（化学工程专业论文）环保型大豆油墨的研制.pdf

浙江大学硕士研究生论文 摘要 在传统油墨中，一般含有3 0 6 0 的石油系矿物油( 属有机溶剂，含芳烃) 。 当印刷时，油墨的干燥需要挥发这些矿物油，会释放出大量有机溶剂，造成严重的 大气污染。全球每年因油墨引起的有机挥发物( v o c ，v o l l i t i l e o r g a n i c c h e m i c a l s ) 污染 排放量已达几十万吨。这些有机挥发物，可以形成比二氧化碳更严重的温室效应， 而且在阳光的照射f 会形成氧化物和光化学烟雾，严重污染大气环境。对于印刷二i ： 人，由于长期处于商浓度的v o c 中，会对人体，特别是神经系统造成极大损害。 因此如何减少油墨中v o c 的含量成为各国治理环境的重中之重。现在各国也都开 始陆续制定严格的法令法规，以限带l 有机溶剂的使用和排放。 大豆油墨是将传统油墨配方中2 0 5 0 的的矿物油替代为自然环保的大豆油， 从而使油墨中的v o c 含量由原来的3 0 6 0 降低到5 1 5 。因此在环保呼声的 推动下，大豆油墨必将成为今后胶印印刷用油墨的主流。 尽管大豆油墨具有很好的环保前景，但由于人豆油自身的特点给大豆油墨的开 发带来一定的难度，其主要的难点在于：大豆油墨的干燥性问题：调整大豆油 黑墨性，使其接近甚至超过传统油墨。大豆油中只有9 双键含量较多的亚麻酸， 而双键含量较少的硬脂酸、油酸和亚油酸却占到了近8 0 。与其相比，传统的哑麻 油中亚麻酸含量在5 2 以上，亚油酸等双键较少的植物油酸只占了3 0 左右。因此 大豆油由于二含有的较少的可反应双键，与空气中的氧气反应相对缓慢，使制造出的 大豆油墨出现干燥不良，会给印刷带来如粘脏、附着力差等许多问题，也使油墨的 可印刷性和印刷效率大大降低。同时由j j 大豆油替代了传统油墨配方中的部分矿物 油，打破厂传统油墨的墨性平衡，使大豆油墨在流动性、水墨平衡等方面都与传统 油耀有一定的差距，这就需要通过全新的油墨配方将其重新达到平衡，使大豆油墨 能在印刷中得到接近传统油墨，甚至更好的表现。 对于油墨来说，影响其干燥性的不只是植物油，还有树脂、矿物油、连接料制 造工艺等因素也会很大程度k 影响油墨的干燥性。所以尽管大豆油自身在干燥性方 面存在不足，但完全可以通过树脂的选择和调整连接料的配方、改进连接料制造的 ：艺以及油墨配方的合理配比来克服大豆油的干燥性问题。依据以上思路，本文着 重针对树脂的选择、连接料配方和工艺的调整以及油墨配方的合配比展开研究工作， 浙江大学硕士研究生论文 主要有以下几方i 面的研究内容和结果： 1 ) 通过树脂和矿物油的物性参数，以及连接料实验，参照环保的要求，选择合适 的树腊和矿物油的品种；实验中选择了两种树脂和一种溶剂。树脂的综合参数为： 树脂1 溶纳度1 o 、软化点1 8 0 。c 、分子量m w 2 0 0 0 0 、酸值1 7 ，树腊2 溶纳度o9 、 软化点1 8 0 。c 、分子蹙m w2 7 0 0 0 、酸值1 9 ；矿物油溶剂的综合参数：馏程 2 8 0 31 0 、苯胺点9 3 ，5 、凝固点一1 2 、芳烃含量 o 5 。 2 ) 通过设计l e 交实验表进行实验，选择合适的连接料配方和制造工艺。通过连接 料固着速度的比较，流变性的对比，以及连接料溶纳度和粘度的参考，最终确定了 一软、懂! 两种连接料的配方比例和制造下艺：两种连接料综合参数分别为：软连 接料粘度5 4 8 0 0 、溶纳度1 0 、围着速度8 分钟之内、指触感较软有弹性身骨软而滑， 硬连接料粘度6 6 3 0 0 、溶纳度0 9 、固着速度8 分钟之内、指触感较硬有弹性身骨硬 而滑。 3 ) 通过干燥剂添加量的实验，以确定每一种连接料应加多少干燥剂才能确保油墨 的氧化干燥性能。通过不同比例的配置，最终确定两种连接料在o 1 5 钻类干燥剂 和o4 5 锰类干燥剂用量的作用下可以达到一个比较好的氧化千燥性能： 4 ) 通过拼混法得出合适的油墨配方比例。最终得到分别适合红、黄、蓝、黑四色 油墨的合理配方，其性能基本接近甚至超过同类型的传统油墨。 通过以 二一系列的选材和配方工艺调整，开发出的大豆油墨在性能和干燥性能 方码f 完全可以替代现有的传统油墨，并且在当今环保的推动力度下，具有广阔的市 场前景。 关键字：人豆油、油墨、胶印、环保 2 浙江大学硕士研究生论文 a b s t r a c t i ng e n e r a l t h e r ei s3 0 一6 0 m i n e r a lo i li nt r a d i t i o n a li n ki nt h ep r o c e s so f p r i n t i n g , i n k c o u l dd r yt h o r o u g h l yt h r o u g hv o l a t i l i z i n gt h em i n e r a lo i l ，w h i l eag r e a to fo r g a n i cs o l v e n t i sl e to f ft ot h ea t m o s p h e r et o ( x 1 u s ep o l l u t i o n