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助剂 在 水性墨中的应用 杨其岳. 南京汉宝工业原料有限公司 2012.04.2 8. tego 产品润湿分散剂、基材润湿剂、 表面状态控制剂、 消泡剂、增稠剂 在水墨中的作用及应用技术. 油墨与油漆制造工艺基本相同,但油墨中颜料的用量却是油漆的数倍。以炭黑为例,油漆用量在 3 ~ 5% 之间,油墨大约在 12 ~ 15% 之间。主要区别在于施工方法不同:油漆是直接喷在基材上,涂膜厚,着色力和遮盖力都较好;而油墨是依靠辊涂转印在基材上,涂膜薄,着色力和遮盖力较差。

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助剂 在 水性墨中的应用 杨其岳

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助剂在水性墨中的应用杨其岳

南京汉宝工业原料有限公司

2012.04.28


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  • tego产品润湿分散剂、基材润湿剂、

  • 表面状态控制剂、

  • 消泡剂、增稠剂

  • 在水墨中的作用及应用技术


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油墨与油漆制造工艺基本相同,但油墨中颜料的用量却是油漆的数倍。以炭黑为例,油漆用量在3~5%之间,油墨大约在12~15%之间。主要区别在于施工方法不同:油漆是直接喷在基材上,涂膜厚,着色力和遮盖力都较好;而油墨是依靠辊涂转印在基材上,涂膜薄,着色力和遮盖力较差。

现实生产中油漆对颜料分散的细度要求是比较高的, 由此可见油墨中颜料分散的精细度要高于油漆才对。


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一、润湿分散剂

1-1. 水墨与油墨的不同点

A.(1)溶剂的表面张力不同,水的表面张力高,纯水为72.5mN/m;

而有机溶剂大约在18~35mN/m。这就导致:

(2)颜料润湿分散困难;

(3)水墨润湿铺展力差;

(4)动态表面张力容易失衡;

(5)水墨表面张力高,加之助剂用量大,易产生泡沫;

(6)溶剂墨树脂几乎都有活性,能参加研磨,而水墨树脂有活性

的较少,几乎都不能参加研磨。

要解决上述问题单纯依靠树脂的调整是无法办到的。要提高水墨的性能,满足客户的需求,只有求助添加剂的帮助,换言之,助剂应用水平的高低会体现在墨的质量上。


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一、润湿分散剂

B. 油性墨和水性墨颜料分散工艺有许多不同之处。

油性墨中的联结料,如油、油改性醇酸树脂等都具活性可与颜料共研磨,起到润湿分散作用;另外墨的粘度(如胶印墨)很大,颜料不会产生沉降等不稳定现象;

水性墨中的联结料,若采用水稀释的丙烯酸乳液,它不能上磨分散,多数采用水溶的胺化丙烯酸树脂作研磨料,配合助剂研磨成颜料浆,再与丙烯酸乳液调制成墨。

要注意水溶丙稀酸树脂用量,否则对耐水不利。若采用水分散的聚氨酯作联结料,该树脂多数可以上磨研,但其缺乏活性,对颜料分散无益,反而会影响颜料的固含量,对制备高浓度色浆不利。


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一、润湿分散剂

1-2. 水墨色浆最佳研磨工艺

(1)水+润湿剂+分散剂(水性色浆)

(2)水+水溶丙烯酸胺化树脂+分散剂

(3)水+润湿剂+分散剂+少量PUD树脂

上述三种方法各有优点:

(1)可以制成高浓度色浆,通用性良好;

(2)可以不用润湿剂,减少分散剂用量,是节约成本型的,对提

高光泽也有好处;

(3)含树脂专用色浆,PUD是非活性树脂,对颜料分散没有什么

作用,选其参加研磨其目的是对提高光泽有益。


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一、润湿分散剂

1-3 .润湿分散剂的定义

润湿剂,分子量比较小,能够定向吸附在颜料表面上改换表面性

质,例如将酞菁兰放到水里它会漂浮在表面上,证明其是疏水的,若

在水中添加0.1%的润湿剂(例如Tego Wet KL245),就会看到酞菁

兰马上散开快速沉向杯底,说明酞菁兰又变成了亲水的。由疏水→亲

水其改变的根源是Tego Wet KL245在其表面上吸附的结果。

酞菁兰的表面能低,水的表面能高,它们之间的界面张力高,所

以不相亲呈现疏水状。添加Tego Wet KL245之后,它们之间的界面

张力变低了,呈现了相亲的亲水状。

润湿剂的主要功能:(1)降低固/液界面张力,使疏水的颜料变成

亲水的,能在水中分散;(2)降低研磨色浆粘度,提高颜料浓度;(3)提高颜料分散研磨效率;(4)对颜料的贮存稳定性有帮助。


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一、润湿分散剂

1-3-1.润湿剂的类别

(1)表面活性剂类:这类助剂很多,如阴离子型的十二烷基苯磺酸

钠、十二醇硫酸钠、烷基萘磺酸盐、特别是琥珀酸二异辛酯磺酸纳(SB

DO75)和非离子型的烷基壬基酚环氧乙烷加成物,在很多领域都有应

用。Tego Wet 500系列是烷氧基醇类的非离子表面活性剂,在水墨和色

浆中用量也不少;

