毕设论文终稿--宗小顺.doc

I 摘摘 要要 水性塑料凹印油墨作为一种新型包装印刷材料，其最大的优点是不含有挥 发性有机溶剂，不会对环境产生污染,是一种极具前途的环保型印刷油墨。印刷 质量是油墨质量的重要参考因素之一,它与油墨性能有着密切相关。 通过改变颜基比、树脂种类、酒精/离子水的比例、调稀溶剂总量，制备了 水性塑料凹印油墨，测试了油墨的分散性、表面张力、干燥性能、附着性能和 表观性能等主要性能，并将所制备的油墨进行打样，测试了印刷质量,如色密度、 光泽度，研究它们对油墨性能和印刷质量的影响。最后确定了油墨最佳配方， 并进行上机印刷测试。 研究结果表明：不同颜基比对水性塑料凹印油墨的性能和印刷质量影响不 同，颜基比为 2:1 时，油墨分散性良好，且具有较好的印刷性能和质量；调稀 树脂种类、酒精/去离子水的比例、调稀溶剂含量对水性塑料凹印油墨性能及印 刷质量都有影响，采用 S-2916-4-5 调稀树脂，调稀溶剂为酒精，且含量为 25% 时，制备的油墨性能和印刷质量良好；所研制的油墨具有较好的印刷性能和质 量。 关键词：关键词：水性塑料凹印油墨 油墨性能 印刷质量 II ABSTRACT As a new printing material, the biggest advantage of the plastic of water-based gravure ink is it do not contain volatile organic solvents and do not pollute the environment, it will be a kind of printing ink which is environmentally-friendly and has a good market prospect. The quality of the printing ink quality is an important reference factor, which is closely associated with the ink performance. The plastic of water-based gravure ink was prepared by changing the pigment/resin ratios, the type of dilute resin, the proportion of alcohol and water, the total of alcohol and water. Though testing the ink of dispersion, surface tension, drying, adhesion, apparent performance and the qualities of proofs, such as color density, gloss, the affection of the pigment/resin ratios, the type of of dilute resin, the proportion of alcohol and water, the total of alcohol and water to ink performance and print quality were studied. Finally, the best formula is decided, and is tested on printing press. The results show that the affection of the pigment/resin ratios to ink performance and print quality is different. When the pigment/resin ratios is 2.:1, the ink of the dispersion and the printing performance and quality is best; the type of dilute resin, the proportion of alcohol and water, the total of alcohol and water was influential in ink performance and print quality. When Using S-2916-4-5, alcohol, which porportion is 25%, ink performance and print quality of the prepared ink is good. The developed ink has good printing performance and print quality. Key words: the pastic of water-based gravure ink ink performance print quality III 目目 录录 