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表面活性剂对水性油墨干燥速度的影响张 松1 , 杨西江1 , 杨 洵2(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)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? 。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人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： 配制色浆溶液，将配好的色浆溶液在高速搅拌机上分散30 rain，在高速乳化机上乳化30 min，然后加入到砂磨机中砂磨至细度8um，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／30 S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(25-4-1)℃ 、湿度(565)％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(251)c(=的试样，取一定量滴于刮板细度仪50um处，使其充满槽内；用刮刀迅速刮下，立即计时；将刮样纸对准刮板细度仪下端边缘，当30 s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3 mm。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。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，有利于水分子从气一液界面逸出，也是干燥速度提高的另一重要因素。
但是随着分散剂用量的增加,完成对颜料粒子表面的以后,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。
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。全文下载：http://wwwctdiskcom/file/4091127
