水性凹印油墨在PET薄膜表面附着力的研究.docx

中国印刷与包装研究2013年第6期(第5卷) 水墨技术研究专题chia p刚烈tdqg and packagqg study v0105 no6 201312research special of waterbased ink水性凹印油墨在pet薄膜表面附着力的研究张复忠，魏先福，黄蓓青，李鑫 (北京印刷学院印刷与包装工程学院，北京102600)摘要油墨附着力是评价水性凹印油墨的重要性能指标之一，主要与油墨组分中颜基比、成膜树脂以及助剂有关。为 了提高水性凹印油墨在pet薄膜表面的附着力，采用不同颜基1七$11备不同的油墨样品，测试其粒径分布，探究水性凹 印油墨的颜基比对其附着力的影响；选用5种不同种类的成膜树脂配制不同的油墨样品并添加2种不同助剂分别制备 性能不同的油墨样品，通过igt f1印刷适性仪在pet薄膜表面打样，并测试样张附着力，探究成膜树脂和助剂对水 性凹印油墨附着力的影响。研究结果表明：合适的颜基比是水性凹印油墨有较强附着力的前提；水性凹印油墨的分散 性、水性成膜树脂对油墨在pet薄膜表面的附着力有很大的影响；加入流平剂和聚乙烯醇等助剂可有效提高油墨在 pet薄膜表面的附着力。关键词水性凹印油墨；附着力；pet薄膜中图分类号ts802 文献标识码a 文章编号16745752(2013)063305research on the adhesion of the、vaterbased gravure ink on pet filmzhang fu-zhong，wei xian-fu，huang beiqing，li xin(school of printing and packaging engineering，beifing institute of graphic communication，beijing 102600，china)abstract adhesion is an important property of water-based gravure ink，which relates mostly to the ratio of pigment to res in，film-forming resin and addition agentin order to improve the adhesion of the gravure ink on pet film，primary ink was prepared with different the ratio of pigment to resin and the dispersion was tested to study the influence of the ratio of pig ment to resin on adhesion；primary ink was prepared with 5 different kinds of film-forming resins and 2 kinds of additives， and proofs were printed by using the igt f1 on pet film with all ink samples to study the influence of filmforming resins and additives on adhesionresearch results indicated that the appropriate ratio of pigment to resin is precondition of strong adhesion of water-based gravure ink；dispensability and filmforming resin have much influence on adhesion of the gravureink；adding addition such as flatting agent and pva into the ink could increase the adhesion on pet filmkey words waterbased gravure ink；adhesion：pet film的当今社会，正逐步受到人们的青睐，是一种极具发展0引言前景的环保型印刷油墨”“1。 