（教育技术学专业论文）uv+喷墨油墨中试关键技术研究.pdf

ii 曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） 本人郑重声明：此处所提交的博士/硕士论文uv 喷墨油墨中试关键 技术研究，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士/硕士学位 期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经 发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） uv 喷墨油墨中试关键技术研究系本人在曲阜师范大学攻读博士/ 硕士学位期间，在导师指导下完成的博士/硕士学位论文。本论文的研 究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。 本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人 授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表 论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： iii 摘 要 uv 喷墨油墨作为一种新型的环保油墨，以其节能、环保、高效等优势受到越来越多的 关注，并成为研究的热点话题, 具有巨大的发展前景。目前，国外的市场墨已经在应用， 而我国在相关领域的技术研究与开发还处于起步阶段，所以对 uv 喷墨油墨的研究具有现 实意义。而在实验室小试的基础上进行 uv 喷墨油墨中试分散、过滤技术的研究，对于 uv 喷墨油墨的市场化生产具有非常重要的意义。 论文按照前期研究的 uv 喷墨油墨配方制备中试油墨色浆样品，改变研磨转速、研磨 时间、研磨介质、进料速度以及颜基比，对油墨色浆样品进行研磨，研究 uv 喷墨油墨中 试研磨分散工艺；将分散性良好的色浆制备成 uv 喷墨油墨样品，通过改变滤膜的孔径、 材质以及过滤的工艺，对油墨样品进行过滤，研究 uv 喷墨油墨的过滤条件；调整油墨中 成膜预聚物的含量，制备不同粘度的油墨，改变表面活性剂的种类，制备不同表面张力的 油墨，将制备的油墨样品上机印刷，测试印刷样张的粗糙度、模糊度、线宽、对比度、密 度，研究印刷适性对印刷质量的影响。 研究结果表明：研磨速度和时间、研磨大小、颜基比、进料速度对 uv 喷墨油墨中试 分散性有很大影响。按照最佳的分散工艺研磨油墨，可以得到分散性良好的油墨色浆，制 备的油墨色浆可以达到 95%以上小于 0.5m。微孔滤膜的材质、结构和孔径，过滤工艺对 uv 喷墨油墨的过滤效果有很大影响， 采用确定的最佳过滤条件及工艺可以获得良好的过滤 效果，有效的控制油墨的粒径。油墨的表面张力对印刷品线条的粗糙度有很大的影响，对 线条的对比度和密度有影响，对线条的模糊度和线宽影响不大；油墨的粘度对线条的粗糙 度、模糊度有很大的影响，对线条的线宽、对比度和密度影响不大。按照确定的最优配方 配制的 uv 喷墨油墨其各项印刷性能接近进口油墨，能达到上机印刷的要求。油墨上机印 刷得到的印刷品的线条的粗糙度、模糊度、线宽、对比度、密度等性能与进口油墨印刷样 张的近似。 关键词：uv 喷墨油墨；分散性能；过滤条件；印刷质量 iv abstract as a new type of environmental ink, uv ink-jet ink get more and more watched with its energy saving, environmental protection, high efficiency and other advantages, and has become the most concerned topic, has a huge development prospects. now, foreign market ink has been in application, while the related research and development still in its primary stage in china. so， based on the achievement of laboratory research，do research on the pilot production technology of uv ink-jet ink, has the extremely vital significance