e v e r yy e a rv o c ( v o l i t i l eo r g a n i c c h e m i c a l s ) f r o mi n k h a sb e e nr e a c h e dh u n d r e dt h o u s a n dt o n s w h i c hc a nf o r m g r e e n h o u s ee f f e c tw o r s et h a no n ec a u s e db yc 0 2 ，a n dp o l l u t ea t m o s p h e r es e r i o u s l yb yt h e w a yt h a to x i d ea n dp h o t o c h e m i s t r yf o gc a nb ef o r m e di nt h es u n s h i n ef o rp r i n t i n g w o r k e r , i tw i l ld oh a r m f u lt oh u m a nb o d y , e s p e c i a l l yt on e r v es y s t e m , s i n c ep e o p l ei s w o r k i n gi n8 0h i g hc o n c e n t r a t i o no fv o c t h e r e f o r e ，h o wt ol e s s e nc o n c e n t r a t i o no f v o ci ni n kh a sb e e nv e r yi m p o r t a n tp o i n ti ne n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tf o rv e r yc o u n t r y t o d a y , m a n yc o u n t r i e sh a v eb e g u nt oe n a c tl a wa n dr e g u l a t i o nt ol i m i tt h eu s ea n dl e to f f o f o r g a n i cs o l v e n t s o y ai n km a k et h ei n kh a v el e s sv o cb e c a u s ei tu s en a t u r a la n de n v i r o n m e n tf r i e n d l y s o yo i lt os u b s t i t u t e2 0 0 0 - 5 0 0 0m i n e r a lo i li ni n k , w h i c hc a nr e d u c ev o c o f t h et r a d i t i o n a l i n kf r o m3 0 6 0 t o5 - 1 5 a sar e s u l ts o y ai n kw i l lb eu s e dw i d e l y , a n db e c o m et h e i m p o r t a n tr o l ei no f f s e ta n dw e b i n ku n d e rt h ed r i v eo f e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n a l t h o u g ht h es o y ai n kh a saw o n d e r f u lf u t u r e , t h e r ea r es o m ed i f f i c u l ti nd e v e l o p i n gs o y a i n kb e c a u s es o yo i lh a ss o m ei n h e r e n tf a u l t si nd r y i n g t h em a i nd i f f i c u l tp o i n t sa r el i s t e d a sf o l l o w i n g ：t oa d j u s tt h ed r y i n go fs o y ai n kt on o r m a l ； t oa d j u s tt h ev a r i o u s p r o p e r t i e so fs u y ai n kt oc l o s eo rs u p r e m et h et r a d i t i o n a li n k s o yo i lh a so n l y9 f l a x a c i d ，w h i c hh a sr i c hd o u b l eb o n d ，a n dn e a r l y8 0 s t e a r i ca c i d ，o l e i ca c i da n df l a xo i la c i d w h i c hi sl a c ko fd o u b l eb o n d b yc o m p a r i n g ，t r a d i t i