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为什么薄膜水墨在设计时要关注溶剂墨三大通则?

2018-09-25

水墨同溶剂墨一样,也属于低黏度的液体油墨,结构上同溶剂墨类似,包含高分子树脂、颜料、分散剂、功能性助剂等。主要区别在于以水为分散剂,及使用水性树脂作为树脂主体。烟包水墨供货商

1、水墨的树脂体系

水墨常用的树脂一般有水溶性树脂、水分散性树脂以及水溶胶树脂。水溶性树脂,顾名思义,易溶于水,成膜干燥后又能复溶于水,天然树脂、改性天然树脂以及部分合成树脂多属于此类;水分散性树脂则由于分子量较大,需借助乳化剂才能使树脂在水中分散,形成悬浮状的水性乳液,因此又被称为水性乳液,水性乳液干燥成膜后耐抗性很好,拒水,在水中不会复溶;为了弥补水溶性与水分散性树脂之间的性能空白,水墨中也应用了水溶胶树脂,其被认为居于水溶与乳化的中间状态,分子量居中,黏度居中,颜料分散性等性能也居中。烟包水性油墨供货商

现在的水墨很少采用单一树脂体系。一般而言,色浆采用水溶性树脂,成膜树脂采用水性乳液。为调节水墨的各种性能,有些还采用复配水溶胶树脂,或称为水分散体树脂,以求达成各种性能的均衡。水性光油

2、水墨的三大通则

水墨同溶剂墨虽有树脂体系的不同,但针对的市场相同,接触的承印材料相同,使用的印刷设备条件相同,印刷企业要求得到的最终印刷质量也相同。因此,水墨要想实现在薄膜上的应用,逐步取代溶剂墨,解决溶剂墨应用中天生的VOCs短板问题,就必须达到溶剂墨同样的技术要求。因此,水墨同样需要根据溶解性、干燥性与表面张力的特点,来求得最优化的解决方案。烟包水性上光油

(1)溶解性

溶剂墨的溶解性判定大体上奉行3个原则:①极性相似原则,即极性相似的物质可以互溶;②溶解度参数原则,即溶剂的溶解度参数与溶质的溶解度参数要尽可能地接近;③溶剂化原则,即高聚物溶解的前提是溶剂和溶质的亲电或亲核基团必须能互相作用,形成氢键。

极性判定可以查找高分子材料偶极矩数值。利用偶极矩判定的方法有两个要点:一是偶极矩越大极性越强,二是极性溶质溶解于极性溶剂,非极性溶质溶解于非极性或弱极性溶剂。根据溶质的特点,即我们常用作溶剂墨连结料的树脂,如聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸、氯化聚丙烯等不同极性的树脂,匹配相适应的溶剂,使树脂溶解于溶剂中。多年来业内常说的极性相似而相近,相近而相溶,就是这个道理。

溶解度参数可以查表,不论是高聚物或是溶剂,我们都可以在相应的高分子材料数据库中查到。理论上溶解度参数相差在±2.0cal1/2*cm-3/2之内的配合均可以理解为溶解,但根据实验和推断,±1.5cal1/2*cm-3/2之内的配合比较安全。

溶剂化原则比较抽象,是通过溶剂与溶质的分子结构来分析,由分子结构的特点来判定有无可能形成氢键,从而判断是否溶解。氢键有助于溶解的产生,属于影响因素之一,需根据实际情况进行考量。

按上述三大原则同样可以判定水墨的特点。可以发现,常用的水性树脂有丙烯酸与聚氨酯,都属于极性树脂,溶解度参数偏高,同极性薄膜的亲和英亚官方网站,同弱极性薄膜的亲和力比较差些。水墨使用过程中,在弱极性材料上附着表现较弱的情况,符合溶解性判定的这一特点。

因此,对水性丙烯酸或水性聚氨酯改性,使之适合于弱极性的PE、PP薄膜,是业界的常规做法。树脂改性的方法,有采用改结构,如采用核壳结构的乳液,也有采用添加偶联剂,在极性树脂与弱极性树脂中架桥,还有添加交联剂等,方法很多,各有利弊。

①水墨树脂的溶解

水墨树脂在水中的溶解,很大程度上取决于树脂的胺化。这是水溶性树脂处理过程的重要一环。色浆一般由颜料和水溶性树脂构成,色浆的均匀性取决于水溶性树脂液的均匀性。由于色浆所用的水溶性树脂分子量比较低,分子间的内聚力比较小,树脂液易分散,易均匀。均匀的树脂液包裹颜料构成的水墨色浆,细度可达2——3μm,比溶剂墨的色浆要更细密。

