油墨的耐熱性實(shí)驗(yàn)
油墨的耐高溫特性主要指油墨的耐熱性，即墨層在受熱情況下抗變色的程度。油墨的耐熱性主要指包裝在高溫、熱封和復(fù)合過(guò)程中的耐熱性，耐熱性差主要表現(xiàn)為墨層褪色、變色、圖文不清晰等。油墨的耐熱性主要取決于顏料和連結(jié)料，連結(jié)料的耐熱性差，受熱后會(huì)由白色變成棕黃色，因此，淺色油墨的耐熱性取決于連結(jié)料，彩色油墨的耐熱性則取決于顏料。這里將以紅色有機(jī)顏料油墨為例，對(duì)油墨的耐熱性和顏料的選擇進(jìn)行分析探討。
有機(jī)顏料耐熱性實(shí)驗(yàn)
耐熱油墨由不同樹(shù)脂組成的連結(jié)料及著色劑、輔助劑(如填充劑、潤(rùn)濕劑、減黏劑等)構(gòu)成。有機(jī)顏料不溶于水和有機(jī)溶劑，是高度分散的微粒狀著色劑，顏色鮮艷，著色強(qiáng)度高，耐光性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、耐遷移性及分散性良好。
在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選用了4種紅色顏料作為耐高溫油墨的著色劑進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)榧t色顏料是印刷油墨常用顏料，溶劑墨中紅色有機(jī)顏料種類最多；而且紅色顏料的耐熱性一般分4級(jí)，色彩鮮艷，即使是細(xì)微的變色情況也能夠辨別。
1.實(shí)驗(yàn)顏料及儀器
1)實(shí)驗(yàn)顏料
本次實(shí)驗(yàn)選用的4種紅色顏料是：
?、俳鸸饧tC(黃光紅)顏料，顏料索引號(hào)：P.R.53∶1，為黃色粉末，一般采用C.L.T酸重氮偶合法生產(chǎn)。
?、谟拦碳tF4R(FR3560)顏料，顏料索引號(hào)：P.R.8，為色澤鮮艷的紅色粉末，耐堿性好，耐曬性一般，耐熱性差，遇濃硝酸呈藍(lán)光大紅色，遇濃硫酸呈黃光大紅色，遇氫氧化鈉不變色。
?、哿⑺鳡枌毤tBK(N53)顏料，顏料索引號(hào)：P.R.57∶1，為帶藍(lán)光的深紅色粉末，色澤鮮艷，著色力高，不溶于乙醇，溶于熱水后呈現(xiàn)金光紅色，耐酸堿性好，耐曬性一般，耐熱性達(dá)150℃，遇濃硫酸呈紅色，稀釋后為品紅色沉淀，水溶液遇鹽酸為棕紅色沉淀，遇濃氫氧化鈉呈棕色。
④永固紅2B(大紅)顏料，顏料索引號(hào)：P.R.48∶2，紫紅色粉末，不溶于水和乙醇，遇濃硫酸呈紫紅色，稀釋后呈藍(lán)光紅色沉淀，遇濃硝酸呈棕紅色，遇濃氫氧化鈉呈紅色，耐熱性好。
2)主要儀器
KGZ-1A光澤度儀;SM-Ⅱ型磨砂機(jī);PB203-N型電子天平;XXQG02型蒸汽消毒器;XD型刮板細(xì)度儀;DMDE450光學(xué)鍍膜機(jī);D-8401型多功能調(diào)速攪拌器。
3)實(shí)驗(yàn)原料及藥品
樹(shù)脂A液、樹(shù)脂B液、DCHP、低分子蠟、4種顏料、甲苯(分析純)、丁酮(分析純)。
2.實(shí)驗(yàn)用油墨的配制
先將樹(shù)脂A液、低分子蠟、DCHP、甲苯、丁酮按配方混合，充分?jǐn)嚢?0分鐘后，作為a部分；再加入適量樹(shù)脂B液充分?jǐn)嚢杓s60分鐘，作為b部分，使各成分混合均勻。
?、賹⒊浞?jǐn)嚢韬蟮挠湍谷肷澳C(jī)中研磨，使研磨后的油墨具備油墨應(yīng)有的各種流變性及印刷適性。
?、趯⒅瞥傻挠湍b入試樣瓶中，加蓋封緊，貼上標(biāo)簽，以待測(cè)試。
本試驗(yàn)所采用的配方及制備過(guò)程均按照工業(yè)生產(chǎn)油墨的常規(guī)方法進(jìn)行。
采用同樣質(zhì)量的原料配制的油墨，體積從大到小依次為金光紅C、永固紅F4R、立索爾寶紅BK、永固紅2B。其中，金光紅C油墨的體積大約是永固紅2B油墨的3倍。配制好的永固紅2B油墨非常稠，不易過(guò)濾，因此，在測(cè)試時(shí)，要先用溶劑將永固紅2B油墨稀釋到適當(dāng)?shù)臐舛取?br />
3.實(shí)驗(yàn)樣本的制備及耐熱性試驗(yàn)
1)樣本的制備
將所制備的油墨分別網(wǎng)印在銅版紙、黑紙以及經(jīng)過(guò)離子轟擊處理過(guò)的BOPA膜上。油墨性能的測(cè)試按照標(biāo)準(zhǔn)要求取樣，耐熱試驗(yàn)參考金屬油墨耐熱性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，裁取20mm×100mmPET銅版紙和黑紙若干張備用。
2)顏料耐熱性試驗(yàn)內(nèi)容
?、賹?種顏料分別在180℃、900分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，考察其顏色變化情況。
?、趯?種油墨的試樣在180℃、900分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，考察其顏色變化情況。
?、蹖?種油墨的8種試樣在180℃、900分鐘等3種條件下進(jìn)行蒸煮和自來(lái)水水煮處理，冷卻以后同標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，考察試樣的顏色變化情況、褪色情況及水的顏色變化情況。