1 引言.1 2 文献综述.3 2.1 水性塑料凹印油墨的组成 .3 2.1.1 颜料.3 2.1.2 树脂 .4 2.1.3 助溶剂.5 2.1.4 助剂.5 2.2 水性塑料凹印油墨的主要性能 .6 2.3 水性塑料凹印油墨印刷质量指标 .8 2.4 配方试验设计原理 .9 2.5 综合评价方法原理 .11 3 实验.12 3.1 实验原材料和设备 .12 3.1.1 实验原材料.12 3.1.2 实验仪器设备.12 3.2 水性塑料凹印油墨的制备方法 .13 3.2.1 水性塑料凹印油墨基墨的制备.13 3.2.2 水性塑料凹印油墨成墨的制备.13 3.3 水性塑料凹印油墨打样方法 .13 3.4 水性塑料凹印油墨性能测试方法 .14 3.5 水性塑料凹印油墨印刷质量测试方法 .15 4 实验结果及分析.16 4.1 不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响 .16 4.1.1 不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能的影响.16 4.1.2 不同颜基比对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响.18 4.2 调稀树脂种类对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响 .20 4.2.1 调稀树脂种类对水性塑料凹印油墨性能的影响.20 4.2.2 调稀树脂种类对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响.22 4.2.3 复合调稀树脂对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响.23 4.3 酒精/去离子水对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响 .26 4.3.1 酒精/去离子水对水性塑料凹印油墨性能的影响.26 4.3.2 酒精/去离子水对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响.28 IV 4.3.3 酒精/去离子水对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量综合评分.30 4.4 调稀溶剂含量对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响 .31 4.4.1 调稀溶剂含量对水性塑料凹印油墨性能的影响.31 4.4.2 调稀溶剂含量对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响.33 4.4.3 调稀溶剂对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的综合评分.35 4.5 研制油墨的印刷质量的评价 .35 4.5.1 油墨配方.35 4.5.2 印刷品质量测试.36 结 论.37 参考文献.38 附录.39 致谢.41 北京印刷学院毕业设计（论文） 1 1 1 引言引言 随着工业化的发展，人们在改善生产、生活条件的同时，也在对我们赖以 生存的地球环境造成破坏和污染。无论是发达国家还是发展中国家，都不同程 度地受到环境问题的威胁。整个地球也面临着诸如温室效应使得全球变暖、大 气臭氧层空洞、水污染及沙漠化等各种问题。印刷包装制品是我国发展中的新 兴产业，印刷包装装潢制品是渗透人类生活最广泛的产品之一，它的发展受到 环境条件的约束。油墨中溶剂挥发造成的大气污染等问题，以凹印墨最严重， 因它使用较多挥发性有机溶剂作为溶剂。长期处于高浓度的挥发性有机溶剂中， 将会对人体，特别是神经系统造成极大损害，挥发溶剂还会与空气中的氮氧化 物发生光化学反应，产生臭氧及烟雾，造成大气污染。从上个世纪 70 年代起， 西欧和北美等发达国家开始展开环境治理及环境保护的全民性活动，提出可持 续发展这一重大战略决策，各国环保部门和工业部门也相继制定了相关的法律 和法规。水性油墨在这种背景下应运而生1。 水性油墨是一种新型的“绿色”包装印刷材料。水性油墨不含挥发性有机 溶剂,因此是一种极具前途的环保型印刷油墨。水性油墨已经从单一的纸箱墨向 各种基材、多色套印方向发展,水性油墨将在纸张、铝箔、真空镀铝膜、金银卡 纸、复合塑料、聚合物塑料、金属等基材印刷上全面发展。西方的发达国家已 经越来越多的使用水性油墨作为包装印刷油墨2 - 3 。从国际上看，美国95%的 柔性版印刷品和80%的凹版印刷品采用水性油墨，塑料薄膜印刷中有40%采用水 性油墨，其他发达国家，如日本、德国、法国等，在塑料薄膜印刷中也越来越 多地使用水性油墨，英国已立法禁止用溶剂型油墨印刷食品包装用薄膜4。 目前我国国内塑料凹版印刷油墨以溶剂型油墨为主, 主要是氯化聚丙烯油 墨。