影响水性光油耐划伤性的因素

影响水性光油耐划伤性的因素

(1.北京印刷学院, 北京 102600;2.北京东方亚科力化工科技有限公司, 北京 101149)

摘要:通过改变配方中水性树脂乳液及蜡乳液的种类和含量, 配置水性光油进行试验, 探讨水性树脂以及蜡乳 液对光油涂膜耐划伤性的影响。 结果表明:不同种类的水性树脂乳液及含量对水性光油的耐划伤性的影响不 同;水性光油中加入蜡乳液可以提高涂膜的耐划伤性;光油中加入的蜡乳液的粒径越大, 涂膜耐划伤性越好。

关键词:水性树脂;蜡乳液;水性光油;耐划伤性
中图分类号:TS802.3　 文献标识码:A 　 文章编号:1001-3563(2010)17-0132-03

上光油是用于印刷纸品上的一种装饰和保护性 功能涂料。所谓上光是指在完成图文印刷的复制品 表面涂布光油 ,以提高印刷品的外观效果、使用性能 和保护性能。近年来, 随着人们环保意识的增强, 环 境友好型的水性光油越来越受到人们的关注 [ 1] ,但水 性上光油在光泽度 、耐划伤力等方面仍存在不足。而 水性树脂是决定水性光油耐划伤性的决定性因素 ,添 加蜡乳液在一定程度上也改善了水性光油的耐划伤 性 。针对这种状况 ,主要研究水性丙烯酸树脂乳液和 蜡乳液对水性光油耐划伤性能的影响 。

1 实验 

1.1 原料 

水性丙烯酸树脂乳液 :乳液 1, 乳液 2, 乳液 3 ,乳 液 4,乳液 5(北京东方亚科力);蜡乳液:BASF 蜡乳 液(巴斯夫),WE-6,WE-68(广州冠志化工);消泡剂 : 水性消泡剂 810(迪高助剂);助溶剂 :无水乙醇(北京 化工厂);中和剂 :MA-95 中和剂(迪高助剂);溶剂 : 去离子水。

1.2 设备 

搅拌设备为 HJ-6A 型数显恒温多头磁力搅拌 器;耐划伤性性能测试设备为 ZHY 型自动划痕仪 ;粒 径测试设备为激光粒度仪 。

1.3 光油制备方法 

向烧杯中依次加入丙烯酸树脂乳液 、消泡剂 、蜡 乳液、中和剂,每次加料后均搅拌一定时间, 最后加适 量去离子水和无水乙醇, 高速剪切分散 60 min, 即得 白色半透明状的水性光油 。

1.4　 耐划伤性能测试

试板为按 GB 9271 标准制成的硬铝板 ,涂膜厚度 按 GB 1727标准制备为 10 μm ,制备的水性光油用丝 棒涂布在试板上 , 之后按 ISO 12137-2 :1997 标准规 定的温度(23 ±2)℃,相对湿度(50±5)%的条件下, 至少干燥 16 h 后进行耐划伤性试验。

2　 结果与讨论

水性树脂是水性光油中最重要的成分 ,水性光油 涂膜的耐划伤性主要取决于水性树脂, 因此, 合成了 5 种不同的水性丙烯酸树脂乳液 ,考察不同的水性丙 烯酸树脂及含量对水性光油耐划伤性的影响, 测试结 果见图 1。

可以看出 ,水性树脂乳液的种类和含量都对水性 光油涂膜的耐划伤性产生影响, 随着水性丙烯酸树脂 乳液的质量分数的增加 ,涂膜的耐划伤性都呈现先升 高达到极大值后又下降的趋势。总体来说, 乳液 2 制 备的光油耐划伤性较好 , 乳液 4 次之, 乳液 1 的效果 最差。另外, 各种乳液出现极大值的乳液含量各不相 同 ,其耐划伤力与乳液含量的对应关系见表 1。

