（轻工技术与工程专业论文）大豆油胶印油墨连结料体系的研究与应用.pdf

摘要 论文题目：大豆油胶印油墨连结料体系的研究与应用 学科专业：轻工技术与工程 硕士生：刘东 指导教师：骆光林( 教授) 冯文( 高级工程师) 答辩日期：2 0 0 8 年1 月1 2 日 签名： 签名： 签名： 摘要 印刷产业对环保型印刷油墨的呼声越来越高，引起了油墨制造者的密切关注；随着全 球环境问题的不断恶化，环保法规也愈加严格，令人瞩目的大豆油胶印油墨具有环保意义 的产品，正以高速发展的态势进入印刷材料市场。大豆油胶印油墨以有利于环境保护及快 固着、高光泽、印刷适性好、印刷品质量高的优势，逐步成为胶印领域的首选油墨。 尽管大豆油墨具有很好的环保前景，但由于大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。大豆油碘值只有1 2 0 - - - 1 4 1 m g i g ，含有的较少的可反应双键，与空气中的氧气反应相对缓慢，制造出的油墨干燥 不良，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。同时由于大豆油替代了传统油墨配方中的部分矿物油，使得油墨的干性方式发生了根 本性的改变。传统油墨的渗透、挥发、氧化结膜的干燥方式在大豆油油墨中已经不再适用， 这就需要通过设计全新的油墨干燥体系，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。 基于以上考虑，本论文着重针对连结料的材料选择、连结料的配方、连结料干燥体系 等方面展开工作：分析油墨干燥原理，根据大豆油墨的定义、大豆油墨与传统油墨的差异， 制订大豆油墨设计思路；研究油墨连结料设计方案，设计自主知识产权的连结料体系，适 用于各种胶印油墨；筛选原材料，对树脂、大豆油、凝胶剂、干性调节剂、干燥剂、颜料 等进行考察分析，选用合适材料；形成大豆油连结料制造工艺；形成大豆油墨配方，制成 大豆油胶印油墨；进行大豆油墨试印。 通过试印，验证了该套连结料体系的干燥性能和印刷性能。 该连接料制成的大豆油胶印油墨中大豆油含量达到美国大豆产业协会关于大豆油墨 的标准，环保指标达到相关标准，可以替代现有胶印传统油墨。 【关键词】连结料、油墨、胶印、大豆油、环保 t i t l e ：t h er e s e a r c ha n dt h ea p p l i c a t i o nt h a tt h ev a r n i s hs y s t e mo ft h e s o y b e a no i lo f f s e tl i t h o g r a p hp r i n t i n gi n k s p e c ia l t y - n a m e = l i g h ti n d u s t r i a lt e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n g i i ud o n g s u p e r v i s o r ：l u og u a n gl i n ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) f e n gw e n ( s e n i o r e n g i n e e r ) s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： a b s t r a c t t h er e q u i r e m e n to ft h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n p r i n t i n gi n ki si n c r e a s i n gi np r i n t i n g i n d u s t r y , w h i c hh a sa r o u s e dt h ec l o s e i n t e r e s to f p r i n t i n gi n km a n u f a c t u r e r a l o n gw i t ht h e g l o b a le n v i r o n m e n t 。g o i n gf r o mb a dt ow o r s e ，t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nl a w sa n d r e g u l a t i o n s a r ea l s oe v e nm o r es t r i c t ，a n dt h es o y b e a r lo i lo f f s e tp r i n t i n gi n k ，a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i n k ，f l o u r i s h e di n t ot h ep r i n t i n gm a t e r i a lm a r k e t w i t ht h ea d v a n t a g e so ft h eq u i c k s