大豆油基油墨配方对油墨性能的影响

王璐瑶 冉锐敏 何宾宾 何淑蹇陈赛艳 王彩霞 冀俊杰

(四川农业大学食品学院1，雅安 625014)(山东技师学院2，济南 250200)

油墨是由色料、连结料、填料等成分按一定比例混合而成的浆状胶体[1]。不同的成分配比影响着油墨的性能。目前用于胶印的大豆油墨中，含有20%以上的大豆油成分[2]。这些大豆油成分，多以连接料或树脂的形式出现。由于胶印油墨对黏度要求较高，需要搭配高黏度连接料，才可以得到抗飞墨性能较佳的油墨。故在大豆油墨的研究过程中，多偏向于对连接料的研究。有学者采用热聚合反应的方法制备出了符合大豆油墨连接料黏度要求的热聚合改性大豆油[3]。也有学者以大豆油为主要原料制备了大豆油脂肪酸乙酯并应用于印刷油墨中，发现大豆油脂肪酸乙酯具有优异的溶解性能和环保特性等优点[4]。除此之外，大豆油本身黏度较低，有学者利用这一特点，通过对大豆油进行降黏处理，合成大豆油基溶剂，将其用于大豆油墨中，得到了良好的应用效果。如陈斌等[5]采用大豆油衍生物-大豆油甲酯为溶剂制备出了大豆油墨，发现大豆油墨的总体性能与矿物油油墨相当，且黏性、稳定性和光泽方面优于矿物油油墨。不论是油墨中的连接料还是溶剂油，目前的研究均局限于某一项成分的改性，而没有将其全部应用于大豆油中，即没有制备出全豆油基油墨，对油墨的配方研究中也只局限于连接料的改性。如颜国栋[6]采用大豆油改性制备出高黏度的连接料，也研究了其在油墨配方中的占比对油墨性能的影响，但所采用的溶剂非大豆油溶剂。

本研究采用大豆油基树脂和大豆油基溶剂为主要原料，充分利用了同源性树脂和溶剂极强的相容性，添加炭黑颜料制备出全豆油基油墨。考察了溶剂含量、颜料含量对油墨性能的影响，为全豆油基油墨的配方提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆油基树脂、大豆油基溶剂、高纯氮、炭黑颜料。

1.2 仪器与设备

95-1恒温磁力搅拌器，NDJ9S数显旋转黏度计，CR400精密色差仪，Y3002电子天平，DMY-1流动度测定仪，QXD0-25-50-100-150刮板细度计，YT-GM光泽度仪，DZKW-4电子恒温水浴锅。

1.3 制备方法

将大豆油基树脂(自制)和大豆油基溶剂(自制)按一定(质量)比例混合，装入带有回流冷凝装置的反应釜中，在氮气保护下，升温至一定温度，同时机械搅拌5 h，恒温保持一定时间，冷却降温，制得油墨连结料。以树脂不再析出作为反应终点[7]。

将一定比例的连结料、颜料放入特制的调和桶中，搅拌均匀。搅拌速度匀速增加，待油墨调成糊状后取出，用轧墨机轧研以达到油墨要求的细度，制得全豆油基油墨。

1.4 测试方法

按照GB/T 13217.4—2008的方法，采用NDJ-5S/9S/8S数显旋转黏度计于(23±2) ℃、2号转子、12 r/min的转速条件下测试油墨的黏度；按照 GB/T 13217.1—2008 中的方法测试油墨的色密度；按照GB/T 14624.3—2008 中的方法测试油墨的流动度；按照 GB/T 13217.3—2008 中的方法测试油墨的细度；按照GB/T 13217.2—2008 中的方法测试油墨的光泽度。

2 结果与讨论

2.1 油墨成分配比

根据平版胶印油墨的成分配比要求[1]，本研究中的树脂、溶剂及颜料的用量经过调整，豆油基油墨的成分用量及配比见表1。

表1 豆油基油墨的成分用量及配比

2.2 不同成分配比对豆油基油墨黏度及流动度的影响

不同成分配比对豆油基油墨黏度及流动度的影响如图1所示。3号油墨的黏度出现最小值，随着树脂浓度增加，油墨的黏度略微增加。同时3号油墨的流动度达到最大，为32 mm，随着树脂浓度增加，油墨流动度降低并维持稳定。纵观整个黏度与流动度的变化，均维持在一个稳定的范围，黏度波动不超过2.3%；流动度波动不超过12.5%。这是因为大豆油基溶剂——豆油乙酯对大豆油基树脂具有良好的溶解性，可以均匀的稀释和分散树脂，从而降低油墨黏度，提高油墨流动度[8]。由于树脂黏度高于溶剂黏度，故油墨黏度随着树脂含量增加而增加，但树脂在溶剂中良好的分散性使得油墨黏度和流动度均维持在稳定的水平。从1号油墨到5号油墨，颜料的含量逐步降低，且颜料的含量低于溶剂含量。由于油墨的搅拌在高温下完成，颜料粒子在高温下发生布朗运动，由此引发颜料粒子的相互碰撞、团聚，造成体系的黏度增加[9]。同时颜料粒子与连接料之间的氢键作用也随着颜料浓度增加而增强，导致油墨黏度增加[10]。炭黑对油墨的整体性能影响不大，故在油墨的黏度中，颜料含量对黏度和流动度影响均较小。综合考虑，1号油墨的配方更有参考价值。

