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    耐蒸煮塑料油墨顏料的選擇及實驗

    油墨的耐高溫蒸煮性主要指油墨的耐熱性,即墨層在受熱情況下抗變色的程度。塑料油墨的耐熱性主要指包裝在蒸煮、熱封和複合過程中的耐熱性,耐熱性差主要表現為墨層褪色、變色、圖文不清晰等。油墨的耐熱性主要取決於顏料和連結料,連結料的耐熱性差,受熱後會由白色變成棕黃色,因此,淺色油墨的耐熱性取決於連結料,彩色油墨的耐熱性則取決於顏料。本文將以紅色有機顏料油墨為例,對油墨的耐熱性和顏料的選擇進行分析探討。

    有機顏料耐熱性實驗

    耐蒸煮塑料油墨由不同樹脂組成的連結料及着色劑、輔助劑(如填充劑、潤濕劑、減黏劑等)構成。有機顏料不溶於水和有機溶劑,是高度分散的微粒狀着色劑,顏色鮮艷,着色強度高,耐光性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、耐遷移性及分散性良好。 

    在本次實驗過程中,選用了4種紅色顏料作為塑料耐蒸煮油墨的着色劑進行測試,因為紅色顏料是印刷油墨常用顏料,溶劑墨中紅色有機顏料種類最多;而且紅色顏料的耐熱性一般分4級,色彩鮮艷,即使是細微的變色情況也能夠辨別。

    1.實驗顏料及儀器

    1)實驗顏料 

    本次實驗選用的4種紅色顏料是: 

    金光紅C(黃光紅)顏料,顏料索引號:P.R.53∶1,為黃色粉末,一般採用C.L.T酸重氮偶合法生產。 

    永固紅F4R(FR3560)顏料,顏料索引號:P.R.8,為色澤鮮艷的紅色粉末,耐鹼性好,耐曬性一般,耐熱性差,遇濃硝酸呈藍光大紅色,遇濃硫酸呈黃光大紅色,遇氫氧化鈉不變色。 

    立索爾寶紅BK(N53)顏料,顏料索引號:P.R.57∶1,為帶藍光的深紅色粉末,色澤鮮艷,着色力高,不溶於乙醇,溶於熱水後呈現金光紅色,耐酸鹼性好,耐曬性一般,耐熱性達150℃,遇濃硫酸呈紅色,稀釋後為品紅色沉澱,水溶液遇鹽酸為棕紅色沉澱,遇濃氫氧化鈉呈棕色。 

    永固紅2B(大紅)顏料,顏料索引號:P.R.48∶2,紫紅色粉末,不溶於水和乙醇,遇濃硫酸呈紫紅色,稀釋後呈藍光紅色沉澱,遇濃硝酸呈棕紅色,遇濃氫氧化鈉呈紅色,耐熱性好。 

    2)主要儀器 

    KGZ-1A光澤度儀;SM-Ⅱ型磨砂機;PB203-N型電子天平;XXQG02型蒸汽消毒器;XD型刮板細度儀;DMDE450光學鍍膜機;D-8401型多功能調速攪拌器。 

    3)實驗原料及藥品 

    樹脂A液、樹脂B液、DCHP、低分子蠟、4種顏料、甲苯(分析純)、丁酮(分析純)。 

    2.實驗用油墨的配製 

    先將樹脂A液、低分子蠟、DCHP、甲苯、丁酮按配方混合,充分攪拌10分鐘後,作為a部分;再加入適量樹脂B液充分攪拌約60分鐘,作為b部分,使各成分混合均勻。 

    將充分攪拌後的油墨倒入砂磨機中研磨,使研磨後的油墨具備油墨應有的各種流變性及印刷適性。 

    將製成的油墨裝入試樣瓶中,加蓋封緊,貼上標籤,以待測試。 

    本試驗所採用的配方及製備過程均按照工業生產油墨的常規方法進行。 

    採用同樣質量的原料配製的油墨,體積從大到小依次為金光紅C、永固紅F4R、立索爾寶紅BK、永固紅2B。其中,金光紅C油墨的體積大約是永固紅2B油墨的3倍。配製好的永固紅2B油墨非常稠,不易過濾,因此,在測試時,要先用溶劑將永固紅2B油墨稀釋到適當的濃度。 