o l i d i f i e s ，t h e h i g hg l o s sa n dt h eh i g hq u a l i t y ，i ti sg r a d u a l l yb e c o m i n gt h ef i r s tc h o i c eo f p r i n t i n gi n ki nt h e o f f s e tp r i n t i n g w i t hag o o dp r o s p e c t ，t h eo w nc h a r a c t e r i s t i co f s o y b e a no i lb r i n g st h ec e r t a i nd i f f i c u l t vt o t h ed e v e l o p m e n to ft h ep r i n t i n gi i l l 【t h em a i nd i f f i c u l t yi st h a tt h ed r y n e s ss p e e di ss l o w w i t h al o wi o d i n ev a l u eo f12 0 14 0 m g i ga n df e wd u p l e tb o n d ，t h er e a c t i o nw i t h t h eo x y g e ni na i ri s r e l a t i v e l ys l o w ，a n di td e c r e a s e st h ed r y n e s ss p e e do ft h es o y b e a n p r i n t i n gi n k ，w h i c hr e s u l t si n m a n yp r i n t i n gq u e s t i o n s ：s u c ha ss t i c k sd i r t ya n di n f e r i o ra t t a c h i n gs t r e n g t h ，a n dg r e a t l y d e c r e a s e st h ep r i n t i n ge f f i c i e n c y s i m u l t a n e o u s l y ，t h ep a r t i a lm i n e r a lo i li nt h et r a d i t i o n a lp r i n t i n gi n kf o r m u l ah a sb e e n s u b s t i t u t e db yt h es o y b e a r lo i l ，w h i c hc o m p l e t e l yc h a n g et h ed r y n e s sw a y o fi n k t h et r a d i t i o n a l d r yw a y so ft h es e e p a g e ，t h ev o l a t i l i t y , a n dt h eo x i d i z a t i o nw e r en o ts u i t a b l et ot h es o y b e a l l p r i n t i n gi n k ，s oan e wd r ys y s t e mo fp r i n t i n gi n ki sr e q u i r e dt oo b t a i na p r i n t i n ge f f e c t 勰s a m e a st h et r a d i t i o n a li n k ，e v e nt h eb e t t e re f f e c t t h ep a p e ri sa b o u th o wt oc h o o s et h ev a r n i s ha n dm a k et h ef o r m u l a ，a n dh o wt og e ta s u i t a b l ed r ys y s t e ma sw e l la s p r i n t i n gi n kf o r m u l a f i r s t l y ，a c c o r d i n g t ot h ed e f i n i t i o no ft h e s o y b c a np r i n t i n gi n k ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h es o y b c a np r i n t i n gi n ka n dt h et r a d i t i o n a l p r i n t i n gi n ka n dt h ed r yp r i n c i p l eo fi n k ，w em a d et h ep l a no f r e s e a r c h i n gs o y b e a np r i n t i n gi n k s e c o n d l y ，w cd e s i g n e dt h ev a r n i s hs y s t e mu s e