水基柔版油墨配方中不同丙烯酸粘合剂类型对印刷质量的影响

由于包装行业对印刷油墨的需求日益增加,油墨行业是世界上最大的市场之一。柔印印刷是一种广为人知的大面积印刷技术,因为它印刷速度快,能在各种表面上经济地印刷,在包装印刷的几乎所有领域都使用。与溶剂型油墨相比,水基油墨被认为是无毒、无气味和更环保的选择。因此,本文的目标是在商业固体漂白硫酸盐(SBS)板上研制不同丙烯酸结合剂的新型水基油墨配方。用四种不同的丙烯酸结合剂配制了五种油墨,并与市场上可用的油墨进行了对比,以研究其性能。研究了发展中的油墨的印刷质量和印刷特性.结果表明,粘合剂类型对印刷品的质量有一定的影响,而对其他印刷品的影响不显著。采用弹性印刷青色油墨,最高分子量的油墨的印刷密度最低,最大色调值增加(TVI)在40-60色调值之间。同样的墨水在地形上的斑驳值和变化最大。对于打印对比度和三角形光泽值在75度时,虽然观察到平均值之间的差异,但数据变化不确定,分布在平均值附近,没有观察到丙烯酸粘合剂类型对这些响应因素的决定性趋势或影响。所有印刷样品的色度和圆点度结果同样接近.

1.导言
图形印刷技术被用来满足日益增长的包装市场需求。这一速率涵盖了所有图形制作的大约一半。 1 近年来,随着数字化的发展,印刷业的增长有所减缓,而包装业则继续大幅加速增长。 2 它的全球未来看起来很光明。一直在努力提高印刷品的质量和提高生产速度。柔印印刷是一种广为人知的大面积印刷技术,因其印刷速度快,并具有在各种表面上经济印刷的滚转能力。 3 目前,弹性印刷在75%以上的包装产品中使用。 4 传统上,柔印术被认为是一种相对简单的印刷技术。然而,由于目前印刷生产市场趋于密集使用柔版印刷,由于包装业的快速发展,出现了更多需要解决、探讨和解决的问题和挑战。 5

在包装印刷的几乎所有领域,如标签,食品包装, 6 一次性纸制品、瓦楞纸容器、折叠纸箱、纸袋、塑料袋、牛奶和饮料容器、一次性杯子和容器、标签、信封、报纸和各种杂货店的包装。它具有在聚丙烯塑料膜等印刷衬底上实现高质量打印结果的优点。 7 以及各种塑料薄膜,如聚乙烯,和许多复杂的夹夹膜结构, 8 铝箔, 9 在医药工业的"可色散的"薄膜上。 10 用于包装材料的纸张基板上的柔版印刷可采用环保型丙烯酸粘合剂,并含有含有血小板颗粒的无机填料。 11

如今,消费者对消费产品的环境影响有了更深刻的认识和认识。它们不仅考虑到产品质量,而且还考虑到产品安全、环境影响和废旧包装产品的回收利用。 12 包装的一个方面是在印刷中使用的油墨配方,我们将涵盖下一个柔印印刷。

根据化学反应,可将弹性印刷油墨分为三类:溶剂油墨、水基墨水和紫外线固化墨水, 13 , 14 它们都被广泛使用。与含有挥发性有机化合物的溶剂相比,水基墨水被认为是无毒、无气味和更环保的选择。因此,由于生态的原因,水基油墨被认为是具有高固体含量和低粘度优势的最可持续印刷油墨。 15 因此,印刷业的注意力集中在水基和水可还原印刷油墨的生产上。 16 目前包装行业使用的是水基油墨;然而,需要进行更多的研究,以克服一些面临的挑战。这些挑战包括制备过程复杂,成本高,水基油墨,颜料和印刷方法。 17 一般而言,聚合物粘合剂的类型和数量以及配方油墨的性能对印刷质量有深远的影响。 18 印刷油墨中的粘合剂具有多种功能,为了提高油墨的性能,将多种树脂/聚合物作为粘合剂。它们有许多功能,包括分散支持材料中的颜料并将其绑定到印刷表面,以及改变印刷油墨的流变和机械性能。树脂还决定了终端使用性能,如光泽,硬度,油墨与印刷衬底的附着和粘附。 18 柔版印刷用的水基油墨是用丙烯酸及其聚合物和共聚物制成的,如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯。 18 一般的丙烯酸树脂用于水性油墨是酸性的,不溶于水。当碱性物质加入它们时,它们就变得可溶. 19 这些水基油墨(与丙烯酸树脂)具有亲水性。 20 , 21 在本文中,我们研究了不同配方的柔印水油墨对印刷质量最相关参数的影响:印刷密度、对比度、色度、亮度和色调值的增加。另外还测量了其他印刷特征,如斑驳、地形和圆点度。

