水性上光油的调配及使用

水性上光油的调配及使用
水性光油一般有80%～90%水性树脂及10%～20%的其他添加剂组成。

经涂布上光后，在承印物表面留下一层由聚合物组成的薄层，由于配方组合不同而赋予涂层不同的特性。

如高光、哑光、耐磨擦等。

水性树脂是水性光油中最主要的成份。

它决定和影响水性光油的特性，如光泽、附着力、耐磨性、干燥性等，所以适当地选用水性树脂是水性光油调配成功的关键。

树脂的品种很多，有水性松香改性马来酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性氨基树脂等。

对于水性光油而言，所选用的树脂应该具备易成溶盐、水释放性好、成膜后光泽性好、耐热性、耐化学性佳、干燥速度快等特点，而水性丙烯酸共聚树脂则能最大限度地满足印刷上光的要求，因此在调配水性光油时，水性丙烯酸体系的共聚树脂成为我们的最佳选择。

水性丙烯酸共聚树脂可以分为水性丙烯酸树脂溶液，水性丙烯酸分散体，丙烯酸乳液。

而丙烯酸乳液可分为成膜丙烯酸乳液和非成膜丙烯酸乳液。

水性丙烯酸共聚树脂的性能受单体组成。

性能及合成工艺的影响而有所差异。

某些单体可以提高光泽和硬度，另外的单体则可提供耐化学性、附着力。

经大量的实验证明，选择水性丙烯酸溶液和丙烯酸乳液，通过科学复配而成的水性光油各项性能都较理想。

其他的添加剂对于水性光油性能的改善和提高也起了很重要的作用。

如流平剂、润湿剂、消泡剂、耐磨剂等。

流平剂是改善流动性，延长流平时间，帮助涂层在干燥后形成平整的涂膜，避免出现水纹和条纹现象。

润湿剂主要降低水性光油体系的表面张力，提高涂层对承印物表面的润湿能力。

消泡剂刚可以抑制和消除水性光油在循环系统中的泡沫产生，避免过多的泡沫影响操作。

抗磨剂则可以提高水性光油的抗磨擦力，抗刮力及爽滑性。

另外在配方中适当添加少量的辅助溶剂，可以使水性光油的各组成份更好地相互混溶，降低体系的内聚力，提高上光适应性。

水性光油适用于专门的连线上光单元，离线辊涂上光机，柔性版上光，凹版上光等，而且前应用较多的主要有连线上光(如高宝KBA104、KBA105)，离线辊涂上光。

特别是连线上光，除了少用和不用喷粉，还可以大幅度提升印刷效率(减少隔盘)，减少后加工所需等待的时间。

连线上光后的印刷品一般在2～6个小时后即可进行模切等后加工。

然而无论你选择何种方式上光，如果要取得满意的上光效果。

必须掌握好水性光油的使用方法。

因此，在水性光油的使用过程中，我们建议认真掌握以下三个因素：
1)涂布量：均匀适量的涂层成膜后，光泽好，耐磨性高。

如果涂布量小，水性光油不能形成完整连续的涂膜，导致光泽差，起不到应有的保护和装饰的效果。

但如果涂布量大，则涂膜厚，会增加上光成本，同时也影响干燥速度，严重的会出现黏背的情况。

我们一般建议，湿涂膜在4～10g/㎡，具体涂布量则需要客户根据纸张及设备特性不同而有所差别。

2)黏度：对于离线辊的上机黏度一般建议在18～25秒(DIN4，25℃)。

连线上光的(如罗兰705)黏度一般建议在40～70秒（DIN4，25℃)?宜。

黏度过低，起不到保护和装饰的功能；黏度高，则可能出现流平不好，干燥慢的现象。

水性光油和稀释剂一般是水，也可以根据具体情况把异丙醇：水1：1的混和物做稀释剂。

具体黏度应根据纸张及设备特性加以调整。

3)干燥温度与时间：水性光油主要靠渗透干燥同时兼有交联固化。

常见的干燥装置有热风干燥和红外线干燥。

一般认?红外线干燥效果最好。

因?水性光油的主要溶剂是水，而水的流化热是比较高，所以在干燥速度要比油性慢。

同样道理，在干燥温度上要比油性光油高。

一般建议在80～100℃，烘道在2m左右。

如果温度不够，烘道过短，则会出现涂膜不干，严重会出现黏背和擦花，但如果温度过高，干燥时间长，纸张纤维失水过大，纸张变脆，容易在后加工中出现折断，爆裂情况。

以上只是简述了水性光油使用时的三个关键事项，但水性光油的使用还根据不同的印刷方式，印刷设备，纸张类型，油墨特性及上光设备加以综合考虑，才能让水性光油的优异性表现出来。