(2)有机硅类:以短链聚硅氧烷为基础,用乙氧基和丙氧基进行端

基改性。这类产品降低表面张力很强。即是非常好的基材润湿剂又是很

好的颜料润湿剂。Tego Wet KL245系列产品都是良好的润湿剂;

(3)非离子氟类润湿剂:把聚硅氧烷变成氟碳链,其结构类似有机

硅,其降低表面张力更强,铺展速度更快,但价格偏高,若稳泡更难消

除。


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一、润湿分散剂

1-3-2.润湿剂在水墨中的应用

润湿剂在水墨中有三个作用:

(1)颜料表面置换,改变颜料的亲和性。例如Tego Wet 500系列

产品和SB DO75;

(2)基材润湿铺展作用。特别是聚醚改性聚硅氧烷,具有强降表面

张力的能力,能够使涂膜快速铺展润湿,起到流平作用。因其在固/液

界面定向排布,不影响层间附着力。对提高涂膜与基材的附着力有促

进作用。迪高著名产品有Tego Wet KL245、 Tego Wet 260、 Tego

Twin 4100等;

(3)保持动态表面张力的平衡。水墨中表面活性剂比较多,多以胶

束状态存在。在高剪切速率作用下以极快速度铺展成大面积时,表面

活性剂来不及在表面平衡排布,这就造成表面张力不平衡出现表面缺

陷,如大片露底不粘墨,或者墨铺展不开向一起卷缩等不良现象,这

时可以使用Tego Wet 500系列产品或者SB DO75,也可两者混合使用。


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一、润湿分散剂

1-4. 分散剂

分散剂的分子量比润湿剂大,多数对颜料没有很好的润湿效果,但却能使分散体中的颜料不絮凝、不沉淀、不结块,处于稳定的悬浮状态。

分散剂依靠其分子上的锚定基吸附在颜料的表面上构成空间位阻或者电荷保护,使颜料粒子达到稳定悬浮状态。

如何让分散剂吸附在颜料粒子表面上,吸附的牢度,吸附的状态等是分散剂能否发挥作用的基础。

分散剂结构不同发挥作用的机理和效果也不同。在纺织加工、纺织印染、皮革制造等工业中,分散剂在水性介质中的应用已有很久的历史了。这些分散剂大都属于表面活性剂,吸附基比较少,吸附牢度不够强,主要依靠电荷稳定。


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一、润湿分散剂

这类化合物中较重要的一种是被称之为“高分子表面活性剂”的分散剂,例如聚丙烯酸钠、聚乙烯琥珀酸磺酸钠、辛烷基苯乙烯和苯乙烯磺酸共聚物的钠盐等。这类称之为聚皂化合物的产品在水中会电离,产生电荷保护,又能吸附到颜料粒子上构成空间位阻保护,在涂料和水墨中应用很普遍,例如TegoDispers 715W、Tego Dispers 740W,罗姆哈斯的Tamol 731等,这类产品有很多公司生产。

TegoDispers 715W : TegoDispers 740W=1 :1(固体份)—对无机颜料分散效果很好,性价比很高,颇受欢迎!特别是对无机颜料。

TegoDispers 740W是高碳脂肪酸EO基的酯,具有良好的润湿分散效果,对炭黑、酞菁兰等有机颜料分散效果也不错,其性价比较好,这也是深受客户喜欢的原因。


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一、润湿分散剂

高分子分散剂,这种高分子与前面讲的不一样,分子是无定形的,分子量一般在1万以上,大的有4万左右。分子中含有颜料亲合链段, 颜料吸附基数十个多者百余个。接在吸附基两端的是伸展链段,用以构成空间位阻。排斥原理是熵和焓,粒子不能相互靠近,获得远程排斥作用,从而构成了颜料分散体的稳定性。

这是新型高分子分散剂开发的理论基础,特别是水性分散剂,更是近年来研发的新产品。Tego这类产品很多,有聚氨酯型、丙烯酸酯型和聚酯聚醚型的,例如Tego Dispers 735W、 Tego Dispers 750W、 Tego Dispers 752W、 Tego Dispers 755W、 Tego Dispers 760W、 Tego Dispers 762W、 Tego Dispers 765W等,这些产品都各具特色。