目前，国内包装印刷市场中，薄膜包装印刷占据一水性凹印油墨是以水为溶齐jl$11成的环保型液状油定的份额，而大多数薄膜包装印刷主要采取凹印方式， 墨，由于其具有不含挥发性有机溶剂，以及不燃、不主要的承印物为pet、bopp、pp等薄膜。随着人们环 爆、无毒、无刺激性气味等特点，在环保意识日益增强保和健康意识的逐步增强，在薄膜印刷中使用水性凹印收稿日期：20131110 修回日期：20131121万方数据34中国印刷与包装研究2013年第6期(第5卷)油墨已成为一种必然趋势p1。但水性凹印油墨在附着 4：1的颜基比，将颜料、azr研磨树脂、超纯水和助剂 力、干燥速度、耐划伤性等方面还不能安全满足l；lj$1j的 混合，用d2004w电动搅拌机进行预分散30min，再用 要求，加之薄膜表面属于低能表面，油墨在其表面的附着igt一2s型高速搅拌分散器研磨120rain，加入水性丙烯 力欠佳，从而对水性油墨的印刷适性提出了更高的要求， 酸成膜树脂2661862，用d2004w电动搅拌机搅拌均 故水性凹印油墨在薄膜上的应用还没有得到推广一1。所 匀，制备6种不同颜基比的水性凹印油墨样品。 以，提高水性凹印油墨在低能承印物表面的附着力对于水2)采用3：1的颜基比，将颜料、azr研磨树脂、超 性凹印油墨的大范围推广具有极大的推动作用。 纯水和助剂混合，用d2004w电动搅拌机进行预分散水性油墨的附着力是指水性油墨与承印物表面之30min，再用igt一2s型高速搅拌分散器研磨120min，分 间，通过物理和化学作用相互黏结、吸引的能力p1。影 别加入水性丙烯酸成膜树脂2661862、水性丙烯酸树 响油墨附着力的因素包括油墨与承印物表面之间的机械脂915、joncryl 90、joncryl 8052、joncryl 142，用 结合力、吸附作用、化学键结合和扩散作用等怕1，主要d2004w电动搅拌机搅拌均匀，制备5种含有不同水性 与油墨组分中的颜基比、成膜树脂和助剂有关。本研究成膜树脂的油墨样品。 对采用不同颜基比、不同树脂和不同助剂的水性凹印油3)采用3：1的颜基比，将颜料、azr研磨树脂、超 墨在pet薄膜上的附着力进行实验分析，以期为水性凹纯水混合，分别加入质量分数为0、05、1、 印油墨的进一步推广应用奠定基础。 15、2的流平剂，用d2004w电动搅拌机进行预分散30min，再用igt一2s型高速搅拌分散器研磨120min，加1实验部分 入水性丙烯酸成膜树脂2661862，用d2004w电动搅 拌机搅拌均匀，制备5种含有不同质量分数流平剂的油11实验原料 墨样品。 颜料：永固红e5rk(常州龙宇颜料化学有限公4)采用3：1的颜基比，将颜料、azr研磨树脂、超司)；研磨树脂：azr丙烯酸树脂(天津阿托兹公司)；纯水混合，用d2004w电动搅拌机进行预分散30min，再 成膜树脂：水性丙烯酸树脂2661862(北京东方亚克用igt一2s型高速搅拌分散器研磨120min，加入水性丙 力公司)，水性丙烯酸树脂915(北京东方亚克力公烯酸成膜树脂2661862，再分别加入质量分数为 司)，joncryl 90(德国巴斯夫(中国)公司)，joncryl 8052 0、15、3、45、6的聚乙烯醇，用d2004w (德国巴斯夫(中国)公司)，joncryl 142(德国巴斯夫 电动搅拌机搅拌均匀，制备5种含有不同质量分数聚乙 (中国)公司)；分散剂：760(德国德固赛公司)；消泡烯醇的油墨样品。 剂：810(德国德固赛公司)；润湿剂：245(德国德固赛公132打样 司)；流平剂：glidel00(德国德固赛公司)；附着力促进使用igt f1型印刷适性仪在pet薄膜表面进行打 剂：聚乙烯醇(pva，安徽皖维高新材料有限公司)。