水性光油由于环保，使用方便等优势，已逐步代替溶剂型上光油和油性上光油.
影响水性上光油光泽度的6大自身因素
水性上光油属于绿色环保型产品，它所用溶剂主要是水和一些醇类，其挥发物不会污染环境。

水性上光油是近年来随着人们环保的呼声不断升高而逐渐发展起来的，目前它的技术还不够成熟，主要问题表现在表面整饰效果不佳，光泽度不能达到理想效果等。

光油的涂布过程实质上就是上光油在印刷品上流平并干燥的过程。

影响水性上光油光泽度的因素有很多，如被涂布材料的外观质量、涂布工艺过程、设备及上光油本身的质量，这里主要讨论的是水性上光油的性能对光泽度的影响。

影响水性上光油光泽度自身因素包括树脂选用聚合物单体、水溶性树脂与乳液的配合比例、光油的流平性、粘度、pH值及表面张力等。

1、聚合物单体对水性上光油光泽度的影响聚合物单体的不同性质，对制成的水性上光油的光泽度及其它性能有很重要的影响，因此选择合适的聚合物单体是提高水性上光油光泽度最重要的一环。

在实际使用中通常使用多种单体进行共聚，选用单体时既要大量加入具有提高光泽度的助剂，又要兼顾改善上光油其它性能单体的使用。

一般来说它们可以从表1中选择单体共聚。

水性上光油的丙烯酸树脂可能用到的单体有：甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸-β－羟丙酯、丙烯酸等。

加大甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯用量，形成的涂层硬度高，光泽度好，但较脆，耐折性及耐溶解性较差。

因此，若要得到高光泽的水性光油，必须选择合适的聚合物单体。

2、水溶性树脂与乳液的配合比例前面已经提到，水溶性树脂与乳液的配合比例对水性上光油的光泽度有很大影响。

增加乳液的用量可以提高其光泽度，但使光油的流平性、加工适性降低；增加水溶性树脂用量，虽可提高光油的流平性和加工适性，但其光泽度会降低。

制备时，可参考前面配方中的比例进行。

3、流平性对水性上光油光泽度的影响。

水性上光油的流平性是影响其光泽度的另一个重要因素，它受到光油粘度、pH值及表面张力的影响。

若上光油具有较好的流平性，能够在涂层干燥前迅速流平，形成光滑的表面，涂层就会有高的光泽度；若上光油不能在流平前就已干燥，会留下一些条痕、砂眼等，使其光泽度降低。

影响流平性的关键因素是光油在流平过程中的流平粘度和其干燥速度。

若流平粘度能保持较低，并且初期有较小的变化率，涂层就可较快流平。

流平粘度与水性光油
的粘度、pH值、触变性及被涂布物的吸收率有关。

干燥速度也影响着流平性，若速度较小，流平粘度的变化率较小，给予流平的时间也较大，能够充分流平。

4、粘度对水性上光油光泽度的影响水性上光油的粘度对涂布过程中的流平性、湿润性等涂布适性有很重要的影响。

这是因为印刷品表面对上光油具有一定的吸收性，而且印刷品表面对上光油的吸收率同上光油的粘度值成正比。

若上光油的粘度值过小，在对于高吸收率的纸张进行涂布时，会导致流平过程中上光油的粘度变化太大，在最初阶段，其粘度尚可满足流平要求，但到了中后阶段，上光油的粘度明显增大，就很难再满足流平要求，结果使流平过早结束，引起印刷品表面涂层不均，某些局部欠上光油而影响到膜层干燥和压光后的平滑度、光泽度。

若对吸收率低的印刷品涂布时，粘度太低，又会产生流挂现象，导致涂层不均匀、干燥不良等问题。

若粘度太高，又不能满足流平的要求而引起流平的过早结束，光泽度变差。

5、PH值对水性上光油光泽度的影响水性上光油的pH值主要是由氨水来调节的，一般水性上光油pH值应控制在8～9之间。

若pH值太高碱性太强，光油的粘度就会降低，影响光泽度，同时使干燥速度变慢，耐水性变差；pH值太低时，碱性太弱，粘度升高，氨水过快的在流平过程中挥发，使流平过快结束，影响光泽度。

