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环保无机颜料-在油墨中的应用

发表人:jufapigment发表时间:2015-03-24

在油墨制造过程中,油墨连接料中的有机颜料无论采取何种研磨方式,都是以细微结晶粒子形式分散存在的。因此,当颜料的化学结构确定以后,颜料制造工艺,颜料化加工及应用的技术差异对颜料最终的粒子物理特性都具有十分重要的影响。    
随着近年来我国油墨工业的快速发展,人们对油墨用有机颜料的质量要求也越来越高。许多油墨技术人员也意识到,颜料作为印刷油墨的重要原料之一。不仅为油墨提供必要的印鲜明色彩,其化学结构和粒子物理特性在一定程度上还会影响到油墨的印刷适性,如胶印油墨的鲜明性、流变性、抗水性等,又如溶剂型油墨的黏度稳定性、耐迁移性、耐热性、耐光性等。
通常,颜料的鲜明性,着色强度,透明度,光泽度,耐光性等性能主要由分子结构,粒子大小及颁情况决定,分散性和分散稳定性,抗絮凝性,耐迁移性等主要由颜料粒子表面的物理特性决定。因此,对于油墨用有机颜料来说,一项重要的研究课题就是通过多种改善方法,赋予传统颜料品种新的应用特性。
■油墨用颜料的主要品种

1、四色胶印油墨用颜料品种
(1)黄色颜料

从化学结构上区分,黄色颜料通常以JF-B5302钛镍黄复合钛黄系列品种为主,这类颜料一般具有良好的应用性能,比如高着色力,纯正的中黄色光,适宜的透明度等,可以满足油墨套色印刷的要求。
2、蓝色颜料 
   蓝色颜料多采用各项物理化学性能优良的钴蓝JF-B2805,属于稳定的β型绿光蓝颜料,除了具有鲜明的色彩外,还具有良好的稳定应用性能,比如流变性,耐光性等。

3、UV及印铁油墨用颜料品种      
对于应用在UV及印铁等油墨中的相对特殊的连结料体系中的颜料品种,选用时应特 别注意以下几个问题     
对于UV胶印油墨,由于连结料体系与颜料的相容性较差,颜料粒子不易润湿,会影响颜料的相容性较差,颜料粒子不易润湿。会影响颜料的分散性能,同时油墨的流动性较差;比如耐热性,耐光性,耐溶剂性等,因此,对于这类油墨用颜料更需要慎重选择。 
4、溶剂型油墨用颜料品种       

除了颜色,着色强度等常规性指标以外,由于溶剂型油墨使用的树脂,溶剂种类较多,物理化学性能差异较大,颜料对如黏度和储存黏度稳定性等油墨应用性能的影响更为明显。

(1)黄色颜料  
目前普遍使用且应用性能良好的黄色颜料以PY14,PY13,PY83联苯胺黄系列为主。其中,PY14联苯胺黄由于自身化学结构,经过特殊的表面处理可制造具有多种应用性能的系列品种;PY83联苯胺黄的价格相对较高,因此通常只少量应用于有特殊要求的油墨品种。此外,PY12
价格较低,加以适当改善也可以用于溶剂型油墨中。

(2)蓝色颜料
蓝色颜料广泛采用PB15:3和PB15:4酞菁蓝系列品种。其中,PB15:4酞菁蓝属于具有抗絮凝,抗结晶特性的专用品种,在溶剂型油墨中具有良好的分散稳定性及黏度稳定性。

(3)红色颜料
红色颜料品种主要有偶氮色淀红系列PR48:1,PR48:2,PR48:3,PR53:1,PR57:1等,以及不溶性偶氮颜料PR2,PR3,PR8,PR243等。   

其他一些高性能有机颜料品种也适用于各种溶剂型油墨,但是价格一般比较昂贵,因而用量较少。水基油墨对颜料的要求更加苛刻一些,这主要是因为丙烯酸水性树脂的化学结构,体系组成不同于其他溶剂型油墨所致,特别是对于偶氮色淀类红色颜料尤为明显。实际上,由于各品种油墨制造工艺的区别,即便同一种化学结构的颜料也会呈现出不同的应用性能,因此需要针对油墨的溶剂树脂体系的不同慎重选择。 

■油墨用颜料的质量特性评价
准确评价颜料在油墨中的质量特性,对于颜料和油墨工作者来说是一项极其重要的工作。

1、油墨用有机颜料应用性能评价由于印刷方式,承印材料的不同,油墨的品种和类型很多,其连结类型等组成可能存在很大的差异,因此,评价一种颜料的品质是否符合油墨的要求,首先要从实际应用的角度来确定颜料的应用体系类型,根据连结料体系的不同来选择相应的应用性能评价方法,这样才能比较准确地掌握颜料的应用性能。