4.實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
本實(shí)驗(yàn)依據(jù)膠印油墨檢驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，光澤度檢驗(yàn)、細(xì)度檢驗(yàn)、初干性檢驗(yàn)、附著牢度檢驗(yàn)、抗黏連性檢驗(yàn)、顏色檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及油墨流動(dòng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
1.干烘對(duì)油墨和顏料性能的影響
1)干烘后油墨的變色情況
?、僭u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
油墨和顏料的耐熱評(píng)定采用5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：5級(jí)，與標(biāo)準(zhǔn)色樣相同；4級(jí)，微有變色；3級(jí)，變色較輕；2級(jí)，變色較重；1級(jí)，嚴(yán)重變色。
?、趯?shí)驗(yàn)方法與結(jié)果
將試樣各10張和顏料同時(shí)放在恒溫箱中按規(guī)定的時(shí)間烘烤后，取出25張?jiān)嚇?，待冷卻后以手觸摸不發(fā)黏，即可同標(biāo)準(zhǔn)樣本比較。表1列出了在不同條件下干烘以后油墨和顏料的變色情況。
2)結(jié)果分析
加熱溫度在165℃以下，溫度對(duì)紙張油墨變色情況影響不大，金光紅C油墨的變色情況要比其他3種油墨稍微嚴(yán)重一些。加熱溫度高于185℃后，油墨變色加劇。綜合來(lái)看，永固紅2B油墨的耐熱性能要略好于永固紅F4R和立索爾寶紅BK兩種油墨。單純從顏料的耐熱性能來(lái)看，永固紅F4R要好于立索爾寶紅BK，立索爾寶紅BK略好于永固紅2B。
2.水煮對(duì)油墨性能的影響
1)水煮后油墨的變色情況
?、僭u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與條件
水煮實(shí)驗(yàn)的耐熱性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和取樣方法與干烘一樣，在實(shí)驗(yàn)中，采用蒸餾水進(jìn)行水煮實(shí)驗(yàn)，水煮溫度分別是100℃和150～180℃。
②實(shí)驗(yàn)結(jié)果
100℃水煮后，永固紅2B水煮后顏色幾乎沒(méi)有變化；其他3種顏料油墨褪色輕微，水的顏色呈現(xiàn)微橙黃色；變色順序依次是金光紅銅版紙>永固紅銅版紙>立索爾寶紅>。
2)結(jié)果分析
用100℃蒸餾水水煮以后，永固紅2B的效果最好，其他油墨也略有變色。180℃水煮以后，金光紅C油墨微變色，因此可以排除金光紅C作為耐高溫油墨著色劑的可能。永固紅2B油墨的耐高溫性能要略好于其他兩種油墨。BOPA排后，有發(fā)黃現(xiàn)象，其上油墨變色情況比黑紙嚴(yán)重一些。這說(shuō)明承印材料的變色也會(huì)影響著色劑的遮蓋效果。
通過(guò)水煮和干烘實(shí)驗(yàn)后，已經(jīng)基本排除金光紅C顏料作為塑料耐蒸煮油墨著色劑的可能性。因此在后面的油墨性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，不再測(cè)試金光紅C油墨的有關(guān)性能。
3.油墨各項(xiàng)性能的測(cè)定
1)油墨附著牢度檢驗(yàn)
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)為GB/T13217.7-91 GB/T13217.1-91，檢測(cè)在溫度180±1℃，濕度65%±5%的條件下進(jìn)行。
?、跈z驗(yàn)結(jié)果及分析
將標(biāo)簽用真空鍍膜機(jī)進(jìn)行3分鐘的離子轟擊處理，以提高紙的表面張力，之后與原紙進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
a.承印材料不同，與油墨的附著牢度就不同。立索爾寶紅BK油墨受材料的影響最大，永固紅2B等3種材料的附著牢度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較接近，附著牢度受材料的影響較小。
b.永固紅2B的附著牢度較好，永固紅F4R最差。
c.經(jīng)過(guò)離子處理后的材料，對(duì)各種油墨的附著牢度都有明顯提高。
2)油墨光澤度測(cè)定
①參考標(biāo)準(zhǔn):GB/T13217.2-91。檢測(cè)在溫度30±1℃，濕度65%±5%的條件下進(jìn)行。
