油墨是由色料、連結(jié)料和助劑等按一定的比例經(jīng)混合、研磨等工藝加工制成的。其工藝過程大致如下:
準(zhǔn)備→配料→攪拌→軋墨→檢驗→包裝
1.色料
色料包括顏料和染料。油墨色料主要為顏料,染料只用于特殊場合。
①顏料
顏料在油墨中除了顯色作用外,還使油墨具有遮蓋力。另外,對于油墨的耐光性、耐熱性、耐溶劑性、耐藥品性也有影響。
無機顏料主要有氧化鈦顏料、鉛黃、群青、炭墨等。
有機顏料有許多種類,其性質(zhì)也多種多樣,用途之泛。高級有機顏料,具有很好的耐光性、耐熱性。
顏料的許多性質(zhì),如分散度、著色力、遮蓋力、吸油性、視比容等。對油墨的性能都有直接的影響,下面作些簡單介紹。
顏料的分散度,是指顏料顆粒在連結(jié)料中分散的難易程度,它主要與顏料的顆粒細度有關(guān)。油墨中的顏料顆粒,在印刷時必須完全浸沒在墨膜內(nèi)的連結(jié)料中,顏料顆粒的大小不能超過墨膜的厚度,不然會影響到印品的光澤。顏料的顆料越小,即顏料的分散度越高,油墨的色彩飽和度也就越大。
顏料的著色力,是指某種顏料在與標(biāo)準(zhǔn)白色顏料混合后,對混合顏料顏色的影響能力,凡是與白色物質(zhì)調(diào)合而很容易變淡的顏色,其著色力弱。配制油墨時,應(yīng)選擇著色力強的顏料,用來印刷可以達到用墨量少、干燥快的效果。
顏料的遮蓋力,是指顏料遮蓋底色的能力。油墨是否具有遮蓋能力取決于顏料的折射率與連結(jié)料的折射率之比。當(dāng)這個比值為1時,顏料是透明的;這個比值若大于1,則顏料是不透明的,即具有遮蓋力。顏料的折射率又取決于顏料的分散度以及顏料與連結(jié)料折射率的差值。顏料的分散度越高,上述差值越小,則顏料的透明度越好。不同的印品對顏料的遮蓋力有不同的要求,印鐵油墨要求顏料有較強的遮蓋力,防止底色外露;四色疊印油墨要求顏料有較高的透明度,使疊合在一起的油的達到較好的減色效果。
顏料的吸油性是指顏料吸收油的能力,用吸油量來表示。顏料的吸油量等于將顏料制成漿狀體所需加入的油重量與顏料重量之比。吸油性差的顏料,配制油墨時用量就多,致使油墨的遮蓋力強、穩(wěn)定性差,印刷時容易堆版,也容易被乳化。
顏料還有許多性質(zhì)對于配制油墨也很重要,諸如耐光、耐水、耐酸、耐堿、耐醇等性能,這里不再—一贅述。
a.無機顏料
無機顏料一般為簡單的金屬氧化物和無機鹽,大多是地表面的天然有色物質(zhì),如高嶺土、白堊土、濃黃土、赭石和棕土等,古代絲印用的色料,主要來源于此。但現(xiàn)代絲印油墨,則盡量采用人工合成(即有機)顏料,因它的顆粒尺寸和表面特性易于控制。只有白色的、金屬的和個別有色的(如鉛鉻黃、鐵藍和赭石)無機顏料,因性能和價格上的原因,尚未被有機顏料所替代。
白色顏料。有些無機白色顏料,因顆粒細(0.2~0.35μm)、白度高(反射率為80~96%)、遮蓋力強(折光率為1.84~2.55),故被廣泛用作遮蓋性油墨,如鐵皮、金屬箔及塑料薄膜上的面積底色和暗底上印白等。可用的白色顏料有鈦白、鋅白及鋅鋇白。其中鈦白的遮蓋力最強,分散度大,耐光性、耐熱性及耐堿性都較好,因此應(yīng)用最多。
鋅白的多數(shù)性能次于鈦白,尤其是耐氣候性較差,用它調(diào)配淺色油墨,耐光性差。但其價格低。故可有選擇地應(yīng)用。
鋅鋇白亦名立德粉,為硫酸鋇和硫化鋅的混合物。其白度尚好,價格低廉,但耐光性很差,見光后析出金屬鋅而變暗,絲印中可為色相標(biāo)準(zhǔn)不高的任務(wù)所使用。