o n a li n kh a sm o r et h a n5 2 f l a xa c i d ， w h i l et h et h i n gw i t hf e wd o u b l eb o n di sj u s t3 0 0 ot h e r e f o r e , s o yi n kh a sf e wd o u b l e b o n dt h a tc a nr e a c tw i t ho x y g e ni na t m o s p h e r e ，i ti sc l a s s i f i e da ss e m i d r y i n go i l a sa r e s u l t ，t h es o y ai n km a k ef r o ms o yo i lc a nn o tg e tah a r df i l mo fi n kf r o mb a dd r y i n g ，a n d 1 浙江大学硕士研究生论文 c a u s et h es o y ai n kt ol o wi t s p r i n t a b i l i t y , a n ds o r t i eo t h e rp i n t i n gp r o b l e ms u c ha s o f f s e t t i n g ，b a da d h e s i v ea n d s oo n t h es u b s t i t u t i o nb r e a kt h r o u g ht h eb a l a n c eo f p r o p e r t i e so f t r a d i t i o n a li n k ，w h i c hn e e dn e wi n kd e s i g nt ob a l a n c et h ep r o p e r i e so fs o y a i n ka g a i nt og e tg o o dp e r f o r m a n c eo f s o y ai n k f o ri n k ，f a c t o r st od r y i n ga r en o to n l yv e g e t a b l eo i l ，b u ta l s or e s i n ，m i n e r a lo i la n d m a n u f a c t u r em e t h o do fv a n i s h a l t h o u g hs o yo i lh a sf a u l ti nd r y i n g , t h ep r o b l e mc a nb e s o l v e db yt h ew a yo fs e l e c t i n gf i tr e s i n , d e s i g n i n gv a n i s h , a n ds e l e c t i n gm a n u f a c t u r e m e t h o do f v a n i s ha c c o r d i n gt ot h ev i e wp o i n ta b o v e ，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h es e l e c t i o n o f r e s i n , d e s i g no f v a n i s h ，s e l e c t i n gt h em a n u f a c t u r em e t h o d & v a r n i s ha n dd e s i g nt h ei n k t os t u d y , t h e r ea r et h ec o n t e n ta n dr e s u l ta sf o l l o w i n g ： 1 ) t h et y p eo fr e s i na n dm i n e r a lo i li ss e l e c t e dr e g a r d i n gt ot h ed e m a n do fe n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n dp r o t 斌yp a r a m e t e r so f t h er e s i na n dm i n e r a lo i l a tl a s tt h r e et y p e so f r e s i na n do n et y p eo fs o l v e n ti ss e l e c t e d r e s i nl ：s o l u b i l i t yp a r a m e t e r1 o s o t e n i n g p o i n t1 8 0 ( 2 ，m o l e c u l a rw e i g h tm w2 0 0 0 0 ，a c i dn u m b e r l 7 r e s i n2 ：s o l u b i l k y p a r a m e t e ro 9 、s o r e n i a gp o i n t1 8 06 c 、m o l e c u l a rw e i g h tm w 2 7 0 0 0 、a c i dn u m b e r1 9 ； m i n e r a lo i l ：d i s t i l l a t er a n g e2 8 04 c 3 1 0o c ，a n i l i n ep o i n t9 3 5 c ，f r e e z i n gp o i n t 1 2 。