单张纸胶印油墨干燥剂的选择.pdf

收稿日期：2022-06-22单张纸胶印油墨干燥剂的选择王辉，刘江美渊杭华油墨股份有限公司袁浙江 杭州310018冤摘要：通过使用灰化法-电感耦合等离子体原子发射光谱渊ICP-OES冤测定胶印油墨和润版液中钴渊Co冤和锰渊Mn冤的含量袁测定不同油墨体系中这些金属元素的加入量以及油墨在乳化过程中金属干燥剂的洗出量袁计算出金属元素的洗出率袁得到两个金属干燥剂在油墨体系中的相溶性袁再对比两种金属元素不同添加量对油墨的实际干燥效果遥 结果表明院普通单张胶印油墨体系中袁钴干燥剂比锰干燥剂的相溶性差袁容易在印刷阶段被润版水洗出袁影响实际干燥效率遥 同时试验表明袁可以用锰干燥剂来替代钴干燥剂遥关键词：灰化法-电感耦合等离子体原子发射光谱曰胶印油墨曰润版液曰干燥剂doi:10.13752/j.issn.1007-2217.2022.04.006第 52 卷第 4 期2022 年 12 月Vol.52 No.4Dec.2022杭州化工HANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY由于普通单张纸胶印油墨中含有较多的植物油、矿物油及干燥剂，所以油墨印刷到纸张上后有渗透干燥及氧化结膜干燥两种干燥方式。渗透干燥是利用油墨中矿物油在纸张毛细孔中的快速渗透使纸面上油墨的黏度快速提高，从而使印品可以一定程度地堆高而不反粘，保证印刷的进行，该干燥速度相对较快；氧化结膜干燥主要是印刷后在干燥剂的催化作用下，加速植物油和树脂中不饱和双键的氧化而交联固化成膜，一般后道裁切都需要油墨完全固化，该干燥速度相对较慢。目前，普通单张纸胶印油墨中大都以异辛酸钴、异辛酸锰作为干燥剂1，主要是相较其他的金属催化剂效率高、油墨干燥速度快、性价比高。由于现在合版订单的增加，要求快速翻面印刷，因此对油墨的干燥速度有了更高的要求，所以较多油墨厂家都不同程度地提高了干燥剂的用量，这加速了油墨在印刷机台上的结皮时间，但是纸张承印物上油墨的干燥速度提高得却不明显。由于钴干燥剂有可能致癌，同时有报道可以使用锰干燥剂作为替代2-3，因此需要寻找更优的干燥剂方案。本文通过将未添加干燥抑制剂的油墨作为对比，发现轻微乳化下油墨的干燥速度基本不受影响，但是经过高速乳化仪充分乳化后的油墨则会减慢干燥速度，通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析测试了乳化后水中干燥剂离子的含量4-12，考虑是否是由于干燥剂溶于水被洗出而导致油墨干燥速度变慢，从而指导油墨配方中干燥剂的选择使用。1实验部分1.1仪器与试剂高速乳化仪，日本 NISSEI 公司；Optima 8000 电感耦合等离子体原子发射光谱仪，美国Perkin-Elmer公司；马弗炉，德国纳博热公司；瓷坩埚，30 mL，杭州宏达化工仪器有限公司；ME403E 电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；朝阳会试验仪，日本 TOYOSEIKI 公司；干燥时间记录仪，上海现代环境工程公司。多元素混标（Co）=100滋g/mL；（Mn）=100滋g/mL），浙江省科学器材进出口有限责任公司；硝酸,分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；盐酸,分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；实验用水为超纯水,电阻率 18.2 赚赘 cm；油墨和润版液样品，杭华油墨股份有限公司。1.2实验方法1.2.1洗出液制备将 30 g 油墨与 30 g 润版液放于高速乳化仪中，5 000 rpm 下搅拌 5 min，倒出未乳化的水即可。1.2.2标准溶液配制多元素混标溶液储存于冰箱中，各元素标准工作溶液使用时现配。取适量 100 滋g/mL 各元素溶液，用质量分数为 5%的硝酸配制成相应浓度的标准工作曲第 52 卷杭州化工线，各元素标准溶液浓度见表 1。1.2.3样品前处理取约 1.00 g 某油墨或润版液置于 30 mL 瓷坩埚中，在电炉上低温炭化（温度约为 200 益），之后在马弗炉中温度 450 益灰化 3 h，冷却至室温，加入 10 mL 质量分数为 40%的盐酸，放置电炉上加热使灰分完全溶解，继续加热至剩 12 mL 左右盐酸取下，待溶液完全冷却后转移至 25 mL 容量瓶中，用超纯水定容，溶液经 0.45 滋m 滤膜过滤后待测。