以甲苯等为溶剂, 几乎占到凹印油墨成份的50%, 高挥发性溶剂含有芳香烃, 有毒又可燃，超标的苯对人体危害极大。而凹印速度高, 必须使用挥发性强的 油墨才能满足印刷要求, 使凹印在所有印刷工艺中环保问题尤为突出。醇溶型 塑料凹印油墨具有低气味, 不含苯等特点, 能有效减少残留溶剂对包装食品质 量的影响, 现在正逐步推广, 但与凹印机的配合性能及印品质量尚需完善。而 塑料用水性凹版油墨才刚刚开始投入使用，它是由水做溶剂制成的环保型液状 油墨，具有不燃、不爆、无毒、无刺激味、墨性稳定, 色彩鲜艳, 高光泽, 不 腐蚀印版, 操作简便, 印刷成本低, 印后附着力好, 抗水性强, 干燥迅速等特 点5。 但是水性塑料凹印油墨在国内还没能广泛的推广和使用，究其原因主要有： 北京印刷学院毕业设计（论文） 2 一是国内尚未选定制作水性塑料凹印油墨的连结料（树脂）。目前国内的油墨 生产企业正在对完全溶解于水、又适合制造塑料凹印油墨的连结料进行实验， 但尚未最终定性；二是水性塑料凹印油墨的印刷色彩在国内未被认可。一般而 言,国人喜欢鲜亮艳丽的色彩，而塑料薄膜水性凹印油墨印刷的印品色彩不及溶 剂型凹印油墨艳丽，这也是阻碍其进一步普及的重要原因之一；三是水性塑料 凹印油墨的印刷适性需要进一步改进，才能取得较好的印刷效果。一方面由于 水的表面张力较大，导致塑料薄膜水性凹印油墨难以在塑料薄膜上润湿铺展， 另一方面由于水性塑料凹印油墨难以干燥，这两个方面是水性凹印油墨在塑料 印刷中还不能完全替代溶剂型凹印油墨的主要原因6。 因此研发附着力好、干燥速度快、印刷色彩好等高质量的新一代水性塑料 凹印油墨已迫在眉睫，刻不容缓。 北京印刷学院毕业设计（论文） 3 2 2 文献文献综述综述 2.12.1 水性塑料凹印油墨的组成水性塑料凹印油墨的组成 水性塑料凹印油墨是由连接料、颜料、助剂等物质组成的均匀浆状胶黏体。 水性塑料凹印油墨的主剂由作为分散相的颜料和作为连接相的连接料组成。颜 料赋予油墨以颜色，连接料提供油墨必要的转移性能。 图 2-1 水性油墨的组成 2.1.12.1.1 颜料颜料 颜料是油墨制造中不可或缺的原料之一。它是一种微细粉末状有色物质， 不溶于水或溶剂等介质中，而能均匀分散在油墨的基料中，在印刷载体介质表 面形成色层，呈现一定的色彩，可以呈现球状、片状等不规则形态。一般颜料 粒子的直径在几百纳米到几十微米的范围内。 颜料在油墨中主要起呈色作用，决定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，同时，颜料还可对底材起到良好的遮盖作用。颜料 以极小的颗粒均匀地分散在油墨成膜物中，不溶于成膜物质，且不与成膜物质 发生化学反应。因此颜料具有类似填充补强的功能，具有防腐作用，耐光性能 印刷油墨 主剂 助剂 连接料 颜料 水溶性连接料 碱溶性连接料 水分散性连接料 有机颜料 金属颜料 无机颜料 分散剂 消泡剂 色调调整剂 流动度调整剂 干燥调整剂 北京印刷学院毕业设计（论文） 4 较强。另外，颜料在很大程度上影响着油墨的其它性能，包括对光、热和有机 溶剂的稳定性等。同时，它的分散、聚集又直接影响油墨的流动性和化学稳定 性7。 油墨颜色的性能和选用颜料的性能有着密切的关系。印刷油墨中使用的颜 料要求颇高，特别是颜色、分散度、耐光性、透明度等，要求彩色颜料的色调 接近光谱颜色，饱和度应尽可能大，三原色油墨所用的品红、青、黄色颜料透 明度一定要高，所有颜料不仅要耐水，而且要迅速而均匀地和连结料结合，颜 料的吸油能力不应太大，颜料最好具有耐碱、耐酸、耐醇等性能8。 2.1.22.1.2 树脂树脂 （1）树脂的概述及分类 树脂指的是一类非晶态物质。一般来讲树脂都是有机化合物，相对分子质 量比较大，具有很复杂的结构。树脂的存在形态既有坚硬发脆的固体，也有粘 稠的液体。不同的树脂可以在不同的有机溶剂和油类中溶解，溶解后成为树脂 溶液；当溶剂从树脂溶液中蒸发时，树脂溶液的浓度逐渐增大，溶液变得越来 越粘稠，最终树脂分子紧密结合在一起，形成固化的凝胶体，其表面能够形成 薄且透明的膜层，这是油墨能够在印品上成膜的原因。 在水性油墨的配置中使用的是水性树脂，水性树脂是一种亲水性的高分子 物质，可分为水溶性树脂、水溶胶和水分散树脂8。 表 2-1 水性树脂的主要种类 分类举例 天然树脂淀粉、糊精、海藻酸 改性天然树脂纤维素酯、纤维素乙醚水溶性树脂 合成树脂聚乙烯醇、聚乙烯甲酯、聚丙烯酸 水溶胶树脂（碱溶性树脂） 粒状虫胶、苯乙烯粒状虫胶、苯乙烯马来树脂、 松香马来酸树脂、 （ 蛋白）丙烯酸共聚体、 醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯、三聚氰胺树脂 水性分散树脂（乳液聚合物）丙烯酸乳状液、聚醋酸乙烯乳状液、合成橡胶浆 （2）树脂的作用 树脂使颜料粒子得以良好分散，是颜料粒子的载体，使之通过印刷机转移 到承印物表面，因此树脂赋予了油墨流动能力、印刷能力；同时树脂又是一种 成膜物质，颜料要依靠树脂的干燥成膜性牢固地附着与承印物表面并使墨膜耐 北京印刷学院毕业设计（论文） 5 摩擦、有光泽。因此树脂决定着油墨干燥性和膜层品质。