c ， b e n z e n eh y d r o c a r b o nc o n t e n t 05 n 2 ) d e s i g n i n gt h ee x p e r i m e n tt h r o u g hp e r p e n d i c u l a re x p e r i m e n tt a b l e ，p r e s c r i p t i o no f v a n i s ha n dm a n u f a c t u r em e t h o da y es e l e c t e db yc o m p a r i s o no fs e ts p e e d ，r h e o l o g y , v i s c o s i t ya n ds o l v e n tt o l e r a n c eo fv a n i s h , a s c e r t a i no n es o f ta n do n eh a r dv a n i s h s o f tv a r n i s h ：v i s c o s i t y5 4 8 0 0 ，s o l u b i l i t yp a r a m e t e r1 0 ，s e tt i m e 2 0 三7 3 0 ! 2 0 大豆油墨除降低溶剂使用量以外，在油墨性能方面还有许多其他优于传统油墨 的方面。 2 4 1 a ) 优良的耐擦性：传统石油基油墨的印刷耐擦性不良溶易沽黑读者的手。据 美国报业协会报导，通常情况下，报纸读者在阅读时特别关心其手沾黑。大豆油墨本身 甚为耐擦，使报纸读者不受手沾黑的困扰，同时又没有不良刺激异味。如此，大豆油墨 在这一点扮演重要角色并将制定印刷产业的油墨品质标准。 b ) 耐光耐热性好：大豆油墨的沸墨比石油挥发成份离很多，而当油份受激光打印 机或复身】机加热时，不会挥发而粘在纸_ l ? ，亦不会污染机器零件。 c ) 废纸脱墨容易：以造纸技术闻名的美国西密执安大学( w e g e mm i c h i g a n u n i v e r s i t y ) 1 1 2 1 1 3 1 的科研人员通过研究发现大豆油墨比传统油墨容易脱油墨，而且纸 纤维的损伤少，回收再生纸品质佳。通常报纸用纸8 0 以上采用再生纸，利用大豆油 墨的这种特性，废纸回收再生时废料少，回收成本较低，极具行业竞争力。脱墨处理后 的废大豆油墨残渣比较容易降解，利于污水处理，控制排放水品质。1 3 0 j 【3 4 】 d ) 综合印刷成本低：大豆油墨颜色范围广，色彩丰富而亮藤，少量油墨即可展现 大量传统油墨所能展现的效果。据报道，大豆油墨可以增加1 0 - - 1 5 单位印刷量， 从而使印刷成本降低。另外，由于传统油墨中含有有机化和物，为避免引起环境污染， 其废弃处理成为困扰油墨制造厂及印刷厂的一个难题。然而大豆油墨可以回填在新 油墨中混合使用，不仅利于环保，同时降低了生产成本。 1 2 2 2 大豆油油墨的研究历史和使用情况 1 9 7 9 年的全球石油危机导致石油价格不断攀升，波及了包括印刷业在内的相关 浙江大学硕士研究生论文 产业。为缓解石油危机带来的影响，美围报业印刷者协会a n p a ( a m e r i c a n n e w s p a p e r p u b l i s h e r s a s s o c i a t i o n ) ，即现在的美国报业协会n a a ( n e w s p a p e r a s s o c i a t i o no f a m e r i c a ) 加大了非石油基印刷油墨的研发力度。经过多年对20 0 0 多 个植物油配方的试验，大豆油脱颖而出。通过对配方的优化，太阳化工公司下属的通用 印刷泊疆公司承担了酋批大豆油墨的生产。 2 9 1 1 9 8 7 年，美国爱荷华州 t h eg a z e t t e ) ) 报首次将该产品应用于实践，并因其卓越的性能而逐步得到青睐。在大聂油墨投入市 场的第一年内仅有6 家报纸使用，如今，美国1 00 0 0 多家报社中的j 分之一已使用大 豆油墨，尤其是其效果己被规模较大的13 0 0 家日报所肯定，其用量也由最初的4 5 t 增至2 0 0 0 年的4 90 0 0 t ( 见图12 ) 。 图1 2 美国大豆油墨历年增长趋势图 除_ 用r 报纸印刷以外，通过调整配方，大豆油墨可替代其它专用印刷油墨，如 单页油墨fs h e e t f e di n k ) 、热周型油墨( h e a ts e ti n k ) 、冷同型油墨( c o l ds e ti n k ) 、商用 表格印刷油墨( b u s i n e s sf o r m si n k ) 以及凸敝油墨( f l e x o g r a p h i ci i l k ) 等。