鈦白〔TiO2〕是白色的結(jié)晶粉末,是所有白色顏料中最不透明的,常用以配制遮蓋性鈦白、封面燙印箔或封面用油墨。
鋁白〔Al(OH)3〕是純白色的絨毛狀的粉末,可用來制造透明白,在油墨中又可做透明的填充料,改進油墨的印刷適性。
鋇白〔BaSO4〕化學(xué)性質(zhì)不活潑,為白色粉末,價格低廉,一般作為油墨的填充料。
?、萁饘兕伭?。絲印油墨的粒度范圍較廣,因此可用的金屬顏料也較多。
鋁顏料的組分是金屬鋁粉,習(xí)慣上稱銀粉,有粉狀和漿狀兩種。漿狀鋁顏料約含65%的片狀金屬鋁及35%的揮發(fā)性碳氫類溶劑。鋁粉尺寸厚約0.1~0.2μm,直徑約1~200μm。鋁粉的尺寸分級常用標(biāo)準(zhǔn)篩的目數(shù)描述,如100目、200目…800目等,顆粒的大小,關(guān)系到油墨的著色力、遮蓋力、亮度及透明度等。
銅顏料的組成是金屬銅或銅鋅合金,俗稱金粉。銅粉對化學(xué)品的反應(yīng)比較敏感,因此現(xiàn)已生產(chǎn)出一種鋁金粉,即將鋁銀粉經(jīng)氧化處理成金色后的一種產(chǎn)品。這種鋁金粉的比重小,穩(wěn)定性好,制成的油墨能長期存放。
⑤其他無機顏料。除上述介紹的白色顏料、金屬顏料外,無機顏料被用于絲印油墨的尚有一些彩色顏料,如鉻黃、鐵藍及赭石等。
b.有機顏料
有機顏料的品種有上干種,但油墨中實用的只有幾十種。有機顏料鮮艷,著色力強,分散度較高,因而在油墨的配制中用量也較多。用來配制油墨的有機顏料,幾乎都是人工合成的,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其中使用最多的是偶氮顏料和酞青顏料。
?、倥嫉伭?。其分子結(jié)構(gòu)中都含偶氮基團(-N=N-),顏色多為黃、桔黃和紅色,如油墨中常用耐曬黃G、聯(lián)苯胺黃、金光紅、立索爾紅等。
顏料堅牢橙和顏料猩紅H是廉價的耐光顏料;耐曬黃又叫沙黃,是一種極耐光、著色力很強的優(yōu)質(zhì)黃色顏料;金光紅呈鮮艷的金光紅色,用來配制膠印和凸印油墨。聯(lián)苯胺黃是雙偶氮系顏料,分子中含有兩個偶氮其,著色力極強,透明性很好,常用來配制透明的三原色黃墨。
?、萏囝伭?。有酞青銅藍(C32H16N8Cu)、酞菁綠(C32HCl15N2Cu)等,其優(yōu)點是色澤鮮艷,著色力高,化學(xué)穩(wěn)定性好,耐光耐熱,堪稱品質(zhì)優(yōu)異。
上述偶氮顏料和酞青顏料,均不溶于其它有機溶劑,也稱為色原顏料。
色淀顏料。色淀性顏料,是利用化學(xué)方法使有機染料的可溶性基團轉(zhuǎn)換成不溶性的金屬鹽,或者經(jīng)色淀化將它們附著在載體鋁白或鋁鋇白上得到的不溶性顏料。色淀性顏料具有機顏料的許多性質(zhì)。常用的色淀性顏料有酸性染料的二、三價金屬不溶性鹽及某些堿性染料的復(fù)合鹽。金光紅C和洋紅6B是偶氮染料制成的色淀性顏料,色彩飽和鮮艷,透明性好,適于配制耐光性好、耐水性不高的紅油墨。
三苯甲烷藍,又名射光藍,有很強的著色力,常用來制備印鐵油墨或者作為提色劑加入黑墨中制造高級油墨。
用于油墨配制的色淀性顏料還有孔雀藍、堿性玫瑰紅色淀等。
c.炭黑
炭黑是碳氫化合物不完全燃燒或裂化分解而得到的炭素微粒。炭黑的碳晶格中還含有少量的氫、氧等元素。炭墨的等級是由它們的化學(xué)純度(氧的含量)、表面特性、顆粒度、pH值及揮發(fā)性物質(zhì)的含量等因素來決定的。
