大豆油基油墨配方對油墨性能的影響

王璐瑤 冉銳敏 何賓賓 何淑蹇陳賽艷 王彩霞 冀俊杰

(四川農業大學食品學院1，雅安 625014)(山東技師學院2，濟南 250200)

油墨是由色料、連結料、填料等成分按一定比例混合而成的漿狀膠體[1]。不同的成分配比影響著油墨的性能。目前用于膠印的大豆油墨中，含有20%以上的大豆油成分[2]。這些大豆油成分，多以連接料或樹脂的形式出現。由于膠印油墨對黏度要求較高，需要搭配高黏度連接料，才可以得到抗飛墨性能較佳的油墨。故在大豆油墨的研究過程中，多偏向于對連接料的研究。有學者采用熱聚合反應的方法制備出了符合大豆油墨連接料黏度要求的熱聚合改性大豆油[3]。也有學者以大豆油為主要原料制備了大豆油脂肪酸乙酯并應用于印刷油墨中，發現大豆油脂肪酸乙酯具有優異的溶解性能和環保特性等優點[4]。除此之外，大豆油本身黏度較低，有學者利用這一特點，通過對大豆油進行降黏處理，合成大豆油基溶劑，將其用于大豆油墨中，得到了良好的應用效果。如陳斌等[5]采用大豆油衍生物-大豆油甲酯為溶劑制備出了大豆油墨，發現大豆油墨的總體性能與礦物油油墨相當，且黏性、穩定性和光澤方面優于礦物油油墨。不論是油墨中的連接料還是溶劑油，目前的研究均局限于某一項成分的改性，而沒有將其全部應用于大豆油中，即沒有制備出全豆油基油墨，對油墨的配方研究中也只局限于連接料的改性。如顏國棟[6]采用大豆油改性制備出高黏度的連接料，也研究了其在油墨配方中的占比對油墨性能的影響，但所采用的溶劑非大豆油溶劑。

本研究采用大豆油基樹脂和大豆油基溶劑為主要原料，充分利用了同源性樹脂和溶劑極強的相容性，添加炭黑顏料制備出全豆油基油墨。考察了溶劑含量、顏料含量對油墨性能的影響，為全豆油基油墨的配方提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆油基樹脂、大豆油基溶劑、高純氮、炭黑顏料。

1.2 儀器與設備

95-1恒溫磁力攪拌器，NDJ9S數顯旋轉黏度計，CR400精密色差儀，Y3002電子天平，DMY-1流動度測定儀，QXD0-25-50-100-150刮板細度計，YT-GM光澤度儀，DZKW-4電子恒溫水浴鍋。

1.3 制備方法

將大豆油基樹脂(自制)和大豆油基溶劑(自制)按一定(質量)比例混合，裝入帶有回流冷凝裝置的反應釜中，在氮氣保護下，升溫至一定溫度，同時機械攪拌5 h，恒溫保持一定時間，冷卻降溫，制得油墨連結料。以樹脂不再析出作為反應終點[7]。

將一定比例的連結料、顏料放入特制的調和桶中，攪拌均勻。攪拌速度勻速增加，待油墨調成糊狀后取出，用軋墨機軋研以達到油墨要求的細度，制得全豆油基油墨。

1.4 測試方法

按照GB/T 13217.4—2008的方法，采用NDJ-5S/9S/8S數顯旋轉黏度計于(23±2) ℃、2號轉子、12 r/min的轉速條件下測試油墨的黏度；按照 GB/T 13217.1—2008 中的方法測試油墨的色密度；按照GB/T 14624.3—2008 中的方法測試油墨的流動度；按照 GB/T 13217.3—2008 中的方法測試油墨的細度；按照GB/T 13217.2—2008 中的方法測試油墨的光澤度。

2 結果與討論

2.1 油墨成分配比

根據平版膠印油墨的成分配比要求[1]，本研究中的樹脂、溶劑及顏料的用量經過調整，豆油基油墨的成分用量及配比見表1。

表1 豆油基油墨的成分用量及配比

2.2 不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響

不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響如圖1所示。3號油墨的黏度出現最小值，隨著樹脂濃度增加，油墨的黏度略微增加。同時3號油墨的流動度達到最大，為32 mm，隨著樹脂濃度增加，油墨流動度降低并維持穩定。縱觀整個黏度與流動度的變化，均維持在一個穩定的范圍，黏度波動不超過2.3%；流動度波動不超過12.5%。這是因為大豆油基溶劑——豆油乙酯對大豆油基樹脂具有良好的溶解性，可以均勻的稀釋和分散樹脂，從而降低油墨黏度，提高油墨流動度[8]。由于樹脂黏度高于溶劑黏度，故油墨黏度隨著樹脂含量增加而增加，但樹脂在溶劑中良好的分散性使得油墨黏度和流動度均維持在穩定的水平。從1號油墨到5號油墨，顏料的含量逐步降低，且顏料的含量低于溶劑含量。由于油墨的攪拌在高溫下完成，顏料粒子在高溫下發生布朗運動，由此引發顏料粒子的相互碰撞、團聚，造成體系的黏度增加[9]。同時顏料粒子與連接料之間的氫鍵作用也隨著顏料濃度增加而增強，導致油墨黏度增加[10]。炭黑對油墨的整體性能影響不大，故在油墨的黏度中，顏料含量對黏度和流動度影響均較小。綜合考慮，1號油墨的配方更有參考價值。