由此可见树脂是油墨 的关键组成，油墨的流变性质、干燥性质、抗水性、光泽等主要是由树脂的性 质所决定的。 2.1.32.1.3 助溶剂助溶剂 助溶剂在水性塑料凹印油墨中是用来溶解树脂调整油墨的干燥性能及油墨 粘度的溶剂之一。助溶剂多为低分子化合物，但是不是表面活性剂，因而与增 溶剂相区别。 水性塑料凹印油墨中的助溶剂必须满足下列条件9： 低沸点，价格便宜 能充分溶解选定的树脂 能将残留在版面上的干燥墨膜溶解 不腐蚀印刷机辊筒与刮墨刀等 无毒或微毒，无异常刺激味 有适当的挥发速度 助溶剂需要有良好的溶解性，是指在一定温度下能充分使溶质达到高度饱 和的能力。助溶剂以能较多地溶解树脂、并且制得连接料的粘度相对低的为好。 水性塑料凹印油墨以挥发干燥为主，因此助溶剂在油墨中的作用不可忽视。 2.1.42.1.4 助剂助剂 助剂也称添加剂，是油墨的辅助成分，其作用是调整油墨的印刷适性，为 了不同的目的，要在油墨的配制中添加不同种类和数量的助剂，以调整油墨的 流动性、干燥性等。主要包含基材润湿剂、分散剂、消泡剂、流平剂等。 （1）基材润湿剂 基材润湿剂是指能够提高承印物表面能量的表面张力改善剂。在塑料凹版 印刷中，所采用的承印物是塑料薄膜，这些承印物本身的表面能都比较低。而 油墨的润湿条件却是相反的，要求承印物表面能越高越好，使用基材润湿剂正 是提高表面能的重要助剂，有利于油墨的附着。 润湿分散剂能与水任何比例混合，是油墨优良分散剂、防沉剂和稳定剂， 可增加墨中填料量及触变性，不流挂，并提高墨膜的耐水性、耐磨性、耐洗涤 性，使印刷图文亮丽，附着力增强，墨抗冻性提高，墨的储存期延长，在研磨 中较快达到细径，提高工效，并且是分散体系取得稳定效果，不返粗，不结块。 (2) 分散剂 北京印刷学院毕业设计（论文） 6 一般说来，颜料在水中以悬浮体保持长时间的稳定状态是少有的，这是在 液体中原始粒子多数络合成二次粒子聚积成块的缘故。实验证明，加入分散剂， 能使固体粒子充分润湿，固体粒子就极易分散。分散剂是通过其润湿作用和渗 透作用，渗透入原料粒子的间隙，在粒子的表面发生定向吸附，从而改变了固 体粒子的表面性能，并使粒子表面带电，形成了双电层，阻止了粒子的聚集， 而使颜料分散体系形成稳定。所以，在制备水性油墨过程中，最关键的是要加 入一定量的分散剂来逐步研磨，打破颜料缔合的二次结构。 分散剂的选择，首要条件是能使颜料被分散介质润湿，使分散剂吸附在粒 子表面，降低表面能。而且，为了在颜料表面形成厚度均匀的稳定层，需要加 入足够的分散剂才能达到稳定的分散效果。用于水系的分散剂多数是分子量为 几千且表面性能小的活性剂，如聚丙烯酸盐类、马来酸钠和烯烃的共聚物、磺 基琥珀酸类、聚氧乙烯(芳基)醚类等。 (3) 消泡剂 在水性油墨的制造过程中泡沫将会阻碍颜料的分散。在印刷过程中泡沫会 产生颜色问题和印刷干燥问题，导致印刷产品出现小孔和无光泽情况。这两种 情况均可以通过加入消泡剂来避免。 不同类型的水性油墨种配方有其各自的特性，通常一种消泡剂只能对某一 体系或几种体系有效，经常需要通过实验确定某一配方中所需的消泡剂种类和 用量，水性油墨最常用的消泡剂主要有三大类：炔属乙二醇类、矿物油类和有 机硅类10。 (4) 流平剂 流平剂主要的作用是减少或消除涂膜表面缺陷。这是因为流平剂在漆膜固 化之前改善了体系的流平和润湿性。使用流平剂有助于空气释放、颜料分散， 改善对底材的润湿性，消除了表面张力的变化，干燥的墨膜表面张力达到均匀 的、较低的水平，在油墨中溶剂的挥发过程不会显著变化，达到最佳流平性。 添加适合的流平剂能够明显改善成膜的性能，可以保持或增加底材重涂性和附 着力，也可以产生有助于形成光滑表面的效果。 2.22.2 水性塑料凹印油墨的主要性能水性塑料凹印油墨的主要性能 (1) 黏度 黏度是抵抗流动的一种性质。换言之，黏度是流体分子间相互作用而产生 的阻碍其分子间相对运动能力的量度，是水性塑料凹印油墨很重要的一个物理 参数。 对于水性塑料凹印油墨来讲，油墨能顺利转移且印品性能良好，它的黏度 必须限制在一定的范围内。若黏度太高，油墨转移不良，印品表面且不均匀， 但是黏度太低则墨层太薄，色密度太低。 北京印刷学院毕业设计（论文） 7 (2) 分散性 水性油墨中颜料的分散主要取决于分散系组成物的性质及它们之间相互作 用，颜料在油墨中的分布情况及分散结构，决定着整个分散系统的稳定性。 颜料分散包括润湿、粉碎和稳定三个不可分离的紧密相连的过程。润湿实 际上是颜料表面的置换工程，指的是用树脂或表面活性剂取代颜料表面的吸附 物、空气和水等，增强颜料与展色剂的相容性。粉碎是指利用机械力把凝聚的 二次团粒粉碎到工艺要求的细小颗粒，构成悬浮分散体。稳定是把制成的悬浮 分散体在无外力作用下，能够处于稳定的状态，不再产生凝聚或沉降。 (3) 表面张力 表面张力是指液体表面相邻的两部分之间单位长度内的相互牵引力，它是 分子力的一种表现。当液面上的分子受到液体内部分子的吸引作用时，会使液 面趋向收缩，其方向与液面相切。由于表面张力的作用，液体表面总是具有尽 可能缩小的倾向，因此液滴呈球形。 