油墨用的炭黑大體分四類:著色力和黑度高的色素炭黑,用于制作漿狀油墨;溶劑油墨用的一般炭黑;專用炭黑如新聞印刷油墨用的低色素普通爐炭黑,成墨的相對粘度較高,適于疏松紙類的印刷,中結(jié)構(gòu)的電阻油墨用的炭黑及高結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電油墨用的炭黑等;價廉質(zhì)次的填料炭黑,只起填料作用。
d.體質(zhì)顏料
體質(zhì)顏料是指遮蓋力和著色力很低的顏料。它們的折光指數(shù)在1.45~1.70之間,加入油墨中,對油墨的透明度和色彩幾乎無影響,但能提高油墨的體質(zhì)(身骨),如墨膜的厚度。耐磨性等,故稱作質(zhì)顏料。
常用的有碳酸鈣、硫酸鋇、氫氧化鋁、滑石粉、二氧化硅及陶土等。體質(zhì)顏料在絲印中,還被用來調(diào)節(jié)油墨的印刷適性,如加入二氧化硅,可改變油墨的調(diào)度和拉絲現(xiàn)象。
②染料
染料是指能溶于水及溶劑中的色料。染料在織物、標(biāo)牌及塑料絲印中都有一定的應(yīng)用。選用染料時應(yīng)注意有關(guān)特性,如染色機理、著色力、溶解條件、耐光、耐熱、耐酸、耐堿及耐洗滌等性能。
與絲印有關(guān)的染料有以下幾種:
a.酸性染料
其分子中含有磺酸(-SO3H)、羧酸(-COOH)等基團,能與蛋白質(zhì)分子上的氨基化合成鹽類,故適于印染動物性纖維、尼龍、皮革及部分毛、皮等。
b.堿性染料
其分子中含有氨基或取代氨基,能與蛋白質(zhì)分子上的按基化合成鹽類。若要印染植物纖維,則必須使用媒染劑(如單檸酸等)先將纖維處理,方能與此染料形成色淀而著色,也可將媒染劑加入油墨中,進行直接絲印。
c.直接染料
它能直接染著于棉麻絲毛和粘膠纖維。大多是具有磺酸基的偶氮染料,能與蛋白質(zhì)和纖維產(chǎn)生直接的結(jié)合力,常為織物絲印和鋁標(biāo)牌著色用。
d.不溶性偶氮染料
兩個染料中間體在被染物上經(jīng)偶聯(lián)反應(yīng)而生成不溶性偶氮染料,在染色過程中,常用冰降溫至10℃以下,故又稱冰染染料,用于棉制品印花。
e.還原染料
須先還原后染色的染料即為還原染料。它不溶于水,在堿溶液中還原成為隱色體的可溶性鹽,被棉纖維等吸收后再氧化為原來的不溶性染料。用于棉麻及粘膠纖維的印染。
f.活性染料
含有化學(xué)性質(zhì)活潑的基團而能與多種纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的染料即為活性染料,它能與纖維素上的羥基、蛋白質(zhì)上的氨基及尼龍纖維上的聯(lián)胺基等生成共價鍵,故染色牢度較好。
g.分散染料
它在水中溶解很小,須用分散劑使其成懸浮狀態(tài)而進行染色。適用于醋酸纖維、尼龍及滌綸等合成材料的染色,也可作升華轉(zhuǎn)印油墨等用。
2.連結(jié)料和助劑
①連結(jié)料
連結(jié)料是油墨中的流體組成部分。它起連結(jié)作用,使色料、填料等固體物質(zhì)分散在其中,印刷時利于油墨的均勻轉(zhuǎn)移。它的另一個重要作用,是使油墨能在承印物面上干燥、固著并成膜。
連結(jié)料是決定油墨性能的關(guān)鍵因素,不同類型的油墨,常要用不同性質(zhì)的連結(jié)料。連結(jié)料包括油脂、樹脂及溶劑等。
a.油脂