图1 不同成分配比对豆油基油墨黏度及流动度的影响

2.3 不同成分配比对豆油基油墨光泽度及细度的影响

不同成分配比对豆油基油墨光泽度及细度的影响如图2所示。当溶剂质量分数低于27.27%时，油墨的光泽度随溶剂含量增加而增加，反之光泽度降低。这主要是因为当油墨中的树脂含量增加时，在印刷过程中易形成连续平稳的墨膜，油墨流平性较好导致墨膜表面平滑，而油墨表面的平滑程度往往是影响油墨光泽度的关键因素。墨膜表面平滑度高，光泽度升高。油墨的细度也与油墨的光泽度息息相关。油墨细度大，颗粒粗糙，则印品也粗糙，印品表面容易出现漫反射，导致油墨的光泽度差，图中的研究结果与理论值一致[11，12]。同时由于溶剂含量过高，油墨干燥时渗透干燥所占的比例增加，随着溶剂的渗透，表面平滑性由颜料粒子来决定，而颜料颗粒比溶剂分子大得多，因此使墨膜面的平滑性大大降低，油墨光泽度也降低[2]。当体系中溶剂比例过低时，油墨黏度大，干燥速度过快，流平性变差，此时形成的墨膜表面同样不平滑，油墨光泽度低。同时，由图3可知，当溶剂的含量增加时，油墨的细度先随之增加，当溶剂质量分数超过27.27%时，油墨的细度反而降低。这是因为大豆油基树脂在大豆油基溶剂中溶解性好，且颜料固体颗粒在该体系中溶解、分散均匀，呈现微纳米级别的尺寸分布[13],当溶剂含量增加时，颜料被研磨的机会较少，颗粒度增加。当溶剂含量增加到一定程度时，体系被过度稀释，黏度较低，油墨流动度大，颜料粒子经研磨分散后再凝集所受的阻力较高，不易形成较大的凝聚体[14]，油墨细度降低。由于大豆油是半干性油，油墨的光泽度较低，故全豆油基油墨的研究中，光泽度是重要的考察因素，综合考虑各个因素，1号油墨配方更具实践意义。

图2 不同成分配比对豆油基油墨光泽度及细度的影响

2.4 不同成分配比对豆油基油墨颜色的影响

ISO 2846-1 标准规定了胶印油墨中黄品青黑四色油墨的Lab标准值及容差范围，其中标准黑色油墨L=18.0，a=0.80，b=0.00[15]。本研究中采用此标准黑色油墨作为对照，研究了不同成分配比对大豆油基油墨颜色的影响，结果用色度与色差值表示，不同成分配比对豆油基油墨颜色的影响见表2。

表2 不同成分配比对豆油基油墨颜色的影响

由表2可知，大豆油基油墨的明度随着颜料含量降低而增加，这是因为颜料采用的是炭黑，颜料含量降低时，油墨中黑色成分降低，导致明度升高；同时溶剂含量增加，由于溶剂的透明度较高，故油墨中透明成分增加，油墨的明度升高。整体上油墨的明度波动小，差异不明显，这是因为采用的是炭黑颜料，油墨的颜色在纯黑色系中，彩色成分少，色度不明显。油墨的a值在0.8～0.9 范围波动，整个树脂对油墨的色度几乎没有影响。油墨的b值在2.3到3.0之间，表示油墨呈现细微的黄色。这是因为大豆油基树脂和溶剂均呈现浅黄色透明状，导致油墨出现细微偏黄色。油墨与标准黑墨的色差在7.47～8.43范围内，表明油墨的色度稳定。由以上分析可知，颜料与溶剂的含量对油墨的明度和色度影响均较少。且油墨的色彩接近于标准黑色油墨，树脂和溶剂对油墨色度的干扰可以忽略不计，此类树脂和溶剂符合胶印油墨用树脂及溶剂的要求。综合考虑与标准油墨色差的比较、油墨的明度值等因素，1号油墨具有更好的综合性能。

3 结论

本研究以大豆油基树脂、大豆油基溶剂及颜料为主要原料制备了大豆油基油墨，并研究了油墨配比对油墨黏度、光泽度、流动度、细度等性能的影响。结果表明，在大豆油墨配比为大豆油基树脂30 g，大豆油基溶剂5.29 g，颜料4.0 g，即溶剂质量分数13.46%，颜料质量分数为10.18%时，油墨黏度为963.6 mPa·s，流动度为28 mm，光泽度为10.6%，细度为40 μm，油墨与标准黑色油墨的色差为7.47，所得油墨综合性能最佳，符合胶印油墨的应用标准。该油墨中大豆油原料的质量分数为88.64%，远远超过胶印新闻油墨中大豆油质量分数为50%的要求，符合胶印油墨的环保标准和应用标准。