大豆油基油墨配方對油墨性能的影響

王璐瑤 冉銳敏 何賓賓 何淑蹇陳賽艷 王彩霞 冀俊杰

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院1，雅安 625014)(山東技師學(xué)院2，濟(jì)南 250200)

油墨是由色料、連結(jié)料、填料等成分按一定比例混合而成的漿狀膠體[1]。不同的成分配比影響著油墨的性能。目前用于膠印的大豆油墨中，含有20%以上的大豆油成分[2]。這些大豆油成分，多以連接料或樹脂的形式出現(xiàn)。由于膠印油墨對黏度要求較高，需要搭配高黏度連接料，才可以得到抗飛墨性能較佳的油墨。故在大豆油墨的研究過程中，多偏向于對連接料的研究。有學(xué)者采用熱聚合反應(yīng)的方法制備出了符合大豆油墨連接料黏度要求的熱聚合改性大豆油[3]。也有學(xué)者以大豆油為主要原料制備了大豆油脂肪酸乙酯并應(yīng)用于印刷油墨中，發(fā)現(xiàn)大豆油脂肪酸乙酯具有優(yōu)異的溶解性能和環(huán)保特性等優(yōu)點(diǎn)[4]。除此之外，大豆油本身黏度較低，有學(xué)者利用這一特點(diǎn)，通過對大豆油進(jìn)行降黏處理，合成大豆油基溶劑，將其用于大豆油墨中，得到了良好的應(yīng)用效果。如陳斌等[5]采用大豆油衍生物-大豆油甲酯為溶劑制備出了大豆油墨，發(fā)現(xiàn)大豆油墨的總體性能與礦物油油墨相當(dāng)，且黏性、穩(wěn)定性和光澤方面優(yōu)于礦物油油墨。不論是油墨中的連接料還是溶劑油，目前的研究均局限于某一項(xiàng)成分的改性，而沒有將其全部應(yīng)用于大豆油中，即沒有制備出全豆油基油墨，對油墨的配方研究中也只局限于連接料的改性。如顏國棟[6]采用大豆油改性制備出高黏度的連接料，也研究了其在油墨配方中的占比對油墨性能的影響，但所采用的溶劑非大豆油溶劑。

本研究采用大豆油基樹脂和大豆油基溶劑為主要原料，充分利用了同源性樹脂和溶劑極強(qiáng)的相容性，添加炭黑顏料制備出全豆油基油墨?？疾炝巳軇┖?、顏料含量對油墨性能的影響，為全豆油基油墨的配方提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆油基樹脂、大豆油基溶劑、高純氮、炭黑顏料。

1.2 儀器與設(shè)備

95-1恒溫磁力攪拌器，NDJ9S數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，CR400精密色差儀，Y3002電子天平，DMY-1流動度測定儀，QXD0-25-50-100-150刮板細(xì)度計(jì)，YT-GM光澤度儀，DZKW-4電子恒溫水浴鍋。

1.3 制備方法

將大豆油基樹脂(自制)和大豆油基溶劑(自制)按一定(質(zhì)量)比例混合，裝入帶有回流冷凝裝置的反應(yīng)釜中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫至一定溫度，同時(shí)機(jī)械攪拌5 h，恒溫保持一定時(shí)間，冷卻降溫，制得油墨連結(jié)料。以樹脂不再析出作為反應(yīng)終點(diǎn)[7]。

將一定比例的連結(jié)料、顏料放入特制的調(diào)和桶中，攪拌均勻。攪拌速度勻速增加，待油墨調(diào)成糊狀后取出，用軋墨機(jī)軋研以達(dá)到油墨要求的細(xì)度，制得全豆油基油墨。

1.4 測試方法

按照GB/T 13217.4—2008的方法，采用NDJ-5S/9S/8S數(shù)顯旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)于(23±2) ℃、2號轉(zhuǎn)子、12 r/min的轉(zhuǎn)速條件下測試油墨的黏度；按照 GB/T 13217.1—2008 中的方法測試油墨的色密度；按照GB/T 14624.3—2008 中的方法測試油墨的流動度；按照 GB/T 13217.3—2008 中的方法測試油墨的細(xì)度；按照GB/T 13217.2—2008 中的方法測試油墨的光澤度。

2 結(jié)果與討論

2.1 油墨成分配比

根據(jù)平版膠印油墨的成分配比要求[1]，本研究中的樹脂、溶劑及顏料的用量經(jīng)過調(diào)整，豆油基油墨的成分用量及配比見表1。

表1 豆油基油墨的成分用量及配比

2.2 不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響

不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響如圖1所示。3號油墨的黏度出現(xiàn)最小值，隨著樹脂濃度增加，油墨的黏度略微增加。同時(shí)3號油墨的流動度達(dá)到最大，為32 mm，隨著樹脂濃度增加，油墨流動度降低并維持穩(wěn)定。縱觀整個黏度與流動度的變化，均維持在一個穩(wěn)定的范圍，黏度波動不超過2.3%；流動度波動不超過12.5%。這是因?yàn)榇蠖褂突軇褂鸵阴Υ蠖褂突鶚渲哂辛己玫娜芙庑?，可以均勻的稀釋和分散樹脂，從而降低油墨黏度，提高油墨流動度[8]。由于樹脂黏度高于溶劑黏度，故油墨黏度隨著樹脂含量增加而增加，但樹脂在溶劑中良好的分散性使得油墨黏度和流動度均維持在穩(wěn)定的水平。從1號油墨到5號油墨，顏料的含量逐步降低，且顏料的含量低于溶劑含量。由于油墨的攪拌在高溫下完成，顏料粒子在高溫下發(fā)生布朗運(yùn)動，由此引發(fā)顏料粒子的相互碰撞、團(tuán)聚，造成體系的黏度增加[9]。同時(shí)顏料粒子與連接料之間的氫鍵作用也隨著顏料濃度增加而增強(qiáng)，導(dǎo)致油墨黏度增加[10]。炭黑對油墨的整體性能影響不大，故在油墨的黏度中，顏料含量對黏度和流動度影響均較小。綜合考慮，1號油墨的配方更有參考價(jià)值。

