流挂防止剂和流平剂对油墨性能的影响

中国包装报/2005年/12月/5日/第003版
技术
流挂防止剂和流平剂对油墨性能的影响
刘家聚
包装印刷图文墨膜好坏决定着印刷制品的优劣，因此其墨膜的表面状态是油墨的主要性能指标之一。

印刷油墨的墨膜常常因为出现橘皮、浮色、发花、气泡、缩边、针孔、流挂、水纹、白霜故障而导致包装制品的低劣。

为了预防墨膜表面故障而需使用流平剂、浮色发花防止剂、消泡剂、流挂防止剂、白霜控制剂等加以控制。

本文重点讨论印刷油墨图文墨膜的流挂与流平。

油墨流挂也叫流坠，即指在垂直面上进行印刷时油墨下垂，在发生流挂区域内，墨膜厚度变得不均匀，出现堆积现象。

我们知道，流挂的形态各异，有的面积较大成帘幕状，有的成水纹状、水柱状、波纹状、旋涡状等等。

油墨流挂故障的产生，往往与印刷油墨体系中固体含量、粘度、印刷图文墨膜厚度、油墨的屈服值等流变性能有直接关系。

包装印刷油墨粘度低、墨膜厚，有助于流平，也容易产生流挂；油墨体系固体含量多、粘度高，印刷出的墨膜薄，有助于防止流挂，但却不易流平。

流挂与流平往往是矛盾的，预防流挂的防止剂就是在印刷油墨中能够通过次价键，形成网状结构体，使印刷油墨获得结构粘性，变成触变流体，是调整这一矛盾的有效助剂。

墨膜的流平是印刷油墨在印刷后，甚至覆膜后，尚未干燥成固状的墨膜时，因表面张力的作用，逐渐收缩成最小面积的过程。

油墨在受到某些因素的影响后，出现表面张力差，墨膜无法达到光滑平整的表面状态，便会出现流不平问题。

这种现象叫做油墨流平缺陷或不平整故障。

墨膜干燥后，表面进而会出现橘皮、刮痕、波纹(水纹)、缩边、针孔等不规整的表面状态。

墨膜流平所需要的是时间，随着油墨粘度、刮痕、波长的增加而增加，随着表面张力和墨膜厚度的增加而减少。

为此，预防产生上述印刷图文墨膜的故障，必须添加流平剂加以解决。

该助剂是为了使油墨在印刷后，形成平整光滑的墨膜而添加在油墨中的一种助剂，该助剂只求结果，不看流平过程。

影响墨膜流挂与流平的因素
油墨粘度、墨膜厚度、印迹的宽度和深度、油墨和承印物底材之间的界面张力都会直接影响到图文墨膜的流挂与流平。

实践早已告诉我们：墨膜越厚，波峰越高，油墨表面张力越大，包装印刷时印迹的波长(水纹)越长，说明流平的时间也就越长。

为此，我们很有必要在油墨体系里引入流挂防止剂和流平剂。

因为随着无污染、节省能源和节省资源的要求越来越强烈，溶剂型油墨逐步向高固份、水溶性、粉末、无溶剂和辐射固化的印刷油墨发展。

方兴未艾的包装印刷油墨助剂正是本着“引进，筛选，仿制，创新”八字方针，对油墨的触变防沉助剂，油墨流平光亮助剂提出了新的要求，以适应这些新颖油墨品种所需的油墨助剂，必将在实际的应用中得以改善和提高。

流挂防止剂
主要是触变剂，其作用和机理是能增加液体油墨的粘度，并使其具有触变性的助剂，现统称为触变剂。

有机膨润土、氢化蓖麻油、聚乙烯醇、气相法二氧化硅、金属皂等为有机体系的增稠触变剂；在水性油墨体系中利用羟乙基纤维素等纤维素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酸等水溶性树脂为增稠剂；在包装印刷油墨中使用触变剂，使呈触变结构而表现触变性，也称假厚现象，即油墨在油墨分散机械或印刷机械的高速运转的剪切力作用时(如搅拌或印刷时)粘度暂时下降。