圖1 不同成分配比對豆油基油墨黏度及流動度的影響

2.3 不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細度的影響

不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細度的影響如圖2所示。當溶劑質量分數低于27.27%時，油墨的光澤度隨溶劑含量增加而增加，反之光澤度降低。這主要是因為當油墨中的樹脂含量增加時，在印刷過程中易形成連續平穩的墨膜，油墨流平性較好導致墨膜表面平滑，而油墨表面的平滑程度往往是影響油墨光澤度的關鍵因素。墨膜表面平滑度高，光澤度升高。油墨的細度也與油墨的光澤度息息相關。油墨細度大，顆粒粗糙，則印品也粗糙，印品表面容易出現漫反射，導致油墨的光澤度差，圖中的研究結果與理論值一致[11，12]。同時由于溶劑含量過高，油墨干燥時滲透干燥所占的比例增加，隨著溶劑的滲透，表面平滑性由顏料粒子來決定，而顏料顆粒比溶劑分子大得多，因此使墨膜面的平滑性大大降低，油墨光澤度也降低[2]。當體系中溶劑比例過低時，油墨黏度大，干燥速度過快，流平性變差，此時形成的墨膜表面同樣不平滑，油墨光澤度低。同時，由圖3可知，當溶劑的含量增加時，油墨的細度先隨之增加，當溶劑質量分數超過27.27%時，油墨的細度反而降低。這是因為大豆油基樹脂在大豆油基溶劑中溶解性好，且顏料固體顆粒在該體系中溶解、分散均勻，呈現微納米級別的尺寸分布[13],當溶劑含量增加時，顏料被研磨的機會較少，顆粒度增加。當溶劑含量增加到一定程度時，體系被過度稀釋，黏度較低，油墨流動度大，顏料粒子經研磨分散后再凝集所受的阻力較高，不易形成較大的凝聚體[14]，油墨細度降低。由于大豆油是半干性油，油墨的光澤度較低，故全豆油基油墨的研究中，光澤度是重要的考察因素，綜合考慮各個因素，1號油墨配方更具實踐意義。

圖2 不同成分配比對豆油基油墨光澤度及細度的影響

2.4 不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響

ISO 2846-1 標準規定了膠印油墨中黃品青黑四色油墨的Lab標準值及容差范圍，其中標準黑色油墨L=18.0，a=0.80，b=0.00[15]。本研究中采用此標準黑色油墨作為對照，研究了不同成分配比對大豆油基油墨顏色的影響，結果用色度與色差值表示，不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響見表2。

表2 不同成分配比對豆油基油墨顏色的影響

由表2可知，大豆油基油墨的明度隨著顏料含量降低而增加，這是因為顏料采用的是炭黑，顏料含量降低時，油墨中黑色成分降低，導致明度升高；同時溶劑含量增加，由于溶劑的透明度較高，故油墨中透明成分增加，油墨的明度升高。整體上油墨的明度波動小，差異不明顯，這是因為采用的是炭黑顏料，油墨的顏色在純黑色系中，彩色成分少，色度不明顯。油墨的a值在0.8～0.9 范圍波動，整個樹脂對油墨的色度幾乎沒有影響。油墨的b值在2.3到3.0之間，表示油墨呈現細微的黃色。這是因為大豆油基樹脂和溶劑均呈現淺黃色透明狀，導致油墨出現細微偏黃色。油墨與標準黑墨的色差在7.47～8.43范圍內，表明油墨的色度穩定。由以上分析可知，顏料與溶劑的含量對油墨的明度和色度影響均較少。且油墨的色彩接近于標準黑色油墨，樹脂和溶劑對油墨色度的干擾可以忽略不計，此類樹脂和溶劑符合膠印油墨用樹脂及溶劑的要求。綜合考慮與標準油墨色差的比較、油墨的明度值等因素，1號油墨具有更好的綜合性能。

3 結論

本研究以大豆油基樹脂、大豆油基溶劑及顏料為主要原料制備了大豆油基油墨，并研究了油墨配比對油墨黏度、光澤度、流動度、細度等性能的影響。結果表明，在大豆油墨配比為大豆油基樹脂30 g，大豆油基溶劑5.29 g，顏料4.0 g，即溶劑質量分數13.46%，顏料質量分數為10.18%時，油墨黏度為963.6 mPa·s，流動度為28 mm，光澤度為10.6%，細度為40 μm，油墨與標準黑色油墨的色差為7.47，所得油墨綜合性能最佳，符合膠印油墨的應用標準。該油墨中大豆油原料的質量分數為88.64%，遠遠超過膠印新聞油墨中大豆油質量分數為50%的要求，符合膠印油墨的環保標準和應用標準。