水性油中颜料的分散性能及对油墨印刷适性的影响分析

朱雁兵

摘要：在印刷过程中，油墨需要经过几轮的转移和传递才能最终附着在印制品上，因此对油墨的附着性就提出了很高的要求，这在一定程度上决定着印刷质量。油墨的印刷适性不同，会产生质量迥异的情况。选择与印品质量相称的油墨，能有效提高生产效率，降低成本，避免产生浪费。水性油墨具有一种安全、环保、卫生、节能的特点，由于其具有水的成分，因此相比于普通油墨在颜料分散状态上具有很大差别。文章对水性油墨的成分和性能、水性油墨中颜料的分散性能、颜料分散性能对油墨印刷适性的影响等方面进行了分析和探讨，对提升油墨分散及其稳定性的方法展开了论述。文章认为，水性油墨中颜料的分散性能受到多种因素制约和影响，尤其是油墨的粘度和粒径对油墨质量有着很大影响，在提升油墨分散性及稳定性的时候，采用颜料表面改性的方式，通过适当添加表面活性剂达到稳定和分散效果。另外，在油墨制作和使用过程中还要考虑到环境保护实际情况，

关键词：水性油墨;颜料分散性;印刷适性;影响

中图分类号：TQ622

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）07-0039-04

随着经济的不断发展，人们对印刷物的质量也提高了要求，印刷业也在稳定快速的发展。但是，这也带来了很大了环境污染问题，印刷过程中的溶剂型油墨对生态环境的危害尤其严重[1]。如何在保证印刷质量的同时，又能做到环保、生态呢。在这个背景下，自上世纪70年代起，欧洲等发达国家都陆续通过保护环境、限制污染物排放的政策。水性油墨正是顺应这一潮流，才得到开发和利用的。因为其生态、环保的特性，并且还能节约资源，越来越得到人们的重视和利用[2]。

近年来，随着与世界各国联系越来越密切，在油墨生产方面也学习到很多世界上先进的技术叫。因此，我国油墨的产量和种类也呈现增长的趋势，且油墨的质量和性能也达到了一定的层次。随着计算机技术在印刷行业的应用，数字印刷的发展前景呈现出良好的上升趋势。数字印刷中的喷墨打印技术也得到了飞速的发展，喷墨印刷以超高的性价比得到了人们的认可和接受。喷墨印刷中使用的水性油墨也是适應了“生态、环保”的时代要求，成为主流耗材。

然而，水性油墨因其溶剂主要成分是水，容易产生渗透和挥发等问题，容易影响到印品的质量，因此其生产和制作工艺还有发展和完善的空间。油墨中颜料的分散和分散稳定性在一定程度上决定着印刷品的质量，作为水性油墨色料的主要来源，它的性能对水性油墨的流变及光学有着重要的影响"。油墨生产的一个重要前提就是保证良好而稳定的分散性。目前，我国水性幽默的生产技术已经达到了世界性的水平，其质量和印刷适性等方面都比较成熟，能够满足各种印刷的需要。

1水性油墨的成分与性能

1.1水性油墨的成分

水性油墨是一种均匀的混合物，里面有水的添加，因此又被称为水墨”。水作为水性油墨的一种溶剂，在进行油墨印制的时候，水分就会随着空气挥发掉，就避免了水会浸润到承印物上。

水性油墨是由主剂和助剂2个大的部分构成间。主剂中又包含了连接料和着色剂。连接料是起到呈现色彩的作用，是油墨转移性能体现的必然物。着色剂，顾名思义就是用来上色的材料，分为颜料和染料。助剂是帮助主剂进行着色和上色的成分，是水墨中不能缺少的重要组成部分。

水性油墨中最为主要的成分就是水性高分子树脂，它在水墨中起到了连结料的作用，帮助颜料均匀分散，让油墨能自由流动，帮助颜料均匀上色。水墨中的颜料主要是通过光的反射、折射、吸收等作用，呈现出自身的色彩，不同的颜料其物理和化学性质是不一样的，因此在制墨的过程中，采用多种染料会导致色浆难以均匀搅拌，导致分散不均匀，这样就会发生颜料沉淀和色料分离的现象。因此，水墨的制作应该尽量减少颜料的种类，防止出现上述问题。水性油墨的印刷适性受到很多外在环境和条件的影响，因此在使用的时候，就需要添加一些助剂来改善印刷效果。助剂的种类和使用方法有很多，添加助剂的目的是为了改善水墨的性能。