不受剪切力作用时，又逐渐恢复到原来粘度。

这种特性能使油墨在贮存时，防止颜料、填料沉淀，在印刷过程中预防油墨流挂而导致的水纹、刮痕故障等——即在包装印刷时能使油墨较厚转移而不流挂，并能在多孔承印物材料印刷时防止油墨的渗透或脏版。

虽然加大树脂含量也能消除水纹和
刮痕，但对于已贮存使用的油墨来说，添加微量助剂则方便实惠。

市场上的油墨触变剂常分为：无机系(即能在油墨中形成胶体分散结构的助剂，有合成超细二氧化硅膨润土、有机改性膨润土和表面处理的超细碳酸钙等)；有机系(即能在油墨中形成膨润分散体结构和能使颜料形成絮凝结构的助剂。

前者有氢化蓖麻油蜡、金属皂、亚苄基山梨糖醇、植物油系聚合油，后者为表面活性剂)。

无机系在油墨中以胶体状态分散，依靠分散的胶体形成网状结构以达到防沉触变的目的。

油墨行业大多选用聚乙烯蜡(该产品是乙烯和其他单体在高压下经自由基聚合反应制得，也有采用高分子聚乙烯降解反应生产)。

因该助剂起到保护胶体的作用，与颜料一起形成稳定的胶态结构，构成触变性起到防沉作用，同时也略具防流挂效果。

近年来聚四氟蜡以自身几乎不消光和直接加入等特征悄悄引入了油墨体系，大有取代聚乙烯蜡的趋势。

超细二氧化硅(属于胶体粒子，表面有硅醇基，但湿法和热法两种生产方法生产的超细二氧化硅表面所含的硅醇基数量不同，通常湿法多于热法)。

大家都知道，因硅醇基含量少，空间大，自身不能形成氢键而可用作防沉剂。

而含硅醇基多因羟基之间距离小，自身容易形成氢键，即氢键越多，凝胶化作用就越强，加入油墨体系后在印刷的剪切力下可以破坏立体网状结构，从而使油墨的粘度下降。

当静止时，油墨的粘度又能够恢复。

虽然在不同极性介质中粘度恢复的速度不同，例如在烃类、卤代烃类等非极性油墨溶剂中，粘度恢复甚至只有几分之一秒。

市面上Aerosilcok84可用在一般非极性溶剂油墨中，具有轻度触变性，而Aerosil300是我们熟悉的触变防沉助剂。

通常根据油墨的种类及所用溶剂的不同，添加量控制在0.5%－3%之间。

天扬化工厂的TM－27偶联剂则能有效防止浮色与发花。

还有经处理的超微细碳酸钙(大多粒径在2μm－60μm，表面用脂肪酸和树脂等处理)用于长油度醇酸油墨、乙烯类里印油墨中，用量过大，往往会影响墨膜的耐水性。

有机系是在油墨中进行膨润分散，形成网状结构，赋予印刷油墨的结构粘度，使其具有触变性。

近年来该类助剂较无机系应用范围略小。

有机系助剂对印刷油墨性能影响小，具有较好的防沉性，可使油墨保持良好的贮存稳定状态。

但往往要根据油墨体系的连结料类型及使用温度不同，其效果和稳定也不会一样。

例如：蓖麻油衍生物往往分为脂肪族和芳香族溶剂类油墨和脂肪族油剂类油墨两大类别。

加之厂家品牌的不同，使用温度也不尽相同。

其最大特点是：若温度过高，该助剂溶解，可停止操作，以便让溶胀颗粒析出。

然后再在剪切下加热到所需的温度后，便可以使其回复到充分活化状态，仍能制得稳定的油墨触变助剂。

有机改性膨润土(含有大于85%的蒙脱土，具有多种用途的优质粘土)，它是2：1的层状粘土，上下两层为硅氧四面体，中间一层是八面体，由铝或镁与6个氧原子或氢氧原子团配位而成。