自1 9 8 9 年 以来，美国2 5 的印刷业者经常使用大豆油墨，较大规模的油墨隹产厂商至少生产 一种大豆油墨产品。在日本大豆油墨的应用刚刚起步，已有2 3 0 家油墨厂生产大豆 油墨，1 7 5 个印刷，一使用，1 9 9 8 年的消费量约8 5 9 t 。人豆油墨符合日本注重环保 的要求，相信今后的用量将加倍增长。在欧洲、澳洲、韩国等国家和地区人豆油墨应 浙汀= 大学硕士研究生论文 1 电在推广之中。 1 2 2 3 国内油墨使用状况和中国国内今后大豆油使用的趋势 我国绝大多数印刷企业由于受价格等因素的限制，并没有使用大豆油墨等最新 的环保型油墨。i f 在使用的油墨普遍在挥发性有机物多环芳香族溶剂、熏金属等对 环境有严重影响的有害物质，造成产业废弃物如再生纸、资源同收等环保方面的问 题。 但由于我国对外贸易的大幅度增加，如电子产晶由一 二像欧盟颁布的报废电 子电气设备指令和关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质法令等类似 的环保法令，使外包装的环保要求越来越高。现今很多国外的电子产品给业如 s o n y 、佳能等其外包装都以标有“大豆油印刷”作为环保的标志。随着中国包装品 成为中国出口到欧美电子产品的绿色环保壁垒的事实，大豆油油墨的推行已经是势 在必行的潮流。 我国是一个农业大国，也是全球大豆的主产国，发展以大豆油墨为代表的植物油 基油墨，不仅符合国家能源产业发展的政策，同时可推进国内植物油脂工业的发展，扩 人植物油脂的应用范围，减轻不可再生石油的消费与进口，节省外汇，同时也符合农村 产业政策，带动农业种植结构的调整，利国利民。 1 2 3 大豆油墨开发中需要解决的问题 1 2 3 1 大豆油的特性 大豆油是从大豆中提取出来，大豆含油率1 7 - - 2 3 。我国遍产：人锃，尤其是东 北地区。大豆油的特性常数如表1 3 ： 表1 3 大，旺油的特性常数 相对密度折光指数酸值 性能项目碘值皂化值 ( 2 5 2 5 ) ( 2 5 )( r a gk o h g ) 性能值 o 9 1 6 - 09 2 21 2 0 1 4 l14 7 1 1 4 7 51 8 9 - 1 9 5 3 一 豆油的脂肪酸组成：饱和腊肪酸( 棕榈酸和硬脂酸) 9 1 5 ，油酸2 2 3 0 ， 亚油酸5 0 6 0 ，亚麻酸5 9 。 浙江大学硕土研究生论文 豆油是半干性油，呵供食j ； j 。其干燥性缓慢，不易结成坚固的薄膜，故很少单 独使用，大多与桐油或亚麻仁油等配合使用，如以2 5 的桐油和7 5 的大豆油配合 炼制成连接料，其干燥性可与哑麻仁油相仿。大豆油虽然干性慢，但颜色浅，彳i 易 变黄，特别适用于制造浅色油墨。 1 2 3 2 大豆油对油墨性能的影响 大豆油作为一种环保型的原材料用于油墨的制造，势必会将原来传统油墨中的 性能平衡打破，因此开发火豆油墨不是简单的将大豆油替换原来油墨配方中的部分 原材料，而是需要根据大豆油本身的特性，依据以前油墨的性能为标准，参考其他 原材料的特性，采用大量先进的油墨测试、开发手段，来改进、平衡大豆油墨在印 刷中的综合性能。 首先大豆油墨的主要特点就在于环保，因此为了保证环保，不仅需要使用大豆 油减少溶剂量的使用，还要选用相应的环保型溶剂( 如无芳烃矿油) 来使其更加贴 近环保的意义。正是出于这些原材料在质与最上的变化，使原束传统油墨的综合性 能发生了较大的变化，下酝就通过分析1 2 1 2 所谈到的油墨性能，来比较这些变化 给大豆油墨所带来的不利影响。 1 ) 油墨的干燥性能： 一般油墨干燥方法可以分为：渗透干、氧化结膜、挥发以及其他较特殊的辐射、 紫外线、电子束、红外线、微波、湿凝固、冷凝、沉淀、过滤等。而胶印油墨主要 以渗透和氧化两种干燥方法为主。 渗透丁燥也称做固着( 实验方法见1 2 4 2 中的1 ) ，主要足依靠纸张的吸收作 j 和油墨的渗透作用来完成的。其机理可以这样解释：由于纸张足由纤维交织成的 多孔性物质，孔径很小。当油墨转移到纸张上的时候，由于纸张纤维空隙的毛细管 作用便开始吸收油墨中的连结料。在吸收过程中油墨的成分和流变特性逐渐改变， 油墨的液体成分逐渐减少，颜料粒子凝聚力逐渐增大，油墨逐渐失去流体性质而呈 现固体的形态。 氧化结膜干燥( 实验方法见1 2 4 2 中的2 ) 是利用氧化聚合反应使油墨由液态 转变为固态。其机理是：油墨中的千性植物油含有不饱和双键，通过过氧桥聚合成 高分子的皮膜。在干燥的诱导期问干性植物油因古有微量磷脂类有机抗氧剂吸收的 浙江大学硕士研究宅论文 氧较少，氧化聚合反应很慢。当抗氧剂被破坏以后，干性植物油吸氧使邻近双键的 亚甲基与氧发生反应生成氢的过氧化物。由于氢的过氧化物很不稳定，在光照下会 分璃成两个游离籀，其中一个是羧基o h 。由于游离基化学性质很活泼，当它去攻 击另一个油分予时，又产生一个新的游离纂，而原来的游离基将生成稳定的化合物。 如此，油中的小分子便聚合成大分子，直至双键完全反应为止。油墨就变成了高分 子网状结构的干固皮膜。 大豆油作为油墨用植物油，由于其本身的特性使大豆油墨的干燥性能与传统油 墨有所不同。 