1.1.1连接料

连接料是着色剂的载体，绝大多数油墨的连接料成分是树脂，这是一种有机高分子化合物，具有固态和液态两种状态。油墨的干燥主要就是通过溶剂的蒸发实现的，树脂在其中会产生浓度和粘度的变化[7]。在实际的油墨制作过程中，如果要选用树脂类，那么就要结合印刷品的使用目的和承印物的特性，及其环境保护方面来考虑了。选择树脂作为连接料制作油墨比选用植物油配置出的油墨，其成膜速度会更快，硬度和光泽度更高，并且也更加耐磨。

选用树脂作为油墨的连接料具有多方面的好处。首先，树脂本身就具有一定的粘度，用其配置出的油墨就会在转移方面有更好的表现。其次，用树脂制作出的油墨在千燥性能方面要比选用植物油配置的油墨要好。最后，在吸附力方面，一些树脂能与承印材料表面形成更好的吸附效果，这就使得印制质量有了很好的提升[8]。

1.1.2着色剂

在油墨的制作过程中，要综合考虑着色剂的各项性能，这也是为了保证油墨的性能。在油墨配置的过程中，对颜料提出了很高的要求：一方面色调及其饱和度要达到一定的水平，另一方面要保证颜料能与连接料均匀且充分的融合。染料的作用是为了使纤维类染料上色，染料要在纤维上附着需要很强的牢固度，因此这就对染料的牢固度提出了很高的要求，即不能出现脱色、掉色的现象。目前，染料的应用领域还是很广的，比如皮革、服装、食品、纸张等。

1.1.3助剂

助剂在油墨的制作和印制过程中都发挥着重要作用，能改善油墨的一些性能。助剂的使用范畴和种类都是很广泛的，每一种油墨都有着之相匹配的一种助剂。助剂在油墨中使用量是极小，但是其发挥的作用却是很大的"。下面对3种常用的助剂进行简要介绍。第1种是分散剂，分散剂主要是作用与粒子间隙中，其可以充分浸润固体粒子，进而让粒子表面携带上电荷，提高粒子的表面性能，让粒子在电荷的作用下保持更好的稳定性。为了保证油墨能有良好的分散性，就需要加入足够量的分散剂。第2种是流平剂。它的使用是为了消除和减少油墨成形后的表面缺陷，保证承印物的表面平滑、有光泽。流平剂能很好地消除承印物表面的凹凸变化，还能改善其润湿性，从而增加印品的印刷效果。第3种是消泡剂。顾名思义，就是防止在进行水性油墨的印刷时，能有效改善气泡现象。这是因为，水溶剂在作用时会产生很多的泡，这种气泡现象会影响油墨中颜料的分散性，也会大大影响印刷过程中的印刷干燥和颜色呈现，产生严重的印刷质量问题，从而造成纸张浪费。因此，在其中添加适量的消泡剂能很好地改善水性油墨在制作和印刷过程中的气泡现象。

1.2水性油墨性能变化

1.2.1粘度性能

粘度是指流体中的分子之间由于互相作用而导致运动能力降低或者减缓的一种量度[10]。在油墨中，粘度是衡量其性能的一个重要参考指标。粘度过高或者过低都会影响其使用性能。当粘度过低时，油墨喷出时就容易破碎;当粘度过高时，则会导致油墨喷出时产生断裂而拉丝。另外，油墨的粘度还影响了其喷射的速度，粘度过低则会导致油墨直接从喷嘴里滴出来，而油墨过高就会降低油墨的喷射速度。

水性油墨中颜料的分散性能影响因素

2.1颜料的类型

颜料分为有机颜料和无机颜料。颜料在油墨中承担着色的功能。无机颜料的着色能力较差，并且色谱也不是很齐全;有机颜料的色谱比较广泛，并且颜色也能达到印刷质量的要求。但是其分散性有待提高叫。因此，要是使用有机颜料进行染色的话，就需要对颜料的特性进行调整，使其与水有更好的匹配性，进行改善其稳定性。一般情况下都是对颜料进行改性或者添加表面活性剂等来提升颜料的分散性能。企业也是往水性油墨中添加活性剂来进行表面处理，进行改善其分散性和稳定性。