水性塑料凹印油墨必须具备一定的表面张力，但是不能过高，若油墨的表 面张力太大，油墨不能均匀铺展，并可能出现较多的花点，而直接影响到印刷 品的质量。一般要求塑料水性凹印油墨的表面张力必须低于承印物的表面自由 能。若油墨的表面张力过低，会导致塑料水性油墨不稳定，非图文部分带脏， 影响印刷品的质量。表面张力的大小应控制在既能够满足油墨在承印材料上顺 利铺展。 因此，适宜的表面张力对塑料水性凹印油墨的性能非常重要。表面张力的 大小与油墨组分中的助剂的种类和数量有很大关系，也可以通过添加剂来调节 水性凹印油墨的表面张力。 (4) 附着性能 墨膜附着力是指墨膜与被附着物体表面之间，通过物理和化学作用相互黏 结的能力。影响墨膜附着力的因素包括机械结合力、吸附作用、化学键结合和 扩散作用等。墨膜的附着力是考核墨膜性能好坏的重要指标之一，只有墨膜具 有一定的附着力，才能很好地附着在被印物体的表面上，才会发挥油墨所具有 的附着性和保护作用，达到应用油墨的目的。 墨膜的附着机理有两种：机械附着和化学附着。机械附着力取决于被印物 的性质（粗糙度、多孔度）以及所形成的墨膜强度。化学附着力指墨膜和被印 物之间的分界面墨膜分子和被印物分子的相互吸引力，取决于墨膜和被印物的 物理、化学性质。人们在解释墨膜附着机理时，一般认为化学附着的说法比较 切合实际。在化学附着的内聚力之中，包括静电力、范德华吸引力、氢键的作 用力和化学亲合力，影响墨膜附着力的因素包括机械结合力、吸附作用、化学 键结合和扩散作用11。 北京印刷学院毕业设计（论文） 8 一般认为，墨膜的附着性取决于成膜物质中聚合物的极性基团如 -OH，或 者 -COOH 与被印物表面的极性基之间的相互结合，为了使这种极性基相互结合 得好就必须要求聚合物分子具有一定的流动性，让聚合物分子更好地湿润被印 物表面，使聚合物的极性基接近被印表面的极性基，当两者分子之间的距离变 得非常小时，极性基之间由于范德华力或氢键的作用产生附着平衡12。 (5)干燥性能 油墨的干燥性能也是衡量油墨质量和性能的重要指标之一，控制好油墨的 干燥性能是获得良好印刷效果的一个必要条件。油墨的干燥速度应当适当，油 墨的干燥速度太快，容易发生干版故障，但油墨的干燥速度也不能太慢，否则 会发生印刷品背面粘脏现象13。 水性塑料凹印油墨的干燥属于挥发干燥，挥发干燥指的是在油墨的干燥过 程中，连接料中的溶剂挥发，剩下的树脂和颜料形成固体墨层固着在承印物表 面上，油墨的干燥依靠的是溶剂脱离膜层的挥发作用完成的。 挥发干燥型油墨的连结料主要是由树脂及有机溶剂互溶构成。油墨被印于 承印物表面后，有机溶剂脱离树脂的束缚而游离出来，依靠其自身的挥发能力 而脱离墨膜进入气象。此时，承印物表面只有树脂等组分，而树脂原本是固态 的，在油墨的制造过程中溶剂浸入树脂分子的间隙，继而扩张间隙直至完全隔 离树脂分子，从外部看，即是树脂的溶胀及溶解。 水性塑料凹印油墨以水为主要的溶剂，而且承印物为非吸收性的基材，因 此，油墨的干燥成为一个难题。在实际的印刷中往往采用加长烘道长度的方法 来实现干燥，另外一种方法就是合理地设计油墨配方，提高油墨的干燥速度。 (6) 表观性能 表观性能主要是指油墨转移至承印材料上的流动平整性，即流平性，它是 保证印刷品色彩均匀性的重要性能之一。表观性能受油墨组分的影响较大，合 理的选择油墨的原材料是获得良好表观性能的基础。 2.32.3 水性塑料凹印油墨印刷质量指标水性塑料凹印油墨印刷质量指标 (1) 色密度 对于凹版印刷，当油墨中颜料固定后，油墨的色密度可以用来衡量在印刷 过程中转移到承印物上的油墨量的多少。因此可以通过色密度的测量来衡量凹 印油墨的转移特性。油墨的色密度越高，说明转移到印刷品上的墨量较多，则 油墨传递和转移的性能较好。印刷过程中，油墨要经传递、输送而转移到承印 材料表面。始终保持油墨传输和转移的稳定均匀和适量，可以使印刷品获得更 厚实、更均匀的墨层，是获得高质量印刷品的重要保证。 (2) 阶调再现 北京印刷学院毕业设计（论文） 9 阶调在图像信息还原中，是图像深浅明暗顺序的变化规律。密度是评定印 刷品阶调的量度。在印刷时，不同的网穴深度填入的油墨量是不同的，则转移 到承印物上油墨的厚度就不同，相应的密度也就不同，这就就可以形成阶调的 再现。一般情况下，水性塑料凹印油墨在塑料薄膜上的阶调再现趋势如图 2-1 所示： 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 141822263034384246 网穴深度 密度值 图 2-1 水性塑料凹印油墨在塑料薄膜上的阶调再现 从图 2-1 中可以看出，在保证图像亮调部分能够再现的前提下，最大密度 值越大，则能够再现的图像密度范围也就越大，使得印刷品层次再现范围大， 且表现丰富，从而提高印刷图像质量；同样，对于亮调部分，若能保证有足够 的密度，则能很好的表现印刷品的亮调层次。因此，油墨对印刷阶调再现质量 的影响，主要取决于印刷的最大密度值和最小密度值，应足够大，即油墨具有 良好的转移性能。 (3) 光泽度 油墨的光泽度是指油墨印样在某一角度反射光线的能力，其光泽主要是靠 连结料干燥后结膜而产生的。