由实验测试结果可知, 使用不同的乳液制备水性 光油时, 为了提高其耐划伤效果 ,需要调整乳液含量。 实验研究使用的5 种乳液中 ,使用乳液2, 质量分数为 70%时制备的水性光油具有较好的耐划伤性 ,其耐划 伤力可达到 6 kN 。

2.2 蜡乳液对光油耐划伤性的影响 

一般水性光油中加入蜡乳液可以提高水性光油 涂膜的耐划伤性。为了考察蜡乳液对光油耐划伤性 的影响,将 3 种蜡乳液分别添加到用乳液 2 制备的光 油中, 并改变蜡乳液的添加量, 测试样品的耐划伤性 , 测试结果见图 2。

水性光油中未加入蜡乳液时, 涂膜表面极易被划 伤,耐摩擦性也差,添加蜡乳液 ,可以提高光油膜层的 抗划伤性, 见图 2 。光油中加入 3 种不同类型的蜡乳 液助剂之后 , 涂膜表面的抗划伤性都能有较大的改 善,但蜡乳液的用量过大也会影响涂膜的抗划伤性 。

蜡乳液能够改善水性光油抗划伤性的机理, 可以 认为是在成膜过程中由于蜡的“漂浮效应” , 使得蜡漂 浮到涂膜最上层表面 ,形成蜡保护层 。分布在涂膜表 面的蜡颗粒多呈球形 ,该球形粒子一部分镶在乳液膜 内,一部分突出在乳液膜表面, 影响涂膜性能主要是 露在膜外表的部分球形蜡粒 ,见图 3 。当涂膜表层受到外力作用时, 由于蜡保护层的“滑移”作用 , 使得外 力不同得到固定的着力点 ,减弱外力对涂膜表面的损 伤,起到改善水性光油抗划伤性的效果。

图 2显示结果还说明 ,水性光油蜡乳液含量不同其抗划伤效果也不同。BASF 蜡乳液在质量分数为 1.5%左右就达到峰值(5 .5 kN),而 WE-6 蜡乳液和 WE-68 蜡乳液在质量分数为 3%左右达到峰值 ,分别 为 7 kN 和 6 .5 kN 。这主要是由 3 种蜡乳液粒径不 同所致。3 种蜡乳液的粒径分布图见图 4。

从粒径分 布图可以看出 , BASF 蜡乳液粒径相对较小, 且分布 较窄,而 WE-6 和 WE-68 蜡乳液粒径较大且分布较 宽。蜡乳液以大小不一的形态附着在涂膜表面时, 小 粒径的蜡颗粒可以填充到大粒径蜡颗粒的空隙中, 形 成更加致密的蜡保护层, 使其对涂膜表层的保护作用 更加显著。大小粒径混合附着在涂膜表面时所需的 蜡乳液的用量一般比小粒径均匀附着在涂膜表面时 要多 ,因此 ,添加 WE-6 和 WE-68 达到抗划伤力极大 值所需的用量比添加 BASF 蜡乳液的量多 。

3 结论 

1)水性树脂乳液的种类和含量对水性光油涂膜 的耐划伤性有影响 。不同的水性丙烯酸树脂乳液达 到最大抗划伤力的质量分数不同。乳液 2 在质量分 数为 70%时,具有最大抗划伤力。 2)水性光油中添加蜡乳液可以提高涂膜的抗划 伤性。粒径较大且分布较宽的 WE-6 和 WE-68 蜡乳 液添加量为 3%时, 可以显著改善水性光油的抗划伤 性 。

参考文献:

 [ 1] 朱梅生, 程冠清.印刷品上光技术[ M] .北京:化学工业出 版社, 2003. 

[ 2] 李霞.高光泽水性上光油的研究[ D] .西安:西安理工大 学, 2006. 

[ 3] 张胜文, 何立凡, 李效玉.蜡助剂在水性木器涂料中的应 用[ J] .涂料工业, 2007, 37(10):62-66.

 [ 4] 张建雨, 李慧慧, 陈盛, 等.蜡乳液在水性上光油中的应 用[ J] .炼油技术与工程, 2008, 38(12):37-40.