②水墨对薄膜的附着力

水墨对薄膜的亲和与在薄膜上的附着,同溶剂墨差别很大。承担水墨成膜的不是水溶性树脂,而是分子量较高、呈乳液状的水性乳液。水性乳液承担了墨膜对薄膜的附着、墨膜干燥后的耐抗性以及墨膜在印刷过程中的各种适应性。水性光油

很明显,水性乳液对承印薄膜存在溶解性,虽然这种溶解性很小,把承印薄膜浸在乳液中也很难看到薄膜的溶化。但水墨要在薄膜上附着,同溶剂墨一样,需要建立锚固点,在固/液界面润湿性的保障下,建立尽可能多的锚固点,然后才有可能交联成膜。

同溶剂墨一样,水墨对承印薄膜的附着力用3M 600/610型测试胶带测定,根据被胶带撕离的墨膜面积多少来判断。这种测试方法的基本原理是用胶带对墨膜的黏合力与墨膜对薄膜的附着力作比较。因此水墨能否在薄膜上建立锚固点,能建立多少锚固点,由各锚固点相连而形成的墨膜有多大强度,能否抵御胶带黏合力的撕离,这对薄膜水墨的质量评估十分重要。

水墨溶解性的最主要问题就是对水墨在薄膜上附着力的考量。

③水墨在印刷过程中的复溶性和储存过程中的稳定性

水墨在印刷过程中的复溶性是印刷过程必不可少的需求,不然清洗印版会是一个大问题。水墨的复溶性很大程度上是由与水可逆的水溶性树脂和与水不可逆的水性乳液配比所决定。储存安全期也是由在此基础上的pH稳定性来提供。

(2)干燥性

水墨的干燥性问题比较直观。由于水的蒸发潜热比溶剂的蒸发潜热大许多,对同样厚度的墨膜,水墨干燥比溶剂墨干燥需要更多的热量,干燥难度更大。

水墨干燥困难其实包含了表干与彻干两个方面。水墨转移到薄膜上以后,油墨未干透就收卷,会形成背黏,印刷完成的半成品全部被破坏,这是彻干的问题。水墨彻干不足,这个问题绝大多数印刷从业者很容易发现。解决措施就是加强印刷机的干燥条件,用提高干燥温度,加大干燥风量,增加烘道长度,甚至降低印刷速度来适应水墨的彻干不足。

但水墨还存在表干问题,因为挥发较慢而造成印刷质量故障。如墨层稍厚一些的凹印水墨,印刷时网点拖尾变形,实地色块后沿留有残墨痕迹,常被误判为凹印污版、刮刀刮墨不净等。根据油墨行业测凹印溶剂墨初干长度的方法来测定水墨,水墨的初干长度要比溶剂墨长1.5倍甚至以上。原本适应于溶剂墨表干性能的印刷机械,在使用表干性能差距如此之大的水墨时,焉能不出故障?

(3)表面张力

水墨的表面张力问题同溶剂墨相比,略为少些。因为水本身的表面张力较高,一般水墨的表面张力均为30多达因。溶剂墨的表面张力较低,尤其是溶剂墨禁苯禁酮以后,以醇、醚、酯类溶剂为主体的溶剂墨,表面张力约为24达因,因此在凹印时容易滞留在印版网墙上,刮刀刮不干净,造成污版;在柔印时,当印刷压力调节过大时,油墨容易黏滞在印版相邻网点间的凹陷区,将相邻网点黏连在一起,形成堵版,亦称塞网,造成印刷故障。

水墨的表面张力一般均高于30达因,这样凹印时不易污版,柔印时不易塞网。除非水墨中不恰当地添加了过量的表面活性剂,将水墨表面张力人为调节下来,或对水墨凹印时因表干不足而造成的故障误判为刮墨不净形成的污版,采取了不当措施。水墨的表面张力控制性能比溶剂墨的相关性能要好许多。

当然水墨的表面张力不是越高越好,尤其是在薄膜上使用的水墨。一般而言,对非极性或弱极性薄膜,如PE、PP等薄膜,经电晕处理后的薄膜表面湿润张力要求在38达因或以上,底线是38达因。若水墨的表面张英亚官方网站于薄膜的表面湿润张力,墨膜在薄膜上将处于收缩状态,即非润湿状态,这将严重影响墨膜在薄膜上的附着。水墨依靠溶解性在薄膜上建立锚固点,同时需要尽可能多的锚固点。当水墨在薄膜上处于非润湿状态,意味着锚固点数量受限。水墨在薄膜上附着,首先是溶解性因素,其次是润湿性因素。水墨的表面张力,提供的就是润湿性因素。


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