聚乙烯蜡添加剂对水性柔版表印光油的影响

■ 文/天津东洋油墨有限公司　李欣然

水性油墨简称为水基墨，由水溶性或水分散性高分子树脂液为连接料、有机颜料、无机颜料、各类相关助剂和溶剂水及乙醇组成。水性油墨与溶剂性油墨最主要的区别在于溶剂型油墨的稀释剂以乙酸乙酯、乙酸正丙酯、正丙醇、异丙醇等有机溶剂组成，水性油墨稀释剂以纯净水（30%-50%）和乙醇组成，所以水性油墨在生产加工时有毒性低、不易燃等优点，并且在印刷作业中VOC含量远远低于溶剂型油墨。在国家日益重视环保、强调绿色印刷的今天，水性油墨有着巨大的发展潜力。

一、试验背景

由于水性油墨的发展尚在起步阶段，其各项性能与溶剂油墨相比仍有很大的差距。对于水性柔版表印油墨，客户不仅仅要求良好的印刷适性，还需要与溶剂油墨近似的物理性能。

耐摩擦性是表印油墨的一项重要物理性能。表印油墨多用于卫生产品（纸尿裤、卫生巾等）的软包装，油墨暴露在印刷基材表面，印品制成成品包装在长途运输过程中相互摩擦，如耐摩擦性能达不到客户的要求，则会导致油墨脱落、划伤，影响包装质量，本文通过在配方中添加各类聚乙烯水性蜡浆助剂，以降低墨膜动摩擦因数，从而提高油墨的耐摩擦性能，满足客户对油墨耐摩擦性的要求。

二、耐摩擦性能的定义与检测

（一）耐摩擦性能的定义

耐摩擦性能是指墨层与其他物质表面在一定压力的作用下发生接触并产生相对滑动时，油墨层抵抗磨损，保持印品图案完整不脱落的性能。在油墨印刷领域，耐摩擦性能与墨膜表面粗糙度相关，表面粗糙度又可用摩擦系数表示，表面粗糙度越高，摩擦系数越大。在接触应力一定的条件下，表面粗糙度越低，摩擦系数越小，耐摩擦性能越高。当表面粗糙度小到一定值后，对抗疲劳磨损能力的影响将减小。

（二）耐摩擦性能检测

在温度25℃，40%湿度的条件下，使用弧面耐摩擦仪，荷重1Kg压力，用A4打印纸摩擦油墨印样固定次数后，观察印样表面油墨脱落情况。

三、聚乙烯蜡添加剂介绍

（一）聚乙烯蜡的物理性质

聚乙烯蜡是一种无毒、无味、无腐蚀、白色或略带微黄的固体，相对分子质量为1800-8000。具有杰出的化学稳定性，在室温下抗温性、耐药性和电气性优良，使用规模比较广，可作为氯化聚乙烯的质料、塑料的改性剂，纺织品的涂布剂以及改进原油和燃料油粘性的增加剂。

（二）聚乙烯蜡的作用机理

聚乙烯蜡的制作，通常有高压、低压聚合法;其中高压法的制得的聚乙烯蜡带支链，密度与熔融温度均较低，而低压法则可制得直链的低比重的腊；PE蜡有各种不一样的密度，例如同为低压法制得的非极性PE蜡而言，通常低密度者(低支链、高结晶度)较坚固，有较佳的耐磨损及耐划伤性。

在油墨配方中添加一定量聚乙烯蜡浆，蜡在油墨的成膜过程中漂移至涂膜表面均匀的分散开来，使得油墨涂膜最上部有一层蜡，借此保护涂膜，防止刮伤、擦伤并提供耐磨损性从而提高印品的物理强度。

四、实验过程

（一）试验方法

本实验选用4种不同硬度、不同粒径的聚乙烯蜡浆，在配方中添加量递增，寻找使油墨耐摩擦性改善且其他性能变化不大的最佳种类及最佳添加量。聚乙烯蜡浆添加剂物理性质见表1。

表1　聚乙烯蜡浆添加剂物理性质

（二）试验数据

分别使用4种聚乙烯蜡浆在配方中递增添加，从2%到8%，以2%的量依次递增，但由于蜡浆的添加会对光油的光泽度产生不良影响，故在检测耐摩擦性能及摩擦系数的同时，需兼顾光泽度的变化（本实验光油光泽度最低要求≥60），蜡浆的添加亦并非愈多愈好。实验过程见表2-表5，其中耐摩擦性能从优到劣以5～1表示，光泽度使用光泽度仪检测，摩擦系数使用摩擦系数测定仪测定。

表2　聚乙烯蜡浆A添加量及物理性能检测

表3　聚乙烯蜡浆B添加量及物理性能检测

表4　聚乙烯蜡浆C添加量及物理性能检测

表5　聚乙烯蜡浆D添加量及物理性能检测

（三）试验结论

将试验所得的光泽度、摩擦系数与耐摩擦性能的数据整理到图表中可得信息，如图1所示。

图1　聚乙烯蜡浆的添加量与光泽度的关系

根据图1可知，蜡浆的粒径愈大，光泽度随蜡浆添加量的增加降低愈快，其中蜡浆A、B加到4%时，光油的光泽度仍可达到60的基本要求，蜡浆C、D由于粒径的增大，最大添加量只能在2%。

图2　聚乙烯蜡浆的添加量与摩擦系数的关系

图3　聚乙烯蜡浆的添加量与油墨耐摩擦性能的关系

根据图2、图3可知，蜡浆的硬度与粒径愈小，降低摩擦系数的效果愈强，但对于耐摩擦性能的提升并不明显，蜡浆的硬度与粒径愈大，降低摩擦系数的能力有所减弱，但可以明显改善耐摩擦性能。其中蜡浆A、C需添加至6%才有明显效果，而蜡浆B添加2%即可改善耐摩擦性。

综合图1与图2、3可得出如下结论：

1）聚乙烯蜡浆的硬度与粒径愈大，光油的耐摩擦性能愈好，但对于降低油墨表面摩擦系数的能力较差；相反，蜡浆的硬度与粒径愈小，对于耐摩擦性能提升不明显，但可以有效降低墨膜的摩擦系数，让油墨表面更加光滑；

2）油墨的粒径愈大，对于光油的光泽度的不良影响愈严重，配方中最大添加量愈低，耐摩擦性能的改善愈难以体现。

本文讨论了不同物理性质的聚乙烯蜡浆在光油配方中添加不同比例对光油耐摩擦性能的影响以及其他物理性质的改变。旨在说明蜡浆物理性质的差异可致使油墨改良方向的不同，以及油墨性能的此消彼长。油墨的在今后的试验过程中，要根据客户不同的改良要求，选取物理性质适合的蜡浆，并斟酌在配方中最佳的添加比例，在达到客户改良要求的同时，兼顾油墨其他性能指标，综合考虑油墨整体的稳定性，从而为客户提供满意的产品。