在植物油当中根据油脂的结构、组成不同，工业上一般把它们分成千性油、半 干性泊和不干性油三大类。而影响植物油干性起决定作用的是植物油中所含有的脂 肪酸，表1 4 列出了在植物油中通常含有的脂肪酸及其干性特点。 表1 4 植物油中各种组成成分的干性特点 名称结构式干性 硬脂酸c b ( c 1 2 ) 1 6 c o o h 1 油酸c h 3 ( c h 2 ) 7 c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h 2 亚油酸c u a ( c h 2 ) 4 c h = c hc h 2 c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h 3 理麻酸c h ac h z c h = c hc h 2 c h = c hc h 2 c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h 4 桐油酸c h 3 ( c h 2 ) 3 c h = c h h c h c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h s 蓖麻酸c h 3 ( c h 2 ) 5 c h ( o h ) c h 2 c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h 2 注：按数字l 一5 的顺序，干性依次升高。 从表1 4 中叫+ 以看出不同的脂肪酸的干性主要取决于分子中双键的多少，咀及 双键的位置。分子中含有一个双键韵油酸干性比无双键的硬脂酸要高，含有两个双 键的亚油酸比油酸的干性高。含有相同双键数但双键的位置不同，对千性影响也很 大。如桐油酸和亚麻酸，尽管都含有三个双键，但桐油酸中的双键位置排列形成共 扼双键，因此桐油酸的干性比亚麻酸高。这量要是由于胶印油鼹的干燥主要是靠植 物油与空气中的氧气进行氧化反应，而形成连续的墨膜达到干燥的目的，因此植物 油中的双键越多或双键的反应性越强，j 】! j 干性表现越好。这也正是决定植物油千 渐江大学硕士研究生论文 性快慢的主要因素，1 3 表1 5 中列出几种植物油中各种脂肪酸的含量比例： 表1 5 各种植物油中脂肪酸种类组成 大豆油亚麻油蓖麻油花生油桐油橄榄油葵花油 硬脂酸( ) 44l5126 油酸( ) 2 52 276 186 42 9 哑油酸( ) 5 l1 632 241 65 2 亚麻酸( ) 95 2322 桐油酸( ) 8 0 蓖麻酸( ) 8 7 棕榈酸( ) 1 l62641 61 1 从表1 5 中可以清楚的看出大豆油的脂肪酸主要以亚油酸为主，这与以亚麻酸、 桐油酸为主的弧麻油、桐油梢比丁性就差了很多，因此大豆油一般归为半干性油， 这在一定程度上降低了油墨的氧化干燥速度。还由于大聂油墨是将传统油墨中的部 分或全部石油系矿物油溶剂替代为大豆油，而人立油本身因其分子量和粘度都比矿 物油来的大，因此大豆油墨在印到纸张后的渗透速度也比传统油墨要大幅度降低， 综合以上两点原因，其在纸张f m i 的固着速度和氧化十燥遮度都将犬人降低，而由f 固着和干燥速度慢所产生的印刷问题会极大影响印刷速度及印刷效率。 2 ) 油墨的触变性 触变性是几乎所有塑性流体所具有的特性，油幂电正是具有了触变性才能搬好 的应用在印刷机上。 触变性( t h i x o t r o p y ) 这个术语是在1 9 2 7 年开始被引用的，它足由两个希腊字衍 生f i 来，意思是“由接触而变化”。所以，如果流体甫j ：接触( 例如搅拌) 而引起流 动的变化的性质就叫触变性。通俗地讲，任何一种悬浮( 分散) 体，当搅拌时有“变 薄( 稀) ”现象，而放置后又发生“变厚( 稠) ”现象时，都可用触变性这个概念来加以 解释。 触变性是一种比较复杂的技术现象，触变性的破坏( 失掉粘度) 是随剪切应力的 增加，随剪切时问的延长或其二者而增加( 即表现粘皮下降) 。如果剪切应力取消， 贝u 触变性( 耕度) 又可恢复，触变结构又可重新形成。但这种结构的形成需要一定的 时i 目j ，有的甚至可长达数月之久。 1 6 浙江大学硕士研究生论文 塑性流体的粘度可认为是由两部分组成的，即非牛顿粘度和牛顿粘度。前者可 园内部结构的破坏丽粘度有变化，后者则不会受外界的影响而引起粘发变化，所以， 前者电r 自j 称为结构粘度，它们之间的关系可由下式表示： q = 1 1 牛+ t 1 结 式中：- q = 总粘度； n + = 牛顿流体粘度； n = 结构粘度。 油墨的塑性一般是与粒子的结构相联系的，在静止存放时，它们形成松散的聚 集联结( 结构) ，当用力剪切时，这种联结结构会被破坏，而再静止时，又可形成聚 集联结( 结构) 。这种结构一般认为主要是由颜料颗粒( 粒予) 的絮凝作用所造成的，而 这又与颜料颗粒的形状有关，例如针状和板状的粒予比球状粒子的结构要强，但前 者重新形成结构( 或絮凝) 的时间也要长些。这种结构还与颜料的电导性有关。例 如对一组炭黑含量为1 0 的分散体进行直流电阻测定后发现，由于炭黑类型的不 同，丽其电位差为1 0 0 伏时，电阻可自6 4 1 0 ”至9 9 1 0 8 欧姆变化。