df o rv a r i e t yo fo f f s e tp r i n t i n gi n k s t h i r d l y ，w e s e l e c t e dt h ea p p r o p r i a t er a wm a t e r i a ls u c ha st h et h er e s i n ，t h es o y b c a l lo i l ，t h ec o n d i t i o n e r t h e d r y i n ga g e n t ，t h ep i g m e n ta n ds oo n w eh a v eg o t t e nap r o c e s so f m a k i n gv a n i s ha n di n kb v t a k i n gap r i n t i n ge x p e r i m e n t i i 2 触兰雒 a b s t r a c t t h ec o n t e n to ft h es o y b e a no i li nt h es o y b e a l lo f f s e tp r i n t i n gm e e t st h ea m e r i c a ns o y b e a n p r o m o t i o na s s o c i a t i o nf o ri n k ，a n d t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nl a b e lm e e tt h er e l e v a n t s t a n d a r d s ，s ot h es o y b e a no f f s e tp r i n t i n gi n kc a ns u b s t i t u t ef o rt h et r a d i t i o n a lo f f s e tp r i n t i n gi n k k e yw o r d s 】t h ev a r n i s h 、p r i n t i n gi n k 、o f f s e tp r i n t i n g 、s o y b i e a no i l 、e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n 、 前言 一刖吾 1 、目的 本课题研制新型的大豆油胶印油墨，油墨中大豆油完全或部分替代石油溶剂，是环保 型印刷油墨。课题研究主要是研制大豆油连结料，形成大豆油油墨配方以及解决大豆油替 代石油溶剂后在胶印印刷中带来的印刷适性问题。 2 、用途 大豆油油墨现主要用于报纸、期刊印刷，随着进一步的改进，在各类有价证券、票据、 产品外包装、商标、装潢印刷上该油墨都可适用。n 3 、必要性 进入2 1 世纪以来，随着全球石油的不断开采，石油资源日益减少，石油价格不断攀升， 目前以石油基为主导的传统印刷油墨正日益受到冲击；以及随着全球环境问题的不断恶 化，环保法规也愈加严格，印刷产业对环保型印刷油墨的呼声越来越高。嘲 4 、预期社会经济效益 大豆油油墨颜色范围广，色彩丰富而亮丽，少量油墨即可展现大量传统油墨所能展现 的效果，虽然大豆油比石油类产品价格稍高，但综合印刷成本与传统油墨相当、甚至偏低。 此外，由于其环保型油墨的特点，符合今后的发展趋势，且具有高光泽、印届i j 适性好、印 刷品质量高等优势，正逐步成为胶印领域的首选油墨，具有良好的环境效益，以及潜在的 社会经济效益。b 3 5 、特点5 1 川7 圳 5 1 优秀的环保性 传统的石油基油墨中通常含有大量的挥发性有机化合物成份( v o l a t i l eo r g a n i c c o m p o u n d s ，v o c ) ，且多为多环芳烃化合物( p o l ya r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ，p a h ) 。油墨制 造、印刷、干燥过程或清洗制造设备及印刷设备时，有机成份挥发，严重危害操作工人健 康。而大豆油墨中挥发性有机化合物成份含量低或不含，使用时基本不会排放v o c ，不会 对环境造成危害，利于制造者及使用者的健康。同时，传统油墨依赖的石油是不可再生资 源，随着使用而日益枯竭，能源危机已成为人类面临的第一大问题，很多产业已将目光转 向可再生的植物资源，如生物柴油等。大豆油墨中的大豆油取自天然，可无限再生，又能 生物降解，无论从资源利用还是从环保角度都有传统油墨无可比拟的优势。 5 2 优良的耐擦性 传统石油基油墨的印刷耐擦性不良，容易沾黑读者的手。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。 5 3 耐光耐热性好 大豆油墨的沸点比石油挥发成份高很多，而当油份受激光打印机或复印机加热时，不 西安理工大学工程硕士学位论文 会挥发而粘在纸上，亦不会污染机器零件。 5 4 废纸脱墨容易 以造纸技术闻名的美国西密执安大学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。 