高清柔版水性油墨的制备

＊连坤鹏 刘润林 罗景升 杨国威

（广东英科集团股份有限公司 广东 523000）

水性油墨也叫水基油墨，是以水为溶剂或分散介质的油墨，其所具有的“无毒、无刺激味、不燃、不爆”的特点，注定其广阔的发展前途[1]。在柔性版印刷的油墨使用方面，环保性最优的水性油墨使用量占比较高，约为58.91%，且逐年递增[2]。

近年来，随着《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》（HJ 371-2018）和《重点行业挥发性有机物综合治理方案》等环保标准和政策的推广[2]，越来越多的凹版印刷和胶版印刷正转向高清柔版印刷，比如精美的水果箱、医疗包装袋、标签、薄膜等。这对水性油墨提出了更高的要求—高色浓度、低粘度和更小的细度。因此，本文采用先进的研磨工艺优选出最优的研磨树脂和分散剂，制备出高色浓度、低粘度的纳米色浆，以适合高清柔版印刷水性油墨的需求。

1.实验

(1)实验主要原料和仪器

主要原料：研磨树脂（JONCRRYL 678、JONCRRYL HPD 96 和JONCRRYL HPD 196，均来自德国巴斯夫）；分散剂（EDAPLAN 516来自德国明凌；Dispers 760来自德国德固赛；FX 7500W来自英国海名斯）；颜料粉（红色PR.57:1，黄色PY.14，蓝色PB.15:3，均来自德国巴斯夫，黑色PBK.7来自美国卡伯特）；苯丙乳液Joncryl 8055ap，蜡乳液wax 26，消泡剂FoamStar ED 2522，均来自德国巴斯夫。

仪器：101-2A电热恒温干燥箱；FLEXIPROOF100打稿机；CHF100变频搅拌砂磨分散多用机；BGD512光泽仪；BGD242/2细度板；X-Rite eXact色差仪；PHS-3B数显酸度仪；4#蔡恩杯；MiniCer砂磨机；TopSizer激光粒度分析仪。

①高色浓度色浆的制备

采用卧式砂磨机将颜料粉、研磨树脂、离子水、助剂（分散剂、消泡剂等）等混合物研磨至要求细度和色密度，参考配方如表1：

表1 高色浓度色浆

(2)性能测试

①粘度：按照GB/T 13217.4-2008标准，采用蔡恩4#杯进行测定。

②高温稳定性：将色浆或者成品水性油墨用蔡恩4#杯测试其初始粘度，再放入50℃烘箱中储存，放置7d后，观察有无析出或沉淀，并测试其粘度变化。

③光泽：按照GB/T 13217.2-2008标准，采用光泽度仪进行测定。

④着色力：按照GB/T 13217.6-2008标准进行测定。

⑤细度：按照GB/T 13217.3-2008标准，采用刮板细度仪进行测定，以微米表示；也可采用粒径分析仪进行测试。

⑥色密度：采用X-Rite eXact色差仪测试。

⑦不透明度：采用X-Rite eXact色差仪测试。不透明度越低，则表明透明度越高。

2.结果与讨论

(1)研磨机理[3]

研磨的目的是使不溶于水的颜料充分分散到树脂连接料中，并且使得颜料的颗粒达到一定的细度。研磨是一个润湿、分散和稳定的过程，首先，将颜料表面的空气和水赶走，代之以树脂连接料，这个过程叫做“润湿”；接着，颜料粒子在高剪切力之下相互分开，并在树脂连接料中均匀分布，并达到稳定的状态，颜料粒子不会发生重新絮聚或絮凝的现象。

(2)研磨工艺

研磨工艺诸如温度、流量、研磨锆珠大小与用量等，影响着研磨的效率。本文选择了高色浓度黑色浆对比了研磨锆珠大小工艺对研磨效率的影响，结果如表2所示：

表2 研磨工艺的影响

从表2可知，在相同配方和时间内，工艺三研磨的黑色浆光泽最高、细度最小、着色力明显提高。这是因为研磨介质的大小决定了研磨介质与浆料接触点的多少，粒径小的研磨介质在相同体积下的接触点越多，研磨效率越高；但在研磨初期颜料粒径较大时，小粒径研磨介质对浆料冲击力较小，达不到较好的研磨效果；在研磨后期，大粒径研磨介质由于接触点少，致密性差，无法对小粒径浆料进行有效研 磨[4]。因此，本文的高色浓度色浆先采用直径1.0～1.5mm的研磨锆珠进行粗磨，过滤后再采用采用0.4～0.8mm研磨锆珠进行细磨，具体工艺流程如图1所示。