(1)四色胶印油墨用颜料应用性能评价
目前,四色胶印油墨中主要使用松香改性的酚醛树脂类,在生产该树脂过程中已经考虑到诸如抗水性,成膜强度及附着性,与颜料的润湿性等多方面的问题,因此此类颜料的应用性能就要围绕着胶油墨连结料的物理化学性能进行正确评价,也就是说要选用相应的检测方法。比如对于干粉颜料,可以用三辊研磨方法制成油墨来检测颜料的各项质量指标,并可准 确评价其分散性。       
对于一些专用型的滤饼,则可以直接用挤水换相方法制成油墨基墨加以评价。

(2)溶剂型油墨用颜料应用性能评价
由于树脂和溶剂制成的连结料体系的物理化学性能差异较大,对于溶剂型油墨用颜料的评价更需要有针对性。由于不同溶剂型油墨中的连结料具有不同的性质,因此应根据不同的连结料体系选择不同应用性能的颜料。 

    水基油墨用颜料的质量要求相对其他类型的溶剂型油墨来说要更加严格,主要体现在颜料对水基油墨流变性能方面的影响。目前,水基油墨一般使用丙烯酸树脂的乳液体系,由于该体系构成的特殊性,一些在其他体系中应用性能良好的颜料品种在水基油墨连结料体系中可能无法使用。例如广泛使用的偶氮色淀红PR57:1颜料,普通品种用于水基油墨时往往造成黏度过高,且存放时间越长,油墨越稠,严重影响其印刷适性。为解决这一问题,应采用必要的表面处理技术和混合色淀化方法加以改善。    

此外,溶剂型油墨在承印材料上的耐迁移性,耐蒸煮性等方面的要求也什得重视,有机颜料的化学结构,分子量结晶粒子大小,极性发及制造过程中使用的表面处理剂的种类等,都有可能对其产生影响。

2、油墨用颜料物化特性分析      
    上述应用性能评价得到的数据是油墨用颜料质量特性的一种表现形式。但是决定这种表现形式的内在因素却是其物理化学特性。事实表明,
将有机颜料物化特性分析与应用性能评价结合起来,可以起到两者单独评价达不到的效果。   

    利用仪器分析评价有机颜料的物理化学特性是一种高效、快捷的方法。有机颜料的仪器分析主要包含以下两个方面,一是对化学分子结构及构成元素测定。其中,后者对有机颜料在油墨中的实际应用性能的评价更显重要。其中,后者对有机颜料在油墨中应用性能更有说明力。 
常用的有机颜料物化特性分析仪器有以下几种:
(1)粒度分布测定仪。粒度
分布测定仪(PSDA)可以测定颜料粒子分散状态下的粒径大小和分布区域。理想状态下,粒度分布越集中越好,以最大程度保证颜料的鲜明性,透明度,着色强度,耐光性和分散稳定性等。 
透射型电子显微镜(TEM)可以直观观察颜料粒子的结晶形态和粒径大小。同一种化学结构的颜料,结晶形态不同,其色光,流变性能会有很大差异。
(3)X-射线衍射分析仪
X-射线衍射分析仪(XRD)可用来判定颜料的结晶种类和相对含量组成,可轻松判别颜料的同质异晶特征。有机颜料在合成过程中,最终粒子的发育状态以及存在缺陷的程度可以依据颜料结晶度(借助X-射线衍射峰的半峰宽度数据)表现,结晶度高的颜料粒子,在胶印油墨中主要表现为鲜明性,流动性,透明度,抗水性等方面性能良好,在溶剂型油墨中则对油墨的黏度及黏度稳定性有益。采用多组分混合的颜料具有较高的结晶度,可使油墨具有更好的着色强度,透明度和鲜明性。

(4)比表面积测定仪    
比表面积测定仪(BET)可以对粉末颜料的比表面积进行测定,一般情况下颜料粒径越小,比表面积越大,吸油量越大,易造成油墨流动性能有良。    
总之,对于油墨用颜料来说,有针对性地进行综合质量评价与分析是一项十分重要的工作,只有采用正确的评价方法,才能最大程度地掌握颜料的应用特性。 
采用颜料挤水换相技术制造胶印油墨
1、颜料挤水换相技术基本原理       
采用颜料挤水换相技术制造胶印油墨的基本原理为:利用油墨连结料与有机颜料之间的“亲和性”,使颜料粒子在一定的剪切搅拌条件下,从水相转移到油相连结料中,作为油墨的着色材料,有机颜料在油墨连结料中必须充分分散,该分散状直接影响其应用性能,诸如色光,流变性能,着色强度,光泽度,透明度及各种耐牢度等。因此,在颜料制造或颜料化加工过程中采用多种表面处理方法对颜料的分散性能加以改善,可降低颜料在干燥,粉碎过程中发生粒子间聚集的程度,其效果还是比较理想的。为使颜料最大程度地分散到油墨连结料中,一般采用含水滤饼颜料(粒径约0.01~1.00μm)直接在捏合机中与油墨连结料进行挤水换相处理,以避免颜料在干燥过程中粒子间过度聚集,导致颜料分散不充分,着色强度降低以及鲜明性下降

3、颜料挤水换相技术工艺特点      
采用颜料挤水换相技术制造胶印油墨的工艺具有以下特点。

(1) 未经干燥的有机颜料滤饼中一般含颜料量约为25%~40%,基本保持着”初级粒子”状态,经挤水换相使油墨连结料包覆颜料粒子,大部分粒子尚未形成不易分散的聚集体,相对于用粉体颜料制造的油墨而言,颜色鲜明性,着色强度,光泽度均更好,同时,颜料滤饼中约法三有85%~90%的水分从油墨基墨中排出,真空脱水后的油墨基墨中残留的可溶性盐组分比用粉末颜料要少得多,利于提升油墨的流变性能和抗乳化性能.