5 5 综合印刷成本低 大豆油墨颜色范围广，色彩丰富而亮丽，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) j 1 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。 5 6 符合产业政策 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，扩大植物 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。 6 、国外发展概况旧1 在1 9 7 9 年的全球石油危机，为缓解石油危机带来的影响，美国研制成功了大豆油油墨。 1 9 8 7 年，美国爱荷华州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。 在大豆油油墨投入市场的第一年内仅有6 家报纸使用，如今，美国1 0 0 0 0 多家报社中的三分 之一已使用大豆油油墨，尤其是其效果已被规模较大的1 3 0 0 家日报所肯定，其用量也由最 初的4 5 吨增至2 0 0 0 年的4 9 0 0 0 吨。 6 0o 5 0 咖 4 0 嘲 o 2 0o l oo o 如71 9 髓l 螂l 硼时l 卯l i 钾21 9 9 3l 蚋l 5 腑1 9 9 71 9 钾l ，2 嘲 尉啊历年大豆抽用l t ) 随着大豆油油墨在报纸印刷走强后，1 9 8 9 年开始延伸到商业、胶印、杂志等印刷领域。 现在美国国内约5 0 0 0 0 多商业印刷业者的2 5 ，定期使用大豆油油墨，1 0 0 0 多家较大规模 前言 的油墨生产厂商至少生产一种大豆油墨产品。在日本，大豆油油墨的应用s , n , j 起步，已有 2 3 0 家油墨厂生产大豆油墨，1 7 5 个印刷厂使用，1 9 9 8 年的消费量约8 5 9 吨。大豆油墨符合 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、韩国等国家和地区大 豆油油墨应用也在推广之中。 7 、国内发展概况 由于大豆油油墨是一种新兴的环保型油墨，目前在国内关于大豆油油墨的应用报道非 常少，可独立生产该油墨的厂家也寥寥无几。 大豆油油墨是用大豆油置换油墨中部分石油系溶剂的环保油墨，可以有效降低对造成 大气污染因素的挥发性有机化合物( v o c ) ，同时因其化学诱导物为非毒性材料，极有利于 印刷业的环境与健康安全问题。因此，随着我国的印刷市场逐步向国际市场接轨，以及今 后的环保法规愈加严格，大豆油油墨无疑有着巨大的潜在市场，开发潜力极大，在解决成 本偏高以及干燥慢等问题后，必将带来良好的市场收益。 8 、发展趋势 8 1 环保油墨是大势所趋。随着世界经济的迅猛发展，环境问题日益得到世界的广泛 关注。印刷业是人们生活中的重要内容也受到人们的重视。如何使印刷业具有绿色特质， 一直是业界共同努力的方向。加之各个国家推出比较严厉的环保法律、法规，使得环保进 程加快。 我国对印刷业暂时还没有出台相关的法律、法规，但在北京奥运会明确提出门票将使 用环保油墨印刷，可以看出我国政府的态度。 8 2 x 豆油油墨在环保油墨中价格优势明显。现有或已应用的环保油墨主要有三种： 水性油墨、大豆油油墨和u v ( 紫外光固化) 油墨。水性油墨、u v 油墨主要使用丙烯酸及环 氧类连结料，其主要来源也多为石油产品。 专家表示，全球对原油需求量的增长以及世界政治局势的不稳定性，可能会使原油价 格在不久的将来达到每桶8 5 美元。这会给油墨制造商带来困难。毕竟，石化产品是油墨关 键原料的基础，其中包括树脂、蜡、光油、溶剂、碳黑以及苯乙烯、e o ( 环氧乙烷) 、p o ( 环 氧丙烷) 、丙烯、乙烯、苯、丙二醇、乙二醇、环氧类等许多其它的成分。此外，原油 价格对于生产和运输成本的影响也是显而易见的。许多国际油墨大公司不得不采取涨价的 方式来抵消成本的飞速上涨n 们。 大豆油油墨的主要研究方向就是用大豆油代替油墨中的石油溶剂部分。因此在未来的 环保油墨中站在有利位置。 独：创性声一明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明；本人所呈交的学位论文是我食 。 ： 。 ，一； 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 ， 一 一 ； ”方外j 论文中不包含其他人的研究成果。，与我二向土作的同志对本文所论述的工作和成 - 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢a 一 j 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论吝作孝签名：i j 亟韬i 兰三二杰誓晕；，, q ，i f j 眵? ： 学位论文使用授权声明 、一本人塑随l ；一在导师的指导下创作完成毕业论艾：，本人已通过论文的答辩，舞 l一 已经在西安理工大学申请博士硕士学位o1 本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 。 ，： - ， 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：5 1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 、 f 印刷版和电子版学位论文学校可以采用影印j 缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论丈”可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；4 2 j 为教学稀 j 一 r 一 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览：。 一， 。 本人学位论文全部或部分内容的公布，( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理o 。 ，l 1 13 1o 3 0 6 0 不加干燥剂2 4 小时不千 干后油层性质不起皱起皱起皱 不起皱l 不起皱 不起皱 实验分析：通过以上结果对比可以看出，当桐油与大豆油拼混比例在l ：2 - - - 1 ：4 时， 混合植物油的干燥性质与亚麻油最接近，且干后油层表面不结皮、不起皱，制作油墨后也 不会影响墨膜的光泽度，因此该拼混比例作为连结料中植物油的配比关系。也是树脂筛选 中采用的桐油与大豆油比例的依据。 2 3 2 干性调节剂的引入 亚麻油中亚麻酸( 不饱和度为3 ) 4 4 - - - 6 1 ( 一般都在5 2 以上) ，皿油酸( 不饱和度 为2 ) 1 5 - - - 3 0 ，油酸( 不饱和度为1 ) 1 3 1 - - - 2 9 ，其碘值为1 7 7 - - - 2 0 4 m g i g 。它们的双键 都是非共轭双键，活性小于桐油。桐油中主要含有桐酸7 l 8 2 ，亚油酸1 5 ，油酸4 1 0 ，其碘值为1 6 0 1 7 5 m g i g 。桐酸的不饱和度为3 ，而且为共轭双键，干性快。与其相 比，大豆油中主要含亚油酸5 0 6 0 ，油酸2 2 3 0 ，亚麻酸5 9 ，棕榈酸和硬脂酸9 1 5 。其碘值为1 2 0 - - 一1 4 1 m g i g 。通常碘值在1 4 0 2 0 0m g i g 的为干性油，1 0 0 , - , 1 4 0n a g i g 的为半干性油，低于1 0 0m g i g 的为不干性油。大豆油属于半干性植物油口引。 传统胶印油墨中使用的植物油一般为亚麻油。明显的，大豆油干性远差于亚麻油。大 豆油油墨要使用大豆油代替传统油墨中的矿油部分，而且要达到美国大豆推广协会关于大 6 2 连结料的研制 豆油胶印油墨的标准，引入一种能够补偿大豆油干性的物质，是适当的选择。这种物质我 们称之为干性调节剂。 干性调节剂是种可以在体系中增加不饱和度且为共轭双键的化合物。连结料合成 中，在高温情况下，大豆油成分中的双键打开与干性调节剂反应，干性调节剂连接到大豆 油分子上。反应后使大豆油带有共轭双键，干性提高。 反应原理有如下2 种可能( 以亚麻酸为例) ： 第一种：大豆油中亚麻酸分子式( 其中n 1 ) c h 3 一( c h 2 ) n - - - c h = c h 一( c h 2 ) 州h = c h - 一( c 1 - 1 2 ) n _ 0 0 h 加热后，双键打开： iii i c h 3 一( c h 2 ) i r _ t h c h - 一( c h 2 ) 1 1 h c h - 一( c h 2 ) 州o o h 与干性调节剂反应： r 一( c h c h = c 眦h ) n o l h ， c n 3 一( c h 2 ) r r c h t h n ( c h 2 ) n - c h = c h 一( c h 2 ) i l c o o h 第二种：加入干性调节剂，与体系不发生任何化学反应。因为干性调节剂含有不饱和 键，混合到体系中，增加了体系的不饱和度，即增加了体系的碘值。因而在体系氧化结膜 阶段，促进了体系的干燥速度。 2 3 3 凝胶剂的引入 油墨的印刷干燥分为两种形式：氧化结膜与固着。油墨的完全干燥或者说真正意义上 的干燥依靠的是氧化结膜干燥。印刷时，当油墨在墨辊问传递时，油墨在剪切影响下适当 的触变性使得油墨变稀，当传递到承印物上时，外力消失，油墨立即恢复本来的粘弹性， 在承印物上固着，即油墨在传递到承印物上时迅速由流体转化为固体。此时，氧化结膜干 燥方式在印刷干性表现反而处于次要地位。 凝胶剂的引入就是在这个原理上的引入的。加入凝胶剂能够将油墨的触变性能优化或 提升。项目组选用的凝胶剂为一种有机铝，一种弱凝胶剂，成胶效果适当；液态，容易添 加。 2 3 4 干燥剂 铅、钴、锰等变价金属的有机或无机盐及其制品，加入油墨中能加速油墨的氧化聚合 干燥，这些材料统称为干燥剂，亦称催干剂晗6 1 。 钻可以加速表面干燥过程( 固定) 。因为钴是蓝色的，在干燥期间变成褐色，易于使白 色褪色。p h 值太低( 低于4 0 ) 的酸性润版液对它有影响。锰可以加速内部干燥过程，是 比钴更强有力的干燥剂。对白色的影响比钴小，并且不容易渗入润版液中。 7 西安理工大学工程硕士学位论文 印刷操作过程中一般使用钴、锰干燥剂的混合物来同时加速表面和内部干燥以便完成 干燥过程。 