6、表面张力对水性上光油的影响上光油的表面张力不仅是影响光泽度而且是影响上光油整体质量的一个重要因素。

因为涂布上光油通常是在实地或墨膜上实现的，而它们的表面自由能通常较小，上光油的表面张力值的大小对同一印刷品的润湿、附着、浸透作用的区别很大，涂布和压光后成膜效果差别也很大。

如果上光油的表面张力值。

很小，上光油容易润湿印刷品的表面，并且在表面张力的作用下，易流平成光滑而均匀的膜面；如果上光油的表面张力值较大，那么对印刷品表面墨膜的润湿都存在困难，不容易形成均匀的涂布层；当其值大于印刷品墨膜表面张力值时，涂布后的上光油涂层会产生一定的收缩，甚至在某些局部出现砂眼等现象。

以上是影响水性上光油的主要因素，此外水性光油的固含量对其光泽度也有影响，固含量对光泽度的影响与粘度相似。

一般水性上光油的固含量应控制在30%～40%。

表面活性剂在水溶性油墨与有机颜料中的应用表面活性剂在水溶性油墨与有机颜料中的应用表面活性剂在水溶性油墨与有机颜料中的应用表面活性剂在水溶性油墨与有机颜料中的应用•润湿剂市场上供应的润湿剂如JFC，JFCS，平平加系列，EL系列和AEO 系列，渗透剂T等都是表面活性剂，是纺织用润湿剂。

纺织用润湿剂都是脂肪碳链作为疏水基的，与染料（颜料）芳香烃的化学结构没有相似性，亲和力低，结合也不牢固。

因此，染料（颜料）用润湿剂的疏水基应用是芳香烃的，以很强的锚接方式与染料（颜料）粒子结合，不至于长期放置过程中从粒子表面脱落焉，亲水基伸展在水中提供位阻斥力或电斥力。

疏水基团为芳香烃的润湿剂与染料（颜料）粒子结合程度不同，以TX-10与Solsperse27000为例作对比。

将TX-10，S-27000及乳化剂600硫酸酯化后得到一个分子内有两个亲水基团。

除了硫酸酯化外，也有羧酸酯化，与许多常用的有机颜料羧酸类高分子分散剂具有良好的配伍性。

为了提高与有机颜料疏水部分的亲和力，北京化工大学徐燕莉等人研究Tmeen20羧酸盐作为水性分解剂对酞菁蓝进行表面改性处理。

以上述助剂添加0.5%~3.0%于酞菁蓝中，使临界表面张力σC（σSC）由23mN/m增至34.8mN/m，提高351%；
对水的接触角从82.4降低到47，减少347%，因此，酞菁蓝在水中的润湿性大大提高，经处理后流动性提高2.5倍，水中分散稳定性提高29%。

上述非离子表面活性剂经过羧酸化，得到相应产品，可作为染料（颜料）润湿兼有分散作用的表面活性剂。

分散剂分散剂中以木质素磺酸最为有效。

木质素磺酸盐是阴离子表面活性剂由多个4-羧基-3-甲氧基丙烷的羟基和磺酸基的聚合犁，平均分子量为8000~13000，磺酸盐一般是钠盐、钙盐、也有铵盐，是一种高分子电解质。

使用木质素磺酸铵盐，较其它磺酸盐对提高染料溶解度更为有效。

而木质素磺酸铵盐在国内尚未批量生产。

有人建议使用Borregard公司的BorresperseAM-320；Reed公司的LignosolTSF，LignosolTSD，LignosolTSF-65及LignosolSFX-65等。

用水性油墨用助剂和水溶性树脂及水性油墨的颜料生产环保型水性油墨水溶性树脂：国内常采用松香改性马来酸树脂，氨基甲酸乙酯树脂，苯乙烯性马来酸树脂、水性氨基树脂及聚乙烯醇和羧甲基纤维素等水溶性丙烯酸改性树脂。

水性油墨用助剂用表面活性剂水性油墨助剂有如下几种：①消泡剂，用来消除水性油墨中的泡沫，用量一般为1%~2%。

②水墨稳定剂，主要防止水墨在贮藏、运输中聚结、发霉，可以降低水墨粘度和调节水墨的pH值，一般使用氨水或乙醇胺等。

③其它还有分散剂、防腐剂、流平剂、增滑剂及交联剂等，通过科学使用这些助剂来改善水性油墨的弱点，从而提高水性油墨的稳定性能。

水性油墨用溶剂优选出的水性油墨基本配方：水溶性丙烯酸25%~35%，水15%~25%，乙醇5%~15%，胺5%~10%，颜料10%~30%，助剂1%~3%。

环保型水性油墨的应用：环保型水性油墨目前最主要的应用领域是柔性版印刷与凹版印刷，95%的柔版印刷品采用水墨，80%的凹版印刷品采用水墨。

而国内2001年窄幅柔版印刷生产线200条，年需水性油墨10万t 。

表面活性剂对水性油墨干燥速度的影响
(1.大连市轻化工研究所,辽宁大连116013; 2.大连理工大学化工学院,辽宁大连116021)
摘要: 色浆研磨时的分散剂用量和成墨过程中润湿剂的用量对水性油墨的干燥速度有较大影响。

