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水性喷墨色浆制备关键技术探究,随着计算机技术、纳米技术、超细粉末技术不断发展, 喷墨技术得到了飞跃前进, 成为了印刷版块中增长速度最快的黑马,中国化工网,okmart.com
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水性喷墨色浆制备关键技术探究,随着计算机技术、纳米技术、超细粉末技术不断发展, 喷墨技术得到了飞跃前进, 成为了印刷版块中增长速度最快的黑马
2020年04月29日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

2 0 0 8 年德鲁巴展会因大量新型喷墨技术出现被行业誉为“ 喷墨德鲁巴”。在2 0 1 2 年新一届德鲁巴展会上创新型喷墨技术再度成为焦点, 业内人士称这次展会为“ 喷墨德鲁巴2 . 0 ”。在I P E X 2 0 1 0 展会上,数码印刷厂商(多数为喷墨印刷厂商) 的参展面积也大于传统印刷中国化工网okmart.com


同时, 随着印刷行业“十二五”发展规划将绿色印刷提升到国家战略发展高度,因此异军突起的喷墨技术使用水性油墨也就毫无疑问会获得越来越重要的应用价值。随着喷墨速度、分辨率提高,喷嘴直径变小,喷墨头喷嘴喷射油墨到承印物体表面时要求油墨粒径越来越小,一般粒径尺寸小于5 0 0 n m, 最好小于1 0 0 n m, 这对高表面能水性体系颜料分散提出了较高的技术难题,也使水性喷墨色浆制备技术越来越成为了其应用的关键点。


本文对水性喷墨油墨基墨的分散性进行了研究,探讨了对分散性影响的一些要素。本文结合水性喷墨色浆制备试验中相关实验数据进行了分析,对水性喷墨色浆制备关键技术进行了探究,给出了水性喷墨色浆制备中的影响因素。希望能够为印刷行业从业者提供一些喷墨色浆制备的基本技术资料,同时方便业内人士更好的认识水性喷墨油墨。

 

1 . 水性喷墨色浆分散研磨时间

在实际制备水性色浆过程中,研磨设备和研磨介质通常是固定参数, 然而分散研磨时间是一个可变的参数。研磨时间的长短决定了制备色浆的能耗及最佳研磨效果,因此,针对油墨体系要求如何选择色浆研磨时间是一个必须解决的关键问题。为了考察研磨时间对水性色浆分散性影响,制备出分散状态不同的油墨样品。实验中控制研磨工艺参数不变, 每隔1 0 m i n 从研磨机中取出少量油墨样品, 放置2 小时以上后用S 3 5 0 0 激光粒度仪测试样品粒径,测试结果如图一。

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不同研磨时间与分散效果的关系

从图一可以看到,随着研磨时间增加,制备了分散性不同的水性色浆样品。这是由于在高速剪切研磨作用下,随着时间增加分散在水相中的颜料聚集体被分散至更小的粒径。同时,连结料介质对新形成的颗粒表面润湿时所需能量远比未被润湿的颗粒所需能量少,从而能够有效的使颗粒被介质分开,避免粉碎的颗粒发生再次聚集或凝聚。最终通过改变研磨时间的方式,得到了分散状态稳定、分散性不同的水性色浆样品。因此,在实际生产过程中针对分散研磨体系不断进行研磨追踪检测,并进行稳定性测试可以选择出合适的研磨时间作为研磨能耗和分散效果的平衡点。

 

2 . 水性喷墨色浆颜基比

制备水性色浆的过程,颜基比是色浆颜料固含量的一个根本指标,最终影响到印刷品的色密度的高低。对印刷的阶调还原以及印刷质量都有很大的影响。因此,如何选择最优颜基比制备出性能优越的水性喷墨油墨一直是水性色浆制备的关键因素。固定色浆中颜料含量,改变颜基比,制备水性色浆,测试油墨色浆黏度、粒径分布等性能。通过美国T A 流变仪测试色浆黏度后得出的颜基比与色浆粘度关系,结果如图二。

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不同颜基比对色浆黏度的影响

从图二中可以看出, 颜基比增大, 色浆黏度减小。这是由于色浆颜料含量固定时,影响粘度的因素主要来源于连接料粘度及连接料与颜料之间相互混合的作用力。实验中数据显示了加入不同黏度连接料对色浆粘度的影响。随着颜基比增大,连接料中分散树脂含量逐渐减少主溶剂水逐渐增多,从而连接料粘度逐渐减小,最终所获得的色浆粘度也逐渐减小。进一步通过S 3 5 0 0激光粒度仪对色浆分散性进行了测试,得出来了颜基比与色浆分散性之间关系,结果为图三。

不同颜基比对水性色浆粒径的影响

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图三中显示随着颜基比增大,色浆粒径先减小然后增大,在颜基比为1.5:1 时,色浆粒径最小。产生这种结果是由于色浆分散过程实际上是悬浮性分散体系剪切流动过程,只有达到最佳流动点研磨时才能得到最有效剪切作用,分散后的状态才能达到最佳。


实验证明,水性油墨色浆采用颜基比为1.5:1 附近时,色浆自身研磨粘度及颜料与连接料之间作用力较为合适,色浆达到较合适的研磨状态,分散效果达到最佳。因此,通过黏度检测及不同颜基比下色浆分散性能表征作为量化指标,可以选择出水性色浆最优颜基比来获得高品质水性喷墨油墨。

 