    3.實驗樣本的製備及耐熱性試驗 

    1)樣本的製備 

    將所製備的油墨分別網印在PET膜、BOPA膜以及經過離子轟擊處理過的BOPA膜上。油墨性能的測試按照標準要求取樣,耐熱試驗參考金屬油墨耐熱性能測試標準,裁取20mm×100mmPET膜和BOPA膜若干條備用。 

    2)顏料耐熱性試驗內容 

    4種顏料分別在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理,冷卻後同標準樣對比,考察其顏色變化情況。 

    8種油墨的試樣在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理,冷卻後同標準樣對比,考察其顏色變化情況。 

    4種油墨的8種試樣在100℃、40分鐘等3種條件下進行蒸煮和自來水水煮處理,冷卻以後同標準樣對比,考察試樣的顏色變化情況、褪色情況及水的顏色變化情況。 

    4.實驗標準 

    本實驗依據凹版塑料油墨檢驗方法國家標準中,光澤度檢驗、細度檢驗、初乾性檢驗、附着牢度檢驗、抗黏連性檢驗、顏色檢驗標準及油墨流動度檢驗標準進行。 

    實驗結果與討論 

    1.干烘對油墨和顏料性能的影響 

    1)干烘後油墨的變色情況 

    評定標準 

    油墨和顏料的耐熱評定採用5級標準:5級,與標準色樣相同;4級,微有變色;3級,變色較輕;2級,變色較重;1級,嚴重變色。 

    實驗方法與結果 

    將薄膜試樣各3條和顏料同時放在恆溫箱中按規定的時間烘烤後,取出2塊試樣,待冷卻後以手觸摸不發黏,即可同標準樣本比較。

    2)結果分析 

    加熱溫度在135℃以下,溫度對薄膜油墨變色情況影響不大,金光紅C油墨的變色情況要比其他3種油墨稍微嚴重一些。加熱溫度高於135℃後,油墨變色加劇。綜合來看,永固紅2B油墨的耐熱性能要略好於永固紅F4R和立索爾寶紅BK兩種油墨。單純從顏料的耐熱性能來看,永固紅F4R要好於立索爾寶紅BK,立索爾寶紅BK略好於永固紅2B。 

    2.水煮對油墨性能的影響 

    1)水煮後油墨的變色情況 

    評定標準與條件 

    水煮實驗的耐熱性評定標準和取樣方法與干烘一樣,在實驗中,採用蒸餾水進行水煮實驗,水煮溫度分別是100℃120~121℃ 

    實驗結果 

    100℃水煮後,永固紅2B水煮後顏色幾乎沒有變化;其他3種顏料油墨褪色比較嚴重,水的顏色呈現橙黃色;變色順序依次是金光紅C/PET薄膜>永固紅F4R/PET薄膜>立索爾寶紅BK/PET薄膜。

    2)結果分析 

    100℃蒸餾水水煮以後,永固紅2B的效果最好,其他油墨也略有變色。121℃水煮以後,金光紅C油墨嚴重變色,因此可以排除金光紅C作為耐蒸煮油墨着色劑的可能。永固紅2B油墨的耐高溫蒸煮性能要略好於其他兩種油墨。BOPA薄膜蒸煮以後,有發黃現象,其上油墨變色情況比PET薄膜嚴重一些。這說明承印材料的變色也會影響着色劑的遮蓋效果。 

    通過水煮和干烘實驗後,已經基本排除金光紅C顏料作為塑料耐蒸煮油墨着色劑的可能性。因此在後面的油墨性能檢測實驗中,不再測試金光紅C油墨的有關性能。 

    3.油墨各項性能的測定 

    1)油墨附着牢度檢驗 

    參考標準為GB/T13217.7-91 GB/T13217.1-91,檢測在溫度25±1℃,濕度65%±5%的條件下進行。 

    檢驗結果及分析 

    將BOPA膜用真空鍍膜機進行3分鐘的離子轟擊處理,以提高薄膜的表面張力,之後與PET膜進行對比實驗(見表3),可以得出以下幾點結論: 