2.2颜料粒径的大小

颜料粒径的大小对颜料的分散性能有着很大的影响。很多实验表明，粒径较小的颜料能实现更好的分散效果[13]。但是，当颜料被磨得过于小小，就会造成相反的结果。有专家学者在对颜料对油墨的应用性能影响效果的实验中发现，分散时间和搅拌速度可以改善粒径的大小和分布。另外，通过提升颜料的极性可以实现更好的分散效果。有其他的实验还发现，研磨珠的大小对油墨的粒径有着重要的影响，研磨珠越小，得到的粒径就越小。

2.3颜料的表面结构

颜料要想被均匀的分散，首先就要将其表面结构进行润湿，然后进行粉碎和稳定。良好的润湿是成功分散的必要前提。颜料固体表面的润湿程度是通过接触角的大小来进行衡量的。当固体表面的接触角为0°时，固体就处于被水完全浸湿的状态叫;当处于0°～90时，固体表面就具有良好的亲水性了，能相对较好的被水润湿;当接触角处于90°～180时，固体表面的处于疏水状态，不易被水润湿;当接触角为180时，正好就处于远离水面的状态[15]。

颜料分散性能对油墨印刷适性的影响分析3.1粘度

粘度是指流体分子之间与阻碍分子之间的相对运动能力的衡量标准，其最大的特征表现在流体内部阻力分子的强弱响。油墨的粘度决定了印刷的质量，其中油墨的流动性是其衡量的最重要标准，也是水墨应用肿最主要的控制指标。

影响粘度的因素主要有2个。一是温度。温度与粘度之间呈负相关关系，即温度越高，水墨的粘度就会越低;反之也是如此。二是PH值。水墨PH值不会直接导致水墨粘度的变化，但是它会间接影响连接料的粘度，而连接料的粘度也就直接决定了水墨的粘度。所以，PH值对水墨的粘度及其穩定性也有着很大的关系

3.2颜料的分散状态

颜料的分散状态时由颜料与连接料之间的电荷反映决定的，当这两者之间产生电荷作用时，就会使带电荷的颜料粒子处于分散和稳定悬浮的状态。颜料的分散状态对印刷质量有着重大的影响，主要表现为以下4点。①稳定性方面。水性油墨中的颜料比普通的油墨稳定性要差，因此在实际的印刷工作中，需要加胶来提高颜料的稳定性，在操作过程中也要控住好印刷速度和压力。②颜色的呈现。水性油墨相比于普通的油墨耐干燥，但是在凹版纸的暗调部位印刷时，需要油墨充分浸润后才能印刷，这样一来就会产生毛刺的情况，严重影响了画面的光泽感。③水性油墨的粘度与抗水性。水性油墨的粘度较小，稳定性和抗水性较差，因此需要用氨和胺类进行处理，保证水性油墨的粘度及其稳定性。④千燥性与附着性。水性油墨中水的挥发速度比溶剂要差，所以在印刷物表面较难附着和干燥，因此需要采用加热的方式对油墨的温度进行调节，这样才能保证其千燥速度与附着的质量。

3.3细度

油墨的细度与颜料的性质息息相关。油墨的细度是受多种因素影响的，首先是与所使用的材料有着很大的关系，其次就是与制作工艺有关，因为制作过程中研磨的次数越多，颜料就会越细，接触效果也就越明显。但是，颜料的细度并不是越细越好，因为颜料过细就会影响到颜色的鲜艳度。所以，颜料颗粒的大小与颜料的颗粒分布最好是能均匀的铺放。油墨中颜料的细度也要控制在一定的范围内，最好是结合种类、承印物的质量及其他因素，综合考虑哪种细度最为合适。如果油墨的细度过于细，也会适得其反。