相同操作过程和相同酸溶解试剂制备空白样品溶液。1.2.4电感耦合等离子原子发射光谱仪测定条件射频入射功率 1 300 W，载气为高纯氩气，雾化气流量 0.8 L/min，辅助气流量 0.2 L/min，蠕动泵泵速1.5 mL/min。1.2.5朝阳会干燥测定方法将一定浓度的展色样张固定于仪器金属圆辊筒表面，展色样张表面再覆盖一张空白胶版纸，仪器会每 10 min 螺旋前进打点，根据胶版纸上打点颜色的深浅判定油墨在样张上的干燥速度。1.2.6干燥时间记录仪测定方法将乳化前后油墨分别按一定厚度均匀涂覆于玻璃板表面，放上滑针，按一定的速度匀速划过油墨表面。试验结束后可以通过滑针经过油墨层的轨迹状态来判定油墨的干燥情况。2结果与讨论2.1普通单张纸胶印油墨体系目前市面上使用的胶印油墨大部分都是普通单张纸胶印油墨，通过矿物油及小分子物质的渗透来提高纸张表面油墨的黏度，通过干燥剂促进植物油及树脂的氧化结膜，最终使油墨完全干燥。普通单张纸胶印油墨配方见表 2，油墨乳化过程中干燥剂的洗出率见表 3。从表 2 和表 3 数据中可以得出，普通胶印油墨做完乳化后油墨中的干燥剂洗出率是比较高的，相比而言，异辛酸锰的洗出率比异辛酸钴的低许多。2.2全植物油体系在全植物油体系中，即配方中不含矿物油成分，油墨干燥基本靠氧化结膜的干燥方式，主要用于非渗透性纸张上的印刷。全植物油油墨配方见表 4，表 4 中“凡立水二”为全植物油凡立水。全植物油油墨乳化过程中干燥剂的洗出率见表 5。从表 4 和表 5 数据中可以得出，全植物油胶印油墨做完乳化后油墨中的干燥剂洗出率整体比普通油墨低，同时，异辛酸锰的洗出率也比异辛酸钴的低，并且配方中干燥抑制剂不同对干燥剂洗出率影响不大。2.3白墨体系该试验油墨也采用了全植物油体系，由于白墨中固体份含量比较高，凡立水用量相对偏少，对干燥剂的相溶性会有偏差。白墨配方见表 6，表中“凡立水二”为全植物油凡立水。白墨乳化过程中干燥剂的洗出率见表7。M-1M-2M-3Co洗出率Mn洗出率41.618.843.924.034.122.1表 3普通单张纸胶印油墨乳化过程中干燥剂的洗出率单位：%M-1M-2M-3红基墨凡立水一矿物油异辛酸钴异辛酸锰801550.20.4801550.51.0801550.81.6表 2普通单张纸胶印油墨配方单位：w/%元素CoMn0.50.51.01.02.02.05.05.010.010.0试样编号12345表 1各元素标准溶液浓度单位：/（滋g mL-1）M-4M-5M-6Co洗出率Mn洗出率34.117.833.316.834.518.1表 5全植物油油墨乳化过程中干燥剂的洗出率单位：%M-4M-5M-6凡立水二植物油红颜料植物油异辛酸钴异辛酸锰干燥抑制剂一干燥抑制剂二67.552060.31.00067.552060.31.00.2067.552060.31.000.2表 4全植物油油墨配方单位：w/%22窑窑从表 6 和表 7 的数据可以得出，白墨中凡立水含量较少，干燥剂洗出的也相对比较多，同时，异辛酸锰的洗出率也比异辛酸钴的低，并且配方中不同干燥抑制剂对干燥剂洗出率的影响不大。2.4单张纸胶印油墨体系由于异辛酸钴的洗出率比较高，同时由于钴的环保性问题，因此考虑用异辛酸锰来代替异辛酸钴的可能性。在单张纸胶印油墨配方中试验了不同干燥剂的配比体系，用干燥记录仪对比乳化前后油墨的整体结皮情况，用朝阳会对比印刷在纸张上后油墨的深层干燥情况。单张纸胶印油墨配方见表 8，单张纸胶印油墨乳化过程中干燥剂的洗出率见表 9，单张纸胶印油墨干燥性能对比见表 10。M-7M-8M-9M-10Co洗出率Mn洗出率26.613.2013.6013.0013.3表 9单张纸胶印油墨乳化过程中干燥剂的洗出率单位：%M-7M-8M-9M-10凡立水一矿物油红颜料矿物油异辛酸钴异辛酸锰64520110.30.6645201100.9645201101.2645201101.5表 8单张纸胶印油墨配方单位：w/%基本接近M-7乳化前乳化后乳化后乳化后乳化后朝阳会干燥时间记录仪（h）M-8乳化前M-9乳化前M-10乳化前3.5568.55756.2表 10单张纸胶印油墨干燥性能对比第 4 期王辉，等：单张纸胶印油墨干燥剂的选择W-1W-2W-3凡立水二植物油钛白粉植物油异辛酸钴异辛酸锰干燥抑制剂一干燥抑制剂二3515580.31.0003515580.31.00.203515580.31.000.2表 6白墨配方单位：w/%W-1W-2W-3Co洗出率Mn洗出率48.835.750.036.549.038.3表 7油墨乳化过程中干燥剂的洗出率单位：%从表 8、9、10 中的数据可以看出，用异辛酸锰替代异辛酸钴后不仅可以延长机上结皮时间，同时对于纸张上的干燥速度变化较小，基本上可以与异辛酸钴等量替换或略多些，因此本人认为单独使用异辛酸锰在目前是一种相对较优的干燥剂选择方式。