样，其中网纹辊压力为300n，印刷压力为150n，印刷速12实验仪器 度为08ms。 igt一2s型高速搅拌分散器(上海司乐仪器有限公14性能测试司)，d2004w电动搅拌机(上海司乐仪器有限公司)， 1)黏度测试 microtrac$3500系列激光粒度分析仪(美国麦奇克公 按照凹印对油墨黏度的要求，使用3#柴恩杯，在室 司)，igt f1型印刷适性仪(荷兰igt公司)，kruss 温条件下测试油墨黏度，测试3次取平均值。 表面张力仪k100(德国克吕士公司)，3#柴恩杯(上海 2)表面张力测试印刷技术研究所)，3m胶带。使用kruss表面张力仪，在室温条件下测试含有513实验方法 种不同质量分数流平剂的油墨样品的表面张力。131基墨制备3)附着力测试1)分别采用1：1、2j、25：1、3：1、35：1、采用20mm20mm 3m胶带覆盖在打样样条48 um万方数据网穴深度处，样品下面放置一张10mm10mm的方格 8052、joncryl 142配制油墨，用igt f1印刷适性仪打样并茎鬻纸，待粘牢后用恒定的拉力将胶带从塑料表面以90。揭 测试油墨在样张上的附着力，结果如图2所示。下，计算剩余墨膜所占格子数，以此作为附着力的评价 标准。2结果与讨论21颜基比对水性凹印油墨附着力的影响91一j 266l k6二142x(】5190不同的颜基比所制备的基墨因分散程度不同，影响水性成膜埘脂种类图2水性成膜树脂对附着力的影响水性凹印油墨在pet薄膜上的附着力。为了研究颜基比fig2 influence of different waterbased film-formingresins on adhesion对油墨在pet薄膜上附着力的影响，用颜料、azr研磨树脂、超纯水和助剂制备颜基比为1：1、2：1、25： 由图2可见，水性成膜树脂种类对油墨在pet薄膜1、3：1、35：1、4：1的基墨样品，测试基墨粒径，再 上的附着力具有一定的影响，用水性丙烯酸树脂2661 加入水性丙烯酸树脂2661862配制成墨后，打样并 862配制的油墨在薄膜上的附着力最佳，而其他几种 测试油墨的附着力，实验结果如图1所示。 树脂配制的油墨附着力要稍差。100不同种类的水性成膜树脂，其各自的化学结构不80 同，成膜后与基材的结合力不同，因此在薄膜上的附着60一 力也就有较多差异。水性丙烯酸树脂主要是通过分子间杂40娄的范德华力附着在薄膜表面，大量的丙烯酸树脂分子与薄膜表面的极性基团形成氢键，从而提高附着力。不同 的丙烯酸树脂有不同数量的极性基团，共数量越多，油墨的附着力就越好。水性丙烯酸树脂2661862自身觑基比图1颜基比对附着力的影响 结构中具有很多的极性基团，由其配制的油墨能与薄膜fig1 influence of the ratio of pigment to resin on adhesion表面的极性基团有效结合，从而提高附着力。由图1可见，油墨在薄膜上的附着力随着颜基比的 23助剂对水性凹印油墨附着力的影响 增大先增大后减小，粒径的变化趋势与附着力的变化趋在水性凹印油墨组分中，影响附着力的助剂主要有 势相反。且当颜基比为3：1时，油墨的附着力最大达到 分散剂、流平剂、基材润湿剂、附着力促进剂等等，分 约80，此时基墨具有最小的粒径0682“mo散剂和基材润湿剂对于水性凹印油墨附着力的影响已经初步分析出现这种现象的原因为：不同的颜基比制 在之前发表的论文中探讨过”1，本研究主要讨论流平剂 备的油墨具有不同的分散性，分散性发生改变，油墨的 和附着力促进剂对水性凹印油墨附着力的影响。 附着力也随之发生变化，分散性越好，油墨对薄膜表面 231流平剂对水性凹印油墨附着力的影响 化学附着的内聚力越大，在薄膜上的附着力越好，如图流平剂的主要作用是减少或消除涂膜表面缺陷，有助1所示，颜基比为3：1时附着力达到最高。 于颜料颗粒的分散，降低油墨的表面张力，且改善承印物22水性成膜树脂对水性凹印油墨附着力的影响 的润湿性，提高油墨在承印物表面的附着力p1。 