for promoting the industrialization uv ink-jet ink. use the formula of uv ink-jet ink which have got in the early study, do the research on the pilot production, prepare ink color paste by change grinding speed, grinding time, grinding medium, feeding speed and pigment/binder，prepare and grind ink color paste，research the grinding dispersion process of uv ink-jet ink； prepare uv ink-jet ink use color paste with good dispersion，filter ink by change the filtration process and the diameter，material of millipore filters，research the diameter，material of millipore filter and the filtration process influence on the filtering effect. change the viscosity and surface tension of ink by change the formula of ink, and printing, test the the roughness, blurriness, width, density and contrast of printing product lines, research the printability influence on the printing quality. the results indicate that: pigment/binder, grinding speed and time、the size of grinding beads, feeding speed have a great effect on the dispersion of uv ink-jet ink. in the pilot production use the grinding dispersion process we have got, can get ink color paste with good dispersion, 95% of the particles size of ink paste is less than 0.5m. the diameter, material and structure of millipore filter and filtration process have a great effect on the filtering effect of uv ink-jet ink, using the determined best filtering conditions and process can obtain good filtering effect, can control the particles size of ink efficiently. the surface tension of ink have a great effect on the roughness of lines, on the contrast and density of lines the effect is weaker, and has little effect on the blurriness and width of lines; the viscosity of ink have a great effect on the roughness and blurriness of lines, have little effect on the width, contrast and density of lines. the ink produced according to the best formula in the pilot production, has good printing performances, can reach the requirements of