2方法和材料
在24小时相对湿度为50%和23℃(73.4℃)的情况下,对商用SBS板进行温度调节后,用1000千帕的PPS软衬垫夹紧压力计测量其孔隙度。然后,用TMI测微计测量样品的厚度值(测试机器公司)。,新城堡,美国)。其次,使用从PPS孔隙度和厚度得到的值 22 计算了样品的透气性值.用PPSME-90(1000千帕,软衬垫)测定了根据TPAPIT555-OM-99测定的样品的粗糙度值。在塔皮标准T452-OM-98上,用一个亮度计微型S-5测量了样品在457纳米波长时的亮度。最后,根据塔皮标准T480-OM-99,用一个基于75°的诺沃-格罗斯(novo-Gis)测量了样品的光泽。桌子  1 显示所使用的SBS板的物理和光学特性。

TABLE 1. 固体漂白硫酸盐板的光学和物理性能
属性    平均的    标准差
Brightness (%)    78.67    0.40
中央情报局 L *    94.53    0.18
中央情报局 A *    −0.21    0.05
中央情报局 b *    3.52    0.10
光光75°    23.5    0.81
粗糙度(数码)    5.92    0.23
帕克印刷-冲浪孔隙度(毫升/分钟)    256.60    12.63
厚度(千兆)    353.60    6.10
渗透性(数码M) 2 )    0.00443    2.73 × 10 −4
抗剪切(锰)    406.40    18.24
冲击力(千帕)    68.80    1.10
张力(kn/m)    30.10    3.28
桌子  2 给出了用于印刷的颜料分散体的物理和化学性质。颜料(着色剂)是一种由美国油墨技术有限公司(美利坚合众国,密执安)提供的青色色散体。本研究共研究了四种丙烯酸结合剂:商用丙烯酸树脂、商用低分子丙烯酸树脂、商用中分子丙烯酸树脂和商用高分子量丙烯酸树脂。桌子  3 显示这些粘合剂的化学性质。

TABLE 2. 颜料分散体的物理化学性质
外表    蓝色液体
酸碱    9.0
水中溶解性    可混合的
密度(克/厘米) 3 )    1.11
Viscosity (mPa s)—(centipoise)    20
TABLE 3. 油墨配方中使用的丙烯酸树脂的化学性质
丙烯酸型    Non-volatiles (%)    酸碱    酸的 A    分子量
汽车    无法提供----专有
伊姆瓦    34    8.5    215    8500
姆瓦尔    49    8.5    58    ~10,000
赫姆瓦尔    33    8.5    120    >200,000
简称:汽车,商用丙烯酸树脂;HMWAR,商用高分子量丙烯酸树脂;LMWAR,商用低分子量丙烯酸树脂;MMVAR,商用中分子量丙烯酸树脂。
A 中和1克树脂所需的氢氧化钾(Koh)的量。
2.1墨水配方
根据表中所列的相同配方制备了五种水基油墨  4 但每个都有不同的活页夹。根据所用的粘合剂的类型,将F1到F5分配给配方油墨。用商业墨水(CI)作为主要的参考或对照.该CI是由维科夫彩色公司提供的。F1是一种汽车,F2是一种墨水,F2是一种墨水,F是一种墨水,F是一种墨水,D是一种墨水,混合了一种墨水(25%是墨水,15%是墨水,8.1%是去离子水)。

