浅谈环保型水性油墨的配制技术

浅谈环保型水性油墨的配制技术

方金成

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摘要：本文主要对环保型水性油墨的配制技术进行了探讨，先介绍了水性油墨的定义及其环保特性，然后详细阐述了水性油墨配方的主要成分及其功能，重点论述了各成分的配比及选择。最后描述了水性油墨生产工艺流程，并对关键工艺参数的控制要点进行了论述。希望能够为环保型水性油墨的技术开发和产业应用提供全面的参考和指导，推动环保印刷材料的发展。

关键词：环保型；水性油墨；配方；工艺

引言：

环保型水性油墨是当今印刷油墨行业的发展方向。与溶剂型油墨相比，水性油墨采用水作为主要载体，不含挥发性有机溶剂，在使用过程中不会产生有毒气味，印品干燥快，对环境和操作人员的影响很小。但配制高性能的水性油墨仍然面临一定的技术挑战。影响水性油墨性能的主要因素包括配方的选择、配制工艺的控制和生产过程中的过程管理。因此，以下将深入探讨这些方面的技术要点，以促进水性油墨产业的技术进步和市场应用。

一、水性油墨配方

（一）主要成分及功能

水性油墨的主要成分包括油相成分和颜料两大部分。油相成分提供油墨的成膜性能，由树脂和溶剂组成。树脂一般选择天然植物油改性醇酸树脂或丙烯酸树脂等环保型树脂，这些树脂分子中都含有大量极性官能团，可以和水相很好地相容混溶。溶剂方面则常用丙二醇、乙二醇、乙醇等有机溶剂。树脂与溶剂的配比约为1：1，根据油墨的实际使用要求可以进行适当调整。例如需要更好的成膜性时可以略微增加树脂用量。颜料是影响油墨颜色、隐藏力的主要成分。常用的环保型无机颜料包括二氧化钛、锌菲青、铁黄等。有机颜料则有钾盐型有机颜料、策安型有机颜料等。这些环保型颜料特征为无重金属成分，使用安全。颜料的种类及用量会直接影响水性油墨的流变性能，因此需要根据油墨的实际使用要求来选择不同种类、不同粒径的颜料，并确定合适的用量。

（二）助剂及添加剂的选择

水性油墨中常用的助剂有消泡剂、润滑剂、pH调节剂等。加入少量消泡剂有利于抑制油墨制备、运输、使用过程中的起泡，保证产品质量。润滑剂如矿物油、有机改性硅油等的加入，可显著改善油墨在印刷过程中的润湿转移性能。由于水性油墨体系中水溶性成分和油溶性成分的pH值差异较大，添加少量碳酸钠、三乙醇胺等pH调节剂，可增强各成分的相容性。此外，水性油墨中的添加剂种类较多，如流变改性剂、防皱剂、光稳定剂等。加入少量丙烯酸或聚丙烯酸等增稠剂，可显著增加油墨的剪切力，改善其流变性能。增强油墨在印品上的平展性能，则需要使用硅油或氟碳表面活性剂等防皱剂。为提高印刷品的使用寿命，也可添加紫外线吸收剂、抗氧剂等光稳定剂。因此，水性油墨中助剂及添加剂的选择直接关乎产品性能，需要根据实际应用场景来定制配方。

二、水性油墨生产工艺

（一）经典工艺流程

水性油墨的生产工艺主要可以分为树脂溶解、调料分散、质量检测三大步骤。首先是树脂溶解过程。操作人员需将固体状态的树脂粒子置于配套的溶剂中，然后将反应釜升温到一定温度并搅拌溶解树脂，得到均匀的树脂溶液。常用溶解方法有直接加热溶解法、隔水加热溶解法、溶剂回流法等。下一步是调料分散过程，也是水性油墨制备的核心工序。将选定的环保型颜料与前步得来的树脂溶液一起，加入到分散釜中，然后开启高速分散装置对混合物进行机械打浆，使树脂润湿并包覆在颜料颗粒表面，得到稳定的微分散体系。分散方法通常采用碎石磨或胶体磨等湿法分散技术。待颜料分散达标后，再按配方加入消泡剂、润滑剂、增稠剂等助剂及添加剂，调制成型得到终产品水性油墨。最后需对产品的质量指标进行严格检测，主要检测项目包括颜料分散度、稠度、流变性、防皱性和成膜性等。所有指标均合格后方可出厂使用，通过上述三道工序的连续进行，即可实现水性油墨的标准化生产。