printing, and the printing quality of lines is similar to the imported inks. keywords: uv ink-jet ink; dispersion；filtering conditions; printing quality v 目 录 摘要 . i abstract . iv 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的研究背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.3 课题的研究内容 . 2 1.4 课题研究的目的及意义 . 2 第二章 uv 喷墨油墨的制备 . 4 2.1 uv 喷墨油墨概述 . 4 2.1.1 uv 喷墨油墨的基本组成 . 4 2.1.2 uv 油墨的固化机理 . 5 2.1.3 喷墨印刷的原理 . 6 2.2 uv 喷墨油墨的制备. 6 2.2.1 主要的分散设备 . 6 2.2.2 uv 喷墨油墨的制备方法 . 6 2.2.3 主要的原材料 . 8 第三章 uv 喷墨油墨中试分散技术的研究 . 9 3.1 uv 喷墨油墨的分散技术 . 9 3.1.1 颜料的分散. 9 3.1.2 uv 喷墨油墨的分散方法 . 9 3.1.3 uv 喷墨油墨分散性测试仪器 . 12 3.2 uv 喷墨油墨分散性的影响因素 . 13 3.2.1 研磨速度和时间 . 13 3.2.2 研磨珠大小. 15 3.2.3 颜基比 . 17 3.2.4 进料速度 . 18 3.3 中试生产 uv 喷墨油墨的研磨技术参数与分散性 . 20 第四章 uv 喷墨油墨中试过滤技术的研究 .22 4.1 uv 喷墨油墨的过滤技术 . 22 4.1.1 油墨的过滤. 22 4.1.2 uv 喷墨油墨的过滤方法 . 22 4.1.3 主要测试仪器 . 24 4.2 uv 喷墨油墨过滤的影响因素 . 24 vi 4.2.1 滤膜孔径 . 25 4.2.2 滤膜材质和结构 . 26 4.2.3 过滤工艺 . 27 第五章 uv 喷墨油墨印刷适性及印刷质量的研究 .29 5.1 uv 喷墨油墨的印刷适性的研究 . 29 5.1.1 uv 喷墨油墨的印刷适性 . 29 5.1.2 主要测试仪器 . 30 5.1.3 中试生产油墨与进口墨印刷适性的对比 . 30 5.2 uv 喷墨油墨的印刷质量 . 31 5.2.1 uv 喷墨油墨印刷质量的评价 . 31 5.2.2 印刷质量的测试仪器 . 32 5.2.3 印刷适性对印刷质量的影响 . 32 5.2.4 中试生产油墨与进口墨印刷质量的对比 . 37 第六章 结论 .40 参考文献 .41 硕士期间发表论文 .43 致谢 .44 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第一章 绪论 1.1 课题的研究背景 20 世纪 90 年代以来, 数码喷墨行业随着计算机行业的发展得到了迅猛的发展。喷墨 油墨是一种液体油墨，主要借助电场力作用按要求从喷墨印刷机喷嘴喷射到承印物上，而 产生图文文字。它是一种要求很高的专用墨水，它必须稳定、无毒、不堵塞喷嘴，保湿性 和喷射性好，不腐蚀喷头，不易燃烧和褪色等。喷墨油墨主要可分为水性油墨和溶剂性油 墨。近几年，对于环保的呼声越来越高，而溶剂型油墨的压力越来越大, 减少油墨中挥发 性有机溶剂的使用已经成为必然的趋势,水性油墨采用挥发干燥，其干燥速度慢，而 uv 光 固化可以有效的解决这些问题。 uv 光固化油墨, 就是使用光固化树脂作为油墨的基料, 在紫外光的照射下, 由光引 发剂产生自由基, 引起基料聚合和交联反应, 使油墨固化。 uv 光固化油墨采用紫外光辐射 引发活性低聚物体系产生交联固化 1。 uv 光固化技术应用于印刷工业已有 20 多年，工艺涉及柔性版印刷、凹印、胶印和网 印等领域，并且市场份额呈现快速增长趋势。 使用理想的 uv 喷墨油墨印刷的图像一般具有防水性、防退色性等特性，相对于其他 类型的喷墨油墨而言，其优势主要包括：低 voc；低能源需求；瞬时干燥；适用多种承印 物；固化前不会干燥；不堵塞喷头；不需清洗喷头；油墨成分稳定；印刷质量高；无污染 等。其中最值得一提的就是瞬间固化的特性，这就使得 uv 油墨从喷嘴喷出后不会渗入承 印物表面，所以不用担心油墨会渗入承印物从而对承印物表面性能造成影响。基于以上这 些优势，uv 喷墨油墨拥有广阔的发展前景。 1.2 国内外研究现状 随着喷墨打印及喷墨数字印刷技术的迅速发展，uv 喷墨技术以其高品质、环保、节能 等优势成为喷墨印刷技术的重要发展方向。