浅谈凹版印刷油墨中常用溶剂的选择

浅谈凹版印刷油墨中常用溶剂的选择

在凹版油墨中，溶剂不仅溶解各种成膜聚合物，调整粘度及流变性，以适应印刷，而且对成膜质量有重要影响。凹版油墨配方中，关键技术之一就是选择合适的溶剂。以下就对溶剂的特性及其如何选择、定量作详细阐述：

一、常用溶剂分类

1、醇类

常用的醇类溶剂有乙醇（酒精）、异丙醇、正丁醇等。乙醇和正丁醇一般用作助溶剂，然而乙醇吸潮性较高，对某些树脂的溶解性好，对染料溶解尤佳，乙醇的溶解力随着含水量的增加而减小；其挥发极快，用量不宜过多。异丙醇能与水、乙醇、甲苯混溶。

2、酯类

常用酯类溶剂有醋酸乙酯（乙酸乙酯）、醋酸丁酯（乙酸丁酯），溶解力强，具有强烈的水果香气味，缺点是价格太高。常用于溶剂凹版油墨中。

3、苯类

常用的苯类溶剂主要有：苯、甲苯、二甲苯等。苯挥发快，价格便宜，但其毒性大；甲苯在稀释比值和挥发速度方面较理想，其于凹版油墨中用得最为广泛的品种之一。二甲苯之挥发速度比甲苯慢，也是凹版油墨中最常用的溶剂之一。

4、酮类

常用酮类溶剂主要有：丁酮（甲乙酮、MEK）、环已酮等。酮类是溶解力很强的溶剂，特别是适用于高固体份的凹版油墨，其还有助于改善高固体凹版油墨的流动性和流平性，但其气味较难闻。

二、常用溶剂的性质

1、溶解力

溶剂对树脂的实际溶解力，这是能否使用的首要条件。溶解力可用溶解参数δ来衡量。溶解参数δ定义内聚能密度的平方根：

δ=（△E/Vm）1/2

式中：△E内聚能，指液体或固体的汽化热（cal），Vm为摩尔体积(cm3)。

混合溶剂的溶解参数公式：

X1V1δ1+X2V2δ2+X3V3δ3＋……＋XiViδi

δ混合=

X1V1+X2V2+X3V3+……+XiVi

式中：X1V1分别是混合溶剂的摩尔分数和摩尔体积。

溶解参数对理解溶剂与树脂、颜料、溶剂的相互作用提供了坚实的理论基础，对修证和改善凹版油墨配方提供了逻辑体系。

2、挥发速度

溶剂的挥发类似于湿衣服中水份的挥发，其主要受到温度、蒸汽压、表面积/体积比以及表面空气的流动速度影响，其是决定墨膜干燥速度的重要因素，影响墨膜的形式并进而影响墨膜的最终质量，它是选择溶剂配方的第二个考虑重要条件。

混合溶剂的挥发速度由下式计算：

R=ΣRiTiVi

式中：R为混合溶剂的挥发速率，RiTiVi分别为I组分的挥发速度率、活性参数、体积分数。

凹版油墨中溶剂的挥发可分为两个过程（阶段），即第一阶段：溶剂的挥发速度主要受单一溶剂的四种因素（即温度、蒸汽压、表面积/体积比和表面空气流动速度）的影响，溶剂的挥发速度与单一的相同，随着溶剂的进一步挥发，溶剂的挥发速度突然变慢，此时进入第二阶段：溶剂的挥发速度不再是由表面溶剂的挥发所控制，溶剂从涂膜内表面的扩散所控制，此时，溶剂的挥发速度更加缓慢，甚至那些与树脂作用较强的溶剂会长期滞留墨膜内，久久不释放，即溶剂稀放性慢。

溶剂挥发速度的大小是决定最终墨膜性质的重要因素之一。如果使用大量挥发快的溶剂，如丁酮、醋酸乙酯、甲苯等溶剂，则附在基材上的凹版油墨微粒的粘度就会大大增加，流动性下降，严重影响流平，产生"桔皮"现象；另外，由于溶剂急剧挥发，凹版油墨未能充分流平而形成许多针孔，由于溶剂大量挥发而有吸收热量，导致被涂物表面温度急剧下降，这足以使周围空气中的水气凝结成小水珠而产生"发白"现象；最后，由于溶剂挥发太快，墨膜表层马上固化，底层溶剂不能逸出，当温度升高时，残留溶剂从内部挤出表面，形成气泡，即爆孔。如大量使用挥发慢（高沸点）溶剂，导致凹版油墨干燥慢，引起发粘、发软、流挂，边缘变厚等弊病。