用量适当可提高干燥速度;若用量不当,不但降低干燥速度,而且将影响水性油墨的粘度、细度和附着牢度。

关键词: 水性油墨;分散剂;润湿剂;干燥速度
中图分类号: TS802.3 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2010)03024503
由于目前广泛使用的溶剂型油墨存在污染环境、易燃易爆、影响健康、浪费资源等问题,采用水性油墨替代已是大势所趋。

但是,目前影响水性油墨大规模推广应用的最大障碍是干燥速度较溶剂型油墨慢,影响印品的生产效率。

如何提高水性油墨的干燥速度是水性油墨推广应用的当务之急。

水性油墨的干燥机理是水从湿膜的表面挥发,墨膜整体缩小,分散的聚合物颗粒逐渐浓缩;聚合物颗粒开始相互接触;颗粒发生凝聚或交联,形成干燥墨膜
[1]。

其核心过程是水从湿膜的表
面挥发。

通过对溶剂型油墨常用溶剂与水在物性上的比较,可以看出明显影响水性油墨干燥速度的因素是水的表面张力和蒸发热。

体系的蒸发热虽然可以通过加入适量的醇类化合物使其降低,但受VOC排放量的限制,加量有限,降低有限。

因此,本工作集中在通过体系表面张力的调节来提高水的释放性和增加墨膜与基材的接触面积,达到提高干燥速度的目的。

1 实验部分
1.1 实验材料
丙烯酸乳液,DSM公司产,工业;水溶性丙烯酸树脂,诺誉公司产,工业;有机颜料,龙口太行公司产,工业;分散剂,科莱恩公司产,工业;润湿剂,毕克公司产,工业。

1.2 水性油墨制备方法1.
2.1 水性色浆的制备
按m(有机颜料)∶m(水溶性丙烯酸树脂)
∶m(消泡剂)∶m(无离子水)∶分散剂)=40∶5∶0.1∶52∶x配制色浆溶液,将配好的色浆溶液在高速搅拌机上分散30min,在高速乳化机上乳化30min,然后加入到砂磨机中砂磨至细度≤8 μm,放料备用。

1.2.2 水性油墨的混配
按m(水性色浆)∶m(水溶性丙烯酸树脂)∶m(丙烯酸乳液)∶m(润湿剂)=30∶10∶60∶y比例配制成混合液,然后在高速分散机上分散1h,经过滤即得水性油墨。

1.3 干燥速度的检测方法1.3.1 原理
在规定温度、湿度及一定时间内,水性油墨印迹中的溶剂以一定速度挥发,致使不同厚度的墨膜由液态变为固态,为初干性,以mm/30s表示之,数值越大表示干燥速度越快。

1.3.2 检验步骤检验应在温度为(25±1)℃、湿度(56±5)%
条件下进行;检验时应避开风口处。

用不锈钢勺将已调匀且温度为(25±1)℃的试样,取一定量滴于刮板细度仪50μm处,使其充满槽内;用刮
收稿日期: 2009210215 作者简介: 张松(1971-)男,工程师。

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刀迅速刮下,立即计时;将刮样纸对准刮板细度仪
下端边缘,当30s时把刮样纸放平,用胶辊由刮板细度仪下端往上推,然后立即揭下刮样纸。

1.3.3 检验结果
从零微米算起,用直尺度量未着墨迹的长度,以mm表示之。

检验应平行进行2次,其测定误差不应大于3mm。

1.3.4 其他性能的检测
按相关国家标准检测。

2 结果与讨论
2.1 分散剂对干燥速度的影响
水性油墨是由水性色浆、连结料及适当助剂组成的。

水性色浆是经研磨至一定颗粒细度的颜料水分散液。

为了保证其分散液的稳定性,在色浆的制备过程中必须加入适当的分散剂。

但是分散剂的用量和类型对水性油墨的干燥速度有较大影响。

本实验向体系中加入阴离子高分子表面活
性剂和非离子高分子表面活性剂形成的组合分散剂,因为全用阴离子型分散剂,在颜料颗粒表面上的同性电荷有一定的排斥力,若加入适当量的非离子分散剂,可使同性电荷分离,显著增强了颜料颗粒间的排斥作用,使保护层更加稳定[2]。

