墨的配置及使用范圍具-有一定參考意義。

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Effect of Kaolin on Printability of Water-based Ink

HU Tao1, ZHONG Ze-hui1, ZHONG Jia-ying2, GAO Peng1, CAO Yu1

(1. School of Packaging and Materials Engineering, Hunan University of Technology, Hunan Zhuzhou 412000, China; 2. School of Chemistry, Xiangtan University, Hunan Xiangtan 411105, China)

The work aims to investigate the effect of kaolin added into varnish on the printability of water-based ink. Kaolin was used to prepare diluent and then different contents of diluent were applied to compound 3 kinds of varnish which were mixed with 5 different types of colorants to prepare ink. Eventually, the printability of these inks was investigated from the aspects of slip resistance, viscosity, pH value, bubbling, deposit, fineness and color rendering effect. The addition of diluent to varnish slightly reduced the slip resistance of water-based anti-slip ink, but did not affect the pH value, fineness and color rendering effect of ink. However, the ink sample 1 with large content of diluent caused an obvious deposit, which might affect the printability. The water-based ink prepared with 10%-12% varnish can meet the printing requirements, which has certain reference significance for the preparation and application range of water-based ink.

kaolin; diluent; water-based ink; printability

TS802.3

A

1001-3563(2022)15-0209-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.024

2021–10–22

湖南省創(chuàng)新型省份建設專項（S2022JJKSLH0153）；2022年度湖南省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練（5352，5356）

胡濤（1997—），男，湖南工業(yè)大學碩士生，主攻水性聚氨酯油墨。

鐘澤輝（1970—），男，博士，湖南工業(yè)大學教授，主要研究方向為包裝印刷新材料與技術。

責任編輯：曾鈺嬋