技术发达国家在此领域的研究已经走在前列， 并且已经有部分产品问世，而我国相关领域的研究还处于起步阶段。 目前，我国还不能自主生产，一些企业引进了外国公司的数字印刷设备，但同时又不 得不花费大量外汇购买他们的墨水、纸张等消耗材料，使得数字印刷成本昂贵，严重阻碍 了数字印刷在我国的推广应用， 成为我国数字印刷、 数字化工作流程发展缓慢的直接因素。 在美国， uv 喷墨在所有喷墨产品中的市场占有率， 已经由 1999 年的 25% 增长到 2004 年的 30%。2005 年 uv 喷墨只占全球印刷市场喷墨产品的 2.5%，而到 2010 已占全球印刷市 场喷墨产品的 20%。我国在数字印刷用消耗材料的研究开发技术方面仍处于初级阶段。一 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 些企业引进了外国公司的数字印刷设备，但同时又不得不花费大量外汇购买他们的墨水、 纸张等消耗材料，使得数字印刷成本昂贵，严重阻碍了数字印刷在我国的推广应用，成为 我国数字印刷发展缓慢的直接因素。 uv 喷墨印刷一直是图像艺术市场的重要组成部分， 最近， 工业印刷领域也开始关注它。 目前，在数字印刷行业，uv 固化喷墨油墨是发展最快的一部分，远远超过水性和溶剂型油 墨。据 infotrends 公司预测，在 2010 至 2014 年期间，溶剂型油墨市场将从 9 亿美元减 少到 6 亿美元左右，年均复合增长率为-9%。而 uv 油墨的销售额则将从目前的 3.6 亿美元 增长到到 2014 年的 8 亿美元。在平台式喷绘机中 uv 紫外线固化油墨仍然继续占据着优势 地位。惠普预测，uv 固化喷墨设备的销售增长率在 2010 年达到两位数的增长，而在 2010 年，uv 油墨的销售额将超过设备销售额，成为印刷领域最大的增长市场 2。 目前，uv 喷墨油墨面临很多挑战：制造 u v 喷墨油墨的难点就在于选择合适的颜料并 使其在低黏度溶剂中良好地润湿;喷墨油墨对低黏度的需求就意味着制造油墨时需使用低 黏度、低官能度的固化材料，但这就会不可避免地降低其固化速度;uv 固化油墨附着力也 是一个潜在的问题;原材料和固化设备价格昂贵、刺激性强等问题也是 uv 喷墨油墨的发展 阻力，相信这些问题会推动研究人员开发 uv 喷墨油墨的进度，uv 油墨必将以其环保和生 产上的优势取代其他喷墨油墨。随着世界环保呼声的日益升高和数码技术的不断进步，uv 喷墨油墨必将获得更大的发展。 1.3 课题的研究内容 课题主要内容有三个方面： 1.uv 喷墨油墨性能及印刷适性的研究。研究内容包括配制色浆，并测试色浆的分散性 能，再将色浆进行调稀制备油墨。测试油墨粘度、固化速度、表面张力及分散性等性能。 2.基于对 uv 喷墨油墨小试阶段的研究成果进行中试研究，研究中试阶段的关键技术。 研究内容包括根据优化后的配方进行中试阶段的研究，主要是颜料的分散和油墨的过滤， 通过试验不同的条件和方法找到适宜的研磨条件和过滤条件，使油墨的粒径达到上机喷墨 的要求，总结中试阶段的研磨技术和过滤技术，研制出各方面性能适合上机喷墨印刷以及 能达到理想的印刷质量的 uv 喷墨油墨。 3.uv 喷墨油墨印刷质量的研究。将利用中试阶段分散及过滤技术生产的油墨上机打 样。测试墨层的色密度、模糊度、粗糙度、线宽、对比度等性能，评价印刷品质量。根据 印刷品质量标准，再对油墨的配方及配墨工艺进行进一步的优化。 1.4 课题研究的目的及意义 课题研究的目的在于根据国内外现有的研究现状，基于之前的研究基础，优化并确定 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 uv 喷墨油墨的配方，并进行中试阶段的研究，研究优化中试阶段的关键技术，从而生产出 具有良好性能以及能达到理想的印刷质量的 uv 喷墨油墨。 基于目前我国数字印刷的研究现状，uv 喷墨油墨一旦研制成功，此项研究成果可取代 进口的喷墨印刷用油墨耗材，其次，基础性研究可以为应用性研究提供理论依据，促进数 字印刷技术在我国的普及和应用，另外，消耗材料的国产化，可以将数字印刷成本大大降 低，对国内数字印刷的发展有很大的促进。因此，本课题具有一定的指导意义和经济效益， 可以推动我国喷墨数字印刷技术的发展。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 第二章 uv 喷墨油墨的制备 2.1 uv 喷墨油墨概述 2.1.1 uv2.1.1 uv 喷墨油墨喷墨油墨的基本组成的基本组成 uv 喷墨油墨主要由预聚物、稀释单体、光引发剂、颜料和其他助剂等组成。 