电导性大的炭 黑其流动性就差。 油墨的触变性太大时，其缺点表现在：油墨不能用泵从储槽中打( 输送) 至印刷 机上的墨斗中。对以喷射供墨的装嚣来说，就会使喷射不流畅( 以上指轮转新闻油 墨) 。对比较稠的浆状油墨来说则表现为在墨斗中下墨不好之弊。 可以这样说：触变性对有些情况而言是种弊病，但对有些情况来说，却又似乎 是种优点。例如有人认为有触变性的油墨，其印刷的网点比较清晰，对比较稀的流 体油墨来说，触变性可以防止体系在存放中沉降、结块、倒翻等现象。 由于大豆油的使用会减少油墨中溶剂量的添加，这也正是大豆油墨能够起到环 保作用的主要原凶。但同时也引起了问题，由于溶剂量的减少，使原来使用的树脂 体系不能完仝适用，可能会出现油墨身骨紧，流动性偏小的问题，从而改变了油黑 的触变结构，使油墨在印刷中出现传墨不匀，不能保持油墨粘度韵泅题。h 0 1 3 ) 油墨的乳化性能 平版胶印是建立在印版图纹部分亲油抗水，空白部分亲水抗油，油水互不檑混的 原理上的，水、墨的供给平衡是非常关键的一个环节。由于胶印印刷工艺的需要， 油鼹的乳化现象是不可避免的。所谓乳化就是一种液体被分散到另一种与之4 ；相溶 1 7 浙江大学硕士研究生论文 液体中的现象，完全不乳化的油攀是没有的，但是绝对不乳化也是不行的，没有适 度的乳化就不能实现胶印良好的油墨转移过程。油墨过度乳化给印刷带来的危害也 是非常大的。如印品图文色栩偏淡，色彩不鲜艳，印品无光泽，网点变形严重，嘲 点发毛，周围不光洁，印迹发硬，于燥速度慢造成印品背面帮脏、塌印严重等等都 是由j 二油攀过度乳化造成的。油墨乳化的困素有很多，但就油墨本身所造成的因素 有如下几点：1 2 1 f 3 5 】 曲油墨中连接料和矿物油部分都是由油性物质组成的，油是非极性物质，在常规条 件下与晕偶极性的水是不相混溶的。但世界上任何事物都不是纯粹的单一元素的物 质，油墨的斥水性也是这样。从油的分子结构上看，油分子中各类脂肪主要有两个 部分组成：一部分为具有斥水亲油性的很长的碳氢链斥水基团；另有极小部分是具 有斥油亲水性的羧基亲水基团。这两个基团互相联系又互相矛盾，性质完全相反的 基团存在于一个分子中，前者为疏水亲油的斥水基，呈非极性，后者为斥油亲水基， 呈极性。也就是说，油具有两重性，既是非极性。又具有极性成分，既存在油水不 相混溶性，又存在油水混溶的可能性。但是，由于亲水斥油的极性羧基基团在整个 油分子中为数极少，在油分子中只处于从属地位，而非极性的斥水亲油的碳氢链斥 水基团占绝对多数，在整个油分子中占取了支配地位，因而油在幕温常压f ，曼油 水不相混溶的特征。但在高速剪切的外力作用下，就会产生定的乳化作用。m j b 1 油祭除了本身必然会产生乳化的凼索外，其他的性能方面也会对油墨的乳化产生 一定影响。油墨粘度大，抗水性强，乳化值就小，如果油墨粘度小，流动性强，分 子阀的聚力减小，就易乳化，再如油墨中的颜料性质中有亲水的，有抗水性的，亲 水性的易乳化，抗水性的则不易乳化。 c 、调墨用的辅助材料加6 4 调爨油或是撤粘剂都可降低油墨的粘度。增加油墨的流动 性，同时也降低了油墨的抗水性，很容易引起油墨的乳化。所以在目】刷时一定要控 制用量。尽量控制在2 3 左右，绝不能盲目乱加。另外还有如冲淡剂、门油、 维力油、撤淡剂、白墨等这些辅助材料都极易引起油墨的乳化。尤其是白油、维力 油最易引起油墨的乳化。 大豆油墨由于用大豆油部分取代了矿物油的含量，斛此相对来说植物油中的油 酸会比传统油墨多一些，这会从一定程度上使油墨的孚l 化率增大，而使油墨在实际 1 8 浙江大学硕士研究生论文 印刷情况下产生印刷不稳定的现象，因此在选择树脂等方面应尽可能选择抗水性好 的树脂，以防止过鹰乳化的现象发生。 从上所述，可以看出油墨的乳化性能直接影响到油墨是否能顺利印刷，因此在 大豆油墨的开发过程中如何将油景的孚l 化性能调节到适当的程度是整个开发的重 点。使我们充分认识到造成油墨极易乳化的各种因索，只要能够有针对性的正确把 握适度的油墨乳化，就能印出网点清晰阶调层次分明，彩色鲜艳的印品。 1 2 4 大豆油墨开发中所用到的实验方法 在实际的油墨开发中，由于最终的油墨成品是要应用在印刷上，因此其性能是 否能满足印刷的要求是开发的目标和方向。为，能在印刷前可靠而有效地得到油墨 印刷适性的数据，就需要使用一系列的实验方法柬对其进行检测。下面将介绍一些 在大豆油墨开发中经常用到的实验方法。 1 2 4 1 粘性与机上安定性的实验方法 1 ) 检验原理： 油墨粘性是用油墨粘性仪测定的。使油墨粘性仪在旋转的情况下来测试e 耻上= 油 墨薄层分离或被扯开的阻力，仪器只给出这个力的相对大小，故没有单位，以数字 表示。 2 ) 工具及材料： 油墨粘性仪、金属吸墨器、调墨刀、汽油、计时钟或秒表 3 ) 检验方法： 油墨粘性仪的结构原理图如图1 3 所示。 