该氢键结构极易破坏，致使粘度下降；当剪切取消时，氢键又恢复，粘度再度增加，这就是有机改性膨润土能够使印刷油墨形成触变流体的基本原理，也是膨润土具有防沉作用的原因。

市面上BENTONESD－1等属于一种无需极性活化剂，也不必制成凝胶，仅需适当的搅拌剪切力，直接添加在印刷油墨中就行了(当然制成胶凝比干粉直接添加的效果要好得多)。

作为有机触变剂的金属皂，膨润凝胶化能力极大，即使在较低温度下也能显示出增粘作用。

在无极性溶剂中，由于配位键的作用，金属皂类触变剂能够形成胶束，这些胶束可构成网状结构，致使油墨的粘度增大。

但这类触变剂有一个共同的缺点是：温度和溶剂不同，膨润效果就有差异，生成的凝胶结构就不稳定。

特别是当水和极性溶剂混入时，容易产生沉淀或析出颗粒。

该助剂优点是：在弱剪切力和40℃－60℃温度时便可使用。

防止包装印刷制品的低劣报废，不仅要添加防沉降、防流挂助剂，而且还应加入必要的流平助剂，以防止油墨在印刷时缩边、针孔、气泡、浮色发花、白霜故障。

印刷油墨流平剂
改善印刷图文墨膜流平性(提高光泽，提高覆膜和复合平整度)的助剂统称流平剂。

不同的印刷油墨用不同的印刷方法印刷后，有一个流动及干燥成膜的过程，最后逐渐形成一个平整光滑而
均匀的墨膜。

印刷图文墨膜能否达到平整光滑的特性，称为流平性。

我们在实际包装印刷过程中，常常由于流平性差，印刷时出现刮痕、橘皮、水纹现象。

在干燥过程中相伴出现缩孔、缩边、针孔等现象，都称之为流平性不良。

产生这些故障与印刷油墨的质量、印刷环境及工艺有关。

一般的流平剂都为具有优良溶解能力的高沸点芳烃类、酯类、酮类及醚醇等类溶剂及其混合物，或在其中加入与油墨相混溶的有机硅树脂，如聚氨酯油墨等。

因其组分中不用溶剂或少用溶剂，更易产生流平性差的故障，故常采用醋酸－丁酸纤维素、聚丙烯酸等高分子型流平剂改善油墨性能。

其目的是：降低油墨粘度，改善墨膜流平。

添加流平剂往往随流动增大而易产生流挂，因此应在调节流挂和流平之间寻找一个最佳的范围。

使用流平剂会使油墨的固体含量减小，这与当今发展节省能源、减少污染的高固体分油墨发展趋势不太相符。

所以在采用该助剂时，设计混合溶剂型油墨，适量加入偶联剂，使其形成梯度，是当今油墨配方的一大趋势。

这既克服了固含量减少，又可避免靠一部分低挥发性的慢干溶剂流平时干燥成膜降低的缺陷。

例如日前笔者为佛山市顺德应鹏塑料有限公司设计的PET凹版厚墨，当一次性印刷干燥成膜后可达到50μm，开辟了节省能源的新尝试。

无论是德国的BYKETOL－OK，还是国产的SF－723流平剂，都属于溶剂型，基本上都具有防止气泡、针孔、缩孔，提高流平性，增加附着的作用。

据笔者所知：过去靠提高油墨表面张力来增加油墨的流平性是十分困难的，实际中却恰好相反。

归纳流平剂的作用是：降低油墨与承印物间的界面张力，提高油墨对承印物的润湿性，减少因承印物的原因而引起的缩孔、附着力不良等故障现象。

再有就是具有迁移到油墨墨膜表面的特性，可在墨膜表面形成单分子层，降低表面张力，使表面张力趋于平衡，进而减少因表面张力梯度差引起的各种表面故障现象。

其三是调整油墨中溶剂的挥发速度，尤其是设计该体系里混合溶剂的梯度平衡。