圖1 不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響

2.3 不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細(xì)度的影響

不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細(xì)度的影響如圖2所示。當(dāng)溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于27.27%時(shí)，油墨的光澤度隨溶劑含量增加而增加，反之光澤度降低。這主要是因?yàn)楫?dāng)油墨中的樹脂含量增加時(shí)，在印刷過程中易形成連續(xù)平穩(wěn)的墨膜，油墨流平性較好導(dǎo)致墨膜表面平滑，而油墨表面的平滑程度往往是影響油墨光澤度的關(guān)鍵因素。墨膜表面平滑度高，光澤度升高。油墨的細(xì)度也與油墨的光澤度息息相關(guān)。油墨細(xì)度大，顆粒粗糙，則印品也粗糙，印品表面容易出現(xiàn)漫反射，導(dǎo)致油墨的光澤度差，圖中的研究結(jié)果與理論值一致[11，12]。同時(shí)由于溶劑含量過高，油墨干燥時(shí)滲透干燥所占的比例增加，隨著溶劑的滲透，表面平滑性由顏料粒子來決定，而顏料顆粒比溶劑分子大得多，因此使墨膜面的平滑性大大降低，油墨光澤度也降低[2]。當(dāng)體系中溶劑比例過低時(shí)，油墨黏度大，干燥速度過快，流平性變差，此時(shí)形成的墨膜表面同樣不平滑，油墨光澤度低。同時(shí)，由圖3可知，當(dāng)溶劑的含量增加時(shí)，油墨的細(xì)度先隨之增加，當(dāng)溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過27.27%時(shí)，油墨的細(xì)度反而降低。這是因?yàn)榇蠖褂突鶚渲诖蠖褂突軇┲腥芙庑院?，且顏料固體顆粒在該體系中溶解、分散均勻，呈現(xiàn)微納米級別的尺寸分布[13],當(dāng)溶劑含量增加時(shí)，顏料被研磨的機(jī)會較少，顆粒度增加。當(dāng)溶劑含量增加到一定程度時(shí)，體系被過度稀釋，黏度較低，油墨流動度大，顏料粒子經(jīng)研磨分散后再凝集所受的阻力較高，不易形成較大的凝聚體[14]，油墨細(xì)度降低。由于大豆油是半干性油，油墨的光澤度較低，故全豆油基油墨的研究中，光澤度是重要的考察因素，綜合考慮各個因素，1號油墨配方更具實(shí)踐意義。

圖2 不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細(xì)度的影響

2.4 不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響

ISO 2846-1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了膠印油墨中黃品青黑四色油墨的Lab標(biāo)準(zhǔn)值及容差范圍，其中標(biāo)準(zhǔn)黑色油墨L=18.0，a=0.80，b=0.00[15]。本研究中采用此標(biāo)準(zhǔn)黑色油墨作為對照，研究了不同成分配比對大豆油基油墨顏色的影響，結(jié)果用色度與色差值表示，不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響見表2。

表2 不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響

由表2可知，大豆油基油墨的明度隨著顏料含量降低而增加，這是因?yàn)轭伭喜捎玫氖翘亢冢伭虾拷档蜁r(shí)，油墨中黑色成分降低，導(dǎo)致明度升高；同時(shí)溶劑含量增加，由于溶劑的透明度較高，故油墨中透明成分增加，油墨的明度升高。整體上油墨的明度波動小，差異不明顯，這是因?yàn)椴捎玫氖翘亢陬伭?，油墨的顏色在純黑色系中，彩色成分少，色度不明顯。油墨的a值在0.8～0.9 范圍波動，整個樹脂對油墨的色度幾乎沒有影響。油墨的b值在2.3到3.0之間，表示油墨呈現(xiàn)細(xì)微的黃色。這是因?yàn)榇蠖褂突鶚渲腿軇┚尸F(xiàn)淺黃色透明狀，導(dǎo)致油墨出現(xiàn)細(xì)微偏黃色。油墨與標(biāo)準(zhǔn)黑墨的色差在7.47～8.43范圍內(nèi)，表明油墨的色度穩(wěn)定。由以上分析可知，顏料與溶劑的含量對油墨的明度和色度影響均較少。且油墨的色彩接近于標(biāo)準(zhǔn)黑色油墨，樹脂和溶劑對油墨色度的干擾可以忽略不計(jì)，此類樹脂和溶劑符合膠印油墨用樹脂及溶劑的要求。綜合考慮與標(biāo)準(zhǔn)油墨色差的比較、油墨的明度值等因素，1號油墨具有更好的綜合性能。

3 結(jié)論

本研究以大豆油基樹脂、大豆油基溶劑及顏料為主要原料制備了大豆油基油墨，并研究了油墨配比對油墨黏度、光澤度、流動度、細(xì)度等性能的影響。結(jié)果表明，在大豆油墨配比為大豆油基樹脂30 g，大豆油基溶劑5.29 g，顏料4.0 g，即溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.46%，顏料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.18%時(shí)，油墨黏度為963.6 mPa·s，流動度為28 mm，光澤度為10.6%，細(xì)度為40 μm，油墨與標(biāo)準(zhǔn)黑色油墨的色差為7.47，所得油墨綜合性能最佳，符合膠印油墨的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。該油墨中大豆油原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.64%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過膠印新聞油墨中大豆油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的要求，符合膠印油墨的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。