水性油墨用颜料

水性油墨用颜料〔上）溶剂型油墨的特点之一是含有40〜60%的挥发性有机溶剂，溶剂挥发后油墨才枯燥。挥发出的大量有机溶剂严重污染环境，而且，有机溶剂大多是易燃易爆物质，在油墨的生产、运输、贮藏，使用等过程中均很不平安。水性油墨是以水代替有机溶剂的一类液体油墨，近年来随着合成树脂工业的不断开展和印刷油墨制造者的努力，水性油墨的性能目的日趋完善，大有与溶剂型油墨相媲美之势。水性油墨主要包括苯胺油墨、出版凹印油墨和包装凹印油墨等等，尽管水性苯胺油墨的生产巳有较长的历史，但目前仍有生产，其他在品种和质量方面还存在着一定问题，特别是用于塑料薄膜等材料的水性凹印油墨还有待完善。可以认为，水性油墨作为无公害油墨的前景是宽广的。各类水性油墨一般含有以下组份：水性树脂、碱组份、颜料、溶剂和添加剂。水性树脂一般为苯乙烯类和丙稀酸类树脂，碱组份为有机胺和如二甲基乙醇胺和一乙醇胺等，溶剂为水和醇类溶剂，添加剂包括消泡剂、分散剂和腊等，水性油墨的性能主要取决于树脂和颜料。本文就水性油墨用的颜料作一介绍，包括高固体含量颜料虑饼的制造方法、颜料的外表处理以及颜料在水性油墨中的应用等。由于颜料在水性苯胺油墨和水性凹印油墨中的适应相似，而且这两类油墨的制造原理相似，故在本文中不加特别区分而通称为水性油墨。一、颜料的物理形式1、 粉状颜料作为着色剂的颜料，一般以干粉的形式使用，它是将含水的颜料滤饼经枯燥粉碎工艺后制成的。这类颜料一般不含任何树脂连接料，以防止配伍性问题，这种形式的颜料在使用时易产生粉尘污染环境的问题。2、 粒状颜料这是为解决粉状颜料是易产生粉尘飞扬的缺陷而开展的另一种干颜料，它是经特殊的后处理工艺造粒而成的中空的颜料聚集体，由于组成聚集体的颜料粒子间的机械力很弱，易分散于连接料中。3、 浆状颜料它是含分散剂和乙二醇的颜料分散体。乙二醇可防止颜料风干和冻结。这种形式的颜料只适用于印刷吸收性基材的水性油墨，因为组份乙二醇防碍油墨在聚乙烯和铝箔等基材上的枯燥性能。现开展了含树脂连接料和极少量乙二醇的浆状颜料。4、 颜料滤饼把颜料的滤饼直接分散入水性油墨是非常引人注目的方法，由于颜料是水相形式，防止了颜料的枯燥、粉碎并再分散入水性连接料的麻烦，简化了工艺，降低了枯燥等工序的能量消耗。由于未经加热枯燥，颜料的粒子和最初形成时一样，各项性能较优异。但是，颜料滤饼的含固量一般在18〜25%左右，对于要求颜料含量较高的水性油墨就显得无能为力了。较理想的含水颜料是高固体含量颜料滤饼。二、高固体含量颜料滤饼高固体含量颜料滤饼是把普通的颜料滤饼经特殊的脱水增浓工艺而制成，颜料含量一般控制在50%左右。这类颜料只含颜料、水和少量的外表活性剂，不含树脂连接料和填充料。1、 高固体含量颜料滤饼的优点〔1〕广泛的用途。由于不含树脂连接料和填充料，故可用于各种类型的水性油墨如柔性版、凹版等油墨。另外，亦适用于水性印花涂料色浆和水性乳胶涂料。〔2〕消除了粉尘对环境的污染。由于是半干形式，应用时无粉尘飞扬的现象，改善了操作环境，保障了配料人员的身体安康。〔3〕提高了产品质量。与相应的干粉颜料相比，使用的高固体含量颜料滤饼制成的水性油墨具有较高的着色力〔一般可提高5〜15%〕和光泽，色彩鲜艳明亮，并具有较高的分散体稳定性。这是因为使用滤饼时，颜料的粒子大小及形状大多与颜料形成时一样，而当颜料加热枯燥时，产生大量的颜料聚集体和晶型重排，这些因素都是产生着色力、色相、光泽和分散体稳定性变化的原因。〔4〕油墨粘度低。使用高固体含量颜料滤饼，可制备低粘度或高颜料含量的水性油墨，经测试，含31.5%重量干基的高固体含量的滤饼的油墨的粘度，同含25%重量干粉颜料的油墨的粘度值一样。〔5〕简化水性油墨的制造工艺。这类颜料易分散性很好，只需高速分散就可到达油墨的细度要求，简化了油墨制造工艺，大大提高了劳动生产率。2、 高固体含量颜料滤饼的制造制造高固体含量滤饼的方法包括机械脱水法、真空脱水法和外表活性剂处理后脱水法等。美国的KUTOBUKI旋片式压滤机，比普通的压榨式板筐压滤机更有效地提高颜料滤饼的含固量，见表1。■麟4名称滤含固星（wtx>碳醍钙560W化铝193铭黄63D330美国一公司使用抽真空的二辊机制备高固体含量颜料滤饼，如图1所示。图1二辊机示意图①②是不锈钢辊筒，其上开槽⑩，槽内打孔(11),并包有网布；③是装有振动器得贮料斗；④液压装置，调节辊隙；⑤调速器；⑥真空泵，真空度由⑦调节；⑨为刮刀。实例：绿相铜酞菁兰颜料，初始滤饼含固量为30.7%，经该装置脱水浓缩，滤饼含固量为46%。日本公司采用外表活性剂处理颜料滤饼后，再第二次过滤的工艺，制备高固体含量滤饼。使用的外表活性剂包括阴离子型外表活性剂如萘磺酸甲醛缩合物、月桂基硫酸钠等；阳离子型外表活性剂如月桂基三甲基铵氯化物；非粒子型外表活性剂如聚氧化乙烯烷基醚等。实例：含量为5%的联苯胺黄颜料悬浮，3kg/cm2条件下过滤，得含固量为32.5%的滤饼，然后，把0.2%聚氧化乙烯烷基醚与之搅拌混合，在上述一样条件下进展第二次过滤，得52.5%的高固体含量滤饼。另一个方法是把颜料分散剂与颜料浆混合，再用高分子半渗透脱水浓缩，该渗透膜是聚丙烯月青类薄膜。美国公司申请了用于制备高固体含量滤饼的松香衍生物分散剂的专利，该分散剂由分子量为1000〜15000的聚〔低级亚烃基〕亚胺与一种聚酯反响而成，该聚酯是羟基硬脂酸与妥尔油松香的酯化产物。三、颜料的外表处理方法油墨制造者要同各种颜料打交道，对于未经外表处理的颜料，使用时会感到困难，如油墨体系较高的粘度，差的分散性和差的抗絮凝稳定性等。颜料只有经过特殊的外表处理才能适合水性油墨体系。水性树脂连接料一般是极性化合物，当然，溶剂水和异丙醇等也是极性物质，如图2所示，这些树脂都是带有许多极性基团的离子型羧酸氨盐。