（二）关键工艺参数控制

在水性油墨的生产过程中，对关键工艺参数的严格控制是确保产品质量和性能稳定性的重要环节。首先树脂溶解温度的控制至关重要。过高的温度会导致树脂分子结构破坏，影响油墨的成膜性能和稳定性。因此建议将溶解温度维持在约50°C左右，以确保树脂能够在不破坏其分子结构的情况下充分溶解。分散转速的控制也是一个关键点。分散转速对于油墨中颜料的分散效果至关重要。如果转速设置过低，会导致颜料分散不均匀，影响油墨的色泽和覆盖力，而过高的转速则会产生过多的切剪热，可能引起树脂的降解或凝胶现象，影响油墨的稳定性和使用寿命，建议将分散转速控制在5000-6000rpm，以实现最佳的分散效果。对油墨在生产和储存过程中的粘度变化进行监控也非常关键。粘度的异常变化通常是油墨稳定性问题的前兆，可能由温度变化、离子强度或pH值的波动引起，也可能是由于原材料选择不当所致。在发现粘度异常时，应立即暂停生产并进行检查，找出问题根源并采取相应措施。最后，对成品油墨的流变性能、印体厚度、固化速度等进行严格检验，这些因素直接关系到油墨在印刷过程中的表现和最终产品的质量。流变性能影响油墨的传递和分布，印体厚度则影响印刷品的视觉效果和干燥时间，固化速度则关系到印刷效率和产品的即时性。

三、水性油墨产业化生产中的问题及对策

（一）配方稳定性差

水性油墨产业化生产过程中最常见的质量问题就是配方稳定性差，主要表现为油墨在储存一定时间后会出现颜料沉淀和油水分离等现象。这是因为水性体系中含有两性成分，极易受到温度、pH值等外界条件的影响而发生分相。明确起因后，针对性改进配方就是解决问题的关键。首先可以选择分散稳定性更优的树脂来提高颜料的配溶性，如含有更多官能基团的醇酸树脂、丙烯酸树脂等。另外，添加一定量的增稠剂如丙烯酸共聚物，可通过增大体系的粘度抑制颜料颗粒的沉降速率，延长其在油墨中的暂存期。同时，优化水性油墨的乳化机理，如将部分水相成分改为反乳型，增加体系中两亲性分子的比例，使水性相和油性相之间的相互作用力增大，有助于减缓乳液的裂解速度。当然在生产过程中也要控制好温度、搅拌强度、分散时间等参数，让分散达到最优。此外还可以试用一些稀土类分散剂，来进一步增强颜料在树脂中的吸附作用力。

（二）印品耐水性差

水性油墨印制产品的耐水性问题是印刷行业面临的一个重要挑战。耐水性差通常表现为产品在接触水后，印迹易溶解、脱落，严重影响印品的质量和使用寿命。这主要是由于水性油墨中树脂与颜料之间的相互作用力较弱，导致成膜层结构松散不紧密。为了改善水性油墨的耐水性，配方设计上的优化至关重要。选择具有更强耐水性能的树脂，如氨基改性丙烯酸树脂或环氧树脂，这些树脂含有丰富的极性基团，能与颜料表面形成较强的化学结合，从而增强成膜层的紧密性和结构强度。此外，通过添加聚氨酯或氨基树脂作为固化剂或交联剂，可以促进油墨膜层中的交联反应，增强成膜层的耐水性。这些添加剂通过与油墨中的树脂相互作用，形成更稳定的网络结构，从而提高印品在水中的稳定性。除此之外，在成膜过程中适当施加温度可以加快小分子树脂之间的交联固化速度。这种方法通过热能的加入，促使树脂分子间形成更紧密的交联结构，进而增强成膜层的耐水性。同时，向油墨中添加一定量的金属离子如铝、钙等，可以作为桥接剂，增强树脂与颜料之间的相互作用力。这些金属离子通过与树脂和颜料表面反应，形成稳定的化学键，从而有效减缓印品在水中的脱色或溶解现象。优化油墨的pH值和粘度使其更加适合印刷过程中的要求也是关键。适当调节油墨的酸碱度和粘度可以改善油墨在印刷过程中的流动性和传递性能，从而提高印品的整体质量和耐水性。还可以通过改善印刷工艺，如调整印刷压力、干燥时间等，来增强印品的耐水性。

结束语：

本文深入分析了环保型水性油墨的配制技术，包括油墨配方中各成分的选择、功能解析，以及生产过程中的关键工艺流程和技术细节。文章还对产业化生产中可能遇到的问题进行了详细讨论，提出了有效的解决方案和对策。通过这些综合性的分析为水性油墨的环保型配制技术提供了系统的理论支撑和实践指导，希望可以为行业技术人员在研发和生产环保型水性油墨时提供更清晰的方向和参考，从而促进该技术的进一步发展和应用，对环境保护和可持续发展产生积极影响。

参考文献：

[1]程颖.硅铝氧化物包覆二氧化钛在水性油墨领域中的表面改性研究[D].华南理工大学,2022.

[2]罗雪婷.水性油墨用金红石型纳米二氧化钛的表面改性研究[D].合肥工业大学,2018.

[3]娄丽丽.水性油墨用苯丙树脂的制备及其改性研究[D].江南大学,2014.