2 4 连结料配方设计与形成 将松香改性酚醛树脂、桐油、豆油含量进行适当配比，设计为高、中、低3 种粘度的 连结料，其干燥速度、流变性等印刷适性不同，形成一套系列连结料。在油墨制造中将其 合理配比，容易形成合适的油墨配方。豆油醇酸树脂连结料在其它3 种连结料制造过程中 加入。 设计主连结料的粘度大约在1 0 p a s 4 0 左右，b 连结料粘度大约在1 5p a s 4 0 左右，c 连结料粘度大约在5p a s 4 0 左右。 表2 - 2 连结料设计 t a b 2 - 2 d e s i g no ft h ev a r n i s h 序号连结料粘度 作用 1a 松香改性酚醛树脂连结料 中连结料1 ( 油墨印刷适性主要体现) 2b 松香改性酚醛树脂连结料 高连结料2 ( 改善油墨的干性) 3 c 松香改性酚醛树脂连结料 低连结料3 ( 改善油墨的流动性) 4 d 豆油醇酸树脂连结料辅助连结料( 改善油墨的亲水性) 连结料l 中桐油与树脂的比例提高，有利于连结料的干性；连结料l 中桐油与树脂的 比例降低，有利于连结料的流动性。合适的将三种连结料进行配比，有利于油墨的干性和 流动性的共同提高，也有利于印刷生产现场中对油墨的微调。 在下面树脂筛选的过程中，考察了树脂的粘度与粘性关系，也基本形成的主连结料中 树脂的含量。干燥体系的形成过程中，基本形成了植物油、凝胶剂、干性调节剂的比例关 系。经过试印后的微调，形成连结料配方，如下： 8 表2 - 3 连结料配方 t a b 2 3f o r m u l a t i o no fv a r n i s h 份数 材料 主连结料 干性连结料流动性连结料 b 树脂 2 82 6 2 3 e 树脂 444 豆油 5 04 05 5 桐油 1 9 2 9 1 9 凝胶剂 222 豆油醇酸树脂 222 干性调节剂 2 l22 合计 1 0 01 0 01 0 0 2 连结料的研制 2 5 连结料生产工艺 一般胶印连结料的生产工艺都属于热溶型。主要使树脂溶解在植物油中形成高粘度 相；再使高粘度相溶解到矿物油中。一般没有复杂的反应机理，以溶解为主。嘲1 大豆油胶印油墨反应机理主要是溶解与鳌合。 大豆油胶印油墨生产工艺形成过程中，考虑了树脂的软化点、树脂的溶解、干性调节 剂的活性、凝胶剂的活性等因素，制订了连结料生产工艺，如下： 按照配方和投量计算材料重量，并准确称量备用。依次向反应釜加入大豆油、桐油， 通入氮气或二氧化碳等惰性气体，升温至1 5 0 以上加入酚醛树脂，加完温度升到2 0 0 以上，待树脂溶解后，加入干性调节剂。继续升温至2 2 0 以上，取样测粘度，保温不少 于3 0 分钟，再取样测粘度。降温，当物料温度降到1 5 0 以下时，取样测粘度，加入成 胶剂，保温不少于3 0 分钟。降温，取样测粘度，加入豆油醇酸树脂，降温至1 0 0 以下 时，取样测粘度，关氮气或二氧化碳等惰性气体，用大豆油调节粘度至合格，出料，过滤 装入贮存容器中。 图2 - 1 连结料制造工艺流程图 f i g 2 - 1p r o c e s sf l o wd i a g r a mo fv a r n i s hm a k i n g 2 6 小结 本部分是大豆油胶印油墨研制过程中的核心部分。 分析认为大豆油胶印油墨由于先天特征，干燥体系与传统胶印油墨已经完全不同，需 要重新设计一套新的干燥体系。加入干性调节剂，增加体系碘值与引入双键，使体系氧化 干性增强；大豆油拼混桐油，使混合植物油达到亚麻油的干性：渗透固化不能实现，利用 触变性特性的固化形式对其干性进行补偿。建立干燥体系、设计连结料体系，随即形成了 连结料配方和制造工艺。 9 3 原材料的选择 3 原材料的选择 3 1 前言 原材料选择的原则是合适的性价比。此次研究的大豆油墨不仅仅是试验品，而且是能 够工业大生产的大豆油胶印油墨。有些材料并不一味要求纯度。 制造大豆油胶印油墨所需原材料有：大豆油、树脂、干性调节剂、颜料、干燥剂、凝 胶剂。这些原材料对油墨的印刷性能影响各不相同。 颜料提供油墨的色彩。在大豆油墨中，对颜料的要求不高，通常使用的颜料能够满足 大豆油墨的要求。在本研究中，选用了联苯胺黄g r 、洋红4 b 、酞菁兰b g s 、滚法碳黑四 种颜料。干燥剂与凝胶剂属于工业验证过的材料，不再进行选择。 本次原材料选择主要对大豆油、树脂、干性调节剂进行筛选。 3 2 大豆油的选择 大豆油为半干性油，在常温下为液态，主要由亚浊酸( 含量为5 0 - - - 6 0 左右) 、亚麻 酸( 含量5 - - 9 左右) 和油酸构成。 表3 - 1 大豆油指标啪1 t a b 3 1t e c h n i q u ei n d e xo fs o y b e a no i l 项目 三级四级 色泽( 罗维朋比色计1 英寸槽) 黄7 0 红4黄7 0 红6 气味、滋味具有大豆油固有的气味和滋味，无异味 酸价( m g k o h g ) 1 o4 0 水分及挥发物， 0 1 00 2 0 杂质 o 1 00 2 0 加热试验( 2 8 0 )油色不得变深，无析油色允许变深，但不得变 出物黑，允许有微量析出物 含皂量9 6 o 0 3 大豆油的加工工艺有两种：溶剂浸出法与压榨法。