1. 预聚物 预聚物又称低聚物，是油墨配方中的基体树脂，是油墨中的成膜物质，构成油墨基本 骨架，其性能对固化过程和固化后墨膜的性质起着重要作用，因此油墨的基本性能主要由 预聚物树脂决定。光固化预聚物属于感光树脂，在结构上，必须具备不饱和双键或环氧基 等光固化基团。 2. 单体 单体一般含有可聚合官能团的小分子，一般在体系中可以参加固化反应。单体除了调 节体系的粘度以外，它还能影响到油墨的固化性能，聚合程度以及所生成聚合物的物理性 质等 10 。 单体既可以调节油墨的粘度、聚合程度、固化速度，又可以调节所生成聚合物质的光 泽度、色度、密度等物理性质。一般是通过添加 20%85%的单体来降低 uv 喷墨油墨的粘 度。 3. 光引发剂 光引发剂是能吸收辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的物 质，也是任何 uv 固化体系都需要的关键组分。它关系到体系在光辐照下，能否发生交联 固化。 光引发剂吸收紫外光能量后，能产生游离基，引发油墨发生聚合反应。在光化学反应 中，引发剂吸收光子后便变得非常活跃，激发产生自由基，将能量传递到高分子聚合物， 产生连锁反应，线性树脂转变为网状结构，使油墨固化成坚韧的油墨膜 10。 4.颜料 颜料是油墨生产中不可缺少的原材料。它是一种不溶于水或溶剂等介质中，而能在油 墨的基料中均匀分散的微细粉末状有色物质。可在印刷承印介质表面上形成色层，并且呈 现一定的色彩，在形态上可以呈现球状、片状等不规则形态。颜料粒子的直径范围一般在 几百纳米到几十微米之间。 颜料在油墨中主要起呈色作用，印刷油墨的颜色及色彩饱和度、密度及油墨的耐候性 和透明性都由颜料决定。另外，颜料还对底材起到遮盖作用也非常好。 5. 助剂 助剂是油墨中不可缺少的组成部分，和普通油墨一样，uv 也需要加入一些助剂。主要 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 有消泡剂、流平剂、分散剂、阻聚剂等。 （1）消泡剂 消泡剂是一种能抑制、降低或消除涂料中气泡的助剂。在光固化涂料中一般消泡剂的 使用量为 0.051.0%，大多数可在涂料研磨时加入，有的也可用活性稀释剂稀释后加入涂 料中，要搅拌均匀。 （2）流平剂 流平剂主要用来提高油墨的流动性，使油墨能够流平。 （3）分散剂 分散剂能使油墨中的颜料与连结料很好地润湿，使颜料在油墨中有很好的分散性。 （4）阻聚剂 阻聚剂，顾名思义是阻止聚合反应发生的助剂。阻聚剂可以终止全部自由基，使聚合 反应完全停止。光固化产品阻聚剂主要用酚类，如对羟基苯甲醚、对苯二酚等。 2.1.2 uv2.1.2 uv 油墨的固化机理油墨的固化机理 uv 油墨的固化机理是利用一定波长的紫外线照射，使引发剂被激发，释放出自由基， 引发预聚物和活性稀释剂瞬间发生交联反应，从而使液态转变成固态。 光固化过程是指在光（紫外、可见光）或高能射线（主要是电子束）的作用下，预聚 物（包括单体）经过交联聚合由液态形成固态产物的过程。光引发剂能够吸收光量子后， 从基态变为激发态，进而分解生成自由基和阳离子。这样就开始了链的引发作用，引发不 饱和双键发生聚合反应。聚合物分子不断交联形成网状结构，直到自由基失去活性，链的 增长才终止，使油墨完全固化。固化体系包括自由基光固化体系和阳离子光固化体系 10。 自由基光固化体系固化过程可以概括为以下几步 13： 引发剂受 200400nm 的紫外线照射被激发，形成自由基。 pi r（pi 为光引发剂） hrcrchchrchr 22 自由基与树脂连结料的双键相互作用，形成长链自由基。 hr(p)cchchr)nr(chchrnchhrcrch 2222 链的终止： hr(p)cchchr)nr(chchrnchr 222 rr rr p1p2 p1p2 p1p2 p1p2 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 2.1.3 2.1.3 喷墨印刷的原理喷墨印刷的原理 喷墨数字印刷是一种无压印刷方式，无须输出胶片、制作印版，通过计算机图文信息 对压电晶体进行控制，在一定压力作用下，使喷嘴中的墨水从极细的喷嘴喷出，喷射到承 印材料上形成图文信息。 喷墨成像按照工作原理可分为两大类：一是即时喷墨（按需喷墨），二是连续式喷墨。 按墨滴折射方式，将连续型喷墨印刷设计为二元或多重折射系统。喷墨印刷的主力是按需 印刷方式。按照墨滴的形成过程，此技术分为 4 种主要方法：热喷、压电、静电和声频 （acoustic），如今市场上绝大多数喷墨印刷机使用的是热喷和压电原理 15。 