TABLE 4. 标准水基柔版油墨配方
物质的    体重(g)
色素分散

PB-15-44 (blue)

43.5
H 2 O(去离子水)    7
丙烯酸粘合剂    48.1
Wax (AIT-PE-35)    1
Defoamer (FC-613)    0.4
总重量    100
在所有制剂中,酸碱值均按5%的氨水调整至酸碱值9。在控制温度为25℃的扎恩杯2上,以流出时间测量其粘度,并将流出时间调整为30秒。添加到配方中的其他常见墨水成分有异丙醇、消泡剂(FC-613)、丙烯酸清漆、蜡和氢氧化铵(NH)。 4 OH).

2.2印刷条件
在可与单色印刷机相比的弹性100装置中,用商用青色墨水在SBS板上打印。用于印刷的光聚合物印版尺寸为260毫米x90毫米,厚度为1.7毫米。弹性100装置的压力分别为安尼洛克斯滚子与印版筒之间的45个单位和印版筒之间的50个单位压力。印刷速度定在40米/分钟的常数上。平板屏幕频率为39.37升/cm(100LIP)。阿尼洛克斯圆柱体丝网频率为2006L/cm(510LIP)。其墨水细胞的容量为5厘米 3 / 2 (μm). 23 印刷样品在印刷密度、印刷对比度、点点增益和CIE方面的质量 L * A * b *值被用来评估在M1模式下使用x射线精确装置的情况。 D 50 2°观测角下的光源。用BYK微型光计测量了60度下的未印和打印光泽值,测量结果以ASTMD523为基础。此外,还使用基于TPAPI标准T480-OM-99的诺沃格罗斯测量仪,测量了75°下的未打印和打印光泽值。然后,利用测量值计算三角洲光泽值. 24 利用EPSON完美V500摄影扫描软件,在600个PIP上,用随机频率分布分析(SFDA)算法,在固体贴片上测量了测试样品的打印地形和斑驳值。 25 用萨瑟兰墨水摩擦法,从未印的SBS/SBS和基于BS3110:1959标准的60笔划中,测定了印刷样品的摩擦阻力值,该方法的负载为4磅。体重。 26

3结果和讨论
除粘合剂外,用相同配方制备了五种青色墨水样品。通过测定印刷密度、印刷对比度、光泽度、印刷色度和色调值增加(TVI),考察了粘合剂对印刷品质量的影响。每次的结果都与CI的结果进行比较。图形  1显示印刷的固体样品的印刷密度.对于印刷密度而言,数字越高,油墨膜越厚(密度越大),基于较高的吸收入射光的印刷颜色的互补色。可以注意到,与其他油墨相比,用F4墨水(与HMWE)印刷的样品的印刷密度最低。这可能是由于粘合剂的高分子量(20万英镑)和墨水的高粘度影响了墨水从苯诺克斯卷转移,从而影响了印刷胶片的厚度。在所有印刷油墨中,F4显示的印刷密度最低,而在其他印刷配方中,其值没有太大差异。在所有配方中,CI的印刷密度最大。

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图1
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粘合剂类型对印刷密度的影响。
图中的印刷对比度  2 ,墨水F1显示的测量值最低,但数据有很大的变化。因此,我们不能得出结论,这些油墨中的粘合剂对印刷对比度有重大影响。

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图2
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活页夹型对印刷对比度的影响。
印刷光泽是印刷质量的一个重要组成部分,它不仅取决于被印刷的衬底,而且还与油墨坚持和油墨设置有关。 27 在印刷中,"三角形光泽"一词描述印刷和未印刷衬底之间的光泽差别。对于油墨来说,粘合剂是影响油墨粘度的主要成分. 28 因此,黏度和油墨的流平度和定色率可能会影响印刷品的光泽度.为了研究不同的胶合剂配方,测量了印刷油墨样品之间的三角形光泽变化,并在图中显示了结果。  3 .对于60°的三角形光泽,人们可以看到印刷的CI的三角形光泽低于其他配制的油墨样品。这可能是由于CI油墨膜在结构设置前水平更好更光滑,导致负三角形光泽较小。对于75°的三角形光泽,配方油墨F1、F3、F4和F5的光泽值特别大于F2。在60度和75度时,三角形光泽的区别是打印机测量打印纸,造纸厂测量打印纸。根据表格  3 ,F2的分子量最低(F3-F5)。较低的分子量会导致较少的油墨水平化,从而较小的光泽.这可能是一个因素,但这里需要进一步调查。