水性成膜树脂的作用是通过干燥结膜并依靠树脂自身 将质量分数为0、05、l、15、2的流平结构中的极性基团与基材产生一定的附着力，以更好地保 剂分别加入用水性丙烯酸树脂2661862配制成的基 护墨层。为了研究不同种类的成膜树脂对油墨在pet薄 墨中，制备油墨样品，测试各油墨样品的表面张力用以 膜上附着力的影响，分别使用成膜树脂：水性丙烯酸树脂 表征样品的润湿性能，打样并测试附着力，实验结果如915、水性丙烯酸树脂2661862、joncryl 90、joncryl 图3所示。万方数据36中国印刷与包装研究2013年第6期(第5卷)9080 享一70_r娑605040流。|剂舍量l、j粜乙烯薛苫量1wj图3流平剂对附着力的影响图4聚乙烯醇对附着力的影响fig3 influence of dosage of flatting agent on adhesionfig4 influence of pva on adhesion由图3可以看出，当流平剂的含量在0wt1wt 由图4可以看出，聚乙烯醇的添加能有效提高油墨 之间时，油墨的表面张力随着流平剂含量的增加而快速 在pet薄膜表面的附着力，聚乙烯醇含量由0wt增加 降低；而附着力则随着流平剂含量的增加而快速升高。 到45wt时，油墨样品附着力由45增加至80，而 随着流平剂含量的继续增加，油墨样品的表面张力降低 后附着力随着聚乙烯醇含量的增加略微减小。如图4所 趋势减缓，在流平剂含量为2wt时达到最小值 示，在聚乙烯醇含量为45wt时，附着力达到最大值30495“nm；而附着力则继续增大，并且在流平剂含 80。 量为15wt时油墨的附着力达到最大值80，而后附聚乙烯醇本身是一种低分子高聚物，其分子链为多 着力略微减小至75。 羟基结构，可以与pet薄膜表面的极性基团相结合，增流平剂的加入，在油墨干燥固化之前改善了油墨自 强了墨层与薄膜之间的结合力，从而提高油墨在pet薄 身的流平性和润湿性能，还有助于墨层内部空气释放，膜表面的附着力。 使油墨样品表面张力达到均匀较低的水平，使得油墨更易在pet薄膜表面铺展和干燥附着，从而提高了油墨在3结论pet薄膜表面的附着力。但随着流平剂含量继续增加，其改变润湿性能和表面张力的效果不明显，却导附着力是评价水性凹印油墨印刷性能的重要指标， 致油墨的黏度下降很快，在印刷过程中产生流挂现 本研究对水性凹印油墨在pet薄膜表面附着力的影响因 象，影响了油墨在pet薄膜表面的附着力。所以，作 素进行了研究。分另lj$11备了不同成分的水性凹印油墨样 为一种助剂，流平剂的含量要控制在1wt-2wt的范 品，打样后测试样张附着力，探讨了颜基比、水性成膜 围以内，过量加入会使得油墨自身的印刷适性变差，树脂、助剂对其在pet薄膜表面附着力的影响，实验结 影响印刷质量。 果如下。232附着力促进剂对水性凹印油墨附着力的影响1)颜基比对油墨在pet薄膜上的附着力有很大影 附着力促进剂聚乙烯醇是白色粉末状树脂，其分响。当使用azr作为研磨树脂，颜基比为3：1时，体子链上含有大量的羟基基团，具有良好的水溶性、成 系的分散性最佳，油墨在pet薄膜上的附着力最大。 膜性、黏结力和耐溶剂性一1。它作为一种助剂添加到 2)成膜树脂的种类是影响水性凹印油墨在薄膜上附 油墨中，可以有效地提高油墨在pet薄膜表面的附着力的重要因素，当使用水性丙烯酸树脂2661862 着力。作为油墨的成膜树脂时，油墨在pet薄膜上的附着力采用3：1的颜基比，将颜料、azr研磨树脂、超纯 最强。 水混合制备基墨，加入水性丙烯酸树脂2661862，再3)流平剂和促进剂的添加能有效增加水性凹印油墨 分别加入质量分数为0、15、3、45、6的聚 在pet薄膜表面的附着力，且油墨中流平剂添加量为 乙烯醇配制成墨，打样并测试附着力，实验结果如图4 15wt、聚乙烯醇添加量45wt时，油墨在pet薄膜 所示。表面的附着力达到最大值80。万方数据参考文献 vure inkdbeijing：beijing institute of graphic 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