溶剂浸出法得到的大豆油颜色浅、 纯度高，缺点是价格高，且其在市场中主要以食用为主，大都加入了抗氧化剂，干性更是 与我们的希望背道而驰；压榨法主要出产工业用大豆油，不加抗氧化剂，价格便宜，缺点 是颜色深，杂质多。 表3 - 2 两种大豆油主要指标对比 t a b 3 - 2i n d e xc o m p a r i s o no fs o y b e a r lo i lm a d eb yl i x i v i a t i n ga n ds q u e e z i n gm e t h o d 指标溶剂浸出法大豆油压榨法大豆油 色泽浅深 杂质 少 多 品质三级( 一般)四级( 一般) 西安理工大学工程硕士学位论文 抗氧化剂是否 价格高低 通过综合考虑，认为( 并且后期经过验证) 压榨法生产的大豆油中杂质不影响大 豆油墨品质，故选用压榨法四级大豆油。 3 3 树脂的选择 树脂选用了松香改性酚醛树脂。 连结料树脂粗取了a 树脂、b 树脂、c 树脂、d 树脂、e 树脂5 种树脂，均为松香改性 酚醛树脂。对其进行筛选，选出最适合的树脂。 树脂选用主要考虑制成连结料后的粘度与粘性。在现代印刷理论一般认为高粘度、低 粘性的油墨连结料更适合高速印刷的需要口。 1 2 找出可制成具有高粘度、 低粘性比连结料的树脂作 为连结料用树脂 图3 - 1 树脂筛选流程 f i g 3 1s c r e e n i n gp r o c e s so ft h er e s i n 第一步：进行连结料树脂含量适配选择，根据粘度选择出各种树脂的配比含量： 表3 - 3a 树脂含量适配筛选 t a b 3 3c o m p a t i b i l i wr e s u l to fs c r e e n i n gb a s e do i ld i f f e r e n tp r o p o r t i o no f ar e s i n 123456789 a4 04 55 03 03 53 53 33 7 4 0 大豆油 4 23 73 84 2 4 24 24 2 4 2 4 2 桐油 1 81 31 31 8 1 81 81 81 81 8 粘度2 3 41 7 3 8 太大 3 31 4 84 12 15 98 3 备注同一批号同一批号 3 原材料的选择 表3 4b 树脂含量适配筛选 t a b 3 4c o m p a t i b i l i t yr e s u l to fs c r e e n i n gb a s e do nd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fbr e s i n 123456 b 4 54 0 3 5 3 0 3 13 2 大豆油 4 24 24 24 24 24 2 桐油 1 81 81 81 81 81 8 粘度 2 7 6 81 2 74 9 37 51 0 58 8 备注 同一小样 表3 - 5c 树脂含量适配筛选 t a b 3 - 5c o m p a t i b i l i t yr e s u l to f s c r e e n i n gb a s e do nd i f f e r e n tp r o p o r t i o no f cr e s i n l 234 c 5 0 4 03 5 4 5 大豆油4 2 4 2 4 2 4 2 桐油 1 81 81 8 1 8 粘度 2 1 95 92 91 0 4 备注同一小样 表3 - 6d 树脂含量适配筛选 t a b 3 6c o m p a t i b i l i t yr e s u l to fs c r e e n i n gb a s e d0 1 1d i f f e r e n tp r o p o r t i o no fdr e s i n l23 d4 54 03 5 大豆油 4 24 24 2 桐油1 8 1 81 8 粘度 2 0 7l o5 7 备注同一小样 表3 - 7e 树脂含量适配筛选 t a b 3 7c o m p a t i b i l i t yr e s u l to fs c r e e n i n gb a s e do nd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fer e s i n l2345 e3 54 04 55 56 0 大豆油4 2 4 24 24 24 2 桐油 1 81 81 81 8 1 8 粘度 o 71 42 36 511 0 备注同一小样 第二步：根据连结料设计原理，选出几种树脂与植物油适配后粘度大约在l o p a s 4 0 左右的配比关系。制作设计的3 种连结料，进行粘度、粘性对比。 