油墨光泽度是一项重要的性能指标，它对印刷品 的外观带来很大的影响，光泽度好的，色泽鲜艳，看起来比较精神，迎合人们 的心理需要，因而特别受欢迎；光泽度差的，色泽就会暗淡，给人一种陈旧、 抑郁的感觉，因而会大大降低产品的宣传效果。目前的水墨普遍存在着光泽度 不够的问题，严重地阻碍了水墨在某些领域的应用，人们往往会采取在印刷品 上罩光、涂塑、覆膜或涂上光油的办法，这样光泽度提高了，可是必然要增加 印刷工序，增加印刷经费开支，因次需要从改变油墨组分入手来提高油墨的光 泽度。 北京印刷学院毕业设计（论文） 10 2.42.4 配方试验设计原理配方试验设计原理 配方试验设计又称混料试验设计，其目的就是合理地选择少量的试验点， 通过一些不同配比的试验，得到试验指标与成份百分比之间的回归方程，并进 一步探讨组成与试验指标之间的内在规律。配方设计的方法有很多：单纯形格 子点设计，单纯形重心设计，配方均匀设计等14。 单纯形重心设计就是将试验点安排在单纯形的重心上。对于一个 m-1 维的 单纯形，单个顶点的重心就是顶点本身，共有 m 个；任意两个顶点组成一条棱 边，棱的中点即为两顶点的重心，共有个；任意三个顶点组成一个2/ ) 1(mm 正三角形，该三角形的中心称为三项点的重心，共有个；四! 3/ )2)(1(mmm 个顶点的重心有，m 个顶点的重心，即单纯形的中! 4/ )3)(2)(1(mmmm 心只有 1 个。 常用单纯形重心设计的回归方程形式为： 一阶重心多项式 二阶重心多项式 三阶重心多项式 当 m3 时，三因素三阶单纯形重心设计的试验点共有 7 个，实验设计如表 2-3 所示： 表 2-3 三组分单纯形重心设计表 NOX1X2X3 试验值 1100y1 2010y2 3001y3 41/21/20y12 北京印刷学院毕业设计（论文） 11 51/201/2y13 601/21/2y23 71/31/31/3y123 三因素三阶单纯形重心设计规范变量与试验指标间的回归方程为： 其中的系数可由下式来计算： 计算回归系数，将其代入回归方程 321123322331132112332211 xxxbxxbxxbxxbxbxbxby 得到回归方程后使用规划求解的方法得到指标最大值以及相对应的配方。 2.52.5 综合评价方法原理综合评价方法原理 综合评分法需要用隶属度对每个指标评出分数，并按照指标重要性的不同 确定各指标相对重要性的权数，然后加权求和作为实验总分数，隶属度的计算 公式如下： 隶属度=（指标值-指标最小值）/（指标最大值- 指标最小值） 其中最大值的隶属度为 1，而最小值的隶属度为 0。 本论文根据油墨性能与印刷质量的重要性，对这些指标确定各权数的比重， 如如下表 2-4 所示，油墨的综合评分计算公式如下： 综合评分= 高密度隶属度权数 1+低密度隶属度权数 2+光泽度隶属度 权数 3+表面张力隶属度权数 4+初干性隶属度 权数 5+彻干性隶属度权数 6+附着力隶属度权数 7+表观性能隶属度权数 8 表 2-4 各权数比重 权数 1权数 2权数 3权数 4权数 5权数 6权数 7权数 8 0.10.050.050.050.150.10.250.25 北京印刷学院毕业设计（论文） 12 3 3 实验实验 3.13.1 实验原材料实验原材料和设备和设备 3.1.13.1.1 实验原材料实验原材料 制备水性塑料凹印油墨的原材料如表 3-1 所示： 表 3-1 制备水性塑料凹印油墨原材料 组分化学名称产品名称 颜料有机颜料 F5RK 树脂研磨树脂AZR（固含量 30%） 润湿剂 245 分散剂 760 助剂 消泡剂 810 调稀树脂 1 S-2916-4-5 调稀树脂 2 86-2P 调稀树脂 3 91-5 调稀树脂 4 92-B 调稀树脂 调稀树脂 5 S-2916 酒精（乙醇） 助溶剂调稀溶剂 去离子水 北京印刷学院毕业设计（论文） 13 3.1.23.1.2 实验仪器设备实验仪器设备 （1）SBM-T 型篮式砂磨机 （2）3#柴恩杯 （3）F1 型 IGT 柔、凹版适性仪 （4）S-3500 激光粒度仪 （5）机械搅拌器 （6）电子天平 （7）KRUSS 100 表面张力测试仪 （8）TA AR2000 流变仪 （9）X-Rite 分光光度计 （10）GLOSS METER TC-108DPA 光泽度仪 （11）QXD 型刮板细度计 （12）AZJ-3600A 型凹版印刷机 3.23.2 水性塑料凹印油墨的制备方法水性塑料凹印油墨的制备方法 水性塑料凹印油墨制备包括基墨的制备和基墨的调稀两个阶段。其中，基 墨的配方及其分散工艺是油墨制备的关键环节，油墨的主要性能如分散性、光 学性质等都与油墨初期的研磨和分散状况有关。基墨经调稀后即成成品墨，可 使油墨获得印刷所需黏度，助溶剂和各类助剂的添加可改善油墨的印刷适性， 使油墨获得良好的印刷效果。 3.2.13.2.1 水性塑料凹印油墨基墨的制备水性塑料凹印油墨基墨的制备 （1）基墨的制备装置 基墨的分散使用篮式研磨机研磨，研磨介质为氧化锆珠。