(2) 滤饼颜料的挤水换相减少了颜料生产中的干燥,粉碎过程,降低能耗的同时,避免了粉末污染. 
(3) 由于颜料粒子处于高度分散状态,在后续油墨轧制,调整阶段可比用粉体颜料明显降低成本,节约时间,降低能耗.  
(4) 采用挤水换相,只需适当的分散加工,然后按照油墨配方适当补加连结料,干燥剂和助剂,搅拌即可得到相应的油墨产品

4、颜料挤水换相技术局限
需要注意的是,采用颜料挤水换相技术制造油墨时,由于各胶印油墨品种采用的连结料不同。因此即便选用同一种颜料,其也有可能在不同的连结料体系中表现出不同的质量特性。同时,生产设备的品种变更不宜太频繁,也就是说该法比较适合大批量生产的胶印油墨品种,对于小批量制造有一定的局限性,因此,为提高生产效率,采用一种油墨调整出几种类型的油墨产品是今后胶印油墨制造的主要研究课题。

5、颜料挤水换相技术工艺要求
颜料挤水换相技术的工艺过程受到的诸多因素的影响,主要包括连结料的类型,黏度,颜料固含量以及与连结料的加入比例,加入速度,捏合体系温度,真空脱水时间等。
此外,不同的颜料品种,其颜料挤水换相技术的工艺要求也是不同的。如对于三原色胶印油墨的挤水换相技术来说,各色系、各品种颜料在挤水换相过程中受加工条件的影响程度也有一定的差异。

(1)黄色颜料   
黄色颜料由于化学结构原因,颜色比较浅,较高的温度条件下易产生过度聚集,粒子增大,比表面积减小,吸油量降低,会对油墨的鲜明性,透明度产生不良影响(但是流动性能可以得到改善)。

(2)蓝色颜料
酞莆蓝颜料的分子结构是一种对犯法的金属恶性合物,化学及热稳定性非常好,耐加工性能优良,因此在挤水换过程中质量较小。此外需要注意的是,目前胶印油墨使用权的酞菁蓝颜料属于PB15:3稳定的β型结晶,具有绿光蓝色相,经X-射线衍射分析,即便是稳定的β型酞莆蓝颜料,其中也会含有一定比例的α型PB15组分,可以使颜料的鲜明性提高,但普通的α型酞菁蓝颜料属于不稳定性结晶,与β型酞莆蓝颜料相比呈红光色相,虽具有较高的着色强度,但是吸油量较大。在有机溶剂、温度等环境条件下容易向绿光蓝β型结晶转化,因此,为了保证油墨的鲜明性,在挤水换相过程中应该注意温度和时间的控制。
(3)红色颜料 
PR57:1立索尔宝红颜料的挤水换相工艺相对于黄色,蓝色颜料来说要复杂一些,主要是真空脱水过程中加热温度较高,这种温度条件会促使偶氮色党淀类颜料的结晶向稳定,高着色强度,纯正的蓝相色光方面转化,这种结晶的调整转化过程被称为“发色”,“发色”程度的控制直接影响最终油墨的色光,透明度,流动性,着色强度和鲜明性等。

油墨用颜料的环保化 
随着社会上健康生活方式意识的不断增强,人们越来越注重工作和生活环境的清洁程度,印刷业对油墨的要求也逐渐向无毒,无污染方面过渡。基于这种趋势,选用不含芳烃的大豆油部分代替石油溶剂制造的环保型胶印油墨已在一些发达国家普遍使用,在国内也已受到印刷业的普遍关注和推广使用,可以相信,随着印刷和油墨工业的快速发展,对油墨用颜料的要求将不仅停留在产品质量方面,其使用的化学安全性相关特性也会越来越受关注。
        对于我国有机颜料行业来说,由于目前有机颜料制造采用的装备,工艺主要还是依靠比较传统的方法,使用的原料质量指标控制也不是十分严格,因此颜料制造过程中使用的有毒有害物质(如重金属含量,致癌芳胺,氯苯类有机溶剂的残留量等)应引起关注。
因此,国内在有机颜料制造中,要选用各种清洁的原材料,助剂和添加剂,优化工艺配方,最大程度地降低或消除有害物质残留量,更新栓测分析仪器以及提高检测评价技术水平,改善传统工艺设备,逐步实行自动化控制以及生产在线检测,加强高新技术和标准化生产的投入和应用,通过提高治理技术水平来降低“三废”排放量,同时充分关注如欧盟REACH法规等与有机颜料生态安全性相关的法规。

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