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图3
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粘合剂类型对三角形光泽的影响。
在印刷业,国际印刷中心印刷色度( 是一种饱和度的度量,用来描述颜色的强度或纯度。测定了所有印刷青色墨水的色度.所有印刷样本的结果非常接近(图)  4 因此,人们无法看到油墨中的粘合剂类型对印刷色度的影响。

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图4
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粘合剂类型对印刷色度的影响。
E 值表示显示的颜色和原来的颜色之间的颜色差异.低档的 E 值表示颜色之间非常接近,而一个非常高的值表示颜色之间的差别。 29 , 30 一开始 E 表示人眼无法感知的色差.A E 1和2之间的值表示色差,只有用测量装置----精确度----密切观察才能检测到。 E 2和3之间的差别表明,大多数观察者很难将其与标准颜色区分开来。A E 3或以上的差异表示观察者可以察觉到的色差。 31

桌子  5 显示了公民信息中心 L * A * b *印刷青色油墨的色彩值。印刷品 E 00 是根据方程计算的  1 . Δ E 00 = 5.2 was obtained for F1, Δ E 00 = 0.5 for F2, Δ E 00 = 4.1 for F3, Δ E 00 = 5.0 for F4, and Δ E 00 =2.8。最低档的 EF2中的差异表明,得到的颜色值与原色最接近,在F5中获得的颜色差异难以用眼睛察觉,在其他配方中也获得明显的颜色差异。
 
 
 
 
 
(1)
在哪里 R T 表示色调旋转项; K L , K C ,以及 K H 参数因素; L′ , C' ,以及 H' 中性颜色的补偿; S L 轻型补偿; S C 色度补偿; S H 对色相的补偿。
TABLE 5. 国际教育中心 L * A * b *印刷测试样本的色彩值
油墨类型    L *    标准差    A *    标准差    b *    标准差    Δ E 00 印刷品
信息接口    42.0    0.7    −12.4    1.0    −46.7    0.3    —
F1    46.8    0.6    −16.5    1.1    −45.2    0.6    5.2
F2    43.2    0.7    −12.7    1.0    −45.2    0.2    0.5
F3    46.0    1.3    −16.0    1.3    −44.8    0.3    4.1
F4    47.3    1.6    −15.5    0.9    −44.2    0.4    5.0
F5    44.5    0.9    −14.6    0.7    −45.8    0.4    2.8
为了定义更多的印刷品质量,为印刷品提供更有效的基于外观的目标,TVI(又称点阵增益)可以在整个色调值尺度的几个点上测量和绘制。有许多因素可以消极影响TVI和造成太多的点增益,如印版压力,包装或类型的印版毯的胶印,衬底和油墨的粘度。对TVI进行了测量,结果见图  5 .结果最明显的差异是40和60印刷音值。由于高分子量树脂的触变性较高,HMWE型油墨在所有配方油墨中具有最大的色散性和圆点增益。这与印刷密度结果一致(图  1)。看起来,F4油墨在印刷后传播最多,导致最大的TVI和最低的印刷密度,与其他配制的油墨。