油脂分動物油、植物油及礦物油三大類。以油膜在空氣中的干燥狀況又可分為干性油、半干性油和不干性油。
干性油。其脂肪酸中含有不飽和雙鍵(-CH=CH-),易與氧結(jié)合而固化或高溫活化雙鍵而交聯(lián),常為加熱干燥的絲印油墨所用。
不干性油。多為礦物油,系石油的高沸點餾分。高于320℃的餾分稱機械油,與松香一類廉價樹脂制成的連結(jié)料,制作快干性、滲透干燥型油墨,用以印刷疏松的紙類;250~300℃的餾分為煤油,為快固及熱固型紙張油墨所用。
油型連結(jié)料中都含有微量的游離脂肪酸,它起著表面活性劑的作用,有利于顏料和連結(jié)料的混合。但游離脂肪酸過量又容易使油墨膠化結(jié)塊變質(zhì)。游離脂肪酸的多少用酸值的大小來衡量。酸值是二克植物油皂化脂肪酸所需的氫氧化鉀的毫克數(shù)。
油型連結(jié)料的不飽和程度、雙鍵數(shù)目,用碘值的大小來表示。碘值是1克油所能吸收的碘的毫克數(shù)。碘值越高,所含雙鍵越多,氧化結(jié)膜干燥越快。
油型連結(jié)料有良好的附著力和一定的抗水性,能形成較光澤的墨膜,但固著速度緩慢,干燥時間長。
油型連結(jié)料是將干性植物油加熱至某一溫度,并在此溫度下保溫而制成的。干性植物油是不飽和脂肪酸的甘油脂。干性植物油的脂肪酸有亞麻仁油酸、桐油酸、油酸、亞油酸。
常用的干性植物油如亞麻仁油、桐油等的分子呈均勻分布的三度空間結(jié)構(gòu),含有可以發(fā)生聚合反應(yīng)的共軛雙鍵和在加熱的條件下可以異構(gòu)成共軛雙鍵的基團。平性植物油在加熱時發(fā)生聚合反應(yīng),生成二聚體和三聚體;加熱和保溫時間越長,粘度越大。
連結(jié)料也叫調(diào)墨油。用亞麻仁煉制的調(diào)墨油,就是將精漂過的亞麻仁油加熱到300~310℃,然后在295℃保溫,得到6號油、5號油、4號油、3號油、2號油、1號外油。它們的保溫時間分別是0.5小時、5小時、8.5小時、11小時、13小時、17小時。
b.樹脂
樹脂是有機化合物,具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和大的分子量。從物理性能上看,是一種“固態(tài)液體”,即非結(jié)晶態(tài),只有軟化點而無熔點,能溶解在有機溶劑中,其溶液在溶劑揮發(fā)后即成薄膜。
用于油墨連結(jié)料的樹脂有以下兩類:
天然樹脂:包括松香、蟲膠、生漆等;通過化學(xué)反應(yīng)可以對天然樹脂進行改性,使其更適宜制作連結(jié)料,改性天然樹脂有改性松香等。
合成樹脂:是油墨連結(jié)料中使用最多的樹脂,大致可分為熱可塑性樹脂和熱硬化性樹脂。熱可塑性樹脂是遇熱變軟的樹脂,是使用最廣泛的。主要有塑料樹脂、丙烯樹脂、聚合樹脂、聚酸膠樹脂等。熱硬化性樹脂是困化學(xué)反應(yīng)而硬化的樹脂,有常溫硬化型、加熱硬化型、光硬化型等。主要種類有醇酸樹脂、肢化樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基甲酸樹脂、光硬化型樹脂等。合成樹脂還包括一些半合成樹脂,如纖維素樹脂、環(huán)化橡膠等。
c.溶劑
溶劑的作用是溶解樹脂,制成連結(jié)料。印刷后,通過揮發(fā)逸出墨膜。
溶劑按沸點分類有:
低沸點溶劑 100℃以下;
中沸點溶劑 100~150℃;
高沸點溶劑 150~200℃。
