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凹版印刷油墨中常用溶剂的溶解力

     溶剂是聚氨酯凹版印刷油墨重要的组成部分,在制造油墨过程中,有机溶剂溶解油墨中树脂成分,使油墨成为均匀的流体,具有流动性,同时使得颜料润湿分散,聚氨酯树脂在溶剂的帮助下均匀包裹于颜料粒子的表面,形成均一稳定的流体。在印刷时有助于油墨从印版转移到承印材料上。
       溶剂对油墨中树脂的溶解能力是溶剂的重要性质。所谓的溶解力,是溶剂能够把树脂分散和溶解的能力。判断溶剂对树脂的溶解能力强弱,一般可以通过观察一定固体含量树脂液的形成速度或观察一定固体含量树脂液体的粘度来决定。溶解力强则溶解速度快,一定固体含量下树脂液粘度愈低。在凹版印刷油墨中,也可以用冲淡比来简单表征油墨中溶剂对树脂的溶解能力,即冲淡到同样粘度条件下,所用有机溶剂愈多,表明该溶剂对树脂的溶解能力愈弱;相反所用有机溶剂愈少,则表明溶剂对树脂的溶解能力愈强。
一、影响溶剂溶解力的因素:
1、 树脂与溶剂的极性关系
树脂和溶剂根据其分子特性有极性和非极性之分。通常来讲非极性油墨用树脂溶于非极性溶剂,极性油墨用树脂溶于极性溶剂。
理论上讲,影响树脂及溶剂极性的因素不外乎分子结构的对称性、极性基团数量种类、分子键的长短等。凹版印刷油墨用聚氨酯树脂本体结构中含有大量的酯类、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯等极性基团,属于极性树脂。凹印油墨常用溶剂中,分子结构对称又不含有极性基团的多种烃类溶剂是非极性的;分子结构不对称,又含有多种极性基团(如羟基、羧基、羰基、硝基等)的溶剂都是极性溶剂。有机溶剂极性大小可通过分子偶极矩大小来度量。
聚氨酯油墨常用溶剂在20℃下的偶极矩,见表1。
2、 树脂与溶剂的溶解度参数关系
溶解度参数(solubility|parameter,简称Sp)是衡量液体材料(包括橡胶,因为橡胶在加工条件下呈液态)相容性的一项物理常数。其物理意义是材料单位体积内聚能密度的开方值。
溶解度参数相近的树脂和溶剂可以相互溶解,溶剂和树脂溶解度参数相差1.3~1.8的,可以溶解,大于1.8的不能溶解。混合溶剂的溶解度参数是混合溶剂中各种单一溶剂的溶解度参数同该溶剂在混合溶剂中的质量分数的乘积之和。
聚氨酯油墨常用溶剂的溶解度参数,见表1。
3、 溶剂化原则
高聚物的分子和溶剂接触,如果溶剂对高聚物表面分子的作用力大于树脂内聚力,则树脂可以溶解,这种作用就是溶剂化作用。它主要是高分子的酸性基团(或碱性基团)能与溶剂种的碱性基团(或酸性基团)起溶剂化作用而溶解。对油墨中常用的树脂,溶剂的溶解性如下:
(1)氯化聚丙烯树脂:苯类>酮类>酯类>醇类;
(2)聚氨酯树脂:酮类>酯类>苯类;
(3)聚酰胺树脂:苯类醇类(或混合)>酯类、酮类;
表1 几种常见溶剂的偶极矩和溶解度参数(δ)
溶剂
类型
     溶剂 偶极矩,×10-30cm 溶解度参数δ,K0.5•cm-1.5
苯类 甲苯 1.23 8.9
 二甲苯(对、间、邻)   0.0/1.13/1.47 8.7

酯类 醋酸乙酯 6.27 9.1
 醋酸丁酯 6.14 8.5
 醋酸正丙酯 6.21 8.6
 醋酸异丁酯 6.24 8.3
酮类 丙酮 8.97 10.0
 丁酮 10.80 9.3
 环己酮 10.00 9.9
醇类 乙醇 5.60 13.0
 异丙醇 5.60 11.5
 正丙醇 5.53 11.9

二、小结:
在凹版印刷油墨中,有机溶剂扮演着非常重要的角色,其对树脂的溶解能力包括对颜料的润湿能力直接影响到油墨的印刷适应性。溶剂在使用过程中应根据其溶解力、挥发性等搭配使用,才能真正满足印刷工艺要求。特别是极性溶剂与非极性溶剂的搭配,往往会受到意想不到的溶解效果;在日益要求环保的大环境下,特别是毒性溶剂残留日益要求严格的今天,有毒溶剂会慢慢退出树脂、油墨和印刷生产制造过程,但从国内油墨发展现状看,苯类溶剂良好的印刷适应性在配方中还很难被其他溶剂所取代,通过有毒溶剂与环保溶剂的合理搭配,降低印刷复合中毒性溶剂的残留并达到国家标准要求是一种不错的过渡。

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