1 3 西安理工大学工程硕士学位论文 表3 8 树脂适配后配方 t a b 3 - 8e x p e r i m e n t a lv a n i s h c o m p o n e n t s 崎料 名彩 选用树脂树脂量大豆油桐油凝胶剂醇酸树脂合计 a l l9 08 43 60 64 2 1 5 a 2 19 06 55 524 2 1 6 4 a a 3 18 09 43 624 2 1 6 4 a 3 28 69 43 624 2 9 2 4 b 117 2 9 64 0 2 42 1 4 4 b 2 1b7 2 7 66 0242 1 4 4 b 3 16 21 0 64 0242 1 4 4 c l t9 08 43 62 42 1 6 4 c 2 l c 9 06 55 5242 1 6 4 c 3 18 69 43 6242 2 2 4 d 1 18 08 43 61 9 3 8 2 0 6 1 d 2 ld8 3 66 9 85 6 62 42 1 6 4 d 3 17 3 6 9 8 83 7 6242 1 6 4 e 11 2 6 01 8 67 451 05 3 6 e 2 1 e 2 4 51 3 81 2 251 05 2 1 e 3 12 4 52 1 17 451 05 4 6 以上连结料的粘性及粘度数据： 表3 - 9 树脂适配后粘度、粘性对比 1 4 t a b 3 - 9v i s c o s i t yo fd i f f e r e n tv a r n i s h e s 转速 1 0 01 5 02 0 0 粘度 编号 a 1 12 6 19 8 7 3 0 57 6 a 2 13 0 03 3 2 3 5 6 1 4 1 a 3 11 4 21 5 8 1 6 82 6 a 3 21 7 4 1 9 32 0 43 7 b 1 1 1 9 02 0 62 1 87 8 b 2 l 2 1 29 3 72 5 61 5 6 b 3 11 2 11 3 61 4 62 6 c 112 8 13 1 63 4 311 0 c 2 13 2 03 6 64 0 32 0 7 3 原材料的选择 c 3 12 1 72 4 8 2 7 06 4 d 1 12 2 62 5 3 2 7 41 2 4 d 2 12 5 32 8 23 0 52 1 1 d 3 11 5 21 5 91 6 74 1 e 1 14 8 05 1 65 4 31 0 9 e 2 14 2 24 6 6 5 0 31 5 7 e 3 13 1 93 4 83 7 05 2 第三步结论：b 树脂对比其他几种树脂在相似的粘度下，具有最低的粘性，比较合适的 树脂与植物油配比，最终主树脂决定选择b 树脂。 在研发过程中，先采用了单一树脂进行配置连结料。经过试印，发现油墨存在网点扩 大的问题。经过分析，认为连结料固体含量较低，造成油墨“身骨 较差口引，因此决定少 量降低主树脂含量；增加一种低粘度树脂，而粘度不变，提高树脂固含量。 经过筛选，e 粘度较低，增加了油墨连结料的固含量，使印刷油墨有更好的身骨，印刷 产品更饱满、网点不扩大，选用其作为次树脂。 3 4 千性调节剂的选择 加入于性调节剂的目的是解决大豆油油墨天然的慢干性。一般油墨的干性机理中挥发 干性、渗透干性、氧化结膜在油墨干燥中占有很大的比重，而在印刷时挥发干性与渗透干 性占到主导地位，氧化结膜干性则主导印刷品在印刷干燥后的牢度。大豆油油墨由于不含 有任何的溶剂，使得油墨干性机理受到限制。因此需要对其他干性机理进行强化。加入干 性调节剂实现了这种强化，原因为：加入高不饱和键的干性调节剂，可以提高其碘值或引 进双键，有利于油墨连结料的氧化干性；干性调节剂分子活跃，在连结料制作过程中加入， 它与其它组分反应，形成线状或网状结构，增加分子量，连结料的触变性得到增强，有利 于固着。 我们选用的低分子链烯烃作为干性调节剂，常见的有4 种，其性质如下： 表3 - 1 0 低分子链烯烃性质 t a b 3 10p r o p e r t yo fs i m p l ea l k e n e s 名称双键纯度物理特性 l # 无流动度好 2 # 有8 5很坚韧 3 # 有 8 0 坚韧 4 # 有 7 5 流动度好 连结料制作过程中加入l # ，连结料的干性、触变性没有发现明显变化：而加入2 # 、 3 # 、4 # 后，干性得到加强，程度相差不大。由于作为干性调节剂的低分子链烯烃都不是处 纯净的，含有很大一部分水份。当纯度高时，其物理形态为很坚韧的半固态，粘性大，不 容易添加操作；当纯度低时，其物理形态渐渐变稀，粘性变小，流动性变大，容易操作， 西安理工大学工程硕士学位论文 但水份增加后，能耗增大，加入时温度需要控制，不然容易爆沸。 在二者之间的平衡下，最终选择了2 # 低分子链烯烃作为干性调节剂。 3 5 小结 正确选择原材料对以后的开发研究非常重要，因为原材料的选择将影响研究的结果。 大豆油胶印油墨中主要原材料有大豆油、树脂及干性调节剂；其它材料不在选择范围内。 因为时间、能力等因素影响，本研究中的原材料选择只是在一个相对较小的范围内进 行筛选，没有从原始理论出发进行探讨，对涉及到的原材料进行广泛撒网，仔细梳理，然 后选择。这是本研究需要继续深入研究之处。 1 6 4 油墨配制及试印验证 4 油墨配制及试印验证 4 1 前言 在连结料开发的的基础上，通过反复配比与上机试验确定了油墨配方。在此环节 主要是解决油墨的干性、色相、耐物化、印刷适性的问题。 配制好油墨后进行上机试印，检验油墨干燥性能、印刷性能是否达到实际胶印印 刷要求。 利用研制的连接料配制油墨，间接对研究的大豆油胶印油墨连接料体系的印刷适 性进行检查和验证。 4 2 油墨的配方及制作工艺 4 2 1 油墨配方 表4 - 1 大豆油胶印油墨配方 t a b 4 - 1f o r m u l a t i o