2.2 uv 喷墨油墨的制备 2.2.1 2.2.1 主要的分散设备主要的分散设备 1. gj-2s 型高速搅拌器 性能参数：空载调速范围：200011000r/min3%； 2. buhler 万用型纳米研磨机 利用研磨腔内高速运转的定子以及定子、转子壁上的棒销赋予研磨珠很高的能量，研 磨珠的剪切力将颜料粒子分散打碎，并能使粒径达到纳米级。 性能参数：转速范围 500-4500r/min；研磨室空间 0.275l； 3. 辅助设备：jj-1 型机械搅拌器；81-2 型恒温磁力搅拌器 2.2.2 uv2.2.2 uv 喷墨油墨的制备方法喷墨油墨的制备方法 实验中采用研磨分散法制备 uv 喷墨油墨。分散在广义上是指将固体粉末状物质分布 于气体、液体或另一种固体粉末状物质中。在油墨生产中是指固体粉末状颜（填）料分布 于液态连接料中，形成稳定的胶态分散体系的过程 15。 1. 色浆的制备 按照小试阶段优化的配方（uv 喷墨油墨色浆配方如表 2-1 所示）制备 uv 喷墨油墨色 浆。具体步骤：将预聚物、单体和分散剂混合加入烧杯中（如果是固态分散剂，须先在一 定温度下加热使其溶解），放置在 81-2 型恒温磁力搅拌器上搅拌混合均匀，加入颜料置 于 jj-1 型电动搅拌器上进行预分散 30 分钟左右。在研磨机中加入相应质量（814g）的研 磨锆珠（直径 0.8mm），将预分散后的色浆倒入 buhler 万用型纳米研磨机，启动研磨机， 高速研磨 30120 分钟，使颜料在连接料中充分润湿分散，得到油墨色浆并测试色浆的印 刷适性。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 表 2-1 uv 喷墨油墨色浆配方 组分名称 质量百分比（%） 颜料 20 预聚物 30 单体 42 分散剂 8 2. 油墨的制备 将成膜树脂、单体、光引发剂、助剂等以按照油墨配方混合配制成油墨稀释剂，并与 制备的色浆混合，装入器皿中置于 jj-1 型电动搅拌器上，搅拌 30 分钟，搅拌均匀后即得 所要制备的 uv 喷墨油墨。测试油墨的印刷适性，uv 喷墨油墨的最优配方如表 2-2、表 2-3 所示。 表 2-2 uv 喷墨黑色油墨配方 组分 质量百分比（%） 色浆 20 成膜树脂 54.2 单体 19 光引发剂 6.5 活性胺 3.25 助剂 3.25 表 2-3 uv 喷墨青色油墨配方 组分 质量百分比（%） 色浆 15 成膜树脂 52.7 单体 26 光引发剂 6 活性胺 6 助剂 0.3 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 2.2.3 2.2.3 主要的原材料主要的原材料 表 2-4 uv 喷墨油墨的主要原材料 组分名称 化学名称 产品缩写代号 产地/备注 颜料 酞青蓝 ciba 公司 碳黑 r250 预聚物 超支化聚酯丙烯酸酯 viajet100 氰特 ucb viajet400 活性稀释剂 丙烯酸 2-乙氧乙氧基乙 酯 eoeoea 天津天骄辐射固化材 料有限公司 己二醇二丙烯酸酯 hdda 三羟甲基丙烷三丙烯酸 酯 tmpta 光引发剂 2-甲基-1-4-甲硫基苯 基-2-吗啉基-1-丙 907 固态 2-异丙基硫杂蒽酮 itx 固态 分散剂 超润湿分散剂 ch-13 上海三正 润湿分散剂 9077 byk 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 第三章 uv 喷墨油墨中试分散技术的研究 3.1 uv 喷墨油墨的分散技术 3.1.1 3.1.1 颜料的分散颜料的分散 颜料的基本颗粒的尺寸通常很小，但是颜料颗粒容易发生聚集而形成尺寸较大的聚集 体，因此就需要使用机械来对其进行研磨，将尺寸较大的聚集体分散到所需要的程度 17。 颜料的分散有三个过程：润湿、分散和稳定。 1.润湿 颜料的润湿是使分散介质取代颜料粒子表面上空气、水分的过程。表面张力在颜料润 湿过程中非常关键。只有当分散介质的表面张力低于颜料的表面张力时，润湿过程才能正 常进行。颜料粒子的润湿性还受很多因素的影响，如粒子形状、表面化学极性、及分散介 质的极性等，有时在体系中加入适量的分散剂，可以使颜料粒子快速充分的润湿。 2.分散 分散是使用分散机械将颜料粒子重新分散以及粉碎的过程。这个过程中，分散机械主 要是提供一定的剪切力和撞击力，使由于相互间的作用力而聚集到一起的颜料粒子能够分 散开，达到喷墨要求的粒径大小。通常，分散效果主要受剪切力的影响，剪切力越大，分 散效率越高，效果越好。 3.稳定 稳定是分散过程中新形成的颜料粒子稳定下来，阻止其再次发生团聚的过程。