从表1可以看到,随着分散剂用量的增加,不但水性色浆稳定性提高(如粘度降低和细度不返粗),而且水性油墨的干燥速度相应提高。

这是因为高分子分散剂吸附于颜料颗粒表面,在提高颗粒间的位阻效应和静电排斥作用的同时,使原本吸附于颗粒上的水分子游离于分散介质中,在墨膜成膜的干燥过程中易于释放,从而使干燥速度提高。

另外,由于分散剂吸附与解吸的动态平衡,分布在分散介质中的分散剂分子使水分子间内聚力减弱,体系表面张力降低,有利于水分子从气-液界面逸出,也是干燥速度提高的另一重要因素。

表1 分散剂用量对水性油墨干燥速度的影响
分散剂用量,%11.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0色浆粘度/s
5643352824211917161515色浆细度/μm>50>50453025202015151010初干性/(mm・(30s) 注:以上为水性色浆放置48h后的数据。

但是随着分散剂用量的增加,完成对颜料粒子表面的"包裹"以后,更多的高分子化合物进入
分散介质,成膜干燥时迁移至墨层表面,影响水分的挥发,使干燥速度降低。

因此说,在颜料研磨过程不能为了色浆的稳定性,而加入过量的分散剂,其用量必须适当,才能保证良好的干燥速度。

另外,非离子表面活性剂的加入量不宜过大,因为其亲水性的聚氧乙烯链与介质的溶剂化作用,在每个颜料粒子周围形成水化层,影响水的释放性,如表2所示。

表2 不同类型分散剂间比例对水性油墨干燥速度的影响
阴离子分散剂用量,%01234非离子分散剂用量,%43210初干性/(mm・(30s)
1520202225色浆粘度/s3532281916色浆细度/μm
表2表明,随着非离子分散剂用量的减少,初
干性逐渐提高,但单纯使用阴离子分散剂,体系稳定性下降,粒子返粗。

因此说,阴离子分散剂与非离子分散剂应该保持适当比例。

2.2 润湿剂对干燥速度的影响
在水性油墨中加入适量的润湿剂,可以有效降低水性体系表面张力,使水中的一些氢键结构
被重新排列[3]
,有利于水分子的逸出,加快墨膜的干燥速度。

另外,由于表面张力的降低,它还可以促进墨层在低临界表面张力基材上的铺展,增加与空气的接触面积,从而使干燥速度进一步提高。

根据干燥原理知道在干燥温度、通风量、印刷机车速等设备因素一定的条件下,提高被干燥物与干燥介质的接触面积,将有利于干燥速度的提高。

表3 润湿剂用量对水性油墨干燥速度的影响
润湿剂用量,%00.51.01.52.02.53.03.5初干性/(mm・(30s)
注:附着牢度为65℃热风吹扫10s的结果。

642 辽宁化工 2010年3月
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从表3可以看到,随着润湿剂用量的增加,干燥速度逐步提高,并且保持良好的附着牢度。

但是当润湿剂的用量进一步增加时,由于过量润湿剂向墨膜两侧的液-固界面和液-气界面迁移,使墨膜在基材上的附着牢度下降,并且由于在液-气界面达到或超过临界胶团浓度形成单分子层,阻碍了水分子的汽化,从而使干燥速度下降。

因此说,润湿剂的加入可以提高水性油墨的干燥速度,但加量必须适当,否则不但干燥速度下降,而且造成附着牢度大幅下降。

3 结论
表面活性剂对水性油墨的干燥速度有较大的影响,适量加入分散剂和润湿剂对干燥速度的提高有促进作用;不适量的加入不但降低了干燥速度,而且对水性油墨的其它性质,如粘度、细度、附着牢度产生不良影响。

参考文献
[1] 周震,凌云星,赵诗华.油墨研发新技术[M].北京:化学工
业出版社,2006:20-21.[2] 任俊,沈健,卢寿慈.颗粒分散科学与技术[M].北京:化学
工业出版社,2005:194.[3] 蒋庆哲,宋昭峥,赵密福,等.表面活性剂科学与应用[M].
北京:中国石化出版社,2006:2-4。