水性油墨黏度对牛皮纸印刷效果的影响

对于印刷企业而言,探究一种以简单的工艺和较低的成本对水性油墨配方进行优化的方案,具有重要的现实意义。本文基于一种瓦楞纸箱表面印刷水性油墨的配方,通过对水性油墨黏度的调节,以牛皮纸表面印刷效果为表征,探究有利于提升牛皮纸印品表面印刷效果的水性油墨黏度范围,以期为印刷企业提供一定参考依据。

实验

本实验主要通过控制水性油墨配方中颜料、连结料主要成分比例不变,添加中和剂制备4种不同黏度的水性红色油墨。采用柔性版印刷方式印刷在牛皮纸表面,测试印刷后图案的着色力、光泽度和附着力,以表征牛皮纸的印刷效果。

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实验材料

(1)纸基:定量为230g/m2的单面牛皮纸(胜和纸品有限公司),紧度为0.75g/cm3,耐破度为9kPa・m2/g,耐折度为60次,适合柔性版印刷。

(2)色浆:红色浆(爱色丽 ASL010312),色含量45%,耐光性5~6级,耐温性180℃,具备良好的着色力、稳定性和流动性。

(3)连结料:成膜树脂(巴斯夫Joncryl系列8052)、不成膜树脂(巴斯夫Joncryl系列631)。

(4)助剂:水性消泡剂028(德国BYK)、抗刮剂MONENG-1993(摩能化工有限公司)、流平剂401LS(道康宁)、乙二醇(广州博峰科技有限公司)、中和剂(脲改性的聚氨酯溶液)。

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实验仪器

高速分散机T18(德国IKA)、3#察恩杯(TQC)、读数秒表TF307(天福惠波贸易有限公司)、密度计i1(爱色丽)、光泽度仪WG75(深圳市威福光电科技有限公司)、pH计PHS-3C(上海仪电科学仪器股份有限公司)、IGT印刷适性仪(荷兰IGT公司F1)。

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实验方法

(1)水性油墨制备

水性油墨中最主要的成分是颜料、树脂和助剂。其中,颜料为油墨提供所需的颜色;树脂通过均匀分散颜料,为油墨提供成膜性、抗水性、流动性及良好的印刷适性;助剂具备特定的功能,以改善油墨本身的性能来适应各种不同的印刷条件。本文以前期研制出的一个成熟配方为基础,以黏度为突破口,通过科学含量更高、成本更节约的角度,解决许多企业面临的水性油墨带来的印刷质量问题。

①制备连结料

本实验中,采用适合于牛皮纸印刷用的自制连结料,选取具备良好防水性、抗磨性、成膜性及附着力的成膜树脂和具备良好流变性及印刷适性的不成膜树脂,按照实验配方比例,分别加入烧杯中,然后加入消泡剂搅拌15分钟,并进行静置消泡。其中,成膜树脂占连结料的60%,不成膜树脂占连结料的39.8%,消泡剂占连结料的0.2%。

②配备水性牛皮纸表面印刷红墨

首先,按照配方在搅拌桶中加入连结料、消泡剂和分散剂。然后,开动分散机,在搅拌过程中慢慢加入红色浆。最后,加入抗磨剂、流平剂、乙二醇、pH调节剂和水,高速分散30分钟。其中,水性红墨配方如表1所示。

表1 水性红墨配方(单位:%)

(2)油墨黏度调节

水性油墨黏度受多种因素影响,配方选取的中和剂通过氢键增强流变性能来降低黏度,其流变性能不依赖pH值和水含量。配方中去离子水的微量改变对黏度的影响远不及中和剂大,因此在实验中可以忽略不计。由表1可知,调整中和剂的比例,在保持油墨中主要成分一致的前提下,配备得出四种黏度不同的水性牛皮纸用水性红墨,具体黏度数值如下:配方1为19.6±0.5s,配方2为23.2±0.5s,配方3为28.7±0.5s,配方4为31.3±0.5s。

(3)印刷

将牛皮纸试样切成50mm宽的样品条,设置压力为350N/m2,刮刀压力为150N/m2,速度为0.6m/s,通过单圈印刷,印刷单面红色牛皮纸样张。

(4)性能测试

①黏度测试方法

根据GB/T 13217.4-2008《液体油墨黏度检验标准》,通过3#察恩杯黏度计法进行测量。根据规定将待测油墨温度控制在25℃,并在测试过程中及时调整油墨温度;将清洗干净并晾干的察恩杯水平托住,先用手指将底部小孔堵住,倒入试样水性油墨,油墨高度与察恩杯上边缘齐平;持察恩杯的高度不能高于液面15cm,松开手指同时开动秒表,当试样连续的墨液中断后呈现第一滴时,停止计时,秒表显示时间即为油墨黏度。