稳定过 程主要是利用分散介质将颜料粒子有效的隔离开，或者在颜料粒子表面包覆一层吸附层， 有效的将其屏蔽，防止颜料粒子发生团聚，而导致颜料的遮盖力、着色力以及光泽等性能 降低。 3.1.2 uv3.1.2 uv 喷墨油墨的分散方法喷墨油墨的分散方法 颜料分散方法主要是根据分散质量、分散体系的类型以及需分散的颜料的类型而定 16。本课题分散体系的制备主要是采用 buhler 高速研磨机，将制备的油墨色浆在研磨腔 内进行研磨，利用研磨过程中的剪切力、撞击力，将颜料颗粒的聚集体，重新分散成小颗 粒的过程。目前颜料分散的设备主要有三辊研磨机、球磨机、砂磨机、高压均质机、篮式 研磨机以及 buhler 万用型纳米研磨机等几种。实验中采用 gj-2s 型高速搅拌器和 buhler 万用型纳米研磨机进行分散试验。 1、gj-2s 型高速搅拌器分散方法 gj-2s 型高速搅拌器俗称砂磨机，它是一种立式的搅拌器。砂磨机由一个开口向上的 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 可以固定和拆卸的不锈钢圆桶(中间有隔层，可通冷却水对研磨体系进行冷却)及一个带多 个横臂的固定搅拌轴所组成。这种设备利用搅拌使研磨珠与物料高速旋转，从而使之发生 高速剪切、碰撞而使颜料分散。图 3-1 所示的为本实验中所使用的砂磨机。 图 3-1 gj-2s 型高速搅拌器 砂磨机的研磨介质是锆珠，可以根据分散体系的不同选择不同直径大小的锆珠。研磨 时，先放入需要研磨的油墨色浆，再加入相应比例的研磨锆珠，密封不锈钢圆桶，打开冷 却水，启动机器即可研磨。 一般来说，gj-2s 型高速搅拌器的分散效率比卧式球磨机要高 10 倍，研磨时间在一般 在 2 小时之内。所以样品制备时研磨时间分别可在 45min、60min、75min、90min、105min、 120min 进行取样。由于砂磨机的研磨物料的量相对取样比较大，所以每次取样测试的影响 可以忽略。 研磨珠的大小、研磨机的转速以及研磨时间都会影响砂磨机分散的效果。首先研磨珠 的大小在旋转过程中的冲量不同，从而导致其与颜料之间的剪切力和碰撞不同，而产生不 同的效果；而研磨机的转速不同也会使研磨珠的冲量不同，使剪切力不同；研磨时间的长 短决定研磨是否充分，并且过长时间的研磨可能会导致颜料颗粒过小而发生团聚。 砂磨机的研磨腔可容纳研磨物料的量一般在 80g-200g，所以在 uv 喷墨油墨的制备中 主要用于小试阶段的研磨分散。 2实验室篮式研磨机分散方法 篮式研磨机由一个开口向上的水平放置可拆卸的不锈钢圆桶(中间有隔层，可通冷却 水对研磨体系进行冷却)及一个可上下调整的搅拌轴所组成。搅拌轴上连有研磨腔，研磨 腔底部有锋利的齿轮，研磨时，将适量研磨珠加入研磨腔，将物料加入不锈钢圆桶中，将 搅拌轴调下，与圆桶对接，将体系密封，开动机器即可研磨。搅拌轴带动齿轮和研磨珠高 速旋转，对物料进行剪切研磨，研磨过程中，物料不断由圆桶透过研磨腔上的缝隙进入研 磨腔，再流入圆桶，进行循环研磨。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 篮式研磨机的转速一般在控制在 20-25r/s，可用于大量的研磨，研磨的量在 600g-1.8kg。其研磨效果相对于 gj-2s 型高速搅拌器和 buhler 万用型纳米研磨机较差， 一般在 uv 喷墨油墨的制备主要用于预分散。图 3-2 所示的为本实验中所使用的砂磨机。 图 3-2 实验室篮式研磨机 3.buhler 万用型纳米研磨机分散方法 buhler 万用型纳米研磨机也可用于大量的研磨，且研磨效果较好，所以 uv 喷墨油墨 中试的生产中，主要用 buhler 万用型纳米研磨机进行研磨分散。 万用型纳米研磨机主要由一个密封的研磨腔、喂料槽，泵，低温冷却热循环泵组成。 研磨腔内有定子和带有多个棒销的转子构成，研磨时，物料在泵的推动下在研磨腔和喂料 槽之间循环，进行研磨。表 3-1 为机器的基本性能参数,图 3-3 所示为本实验中所使用的 万用型纳米研磨机。 表 3-1 机器的基本性能参数如下表： 动力 转子最大的线速度 研磨室空间 重量 2.2kw 13.2m/rad 0.275l 150kg 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 图 3-3 万用型纳米研磨机 研磨原理：万用型纳米研磨机使用的是 drais superfow 立式棒销式研磨模式，机器 运行中研磨腔内高速运转的定子以及定子、转子壁上的棒销赋予研磨珠很高的能量，所加 物料利用研磨珠的剪切力来达到研磨分散的效果并能使粒径达到纳米级。 实验中用到的低