图1 串联研磨工艺

水性油墨所使用的连接料主要有碱溶性树脂和乳液两大类。苯乙烯丙烯酸共聚物碱溶性树脂被广泛使用在水性油墨中，此类树脂酸值高（200～250），在颜料的研磨分散中具有高效的润湿分散性和优异的剪切稳定性。传统色浆通常包含30%～35%的颜料含量，但是柔印高线数网纹辊较浅，转印的油墨量少，意味着印品无法获得足够的色彩强度。本文对比了JONCRRYL 678、JONCRRYL HPD 96和JONCRRYL HPD 196三种研磨树脂研磨蓝色浆（PB.15:3）的效果，并对比了色浆的细度、光泽、稳定性等基本性能。

(3)研磨树脂的影响

如表3所示，在色浆初始粘度相近时，JONCRRYL HPD 196可以制备更高的颜料含量，且高温稳定性效果最佳。所以，JONCRRYL HPD 196可以研磨具有极佳的颜料润湿分散性和粘度稳定性，有效提高研磨效率，制备的色浆兼具高颜料含量和低粘度的优点，符合高清水性油墨高色浓度低粘度的要求。

表3 研磨树脂对研磨性能的影响

(4)分散剂的影响[5]

分散剂又称润湿分散剂，它除具有润湿作用外，其活性基团能吸附在颜料的表面上产生电荷斥力或空间位阻，防止颜料产生絮凝，使分散体系处于稳定状态。用于水性体系的分散剂可分为无机分散剂、聚合物分散剂和超分散剂三类。本文采用了JONCRRYL HPD 196作为研磨树脂，分别采用分散剂EDAPLAN 516、Dispers 760 W和FX 7500W研磨高含量红色颜料PR.57:1的效果差异，如表4：

表4 分散剂对研磨性能比较

由表4可知，将色浆的细度研磨至1µm以下时，分散剂对色浆的高温稳定性具有明显的影响。分散剂FX7500W对色浆保持更优异的高温稳定性。这是因为当色浆的粒径越小时，颜料颗粒处于高度分散状态，其表面能相当大，颗粒在热运动下不断互相碰撞，容易重新絮凝、返粗，即形成絮凝体；而分散剂FX7500W含有多个锚定基团的高分子聚合物，可以牢固吸附在颜料离子表面，并形成足够的空间厚度，有效防止颜料絮凝及沉降。

(5)细度的影响[1]

细度是指油墨中颜料、填充料等固体粉末在连接料中的分散的程度，又称分散度。它表明了油墨中固体颗粒的大小及颗粒在连接料中分散的均匀程度。细度影响着油墨的着色力、色相等性能指标。本文采用了JONCRRYL HPD 196作为研磨树脂和FX 7500W作为分散剂，对比了蓝色浆在不同细度时配墨的性能差异，结果如表5：

表5 不同细度对水墨性能的影响

由表5可知，细度越小，不明度越低（即透明度越高），光泽越高，着色力和色密度越强。这是因为色浆细度越小，其比表面积越大，单位面积的颗粒数量越多，表现出出色的色强和透明度。所以，纳米级的高浓度色浆才能在高清印刷中表现出与胶印印刷相媲美的印刷效果。

(6)高清柔版水性油墨的制备

采用本文上述制备的纳米色浆，选择合适的苯丙乳液、离子水、助剂（蜡乳液、消泡剂等），制备出高清柔版四色水性油墨，参考配方如表6：

表6 高清柔版水性油墨

图2是普通柔版水性油墨和高清柔版水性油墨的基本性能对比图，性能级别5为最好，1为最差，假设高清柔版水性油墨各项性能均为5级。与普通柔版水性油墨对比，高清柔版水性油墨具有更高的色密度，因此印刷压力不用太大就可以获得较好的高光效果；高清柔版水性油墨具有粒径分布更均匀的纳米细度，可以获得更佳的印刷流平效果；高清柔版水性油墨具有更优异的透明度，可以显示出更鲜艳的叠印效果。

图2 两种柔版水性油墨性能对比图

3.结论

（1）采用先粗磨后细磨的串联研磨工艺更适合制备纳米级色浆：先采用直径1.0～1.5mm的研磨珠进行粗磨，过滤后再采用采用0.4～0.8mm研磨珠进行细磨。

（2）以JONCRRYL HPD 196为研磨树脂和FX 7500W作为分散剂，可以制备出色浓度达38%～45%、粘度为15～25s/蔡恩4#、细度达600～800nm（D90）的纳米级别色浆。

（3）使用纳米级别色浆制备的高清柔版水性油墨可以满足高线数网纹辊的印刷，获得足够的色彩强度，比普通柔版水性油墨具有更高的色密度、光泽度和透明度，印刷颜色更为饱满、鲜艳。