②着色力测量

在天平中分别称取1g标准红墨和10g白墨,并用同样的方法称取相同比例的自制红墨和白墨,用调墨刀充分调匀;随后将调匀的油墨冲淡,吸取试样放置于刮样纸左上方,取墨样刮于右上方;用刮片自上而下刮80mm到100mm长。观察试样于标样的墨色,通过添加白墨改变试样直至冲淡样与标样达到一致,通过以下公式,得出试样着
色力。
S=D/C×100%
其中,S为着色力百分比(%),D为冲淡试样白墨用量(g),C为冲淡标样白墨用量(g)。

③光泽度测量

根据GB/T 8941-2013《纸和纸板镜面光泽度的测定》,本实验采用WG75型光泽度仪进行测量。牛皮纸印刷后,使用75°角测量表层的光泽度。

④附着力测量

按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》要求,首先在印刷水性红墨的牛皮纸上用刀片划出5×5个1mm2的小网格,然后用3M胶带粘住划小网格的测试区域,最后用手指抓住胶带一端沿着印刷表面垂直方向快速扯下。根据油墨脱落的情况按照等级划分标准定级,具体等级如表2所示。

表2 附着力等级

结果与讨论

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黏度对牛皮纸表面着色力的影响

黏度对牛皮纸表面着色力的影响如图1所示,从中可以看出,配方3黏度为28.7±0.5s时,牛皮纸表面印刷用水性红墨着色力最好;试样1黏度为19.6±0.5s时,水性红墨着色力最差。

图1 黏度对牛皮纸表面着色力影响

本实验研究黏度变化对着色力的影响。当水性油墨黏度较低时,颜料粒子、连结料及相关助剂间作用力较小,流动性好,但黏附力的降低会导致印刷时更少的油墨黏附于纸张表面,印刷后牛皮纸表面又有进一步的渗透吸收作用,黏度低时颜料粒子更易进入纸张内部,因此着色力降低。当黏度过大时,油墨内聚力较大,影响颜料粒子与纸张表面的吸附作用,导致颜料粒子转移到纸张表面的数量更低,因此着色力降低。实验中配方3的黏度较好平衡了各组分之间的作用力,因此油墨着色力较好。

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黏度对牛皮纸表面光泽度的影响

黏度对牛皮纸表面光泽度的影响如图2所示,可以看出,配方2黏度为23.2±0.5s时光泽度最好,其次是配方3黏度为28.7±0.5s。

图2 黏度对牛皮纸表面光泽度的影响

纸张的光泽度反映纸张的表面性能,其表现为纸张表面显示影像的能力,纸张的光泽度与镜面反射有关。在本实验中,重点关注油墨黏度的改变对光泽度的影响。其中,颜料粒子的数量与连结料的成膜性能是主要因素。分析配方1,当黏度较低时,颜料粒子内聚力降低,从而影响油墨在纸张表面的成膜性。因为连结料可较快通过毛细管作用力渗透进纸张内部,导致成膜组分降低,较多的颜料粒子集聚于牛皮纸表面,因此印刷后光泽度较低。分析配方4,当黏度过大时,油墨中的成膜组分虽然增大,但由于印刷速度降低,墨膜的流平性较差,因此也影响光
泽度。

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黏度对牛皮纸表面附着力的影响

黏度对牛皮纸表面附着力的影响如图3所示,不同黏度下水性红墨在牛皮纸表面的附着力等级,其中配方3和配方4的附着力表现最优异。油墨附着力是指水性油墨与承印物表面之间,即颜料、树脂、纤维、填料及胶料等物质间通过物理或化学作用互相黏结、吸引的能力。影响油墨附着力的因素包括油墨与承印物表面之间的机械结合力、吸附作用、化学键结合和扩散作用等,牛皮纸间复杂的毛细孔是决定油墨附着力的最主要因素。分析配方3和配方4,因为两者的黏度较大,有助于颜料粒子与纸张表面形成作用力,从而加强油墨与纸张的结合程度,因此附着力较大。同理,配方1和配方2颜料粒子的附着力相对较弱。

图3 黏度对牛皮纸表面附着力的影响

牛皮纸印刷效果的影响因素有很多,本实验通过控制纸张表面结构、颜料粒子、树脂类型、制备工艺和印刷条件等因素,对比不同黏度下水性油墨的着色力、光泽度和附着力,用于表征牛皮纸的印刷效果。研究得出黏度为23.2±0.5s和28.7±0.5s水性油墨印刷着色力和光泽度最好;黏度为28.7±0.5s和31.3±0.5s水性油墨附着力最好。综合考虑印刷速度、印刷成本及印刷质量,最终得出水性油墨的最佳黏度是28.7±0.5s。
(本

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