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一、润湿分散剂

Tego Dispers 755W、 Tego Dispers 760W、 Tego Dispers 762W都具有良好的降粘性。

Tego Dispers 760W很受水墨和水性涂料界的青睞,它是高分子分散剂和数种颜料润湿剂的混合物,特别适用炭黑和酞菁兰,与胺化丙烯酸研磨树脂配合使用效果更佳,其售价便宜,用量不多,这是其受客户喜欢的原因。本人用上海燋化厂高色素炭黑,以Tego Dispers 760W为分散剂,用砂磨机生产20%浓度的色浆,贮存了三年无絮凝、无沉淀、粘度无变化。

Tego Dispers 762W与Tego Dispers 750W类似,都特别适用炭黑及有机颜料, Tego Dispers 750W优于Tego Dispers 762W,但Tego Dispers 762W的价格具有优势。


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一、润湿分散剂

Tego Dispers 755W几乎具备了分散剂应有的特性,特别适用炭黑及有机颜料,研磨色浆时有树脂和无树脂都可使用,具有优异的展色性和着色力,良好的贮存稳定性,优越的耐水性。

本人曾用其处理未经干燥的酞菁兰水浆膏,目的是让酞菁兰变成水性的易分散颜料,结果发现Tego Dispers 755W的颜色饱和度最高,着色力和展色能力也最好,颜色最鲜艳,成萃兰色,与外国最高级产品相比毫无逊色之处。经过多种实验证识, Tego Dispers 755W对高档的有机红、黄颜料分散效果更好。

Tego Dispers 735W也是一个非常值得推荐的产品。对无机颜料和填料有极好的分散性,特别适用于无树脂研磨。对亚光粉、超细云母粉、高岭土等都具有良好贮存稳定性。


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一、润湿分散剂

水+润湿剂(0.5-1%)+ Tego Dispers 735W分散剂(以粉料而定)+少量增稠剂(PU类0.2%左右)粘度不大贮存稳定性很好。

TegoDispers 752W特别适用于制造透明颜料浆,能得优异的透明效果,例如透明铁系颜料,透明钛白颜料等。


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二、流平剂

油墨是辊印成膜,与油漆不同,所以类似涂膜样的表面缺欠不多,流平剂在水墨中就显得不十分重要。油墨辊印施涂,较常见的弊病是滚痕,解决滚痕最好助剂不是流平剂而是基材润湿剂。这种弊病最好解决方案是:基材润湿剂加不降低表面张力流平剂,如Tego Wet KL245 + Tego Flow 425。水墨光油要求耐摩擦、滑爽、手感好,这时应考虑使用增滑、抗粘联的流平剂和蜡类的添加剂,Tego抗粘联、增滑比较好的流平剂有Tego Glide 410、 Tego Glide 482等。

流平合理工艺:

基材润湿剂(动态、静态)+ 不降低表面张力的流平剂 + 高剪切粘度调整剂

在水墨中要调整流平性,最好使用基材润湿剂。在保证具有良好铺展润湿的条件下,控制动态表面张力的平衡最好不要使用降低表面张力的表面状态控制剂,否则印压的痕跡和刷痕,会经时不消,甚至比不添加流平剂时严重。


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三、消泡剂

泡留在膜中影响涂膜和印刷膜的装饰性,更重要的是影响涂膜和油墨的使用性能。要消除涂料和油墨中的泡沫并非易事。产生泡主要原因有以下几点:

(1)树脂基料的本身(分子量分布宽、乳化剂等);

(2)添加活性剂(基材润湿剂、分散剂、流平剂);

(3)基材上吸附的气体或孔隙内的气体;

(4)生产和配漆(墨)搅拌带入的空气;

(5)固化释放的气体(2K PU的二氧化碳气);

(6)施工时机械设备带入的空气。

空气进入有活性物的体系中,活性物就会在气/液界面处定向排布,亲媒基朝向液体,疏媒基朝向空气,这就形成了泡。要消除这个泡就必须破坏活性物形成的膜,这种物质就是消泡剂。


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三、消泡剂

目前消泡被大家所认可的有三种理论:

(1)破泡理论(水性体系,表面破大泡);

(2)脱泡理论(微泡变大泡,溶剂涂料体系);

(3)溶泡学说(杨-拉普拉斯理论)。

无论是破泡还是脱泡,在许多资料中都可以找到,但关于溶泡的说法却不多见,杨-拉普拉斯公式表征了气泡内部压力与环境介质的外部压力的关系:

Pin = Pex+ 2δ/r

式中:Pin —气泡的内部压力; δ—界面张力;