其分散机理为通 过氧化锆珠对颜料粒子施加剪切力，分散颜料初级粒子，篮式研磨机如图 3-1 所示： 北京印刷学院毕业设计（论文） 14 图 3-1 篮式研磨机 （2）制备方法 将研磨树脂、颜料、去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂按配方量依次加 入，用机械搅拌器上搅拌 30 分钟后装入篮式研磨机研磨分散 2 个小时，至基墨 95%的粒径达到 10m以下。 3.2.23.2.2 水性塑料凹印油墨成墨的制备水性塑料凹印油墨成墨的制备 向基墨中添加调稀树脂、助溶剂，使用机械搅拌器搅拌 5min。 3.33.3 水性塑料凹印油墨打样方法水性塑料凹印油墨打样方法 使用 F1 型 IGT 柔、凹版印刷适性仪进行打样。其中压力 300N、网纹辊压 力 150N，印刷速度 0.3m/s，网纹辊线数 160l/cm，网穴深度依次为 48um、46um、44um、42um、38um、34um、30um、22um、18um、14um。 3.43.4 水性塑料凹印油墨性能测试方法水性塑料凹印油墨性能测试方法 （1）黏度测试方法 使用 TA AR2000 流变仪或 3#柴恩杯测量油墨黏度。TA AR2000 流变仪测量 的黏度单位为 Pas，一般以剪切速率为 1/s 时的黏度表示。3#柴恩杯测量的 黏度单位为 s。 （2）分散性测试方法 油墨分散性通过测试油墨粒径分布来体现。使用 S-3500 激光粒度仪测量油 墨黏度,测量单位为 um，本论文主要以 95%油墨的的最大粒径进行分析。 （3）表面张力测试方法 使用 KRUSS 100 表面张力测试仪测试油墨表面张力。 北京印刷学院毕业设计（论文） 15 （4）干燥性能测试方法 采用测试油墨干燥性的 GB-T 1321.5-91 标准测试方法，即使用压痕法方式， 运用刮板细度计进行测试，得出油墨的初干性（mm）、彻干性（s）。 初干性将油墨少许置刮板仪槽的 100 微米处，迅速刮下，立刻打开秒 表，经 30 秒钟后用一张纸，下端对准零刻度处，平贴凹槽上，用手掌迅速压一 下，揭下纸，测量未粘墨迹的长度，以毫米表示，即为初干性（毫米/25相对 湿度 655） 彻干性将墨放置刮板仪 100 微米处（墨量以刮满槽为准）迅速刮下， 立刻用一张刮样纸或塑料膜，盖在其上，用手掌压一下，马上揭下；同时计时， 用空白纸粘印迹，到 100 微米处墨迹干透，不粘在纸上，所用时间，则为彻干 性（秒/100 微米 25，相对湿度 655） 。 （5）附着性能测试方法 附着性能测试方法是：用 20mm 20mm3M 胶带粘在网穴深度为 45 处的打样 样条上，待粘牢后用恒定的拉力垂直将胶带从塑料表面撕下，用 20mm20mm 画 有 100 个小格的纸片衬在塑料底下，数出剩下墨膜所占格数记下数值。以次作 为附着力的评价标准。 根据剩下墨膜所占格数，将附着性能的测量主要分为五个等级如下： 表 3-2 附着性能的分级标准 格数 0-2020-4040-6060-8080-100 等级极差差中良优 （6）表观性能测试方法 表观性能主要是通过观看打样样条表面油墨的流平性，及其流平的程度。 将表观性能分为五个等级如下： 表 3-3 表观性能的分级标准 表光性能表面乱纹表面不整一般平滑有斑完全流平 等级极差差中良优 3.53.5 水性塑料凹印油墨印刷质量测试方法水性塑料凹印油墨印刷质量测试方法 （1）色密度测试方法 使用密度计测量油墨色密度，密度计分为透射密度计和反射密度计两种， 考虑到塑料承印物的特点，本实验采用反射密度计进行测量。实验中将样条 下面放一张铜版纸，先测量无墨层部分塑料薄膜的色密度值定标，然后用 测量出的有墨层部分的色密度值。 （2）光泽度测试方法 北京印刷学院毕业设计（论文） 16 光泽度是指印刷样品在某一角度反射光线的能力。使用 GLOSS METER TC- 108DPA 光泽度仪测试光泽度。采用的角度为 45。 4 4 实验结果及分析实验结果及分析 4.14.1 不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响 4.1.14.1.1 不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能的影响不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能的影响 固定油墨其它组分，改变颜基比，制备水性塑料凹印油墨，测试油墨性能， 如表 4-1 所示： 表 4-1 不同颜基比对水性塑料凹印油墨性能的影响 颜基比 黏度 /PaS 粒径/um初干性/mm彻干性/s附着性能表观性能 北京印刷学院毕业设计（论文） 17 1.5:1 25.653.05 7.865 良良 21 17.242.42 7.765 优优 2.51 11.353.13 7.766 良良 31 4.593.28 7.570 中中 3.51 3.713.38 7.178 差中 41 1.803.58 6.088 差差 将颜基比与油墨黏度、粒径、初干性、彻干性的关系作图，如图 