耘野购摩*寺西醇图2水性油墨连接料〔树脂和溶剂）颜料的分子中一般包括非极性的局部和极性的取代基如氯基、酮基、酰胺基、偶氮基等，甚至还含有离子基团如羧基、磺酸基等，常用颜料如图3所示。单个颜料分子层叠便成颜料晶体，因此，颜料晶体便包括极性的区域和非极性的区域。图3常用颜料颜料的极性区域易被极性的水性连接料所吸附而润湿，而非极性区域难以被水性连接料所润湿，在连接料中保持较高的外表自由能，这样的体系很不稳定。因此，未经外表处理的颜料分散体会产生絮凝现象，以降低其自由能。1、外表处理的机理颜料的外表处理就是在颜料外表的非极性区域与水性连接料之间充当界面或桥梁作用，见图4。图4外表处理的机理左边表示简单的颜料晶体的非极性区域与极性的连接料相接触，外表处理就是特殊处理剂的“头"覆盖颜料的非极性区域，使之与极性的连接料相容。另外，这些“头”也有助于颜料粒子在空间相隔离，使颜料粒子易分散入水性连接料中。2、外表处理的方法〔1〕用外表活性剂处理外表活性剂包括阴离子型、阳离子型、两性型和非粒子型四大类，一般地说，适合颜料的外表活性剂使阴离子型和非离子型，后者特别适用于有机颜料。选择非离子型外表活性剂的依据之一使HLB值〔亲水亲油平衡值〕，每一颜料有其特定的HLB值，如果选用的外表活性剂的HLB值与之一样，那么具有最正确的处理效果。英国公司曾公布了几个典型颜料的HLB值，见表2。美国公司申请了这方面的专利，他们使用烷基酚聚氧化乙烯衍生物和脂肪醇聚氧化乙烯衍生物类非离子型外表活性剂处理颜料，使之易分散于水性连接料。外表活性剂的烷基尾巴吸附在颜料的非极性区域，“头"朝外取向进入水性连接料，见图5。

图5外表活性剂处理颜料〔2〕用丙烯酸共聚物处理有申请了用丙烯酸共聚物处理颜料的专利。丙烯酸共聚物的骨架成份吸附在颜料的非极性区域，羧酸离子伸出并进入水性连接料，有效地屏蔽了颜料的非极性区域，如图6所示。CM*M-hwoH—f-C如1闿*图6丙烯酸共聚物处理颜料〔3〕用松香马来树脂处理由于该树脂分子中含有几个羧基，酸价较高，制成可溶于水的氨盐，对颜料晶体进展涂布。树脂的多环局部被吸附，而羧酸离子向外伸出，使颜料的非极性区域于极性的连接料相隔离，如图7所示。

图7松香马来树脂处理颜料四、颜料在水性油墨中的应用有公司研究了常用的彩色颜料在水性丙烯酸体系中，PH值和异丙醇对油墨粘度、颜色强度、贮藏稳定性的影响。油墨中颜料用量为8%,涂一4#杯测粘度，贮藏稳定性是将油墨密封在瓶子中在50°C下放置一星期后测其粘度的变化。1、蓝色颜料⑴颜料蓝15〔P.B.15,酞菁蓝）首先讨论裸酞菁蓝〔P.B.15：3〕和抗絮凝的亲水性酞菁蓝〔P.B.15：4〕。从图8可以看到，如果油墨中不含异丙醇，在不同的PH值条件下的粘度值没有多大的区别，只是在50C贮藏后亲水性酞菁蓝的粘度值稍微增大。参加异丙醇后，情况就大不一样了，如图9所示，随PH值增大，粘度值增加，50C贮藏后，粘度值也增加，在PH=9时，显示出最差的贮藏稳定性。nrinim9nrinim9声％。瞠SP心*59胃芯血图8PH值对含P.B.15的水性油墨〔无异丙醇〕的粘度的影响5-3耳〃艮。£亭S图9PH值含P.B.15的水性油墨〔20%异丙醇〕的粘度的影响如果油墨的流动性差是由于颜料分散度好即颜色强度高所引起的话，那么较高的粘度值可不必认为是缺点。因为，如果到达一样的粘度值，