关键词:水基油墨;分散效果;表面张力;黏度
0 引言
对于油墨制造商,为适应环保要求、降低或消除有机排放物,可能考虑的方法是研制水基体系。由于水墨高表面张力和易起泡性,使水墨分散比溶剂性油墨困难。在实际油墨制造中,分散的终点常以达到细度、遮盖力及着色力等特性而终止,其中,一般以细度为中控及终控指标。文献提出,为获得良好的研磨效果,可采用3种方法:1选用高效分散设备,如球磨机等。2选用高价性能好的颜料或通用性色浆。3通过延长研磨时间来达到预定的细度指标。
1 实验
1.1 原 料
(1)r1(丙烯酸树脂)。tg=98℃,w(koh)=205mg/g,mr=6500,用作分散树脂。
(2)r2(丙烯酸树脂)。tg=112℃,w(koh)=215mg/g,mr=10000,用作分散树脂。
(3)r3(丙烯酸树脂)。tg=85℃,w(koh)=215mg/g,mr=8500,用作分散树脂。
(4)r4(丙烯酸树脂)。tg=135℃,w(koh)=245mg/g,mr=7800,用作分散树脂。
(5)r5(丙烯酸树脂)。tg=93℃,w(koh)=300mg/g,mr=2300,用作分散树脂。
(6)r6(丙烯酸乳液)。tg=105℃,w(koh)=25mg/g,mr>200000,用作调稀料。
(7)r7(丙烯酸乳液)。tg=105℃,w(koh)=62mg/g,mr>200000,用作调稀料。
(8)p1(高色素碳黑)。
(9)a1(聚氧乙烯辛基酚醚硫酸脂钠盐)。用作分散剂。
(10)a2(乙炔乙二醇类)。用作分散剂。
(11)a3(eo/po嵌段共聚物)。用作分散剂。
(12)a4(聚氧乙烯脂肪醇缩合物)。用作分散剂。
(13)a5(聚丙烯酸脂)。用作分散剂。
1.2 实验装置
实验采用介质磨(砂磨)分散小试设备,通过介质珠对颜料施加作用力及盘式叶轮的高速旋转离心力而实现分散。介质磨中使用玻璃珠为研磨介质,其体积为分散物料体积的100%。
1.3 分散性能测试方法
(1)着色力、光译、细度及黏度,均参照文献中规定检测。
(2)采用sensadyne6000表面张力仪,测试表面张力。
2 结果和讨论
2.1 水墨研磨料组成对分散效果的影响
2.1.1 碳黑的选用
颜料的基本性能较大地影响其分散效果,对于碳黑,由于其原生粒径相对较小,比表面积大,需要更多的分散介质来“润湿”。考虑到每单位质量的碳黑具有更多的聚集体,这势必导致聚集体的距离变得更小,使聚集体间的吸引力也变得更大,这样也造成了碳黑的难分散。因此,在配方设计时应考虑适当调低研磨料黏度以利于分散介质的扩散以及聚集体的分离。
由于碳黑的疏水性(未后处理的碳黑的hlb值为10～12),所以应考虑选择已用氧化剂进行后处理的碳黑,因为化学氧复合物(即羧基、醌基、内脂基等,工业上统称为挥发分散)能起到表面活性剂的作用,在一定程度上可改善其“润湿”性能。根据碳黑的特性,初步选定了较低比表面积及较高挥发分散的碳黑品种,即p1为分散对象。
2.1.2 分散基料树脂的优选
利用流动点技术考察树脂(r1、r2、r3、r4、r5)分散碳黑p1的流动情况,如图1所示。结果发现2种形状不同的流动点曲线r1和r3有明显的流动点,均适合用于分散碳黑p1,r2、r4及r5可能性能良好,但不适合分散碳黑p1,从图1中可见流动点在基料质量分数的20%左右。
2.1.3 研磨料组成对分散效果的影响
在确定流动点的基础上,选定r1为分散树脂,p1为分散对象。为减少分散试验的干扰因素,尤其是表面活性剂对研磨效果产生的正、负面的影响,实验中选用了聚合物型消泡剂a5,因为聚合物型消泡剂与体系混溶性好,不会产生稳定泡沫和引起缩孔等缺陷。另外,采用以上流动点方法,得到适合分散碳黑p1的颜基比为3/1～2/1。在实验基础上,设计对比实验配方,考察研磨料组成对分散效果(分散速度、遮盖力、着色力及60℃光泽)的影响。对比实验配方,见表1所列。
图2反映了高颜料和低颜料质量分数配方对油墨分散细度、遮盖力、着色力及60℃光泽的影响,显然,水墨的分散性能与其研磨料的组成密切相关。
(1)如图2a所示,分散细度随分散时间的延长而减小,较低的颜料填充量并不能有效分散研磨料中最后的“粗粒”。
(2)如图2b所示,随着分散的进行,2种配方分散后的遮盖力均有显著提高,但高颜料含量配方分散后的遮盖力明显高于低颜料含量配方。
(3)高颜料含量配方分散后的着色力在分散过程中明显高于低颜料含量配方,但在研磨,一定细度后,着色力比较接近。这说明颜料分散至一定细度后其着色力主要与分散树脂有关,如图2c所示。
(4)由图2d可见,两者对光泽影响区别较小,已接近实验误差的界限和颜料分散的微小变化带来的差别。