以上列举的溶剂中像丁酮、醋酸乙酯、乙醇都属于快干溶剂；像丁酯、二甲苯、丁醇、环已酮等为慢干溶剂。

3、表面张力

表面张力是凹版油墨内在性质之一。在凹版油墨的制备及印刷中，颜料润湿，墨膜流平及对基材的润湿、附着力等都与表面张力息息相关。

利用表面张力原理可对凹版油墨进行调节，如凹版油墨表面张力较小，可以加表面张力大的溶剂调节，反之，如表面张力较大，可添加表面张力

较小的溶剂。

4、粘度

鉴于各种溶剂粘度相差不大于1厘泊，故人们常常不把溶剂的粘度作为影响凹版油墨粘度之因素。其实不然，业已证明，不同溶剂配出凹版油墨粘度相差成百上千厘泊。为什么呢？这是因为溶剂对树脂的溶解力，溶剂的氢键和自身粘度，将会影响凹版油墨粘度。

三、混合溶剂的配方设计

在熟悉、掌握溶剂的溶解力、挥发速度、表面张力等性能后，那对凹版油墨中混合溶剂又怎样选择和定量呢？

第一、通过溶解参数，选择能够溶解树脂的溶剂或混合溶剂。

我们按作用机理将溶剂分为真溶剂、假溶剂和助溶剂。在凹版油墨溶剂中，能够单独溶解凹版油墨的溶剂称为真溶剂；不能溶解凹版油墨的溶剂称为假溶剂；不能单独溶解凹版油墨而须与其它溶剂混合才能溶解凹版油墨的溶剂称为助溶剂。调节好真溶剂、假溶剂、助溶剂三者之间的平衡来达到预期的溶解力、挥发速度、粘度等的要求。混合溶剂的溶解力不能太大，也不能太小。因为太大，溶剂稀放性慢；如太小，树脂未能充分溶解，影响凹版印刷油墨质量。

混合溶剂的挥发一般属非理想液体的挥发行为，如果真溶剂在对残余溶剂的比例减少，则溶解力就会减弱，湿膜就会处于不良的溶解状态，甚至不溶，出现相分离现象，从而使墨膜出现发白现象。因此，混合溶剂配方中快、中、慢挥发组分用量要平衡，混合溶剂的蒸馏曲线方程呈平衡上升形状，而且尽量使混合溶剂汽相组成和液相组成在环境温度下的挥发过程中保持一致，从而使混合溶剂有很好的溶解力。

第二、建立溶剂或混合溶剂的挥发轮廓图，假如溶剂或混合溶剂随时间和温度的挥发关系图不知道，通常要选择几种不同挥发性质的混合溶剂

进行试验，以建立这些混合溶剂的挥发轮廓图，为溶剂或混合溶剂的选择提供参考。

第三、实验证实所选择的溶剂或混合溶剂，通过上述步骤一旦选择了几种候选的溶剂或混合溶剂，接下来就是通过实验来确定哪种溶剂或混合溶剂可以满足凹版油墨配方的要求，有时可能需要对混合溶剂的组成和用量进行小范围的调整，以改善凹版油墨的某一方面的性能，如粘度、流平性、挥发等，最终能得到满足凹版油墨各方面性能的混合溶剂。

第四、优化溶剂或混合溶剂发满足树脂的溶解性和凹版油墨的其他性能。在保证混合溶剂有足够的溶解力，合适的挥发速度，适宜的粘度及表面张力的前提下，根据以上性能数据，选用有效、价兼、低毒的溶剂，既能有效地溶解树脂，分散颜料，满足墨膜的性能要求，又尽可能降低溶剂成本。

四、结语

诚然，关于溶剂的挥发速度、溶解力、表面张力、粘度、闪点、易燃性等研究与应用，在过去和将来都显得非常活跃，将来还会取得长足的进展。