Pex —周围液体的外部压力; r —气泡半径。


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三、消泡剂

从上述公式中可以看出:气泡内的压力要比周围液体压力大,而且气泡越小压差越大,一般10-20μm之间的小气泡内部压力可能比外部压力大10-15%。这就导致小气泡向外排气,越排越小,越小压差越大,直致小气泡完全溶解。如果大小微泡相碰,小微泡压力比大微泡压力大,小微泡向大微泡排气,大微泡变成大泡,上升浮力增大,上升速度加快,到液面就被灭掉了。这就是简单的脱泡灭泡的过程。另外所有脱泡剂的材料都是与涂料液体相容受限的, 它会很快在气/液界面定向,如果在小微泡的气/液界面定向排布的是这些脱泡剂,必然排斥其向液面运动,如果两个均等的微泡在与其不相容的体系中碰撞相接,受极性影响必定合而为一。体积变大浮力加大,上升速度加快。这是脱泡剂脱泡的另一个原因,也类似人们所说的抑泡,脱泡剂阻碍了亲溶媒的活性物在气/液界面排布,这阻碍了泡沫的稳定性,实际人们所说的抑泡, 我认为就是阻止泡沫的稳定性,也就是脱泡剂。


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三、消泡剂

3-1. Tego水性脱泡剂---有Tego Airex 901W、 Tego Airex 902W、 Tego Airex 904W,它们对纯丙乳液、苯丙乳液都有极好效果,相容性好

不会引起清漆发混, Tego Airex 902W和Tego Airex 904W用途相对更广泛,对PU分散体、混合体系效果也不错。这两支脱泡剂特别适用高压无

气喷涂。那么对水墨印刷时机械吸墨产生的机械泡也应有效。

3-2. Tego消泡剂---Foamex系列产品很多。根据客户使用反馈的情况,重点推荐几支水墨中用的比较多的,效果较好的,性价比合适的产品:

Tego Foamex 815N、Tego Foamex 825是两只广谱型的消泡剂,特

别适用于丙烯酸体系,研磨前后添加都可以。为了达到更好的效果,可以配合Tego Airex 902W脱泡剂使用;

Tego Foamex 845有良好的剪切稳定性,抑泡破泡和消除机械泡能力都很好;


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三、消泡剂

Tego Foamex 822,消泡能力并非很好,但其长效性却非常好。我的实验记录是消泡有效性长达3年;

Tego Foamex 810,有效份为100%,消泡能力极强的消泡剂,特别适用于研磨阶段添加,经过粉碎消泡剂变成细小的微粒,稳定地分布在体系中,以极快的速度在气/液界面处定向排布,显示出其优越的消泡能力,经过粉碎的微粒具有良好的稳定性,这又构成了其消泡的长效性;Tego还有一支更好的供研磨用的消泡剂Tego Foamex 3062,水墨中分散炭黑浆时,用量仅为万分之几。虽然售价高但用量少,性价比还是很好的。这支消泡剂特别适宜用于高粘体系;

Tego另一支用于高粘体系的消泡剂:Tego Foamex N,可用于丝网印刷,其有效份是100%,主要用于溶剂型和UV体系,但在水性体系中也有人实验过效果也非常好。


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四、增稠剂

4-1.增稠剂主要作用:

(1)改变分散体的流变性质。这对流体来讲是很重要,可将流体制成触变流体或者是假塑性流体,流体性质不同直接影响涂料或油墨的流动与流平性;

(2)防沉。在重力作用下颜料沉降速度与粘度成反比,粘度大沉降慢,所以增稠是防沉的一个主要方法;

(3)防飞溅,增强涂膜的丰满度。尤其在高剪切速率下施工、涂料或墨变稀,固含量低丰满度变差。如果高剪切速率下粘度不变稀,固含量高,丰满度变好。油墨在高剪切速率下印刷,粘度降低,转印过去的墨变少,如果添加高剪切速率的增稠剂,粘度不发生变化,转印的墨就增多。

(4)调整高中低剪切速率下的粘度,控制触变指数,能提高涂膜的流平性。


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四、增稠剂

4-2. 增稠剂的类型:

低剪切增稠的有HEC,CMC、碱溶涨漲的丙烯酸增稠剂;

高中剪切增稠的有疏水改性的HEC、碱溶涨的丙烯酸增稠剂、PU增

稠剂等。

Tego只有缔合型的PU类增稠剂:

Tego ViscoPlus 3000:高剪切速率增稠剂(牛顿流体);

Tego ViscoPlus 3010:高~中剪切速率增稠剂(牛顿流体);

Tego ViscoPlus 3030:中剪切速率增稠剂(假塑性流体);

Tego ViscoPlus 3060:低剪切速率增稠剂(强假塑性流体)。


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