在絲網(wǎng)印刷中,主要使用高沸點溶劑。沸點與蒸發(fā)速率嚴(yán)格講是不一致的。表3-4中的蒸發(fā)速率是把醋酸乙酯做為1,比1數(shù)字大的,蒸發(fā)就快,比1數(shù)字小的就慢。例如,二甲苯(0.7)比環(huán)己酮(0.3)的蒸發(fā)速度要快2~3倍。
溶劑的溶解力(溶劑力),常用溶解性參數(shù)和氫鍵指數(shù)的差值來分析。溶解性參數(shù)是對一個體系(溶劑、樹脂)的溶解性作特性表示的,它是這個體系粘附能密度的平方根。氫鍵指數(shù)即氫鍵強度指數(shù),是用來描述氫鍵強度的。當(dāng)兩者的差值很小或兩值近似時,其溶解性良好,反之則差;差值相當(dāng)大時,則不溶解;介于兩者之間時,則發(fā)生部分溶解或泡脹。這種分析方法,對絲印者正確使用稀釋劑,以及分析油墨與承印面的粘附牢度是很有用處的。
一般情況下,極性較強的體系(如氫鍵生成體系),若兩種物質(zhì)的溶解性參數(shù)相近且氫健屬同一等級強度時,可望相溶;非(或弱)極性體系,只要兩種物質(zhì)的溶解性差小于1.5,即可相溶。從溶劑對樹脂的溶解性能看,溶劑可分為活性溶劑、惰性溶劑及稀釋劑三種。活性溶劑的溶解力最強;惰性溶劑次之;稀釋劑對樹脂則無溶解力,但能與其他兩種溶劑混拼,起到稀釋作用。
就油墨體系而言,除用活性溶劑使樹脂獲得最好的溶解外,考慮到油墨的粘度、揮發(fā)速度、除低成本和改善其他一些特性的需要,尚須加入惰性溶劑及稀釋劑,使配方中溶劑組分配合得當(dāng),求得各種性能的平衡。
②助劑
色料和連結(jié)料通稱為絲印油墨的主劑,但單由色料和連結(jié)料所配制成的油墨,并不能滿足絲印工藝對油墨的多種多樣的要求。所以油墨總少不了這樣那樣的添加劑作為助劑用于改善油墨的性能,調(diào)整印刷油墨的適性。
助劑是為了提高油墨的各種印刷適性而添加的各種輔助劑。主要有消泡劑、稀釋劑、增塑劑、紫外線吸收劑,干燥調(diào)整劑等。
在印刷時通常只加入少量的助劑,便可使印刷適性大為提高。
a.增稠劑
它是能增加油墨體系調(diào)度的物質(zhì)。增調(diào)劑能降低油墨中固體粒子的沉降性,避免稀墨的沉積結(jié)塊:也能改變油墨的流變性,提高印刷適性。
增調(diào)劑有的以吸收溶劑而增稠,如膨潤土能吸收15信的水;有的使油墨體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀化而增稠,如在礦油精中只加入2%的氣相硅即成膠;有的人工合成有機增調(diào)劑(如PTF增稠劑),能使水增調(diào)1500倍,常用于織物印花漿(水性油墨)的增稠。
b.減粘劑
主要起改善油墨的流動性和拉絲性的作用。適量增加減粘劑可提高油墨印刷操作適性,使圖像再現(xiàn)性良好。
但若過量添加,會使油墨的均勻度變差,影響再現(xiàn)性能。
c.干燥劑
它是促使油墨干燥的物質(zhì),又名燥油。對于氧化聚合型油墨,干燥劑的加入,能使具有不飽和雙鍵的物質(zhì)加速結(jié)膜的過程。
此類干燥劑多是金屬氧化物,催干性能與金屬類型有關(guān)。鉆燥油催于最快,且由表及里地干燥;錳燥油催干一般,表里同時干燥;鉛燥油催干最慢,由里及外地干燥。
d.增塑劑
是使墨膜柔軟的助劑,對揮發(fā)干燥型油墨有很好的效果,但添加過量會使樹脂軟化,導(dǎo)致承印物粘連。增塑劑對反應(yīng)型油墨沒有效果。以硝酸纖維為連結(jié)料的絲印油墨中常加入鄰苯二甲酸二丁酯,油基油墨中加蓖麻油,水溶性油墨中加甘油等,都能改善它們在某些承印面上印跡的固著性。在軟塑料絲印中,增塑劑的采用更為普遍。