提升颜料分散及其稳定性的有效方法

4.1颜料表面的改性处理

为了让颜料粒子在水中有着良好的润湿和分散性能，就需要对颜料粒子表面进行改性处理。在颜料表面进行表面处理剂的包裹，继而改变颜料的极性，从而实现更好的分散效果。

这里简要介绍几种颜料表面改性处理的方法。①表面活性剂处理;②进行研磨或者有机溶剂的处理;③高分子化合物处理。这些改性的方法，只有一个目的就是为了该此案颜料的极性，促进油墨分散的稳定性和良好的印刷适性。除此之外，通过对颜料表面的改性处理还是开发新颜料剂型的重要手段。

4.2控制油墨的粘度与粒径

为了防止颜料发生沉降和分层的情况，可以采用增加油墨粘度的方法。有很多研究表明，油墨的粘度和分散稳定性有着很大的关系，因此在一定程度上提升油墨中分散物质的粘度，能很好地控制颜料粒子的沉降和分层。如果粘度还不能够，就可以添加增稠剂来实现增粘的效果，但是考虑到油墨流动性的问题，也不宜过于浓稠。

另外，对颜料的粒径大小也应控制在适度的范围之内，这就需要结合具体的印刷情况而定。如果是喷墨印刷，颜料的最大粒径最好不要超过500nm，这样防止堵塞喷墨头。对于其他的印刷方式，可以适当放宽粒径。

结语

颜料在水性介质中是一个分散的动态作用过程，颜料的分散性对油墨的各项性能有着重要的影响。例如，油墨的着色度、透明度、光泽度、平滑度和流变性等。为了让颜料在水性油墨中呈现最好的分散性和分散稳定性，就需要选择粒径较小的颜料，还要对油墨的粘度进行合理的控制。另外，还要做好颜料表面的改性，可以通过使用表面活性剂或者分散剂实现。随着颜料表面结构逐渐被深人的研究和了解，很多与其相关的技术正在被开发出来。总之，水性油墨的每项性能都是影响印刷质量的关键因素，其粘度、触变生、附着性等都共同决定了最后的印刷品质量。在实际的生产过程中，要通过调整水墨的各项参数来达到印刷需求，进而生产出合格的印刷品。

参考文献

[1]陈春霞，余裕娟，赵俭，等.环保型水性油墨柔版印刷墨色呈色效果分析J].造纸科学与技术，2018，37（06）：70-77.

[2]何丽.水性油墨的现状以及发展分析[J]纸和造纸，2017，36（5）：47.

[3]黄蓓青，张复忠，闫继芳，等.纯水型凹印油墨生产技术[J].包装工程，2017，38（01）：55-61.

[4]李慧霞，张庆，区焯元.凹版印刷热升华水性墨的应用[J].印染，2018，44（01）：28-30+34.

[5]刘林，王凯丽，谭海湖，等.中国绿色包装材料研究与应用现状[J].包装工程，2016，37（5）：24-30.

[6]马金涛.凹版印刷在我国的发展与应用[].中国印刷，2016（2）：61-63.

[7]牛倩倩.水性凹印油墨及其性能研究[J].今日印刷，2018（02）：72-76.

[8]盘茂森，谢志昆，葛雅莉，等水性油墨连结料对PVC印刷耐光色牢度的影响[J].工程塑料应用，2018，46（08）：93-97+109.

[9]秦凤.水性油墨用丙烯酸乳液的合成及其稳定性能的研究[D].北京：北京化工大学，2015.

[10]沈建勇.浅析凹印水性油墨在烟包印制中的应用[J].上海包装，2018（10）：13-15.

[11]孙志勇，张平平，刘晓丽.水性油墨和EB油墨的应用现状与发展[J].印刷技术，2018（10）：102-104.

[12]王岩.2017年我国浆纸市场分析（续）（I）纸浆市场[J].造纸信息，2018（11）：20-25.

[13]杨宇.纸基纳米银喷墨导电油墨的制备及其性能研究[D].广州：华南理工大学，2015.

[14]姚瑞玲.四种环保油墨的应用现状[J].广东印刷，2017（5）：51.

[15]叶楠.溶剂蒸气浓度对溶剂残留影响的探讨[J].中国包装，2016，36（10）：54-57.

[16]俞宪和，胡亚琴，胡小萍.水性聚氨酯油墨引领食品包装印刷环保新潮流[J].化工管理，2016（32）：296-297+299.