4-1、图 4-2、图 4-3、图 4-4 所示： 0 5 10 15 20 25 30 1.5:1212.51313.5141 颜基比 黏度/PaS 图 4-1 不同颜基比对基墨黏度的影响 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1.5:1212.51313.5141 颜基比 粒径/um 图 4-2 不同颜基比对基墨粒径的影响 北京印刷学院毕业设计（论文） 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.5:1212.51313.5141 颜基比 初干性/mm 图 4-3 不同颜基比对油墨初干性的影响 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1.5:1212.51313.5141 颜基比 彻干性/s 图 4-4 不同颜基比对油墨彻干性的影响 从图 4-1 中可以看出，随着颜基比的增大，基墨黏度逐渐减小，但颜基比 增大到一定值后减小速度渐缓。这是由于颜基比越大,研磨树脂越少，使得基墨 黏度变大。但基墨的黏度还与分散性有关，分散性越好，黏度越小，当颜基比 大于 2:1 时，油墨分散性变差，从而使得其黏度较大，所以出现油墨黏度减小 速度渐缓现象。 从图 4-2 中可以看出，随着颜基比的增大，基墨粒径先减小然后增大，在 颜基比为 2:1 时，基墨粒径最小。这是因为油墨的分散过程实际上也是流动过 程，只有达到最佳流动点，油墨研磨时才能得到有效的剪切作用，分散才能达 到最佳状态。实验证明，水性塑料凹印油墨采用颜基比为 2:1 时，油墨达到合 适的研磨粘度，分散效果达到最佳。 从图 4-3 中可以看出，随着颜基比的增大，油墨初干性数值减小，即初干 北京印刷学院毕业设计（论文） 19 性变差。这是因为随着颜基比的增大，树脂含量降低，去离子水的含量增多， 导致油墨油墨初干性变差。 从图 4-4 中可以看出，随着颜基比的增大，油墨彻干性数值增大，即彻干 性变差。这是同样是因为随着颜基比的增大，树脂含量降低，去离子水的含量 增多，导致油墨油墨彻干性变差。 从表 4-1 中可以看出，在颜基比为 2:1 时，油墨附着性和表观性能均最好， 在颜基比为 4:1 时，油墨附着性和表观性能均最差，其余颜基比与颜基比 2:1 相比较，油墨附着性和表观性能均变差。这是因为在树脂不变的情况下，油墨 粒径越小，墨层越致密，这样在受到胶条的撕拉力时，墨层的结构越不容易被 破坏，当颜基比为 2:1 时，粒径最小，所以其附着性能和表观性能最好。 4.1.24.1.2 不同颜基比对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响不同颜基比对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响 将不同颜基比制备的水性塑料凹印油墨，用酒精调节油墨黏度为 20s（3# 柴恩杯） ，打样并测试油墨印刷质量，如表 4-2 所示： 表 4-2 不同颜基比对水性塑料凹印油墨印刷质量的影响 颜基比高密度/48um低密度/14um光泽度/48um 1.5:11.6100.30024.1 211.6170.30825.0 2.511.6030.30223.2 311.5980.28822.6 3.511.5930.28819.0 411.5780.27518.4 将颜基比与高密度、低密度、光泽度的关系作图，如图 4-5、图 4-6、图 4-7 所示： 1.55 1.56 1.57 1.58 1.59 1.60 1.61 1.62 1.5:1212.51313.5141 颜基比 高密度/48um 北京印刷学院毕业设计（论文） 20 图 4-5 不同颜基比对高密度的影响 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 1.5:1212.51313.5141 颜基比 低密度/14um 图 4-6 不同颜基比对低密度的影响 0 5 10 15 20 25 30 1.5:1212.51313.5141 颜基比 光泽度/48um 图 4-7 不同颜基比对光泽度的影响 从图 4-5图 4-6 可以看出，颜基比对高密度和低密度有一定影响，但不 很明显，随着颜基比增大，高密度和低密度先增大后减小，当颜基比为 2:1 时， 高密度值和低密度值最大。这与油墨粒径有关，油墨粒径越小，墨层中颜料颗 粒的排列更加紧密， 测量密度使用的密度计 入射到墨层中被吸收的光线 越 多，而反射出的光线会逐渐减小， 相应的高密度值和低密度值 就会增大。 从图 4-7 中可以看出，颜基比对光泽度有一定影响，随着颜基比增大，高 密度值和低密度先增大后减小，当颜基比为 2:1 时，光泽度值最大。这与印品 的表观性能有关，印品表观性能越好，其光泽度越好。 北京印刷学院毕业设计（论文） 21 4.24.2 调稀树脂种类对水性塑料凹印油墨性能及印刷质量的影响调稀树脂种类对水性塑料凹印油