图1 3 油墨粘性仪的结构原理图 1 9 浙江大学硕士研究生论文 a ) 将仪器置于稳定的工作台上，调节水平调整螺丝1 0 使底座1 处于水平位置； b ) 将匀墨胶辊的两个油盅内注入机油润滑： c ) 通入电流，开启恒温水箱开关，使红灯发亮，红灯亮时表示电热工作，使升温 至3 2 并保持之； d ) 将变速杆7 嚣于低速位置上，抬起手柄5 使合成胶辊2 搁j j 金属滚筒3 卜，将 有8 磅压力的墨辊亦压于金属辊3j 二，开扁马达开并，旋转1 5 分钟； e ) 将游标1 4 鼹于标尺上“0 ”的位置，移动制动器1 8 ，观察标尺1 5 是否平衡，如 果f i 平衡则可调节左边后面连于金属辊2 0 上的平衡螺旋，使标尺处j ：平衡状态， 为第一平衡( 仪器平衡) 先关制动器再关闭开关； d在吸墨管1 2 内灌满已经由墨刀调动过的油墨，然后将墨均匀抹在合成胶辊上， 用手旋转马达轴，使各辊旋转并把油墨均匀地涂在滚筒上，然后再开启开关使 各辊旋转半分钟后开始测定数据，在1 分钟内取完数据。具体步骤是先松开制 动器，移动游标使标尺处于平衡状态，游标所处位置的数字即为此油黑的粘性， 先关制动器，再关闭开关： g ) 当测取中速或高速数据时，可将变速杆放于该速的孔眼内即可。 h ) 油墨粘性增值，是与油墨在印刷时的稳定性有关，测定油墨性增值是利用测粘 性长时间运转，观察油墨粘性值随着时间的变化趋势。 i )机f ：安定性是在粘性值测定后，仪器继续运转工作，每隔一分钟记录一次粘性 值，直至粘性值有明显下降趋势。 1 2 4 2 油墨干燥的实验方法： 油墨的卡煤是指油墨在印到纸张时开始，直到油墨由流体态通过矿油的渗透挥 发，以及氧化反应结成连续干硬的墨膜为止的过程。一般在油墨业中根据干燥的阶 段分为固若干燥和玻璃板干燥，实验室为了模拟实际印刷时的情况还有乳化后干燥 等实验。 1 固着的实验方法： 1 ) 实验原理： 固着是指在流体油墨印到纸张上后，固定附着丽4 ；转移的意思。实际上圃着可 看作是油墨的初期干燥，即油墨自流态变成半固体的过程。一般用压印固着法来测 试油踺的固着速度。 浙江大学硕士研究生论文 2 ) 工具及材料： 印刷适性仪、调墨刀、胶水、裁纸刀、铜版纸2 7 0 2 0 0 毫米、0 ，1 毫升吸墨管、 压印固着仪。 3 ) 实验方法； 幻以o 0 7 5 m l 的墨量，埘4 分隔辊筒印刷适性仪，将测试油墨展印于2 5 0 9 的铜板 纸上： b ) 立刻将印好的印品与另一张胶版纸面对面贴好，并夹在固着压印机的夹辊上， 然后开动机器。( 测试间隔设为1 分钟1 次) 曲待胶版纸上再无明晟墨迹，即町结束实验，胶版之上留有的规则的墨迹条数既 为固着速度。 2 玻璃板干燥实验方法： 1 ) 实验原理： 其原理是使一定厚度的受测油墨表面变为固态薄膜即为结膜千燥，以小时表示 之。这张方法也是适用于以氧化结膜干燥为主的油墨。为了测试的方便和准确，使 用恒温恒湿干燥记录仪，可以使实验在恒定的温度和湿度下按定的时间间隔来测 试油墨是否干燥，并通过最终油墨时留于纸张上的墨迹数来确定干燥时间。 2 ) 工具及材料： 标准刮样纸、调墨刀、刮墨刀、大头针、玻璃板、剪刀，恒温恒温干燥记录仪。 3 ) 实验方法： 幻将一小张刮样纸的中央煎去2 0 2 0 0 毫米一长办孔置j 二玻璃板上。 b 1 用调罐刀取适量已调匀试样油墨和已知干燥时问的标准油墨，然后用墨刀将油 墨置于实验方法】中的长方孔中，再用刮刀自上而下用力刮下。 c ) 除掉刮样纸，在长方孔处留有一定厚度受测油墨的薄层。 d ) 保持恒温恒湿干燥记录仪的温度为3 5 + 1 ，相对湿度为6 0 7 0 ，定时l 小时 测试油墨的干燥情况，待油墨完全干燥后，与标准油鼙的干燥时问校对得出测 试油墨的实际干燥时间。 3 乳化后干燥实验方法： 1 1 实验原理： 乳化后干燥实验是模拟油墨在印郦机上的工作状态，与水在高速剪切的条件下 2 l 浙江大学硕士研究生论文 形成油包水的乳化状态后， 的朝阳会干燥仪。 2 ) 工具与材料： 印刷适性仪、吸墨管、 3 ) 实验方法： 再进行的干燥实验。现有专门的仪器做此实验，如日本 水、润版液铜版纸、胶版纸、朝阳会干燥仪。 a ) 先水与润版液按1 ：1 0 0 0 的比例配置成印刷用润版液。 b ) 用吸墨管将01 2 5 m i 的测试油墨和已知干燥时间的标准油墨涂在印刷适性仪上， 然后开动机器将油墨展匀； c ) 机器在展油墨时，不断的向滚动中的油墨添加配置好的润版液，持续约5 分钟； d 1 待以_ j 工作完成后，等水通过滚动完全甩于后，用展色同样的方法将测试油墨 展印在铜版纸t 7 。 e ) 展印好后立即将印品与胶版纸面对两的贴合在+ 起，然后将其固定在乳化后干 燥仪的压印辊筒上，开动机器， f ) 待压印锤从一端到另一端走完全程后，将印品那下，然后观察胶版纸上所留下 的墨痕条，每7 条墨痕约需时1 小时。 1 2 4 3 油墨光泽的实验方法： 1 ) 实验原理： 所谓油墨的光泽是指油墨的印样受光照射时向一个方向反射的能力大小。对光 泽的评价虽然可以用眼睛观察进行平行比较，但无法以数字表达他们之问的区别。 目前，多用反射光泽计来测定油墨的光泽。这种仪器有个固定的光源以既定的入 射角( 一般为6 0 。角) 射向油墨印样的表面，然后用光电原理测量从印样表面i f 反 射出来的光亮，并将其与在同条件卜以既定的标准板表面正反射出来的光量相比。 由于油墨印样表面正反射出来的光量与标准板表面正反射出来的光量之比经常用卣 分比来表示，因而，油墨的光泽也是各百分数值( 以标准面的反射光量度为1 0 0 ) 。 2 ) 【具和材料： 光洋仪、印刷适性仪、铜版纸、吸墨管、调墨刀