3结论通过对不同体系油墨的乳化后水中钴锰元素的分析测试，可以得出，油墨中干燥剂经过乳化后都会有部分溶解于润版水中，导致干燥速度一定程度的下降。同样条件下，异辛酸锰的洗出率要小于异辛酸钴的洗出率；干燥剂在植物油中的溶解性要好于矿物油，因此在植物油多的体系中干燥剂洗出率会较低些；油墨中固份含量高时干燥剂的洗出率偏高。另对在售的几款不同品牌红墨做了干燥剂含量测试及洗出率的对比发现，目前市面上的油墨对于干燥剂的使用及用量已经有了比较大的差别，有些油墨已经不再使用异辛酸钴，一是由于配方中干性油的使用量及实际对干燥速度的需求不同，二是由于对异辛酸钴的环保要求使钴的使用量减少或者不再添加。对不同干燥剂配比下干燥速度的对比测试，表明异辛酸锰可以等比例替代异辛酸钴，不仅可以保持纸张的干燥速度，还能延长机上结皮时间，提高环保性。参考文献：1松永茂树，大坪崇德.印刷油墨用催干剂及使用其的印刷油墨：201180029610.9P.2013-02-20.2徐超，刘大壮，董雪茹.醇酸涂料用钴催干剂的替代J.胶体与聚合物，2007，25（4）：33-34.3刘国杰.疑似致癌物的钴催干剂代替品的研究进展：全国功能性氟硅材料和涂料市场开发及应用“瓮福蓝天杯”技术研讨会C.北京：中国氟硅有机材料工业协会，2009.4刘立行，马学良，刘宝玉.乳化技术-火焰原子吸收光谱法测定油漆中锰和钴J.冶金分析，2001（4）：14-16.5马燕，李华，肖艳.ICP-AES 法同时测定树脂样品中的 15渊下转第 8 页冤23窑窑技发展领域成就的重要载体和物证。考古发现中常见的红色、黑色、白色、黄色、绿色、紫色、青色颜料中蕴含着丰富的化学思政元素。随着众多考古成果的涌现，中华早期文明在科技方面对人类文明的贡献变得更加清晰。把最新考古发现中的思政元素融入化学教学之中，以期激发学生内在学习动力和学习热情，激发学生报国的家国情怀和使命担当，提高专业教学质量，进而培养“德才兼备”的高素质专业人才。参考文献：1胡洪琼.殷墟时期颜料的制备与使用J.郑州大学学报（哲学社会科学版），2013，46（6）：132-136.2尹继才.颜料矿物J.中国地质，2000（5）：45-47，30.3周本源，马清林.甘肃秦安大地湾遗址出土白色块状颜料成分分析J.文物保护与考古科学，2019，31（4）：87-99.4董俊卿，冯敏，王昌燧，等.双墩彩陶颜料来源的测试研究J.岩矿测试，2007，26（1）：13-16.5朱铁权，王昌燧，徐大力，等.双墩遗址黑陶渗炭工艺初探J.文物保护与考古科学，2005，17（2）：1-8.6辽宁省文物考古研究所.辽宁牛河梁红山文化“女神庙”与积石冢群发掘简报J.文物，1986（8）：1-17，97-101.7李敏生，黄素英，李虎侯.陶寺遗址陶器和木器上彩绘颜料鉴定J.考古，1994（9）.8邵安定，付倩丽，孙周勇，等.陕西神木县石峁遗址出土壁画制作材料及工艺研究J.考古，2015（6）.9方辉.论史前及夏时期的朱砂葬兼论帝尧与丹朱传说J.文史哲，2015（2）：56-72.10胡洪琼.殷墟考古所见颜料用具浅析J.兰台世界，2014（22）：150-151.11李乃胜，杨益民，何弩，等.陶寺遗址陶器彩绘颜料的光谱分析J.光谱学与光谱分析，2008，28（4）.12周国信.中国的辰砂及其发展史J.敦煌研究，2010（2）：51-59.13王进玉，王进聪.中国古代朱砂的应用之调查J.文物保护与考古科学，1999，11（1）：40-45.14李健民.陶寺遗址出土的“文”字扁壶J.中国社会科学院古代文明研究中心通讯，2001（1）：27-29.15宋国定.郑州小双桥遗址出土陶器上的朱书J.文物，2003（5）：35-44.16孟宪武，李贵昌.殷墟出土的玉璋朱书文字J.华夏考古，1997（2）：72-77，113.17陈晓峰，马清林，宋大康，等.马家窑类型彩陶黑、白颜料的 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