增塑劑的選用應(yīng)注意與油墨體系的相溶性及耐久性,后者又與其揮發(fā)性、抗遷移性、耐光性、耐熱性及耐寒性等性能有關(guān)。
e.消泡劑
包括硅系和非硅系。前者用途廣泛。硅系消泡劑雖然有較好的效果,但過量使用會導(dǎo)致油墨的粘著不良。
氣泡的消除有兩種方法,一種是通過化學(xué)反應(yīng),如酸和鈣鹽能破壞皂膜;另一種是通過“頂走”成泡劑的辦法。后者的消泡劑,其表面張力應(yīng)小于成泡劑的表面張力,在油墨中很少溶解,表面的鋪展性好,且不足以形成堅固的膜。消泡劑也視油墨性質(zhì)而異,如水性油墨常采用正辛酯、仲辛醇及丙三醇;非水性油墨則采用磷酸三丁酯。聚二甲基硅氧烷(分子量為1200~2700)對兩類油墨都有效,成為油墨中應(yīng)用最廣的消泡劑。消泡劑的用量要嚴(yán)格控制,尤其是桂油類消泡劑,一般為油墨的3%。
f.分散劑
是促進顏料在連結(jié)料中分散的助劑。顏料分激得好,會提高油墨的濃度和鮮明度,使均勻度較好,減少斑點的發(fā)生。
g.均勻劑
均勻劑是改善墨股平滑性的一種助劑。雖然沒有萬能型的均勻劑,不過可根據(jù)油墨不同種類的要求添加不同的均勻劑,起到均勻墨膜的效果。
h.牢固劑
是一種能提高墨膜牢固性、耐磨擦性的助劑,主要使用蠟類。
i.顏色分離防止劑
單一油墨中使用兩種以上的顏料,在混合油墨時為防止顏色分離而添加的助劑。
j.沉淀防止劑
油墨中顏料比重大時,為防止在貯藏過程中顏料沉淀而使用的助劑。
k.抗靜電劑
它是為消除網(wǎng)版上因印刷引起的靜電荷使用的化學(xué)物質(zhì)。此劑多屬于表面活性劑,在印刷過程中加入油墨內(nèi),用量約為油墨量的l~3%。另一種為噴霧劑,印刷中將它噴到網(wǎng)版、油墨、印件及印臺上。
l.防結(jié)網(wǎng)劑
印刷中斷時,為防網(wǎng)版上的油墨干結(jié),將防結(jié)網(wǎng)劑噴于油墨面上,能使揮發(fā)干燥型雙氧化干燥型油墨保持24/小時不干結(jié),但對二液反應(yīng)型油墨無效。
m.偶聯(lián)劑
在印刷油墨較難附著的承印材料,如玻璃上印刷時,在油墨中添加偶聯(lián)劑。由于偶聯(lián)劑的界面作用,可改善油墨的附著性能。
n.紫外線吸收劑
紫外線吸收劑可吸收紫外線,提高油墨的耐氣候性。特別是對在室外使用的耐光性較弱的熒光油墨印刷品,使用時會有很好的效果。
o.消色劑
漿狀的消色劑是用粉末消色劑在連結(jié)料中煉制而成的?! ?
P.稀釋劑
它是用以改善油墨的粘度和流動性的一種液體。使用時還應(yīng)考慮揮發(fā)速度、安全性以及與連結(jié)料混溶性等需要,因此稀釋劑常隨油墨類型和印刷環(huán)境而異。為適應(yīng)不同的氣候及印刷條件,同類稀釋劑常分三種規(guī)格,即標(biāo)準(zhǔn)型、快干型和慢干型。
如PVC-PVAC共聚樹脂油墨,其冬季和夏季用的稀釋劑配方分別為:
環(huán)己酮 20份
二甲苯 40份快于稀釋劑(冬季用)
醋酸丁酯 30份
環(huán)己酮 30份
二甲苯 40份 慢干稀釋劑(夏季用)
乳酸丁酯 30份
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