?、跈z驗(yàn)結(jié)果及分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3種油墨的光澤度大小順序依次為：永固紅2B>永固紅F4R>立索爾寶紅BK。從表中還可以看出，油墨的光澤度大小與承印材料的關(guān)系不大，有一些數(shù)據(jù)偏差比較大，主要原因可能就是承印材料上的油墨不均勻，導(dǎo)致對(duì)光的反射能力也不同。
3)油墨細(xì)度測(cè)定
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.2-91。檢驗(yàn)在溫度30±1℃，濕度65%±5%的條件下進(jìn)行。
?、跈z驗(yàn)結(jié)果及分析
每種油墨取3份試樣，細(xì)度測(cè)量值為:立索爾寶紅BK油墨的細(xì)度平均值為4μm，永固紅F4R油墨的細(xì)度平均值為2μm，永固紅2B油墨的細(xì)度平均值為5μm，金光紅C油墨的細(xì)度平均值為21μm。
結(jié)果表明永固紅F4R油墨與立索爾寶紅BK油墨的細(xì)度平均值相近，金光紅C油墨的顆粒較堅(jiān)硬，在配制油墨的過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)研磨時(shí)間。
4)油墨流動(dòng)度測(cè)定
①參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14624.3-93,測(cè)定在溫度30±1℃，濕度65%±5%的條件下進(jìn)行。
?、趯?shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
油墨的流動(dòng)度測(cè)定以橫向測(cè)量和縱向測(cè)量進(jìn)行，測(cè)量3種油墨的直徑平均值，測(cè)量結(jié)果是，立索爾寶紅BK為62mm,永固紅F4R為58mm,永固紅2B為62.5mm。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3種油墨的流動(dòng)度相差不大，永固紅2B油墨和立索爾寶紅BK油墨的流動(dòng)度幾乎一致，略好于永固紅F4R油墨。
5)油墨初干性測(cè)定
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.5-91,檢驗(yàn)在溫度30±1℃，濕度65%±5%的條件下進(jìn)行。
?、趯?shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3種油墨初干長(zhǎng)度平均值為，立索爾寶紅BK為55.5mm,永固紅F4R為41.5mm，永固紅2B為50.5mm。
立索爾寶紅BK油墨的初干性大大優(yōu)于其他兩種油墨，永固紅F4R的初干性最差。
6)油墨抗黏性檢驗(yàn)
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.8-91、GB/T13217.1-91,檢驗(yàn)溫度50±1℃。
②檢驗(yàn)結(jié)果及分析
3種油墨的抗黏連性大小順序依次為永固紅2B(90)>永固紅F4R(40)>立索爾寶紅BK(15)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，永固紅2B的抗黏連性最好。
7)油墨干燥速度測(cè)試
油墨的自然干燥速度是在溫度19℃，濕度68%的條件下測(cè)試的，如表4所示。
測(cè)試方法是將薄膜壓在銅版紙墨層上，并馬上揭起，薄膜上沒(méi)有墨跡為油墨干燥，在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)油墨的干燥特性調(diào)整印刷速度，提高生產(chǎn)率。4種油墨的干燥速度因承印物的不同而略有不同，其中，金光紅C油墨的干燥速度相對(duì)慢些。
結(jié)論
綜合幾種油墨的性能特點(diǎn)，在選擇紅色耐高溫油墨時(shí)，如果產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)較高的溫度處理(180℃以上)，應(yīng)盡量選用永固紅2B顏料作為著色劑；如果對(duì)油墨的初干性和附著強(qiáng)度的要求較高，而加工溫度在180℃左右，可以考慮用立索爾寶紅BK顏料作為油墨的著色劑；由于永固紅F4R顏料油墨的附著牢度較差，可以在一些對(duì)印刷質(zhì)量和溫度條件要求不太高的包裝印刷上應(yīng)用(在沒(méi)有前兩種顏料的情況下)；一般不選用金光紅C顏料作為耐高溫油墨的著色劑。
另外，配制實(shí)驗(yàn)油墨時(shí)要注意，金光紅C油墨較稀，放置一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重分層現(xiàn)象，因此，配制時(shí)可適當(dāng)降低溶劑比例。金光紅C顏料的顆粒較大，研磨時(shí)間應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)。永固紅2B油墨非常黏稠，在使用時(shí)加入溶劑，狀況會(huì)有所改觀；或在配制永固紅2B油墨時(shí)，適當(dāng)增加溶劑的比例。