    a.承印材料不同,與油墨的附着牢度就不同。立索爾寶紅BK油墨受材料的影響最大,永固紅2B等3種材料的附着牢度相對來說比較接近,附着牢度受材料的影響較小。

    b.永固紅2B的附着牢度較好,永固紅F4R最差。 

    c.經過離子處理後的薄膜材料,對各種油墨的附着牢度都有明顯提高。 

    2)油墨光澤度測定 

    參考標準:GB/T13217.2-91。檢測在溫度25±1℃,濕度65%±5%的條件下進行。

    檢驗結果及分析 

    實驗結果表明,3種油墨的光澤度大小順序依次為:永固紅2B>永固紅F4R>立索爾寶紅BK。從表中還可以看出,油墨的光澤度大小與承印材料的關係不大,表中一些數據偏差比較大,主要原因可能就是薄膜上的油墨不均勻,導致對光的反射能力也不同。

    宏潤顏料圖片1.jpg

    3)油墨細度測定

    參考標準:GB/T13217.2-91。檢驗在溫度25±1℃,濕度65%±5%的條件下進行。

    ②檢驗結果及分析

    每種油墨取3份試樣,細度測量值為:立索爾寶紅BK油墨的細度平均值為4μm,永固紅F4R油墨的細度平均值為2μm,永固紅2B油墨的細度平均值為5μm,金光紅C油墨的細度平均值為21μm。 

    結果表明永固紅F4R油墨與立索爾寶紅BK油墨的細度平均值相近,金光紅C油墨的顆粒較堅硬,在配製油墨的過程中,應適當延長研磨時間。 

    4)油墨流動度測定

    參考標準:GB/T14624.3-93,測定在溫度25±1℃,濕度65%±5%的條件下進行。

    實驗結果及分析 

    油墨的流動度測定以橫向測量和縱向測量進行,測量3種油墨的直徑平均值,測量結果是,立索爾寶紅BK為62mm,永固紅F4R為58mm,永固紅2B為62.5mm。 

    實驗結果表明3種油墨的流動度相差不大,永固紅2B油墨和立索爾寶紅BK油墨的流動度幾乎一致,略好於永固紅F4R油墨。 

    5)油墨初乾性測定 

    參考標準:GB/T13217.5-91,檢驗在溫度25±1℃,濕度65%±5%的條件下進行。

    實驗結果及分析 

    3種油墨初干長度平均值為,立索爾寶紅BK為55.5mm,永固紅F4R為41.5mm,永固紅2B為50.5mm。 

    立索爾寶紅BK油墨的初乾性大大優於其他兩種油墨,永固紅F4R的初乾性最差。 

    6)油墨抗黏性檢驗 

    參考標準:GB/T13217.8-91、GB/T13217.1-91,檢驗溫度50±1℃ 

    檢驗結果及分析 

    3種油墨的抗黏連性大小順序依次為永固紅2B(90)>永固紅F4R(40)>立索爾寶紅BK(15)。 

    實驗結果說明,永固紅2B的抗黏連性最好。 

    7)油墨乾燥速度測試 

    油墨的自然乾燥速度是在溫度19℃,濕度68%的條件下測試的。

    測試方法是將銅版紙壓在薄膜墨層上,並馬上揭起,銅版紙上沒有墨跡為油墨乾燥,在實際生產中可根據油墨的乾燥特性調整印刷速度,提高生產率。4種油墨的乾燥速度因承印物的不同而略有不同,其中,金光紅C油墨的乾燥速度相對慢些。

    結論 

    綜合幾種油墨的性能特點,在選擇紅色耐蒸煮油墨時,如果產品需要經過較高的溫度處理(100℃以上),應儘量選用永固紅2B顏料作為着色劑;如果對油墨的初乾性和附着強度的要求較高,而加工溫度在100℃左右,可以考慮用立索爾寶紅BK顏料作為油墨的着色劑;由於永固紅F4R顏料油墨的附着牢度較差,可以在一些對印刷質量和溫度條件要求不太高的包裝印刷上應用(在沒有前兩種顏料的情況下);一般不選用金光紅C顏料作為耐蒸煮油墨的着色劑。 

    另外,配製實驗油墨時要注意,金光紅C油墨較稀,放置一段時間後,會出現嚴重分層現象,因此,配製時可適當降低溶劑比例。金光紅C顏料的顆粒較大,研磨時間應適當加長。永固紅2B油墨非常黏稠,在使用時加入溶劑,狀況會有所改觀;或在配製永固紅2B油墨時,適當增加溶劑的比例。


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