聚乙烯蠟添加劑對水性柔版表印光油的影響

■ 文/天津東洋油墨有限公司　李欣然

水性油墨簡稱為水基墨，由水溶性或水分散性高分子樹脂液為連接料、有機顏料、無機顏料、各類相關助劑和溶劑水及乙醇組成。水性油墨與溶劑性油墨最主要的區別在于溶劑型油墨的稀釋劑以乙酸乙酯、乙酸正丙酯、正丙醇、異丙醇等有機溶劑組成，水性油墨稀釋劑以純凈水（30%-50%）和乙醇組成，所以水性油墨在生產加工時有毒性低、不易燃等優點，并且在印刷作業中VOC含量遠遠低于溶劑型油墨。在國家日益重視環保、強調綠色印刷的今天，水性油墨有著巨大的發展潛力。

一、試驗背景

由于水性油墨的發展尚在起步階段，其各項性能與溶劑油墨相比仍有很大的差距。對于水性柔版表印油墨，客戶不僅僅要求良好的印刷適性，還需要與溶劑油墨近似的物理性能。

耐摩擦性是表印油墨的一項重要物理性能。表印油墨多用于衛生產品（紙尿褲、衛生巾等）的軟包裝，油墨暴露在印刷基材表面，印品制成成品包裝在長途運輸過程中相互摩擦，如耐摩擦性能達不到客戶的要求，則會導致油墨脫落、劃傷，影響包裝質量，本文通過在配方中添加各類聚乙烯水性蠟漿助劑，以降低墨膜動摩擦因數，從而提高油墨的耐摩擦性能，滿足客戶對油墨耐摩擦性的要求。

二、耐摩擦性能的定義與檢測

（一）耐摩擦性能的定義

耐摩擦性能是指墨層與其他物質表面在一定壓力的作用下發生接觸并產生相對滑動時，油墨層抵抗磨損，保持印品圖案完整不脫落的性能。在油墨印刷領域，耐摩擦性能與墨膜表面粗糙度相關，表面粗糙度又可用摩擦系數表示，表面粗糙度越高，摩擦系數越大。在接觸應力一定的條件下，表面粗糙度越低，摩擦系數越小，耐摩擦性能越高。當表面粗糙度小到一定值后，對抗疲勞磨損能力的影響將減小。

（二）耐摩擦性能檢測

在溫度25℃，40%濕度的條件下，使用弧面耐摩擦儀，荷重1Kg壓力，用A4打印紙摩擦油墨印樣固定次數后，觀察印樣表面油墨脫落情況。

三、聚乙烯蠟添加劑介紹

（一）聚乙烯蠟的物理性質

聚乙烯蠟是一種無毒、無味、無腐蝕、白色或略帶微黃的固體，相對分子質量為1800-8000。具有杰出的化學穩定性，在室溫下抗溫性、耐藥性和電氣性優良，使用規模比較廣，可作為氯化聚乙烯的質料、塑料的改性劑，紡織品的涂布劑以及改進原油和燃料油粘性的增加劑。

（二）聚乙烯蠟的作用機理

聚乙烯蠟的制作，通常有高壓、低壓聚合法;其中高壓法的制得的聚乙烯蠟帶支鏈，密度與熔融溫度均較低，而低壓法則可制得直鏈的低比重的臘；PE蠟有各種不一樣的密度，例如同為低壓法制得的非極性PE蠟而言，通常低密度者(低支鏈、高結晶度)較堅固，有較佳的耐磨損及耐劃傷性。

在油墨配方中添加一定量聚乙烯蠟漿，蠟在油墨的成膜過程中漂移至涂膜表面均勻的分散開來，使得油墨涂膜最上部有一層蠟，借此保護涂膜，防止刮傷、擦傷并提供耐磨損性從而提高印品的物理強度。

四、實驗過程

（一）試驗方法

本實驗選用4種不同硬度、不同粒徑的聚乙烯蠟漿，在配方中添加量遞增，尋找使油墨耐摩擦性改善且其他性能變化不大的最佳種類及最佳添加量。聚乙烯蠟漿添加劑物理性質見表1。

表1　聚乙烯蠟漿添加劑物理性質

（二）試驗數據

分別使用4種聚乙烯蠟漿在配方中遞增添加，從2%到8%，以2%的量依次遞增，但由于蠟漿的添加會對光油的光澤度產生不良影響，故在檢測耐摩擦性能及摩擦系數的同時，需兼顧光澤度的變化（本實驗光油光澤度最低要求≥60），蠟漿的添加亦并非愈多愈好。實驗過程見表2-表5，其中耐摩擦性能從優到劣以5～1表示，光澤度使用光澤度儀檢測，摩擦系數使用摩擦系數測定儀測定。

表2　聚乙烯蠟漿A添加量及物理性能檢測

表3　聚乙烯蠟漿B添加量及物理性能檢測

表4　聚乙烯蠟漿C添加量及物理性能檢測

表5　聚乙烯蠟漿D添加量及物理性能檢測

（三）試驗結論

將試驗所得的光澤度、摩擦系數與耐摩擦性能的數據整理到圖表中可得信息，如圖1所示。

圖1　聚乙烯蠟漿的添加量與光澤度的關系

根據圖1可知，蠟漿的粒徑愈大，光澤度隨蠟漿添加量的增加降低愈快，其中蠟漿A、B加到4%時，光油的光澤度仍可達到60的基本要求，蠟漿C、D由于粒徑的增大，最大添加量只能在2%。

圖2　聚乙烯蠟漿的添加量與摩擦系數的關系

圖3　聚乙烯蠟漿的添加量與油墨耐摩擦性能的關系

根據圖2、圖3可知，蠟漿的硬度與粒徑愈小，降低摩擦系數的效果愈強，但對于耐摩擦性能的提升并不明顯，蠟漿的硬度與粒徑愈大，降低摩擦系數的能力有所減弱，但可以明顯改善耐摩擦性能。其中蠟漿A、C需添加至6%才有明顯效果，而蠟漿B添加2%即可改善耐摩擦性。

綜合圖1與圖2、3可得出如下結論：

1）聚乙烯蠟漿的硬度與粒徑愈大，光油的耐摩擦性能愈好，但對于降低油墨表面摩擦系數的能力較差；相反，蠟漿的硬度與粒徑愈小，對于耐摩擦性能提升不明顯，但可以有效降低墨膜的摩擦系數，讓油墨表面更加光滑；

2）油墨的粒徑愈大，對于光油的光澤度的不良影響愈嚴重，配方中最大添加量愈低，耐摩擦性能的改善愈難以體現。

本文討論了不同物理性質的聚乙烯蠟漿在光油配方中添加不同比例對光油耐摩擦性能的影響以及其他物理性質的改變。旨在說明蠟漿物理性質的差異可致使油墨改良方向的不同，以及油墨性能的此消彼長。油墨的在今后的試驗過程中，要根據客戶不同的改良要求，選取物理性質適合的蠟漿，并斟酌在配方中最佳的添加比例，在達到客戶改良要求的同時，兼顧油墨其他性能指標，綜合考慮油墨整體的穩定性，從而為客戶提供滿意的產品。