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图5
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活页夹型对色调值增加的影响。
印迹斑斑是印刷质量的一个重要方面,通常是由于不均匀的不均匀油墨在印刷品表面的吸收所造成的缺陷。特别是,它是可见的均匀的颜色领域,如固体和连续色调屏幕构建。油墨的类型、纸张的类型和表面的性质,影响印刷过程的许多参数,如粘合剂迁移到涂布纸的表面。 25 在印刷油墨样品的实块上测定印迹斑斑。定量结果、印刷地形图和斑驳值摘要见表  6.我们可以看到,印刷地形(18.30)和斑驳(4时30)是最差的对印刷的F4墨水。这也是根据以前的印刷密度和TVI结果观察到的用F4制剂印刷斑斑是印刷缺陷,一般涉及油墨扩散和印刷密度在整个印刷。如前所述,在所有配制的油墨中,F4油墨的分布最大,印刷密度最低。

TABLE 6. 印刷测试样品的印刷地形和斑驳特性
油墨类型    印刷地形图    印刷品    兴趣范围(厘米) 2 )    Resolution (ppi)
信息接口    5.60    2.60    22.36    600
F1    12.10    3.00    22.36    600
F2    11.70    3.10    22.36    600
F3    13.50    2.80    22.36    600
F4    18.30    4.30    22.36    600
F5    8.00    2.50    22.36    600
可见结果见图  6 使用真实信息自动化打印目标软件获得的图像。形象  6 青色显示印刷图像,橙色显示印刷地形,绿色显示印刷斑驳。在检查配方的地形时,可以看到颜色代码变得更加橙色。这表明在这种压力下得到的表面光滑度增加了.可以看出,颜色变化最大的是F4,颜色变化最小的是F2、F3和F5。

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图6
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打印测试样品的地形图和斑驳图像。BP,基板;CI,商用墨水
用PXXIT法测量15%屏幕点上的圆点圆度。结果摘要见表  7 .所有圆点度的平均值在CI的73.5%和F3墨水的80.5%之间,结果的一些变化和传播由标准偏差翻译。因此,我们无法看到不同印刷油墨配方的圆点平均值之间的显著差异。

TABLE 7. 印刷测试样品中15%屏幕点的测值
油墨类型    面积(毫米) 2 )    圆度(%)    等值直径(欧氏)    高度比
平均的    标准差    平均的    标准差    平均的    标准差    平均的    标准差
信息接口    150.46    53.34    73.50    12.59    138.41    37.96    0.98    0.21
F1    151.26    30.08    76.50    9.19    138.61    22.43    0.96    0.17
F2    165.92    22.38    78.50    7.45    145.30    12.97    0.98    0.11
F3    156.70    18.69    80.50    6.79    141.25    10.65    0.96    0.09
F4    160.35    29.92    77.25    9.43    142.87    20.48    0.93    0.13
F5    152.67    34.02    78.00    8.41    139.42    25.38    0.96    0.11
根据方程,通过比较摩擦前后的色度来计算摩擦阻力。  2 .所有印刷油墨样本的计算值均在99%左右,因此在所有油墨配方中,油墨摩擦阻力不受丙烯酸类类型的影响(表)  8 ).
 
(2)
TABLE 8. 印刷试验样品的印刷抗摩擦性能
油墨类型    摩擦试验前的密度    标准差    摩擦试验后的密度    标准差    摩擦阻力(%)
信息接口    1.32    0.01    1.31    0.01    99.24
F1    1.19    0.01    1.18    0.01    99.19
F2    1.27    0.01    1.26    0.01    99.21
F3    1.25    0.01    1.24    0.03    99.20
F4    1.15    0.02    1.14    0.01    99.13
F5    1.27    0.02    1.25    0.01    98.68
4项结论
采用不同分子量的丙烯酸粘合剂类型研制了水基柔版油墨。水基油墨在这里被考虑,因为它们被认为是无毒,无气味,更环保的选择比溶剂型墨水。结果表明,粘合剂类型对印刷品的质量有一定的影响,而对其他印刷品的影响不显著。在所有油墨中,用最高分子量树脂配制的油墨的印刷密度最低,TVI的最大观察值在40-60色调之间。同样的墨水在地形上的斑驳值和变化最大。当涉及到其他印刷特性时,如75度的三角形光泽、对比度、色度和圆点度,或无差异,平均值有所不同,但数据变化大,分布广,从而可以得出丙烯酸粘合剂类型对这些响应因素的任何趋势或影响。