3 . 水性色浆分散剂

如何选择分散剂一直是困扰颗粒分散制备的重要问题,水性颜料颗粒的分散问题往往因其难分散、高耐水性等因素往往比其他颜料分散要求更加突出,因此,如何在水性色浆制备中运用合适的分散剂对制备高品质油墨较为关键。


通常颗粒分散要依靠分散剂在颗粒表面吸附、反应、包覆或包膜来实现。因此,分散剂在颗粒分散技术中具有非常重要的作用。在水性色浆研磨分散过程中,往往加入分散剂来提高分散效果。实验根据水性体系油墨的特点, 选择德国迪高助剂A 1 、A 2 、A 3 三种表面活性剂作为水性分散剂制备水性色浆,通过美国S 3 5 0 0 激光粒度仪测试各色浆样品粒径分布,测试结果分别如图四, a b c 所示。

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不同分散剂对色浆粒径分布的影响

分散剂的分子结构分为两个部分,一部分为锚固基团,可紧紧吸附在颜料颗粒表面,防止分散剂脱附;另一部分为溶剂化链, 它与分散介质具有良好的相溶性,能在颜料表面形成足够厚度的保护层。而不同的分散剂由于其结构不同,其对分散体系分散效果的作用亦有很大差别。


因此,通过图四数据结果不难得出实验中所分散色浆加入相同量分散剂时, 选用分散剂A 2 体系达到最佳分散效果。因此,分散剂作用效果主要体现在对色浆粒径大小及分布的影响,表征水性色浆粒径,在实际生产中应该选择粒径较小及分布较窄的一种作为水性色浆制备时所需最佳分散剂。

 

4 . 对水性色浆润湿剂

由于水性体系主体是高表面张力的水,因而实际水性色浆制备中不可避免有表面张力的问题。表面张力是墨滴表面液体分子互相吸引能量的量度。为了使墨滴呈球形,油墨的表面张力越高越好。


过大的表面张力使喷嘴表面不易被润湿,而喷嘴周围的油墨集结会影响微细液滴的线性运行,也影响液滴对承印物的湿润、渗透及液滴自身干燥性。表面张力过低则会导致液滴不稳定,容易形成星状溅射点,造成非图文部分带脏,影响图像质量。


表面张力大小应控制在既要满足能够在承印材料上顺利铺展, 又能够在喷墨过程中形成足够细小的墨滴。实验根据水性体系油墨的特点,选择一种水性润湿剂制备分散色浆, 测试添加不同量润湿剂A 4 色浆表面张力,结果如图五。

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不同含量润湿剂对色浆表面张力的影响

图五中是色浆润湿剂A 5 含量从0 % 到2 . 5 % 的各个阶段,可以看出随着润湿剂的增加色浆的表面张力逐渐在减小。润湿剂吸附在颜料粒子表面,能够降低分散介质与颜料粒子之间的表面能,从而使分散体系的分散状态更加稳定并且降低其表面张力。


从实验中的结果可以看出加入润湿剂量小于1 . 5 % 时, 油墨的表面张力随着润湿剂量的增加而降低。加入量为1 . 5 % 时, 油墨中表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度, 润湿剂对油墨表面张力的作用不再明显发生变化。因此,选择水性色浆润湿剂时需在确定合适润湿剂的同时检测水性油墨体系表面张力,从而确保最少量的润湿剂达到最佳的作用效果。

 

5 . 水性色浆消泡剂

在实际制备水性色浆的时候,由于水性色浆在高速研磨中往往会生成大量气泡, 不仅造成研磨的效果较差,而且后期储存和应用的过程中气泡也不易消失,从而对使用性能造成极大的破坏。水性分散体系容易产生气泡,水性喷墨也不例外。


在色浆中,泡沫有两相泡沫和三相泡沫,两相泡沫由液体膜和气体组成,三相泡沫由液体膜、固体粉末和气体构成。在色浆配方基础上加入含量为0 . 5 % 的不同种类消泡剂, 测试所配基墨消泡性能,结果如图六。

不同种类消泡剂对色浆中气泡的影响

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图六 不同种类消泡剂对色浆中气泡的影响

对上图测试数据结果进行分析,实验选用的消泡剂均为聚醚改性的硅氧烷, 从图六测试结果来看, A 6 的消泡效果比较差, A 7 的消泡效果虽然比较好, 但是随着搅拌时间的延长气泡量变大, 消泡效果持续性不好。


A 8 的消泡效果最佳, 而且在测试时间内消泡持续性较好较为稳定。因此,可以得出不同分散剂对水性色浆消泡效果影响很大,在实际水性色浆中选择合适的水性消泡剂能够达到较好的消泡效果,从而制备出高品质水性喷墨油墨。


随着环保、质优价良等市场要求不断提高, 水性喷墨油墨跨越式发展将会很快到来, 然而在制备水性喷墨色浆时由于其粒径要求、喷头润湿性、容易起泡等对制备技术提出了高要求, 本文结合试验数据和实际生产进行了分析和总结。


总之, 选择合适的研磨时间、颜基比、分散剂、润湿剂、消泡剂, 对制备分散稳定、粒度满足喷墨高要求、表面张力合适、无气泡的高性能水性喷墨色浆会起到至关重要的作用。除本文前面所得出的影响因素外, 高品质水性喷墨色浆制备往往还会受到研磨设备、研磨介质、研磨树脂、p H值环境等的影响。


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