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溶剂/颜料型喷墨油墨的制备及其性能的研究

时间:2007-11-30来源:作者:魏先福、黄蓓青、李媛媛

  摘要:利用物理分散手段制备了具有稳定分散性的溶剂/颜料型彩色数字打样用喷墨油墨样品纸箱纸盒,探讨了分散方法对颜料粒子分散性的影响以及油墨组分对其粘度、表面张力、电导率等性能的影响。研究结果表明,混合溶剂体系的表面张力可以通过各溶剂组分表面张力的算术平均数预测,快干溶剂和慢干溶剂分别影响喷墨油墨的初干性和彻干性,样品油墨的色色域范围能够达到数字打样颜色再现的要求。
  关键词:喷墨油墨;分散;粘度;表面张力;色域

  1.前言
  彩色数字打样是将数字页面直接转换成彩色样张的打样技术,是印刷数字化工作流程中的一个重要环节。数字打样具有工作周期短、效率高、操作简易、稳定性好、可以实现远程打样等优势过度包装,正在逐步取代传统的模拟打样。喷墨成像方式的数字打样是当前数字打样技术发展及应用的主流。数字打样用喷墨油墨直接影响到打样质量,目前市场上主要使用染料型喷墨油墨,存在着对承印材料要求高、耐候性差、颜色饱和度低等缺陷,因此,国内外相关企业和研究机构正在投入大量人力物力过度包装,开发研制新型彩色数字打样用喷墨油墨。从数字打样技术特点以及喷墨成像数字打样对喷墨油墨的要求出发,当前相关技术领域的研究重点都集中在研究开发溶剂/颜料型喷墨油墨和UV喷墨油墨方面。网络出版
  溶剂/颜料型喷墨油墨使用颜料作为成色剂,具有颜色再现性好、色饱和度强、光泽度高、耐候性强等优点,更加容易实现印刷品颜色与打样样张颜色的一致性。但由于喷墨成像过程是使喷墨油墨通过孔径极小的喷嘴喷射到承印材料上,因此对颜料粒子的分散性及分散稳定性要求高行业法规,另外,为了实现高精度成像,对喷墨油墨在喷射过程中形成的墨滴形状及运行状态有较高的要求。
  颜料粒子的分散性及分散稳定性、表面张力、粘度、电导率、干燥性、色域等参数是表征喷墨油墨性能的重要指标。本论文对溶剂/颜料型喷墨油墨配方进行设计,采用物理分散方法制备喷墨油墨样品,探讨油墨组分及其含量对油墨样品性能的影响。

  2.溶剂/颜料型喷墨油墨的制备及性能测试方法
  2.1 混合溶剂调配及树脂溶解
   溶剂型喷墨油墨对溶剂的挥发性有较高的要求套印,挥发速度快容易导致喷墨设备喷嘴的堵塞,挥发速度太慢又会影响到油墨喷射到承印材料表面后干燥过慢而影响打样质量。为了解决这个问题,使用具有不同沸点的乙酸甲酯、乙酸丁酯、丙酮、环己酮和二氯乙烷五种溶剂进行混合调制成混合溶剂。混合溶剂的配比及性能参数和对应的树脂溶液的性能参数如表1所示。爱普生


注:树脂溶液中氯醋树脂的含量为5%。网印

  五种溶剂具有良好的互溶性,使用氯醋树脂溶液作为喷墨油墨的成膜物质,单一溶剂和混合溶剂对氯醋树脂均具有良好的溶解性。不同混合溶剂溶解的树脂溶液的表面张力、电导率参数均能达到要求。
  2.2 喷墨油墨的制备
  根据设计的配方印刷市场,将颜料与树脂溶液混合、加入分散剂等助剂后,分别采用自行设计的YM-I型球磨机进行研磨分散(研磨时间不低于24小时),得到喷墨油墨样品。
  2.3 测试仪器
  喷墨油墨样品的分散性使用Microtac S3500激光粒度仪进行测试;分散稳定性使用Turbiscan Lab分散稳定性测试仪进行测试,同时采用目视观测和金相显微镜照片进行辅助观测;表面张力使用KRUSS 100表面张力仪进行测试;由于喷墨油墨样品粘度较低,粘度测量采用粘度杯进行测试;电导率使用DDS-307型电导率仪进行测试。

  3.结果与分析
  3.1 喷墨油墨样品的分散性及分散稳定性
方正


图1 黑色喷墨油墨样品的粒度分布华光精工

  图1为将碳黑颜料分散在010号混合溶剂的树脂溶液中现状及趋势,加入BYK-9076分散剂研磨分散得到喷墨油墨样品,测试的颜料粒子的粒度分布图。从图1测试结果可以看出,颜料粒子的粒度分布主要集中在0.2µm左右。使用不同的分散剂得到的分散效果不同,使用分散剂BYK-9076和ATU(Anti-Terra-U)时分散效果较好,而使用分散剂BYK-116、BYK-161、BYK-163和润湿剂500时字库,粒度分布图出现了第一个峰值右移,说明颜料粒子分散后的粒度较大,同时第二个峰值更加明显,所占的比重更大,说明其分散效果不理想。分散剂的分散效果主要体现在分散剂对颜料颗粒的润湿和吸附状态。实验研究使用的分散剂均为高分子聚合物票证印刷,根据高分子分散剂的分散机理【1】,其分散作用主要取决于分散剂在颜料粒子表面的吸附状态,受分散剂的种类及分子量、颜料粒子的表面性质和分散剂溶解性的影响。饱和吸附量与分散剂的分子量有关,分散剂BYK-9076和ATU与BYK-116、BYK-163等相比分子量较大,有利于在颜料表面的吸附设计,故可以得到较好的分散效果。
PS版


图2 喷墨油墨样品分散稳定性曲线故障分析与排除

  颜料型喷墨油墨不仅要求具备良好的分散效果,对其分散稳定性也有较高的要求。分散不稳定的喷墨油墨在储存运输过程中以及在使用过程中,会出现颜料粒子凝聚、沉降现象,从而影响油墨的使用。图2为油墨样品分散稳定性的测试结果。该图由三个部分组成,上部为透射率曲线裁切,中部为反射率曲线,下部为时间控制曲线,可监控各个时间段的温度变化,图右侧为不同的时间段。透射率和反射率曲线在不同时间段的重合性越好,表明体系的分散稳定性越好。由图2测试结果可知看出水墨平衡,各时间段曲线重合性很好,说明油墨样品没有分层现象出现,其分散稳定性很好。

魏先福专栏

总访问量:59926 更新时间:2010-12-15 16:20:26

简介:博士后,北京印刷学院印刷与包装工程学院教授、硕士研究生导师。兼任中国印刷技术协会理事、中国油墨标准化技术委员会委员、中国材料网协会理事、全国印刷工程专业教学指导分委员会委员,“印刷工程”国家级特色专业、北京市特色专业负责人,“印刷工程综合训练中心”北京市高等院校实验教学示范中心负责人,获第十届森泽信夫印刷技术二等奖,被评为2007全国新闻出版行业领军人才。主要从事印刷工程、印刷材料流变学、新型材料方面的科研和教学工作。

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