淺談凹版印刷油墨中常用溶劑的選擇
發(fā)布時(shí)間：2024-03-12 點(diǎn)擊：150
在凹版油墨中，溶劑不僅溶解各種成膜聚合物，調(diào)整粘度及流變性，以適應(yīng)印刷，而且對(duì)成膜質(zhì)量有重要影響。凹版油墨配方中，關(guān)鍵技術(shù)之一就是選擇合適的溶劑。以下就對(duì)溶劑的特性及其如何選擇、定量作詳細(xì)闡述：
一、常用溶劑分類
1、醇類
常用的醇類溶劑有乙醇（酒精）、異丙醇、正丁醇等。乙醇和正丁醇一般用作助溶劑，然而乙醇吸潮性較高，對(duì)某些樹脂的溶解性好，對(duì)染料溶解尤佳，乙醇的溶解力隨著含水量的增加而減小；其揮發(fā)極快，用量不宜過(guò)多。異丙醇能與水、乙醇、甲苯混溶。
2、酯類
常用酯類溶劑有醋酸乙酯（乙酸乙酯）、醋酸丁酯（乙酸丁酯），溶解力強(qiáng)，具有強(qiáng)烈的水果香氣味，缺點(diǎn)是價(jià)格太高。常用于溶劑凹版油墨中。
3、苯類
常用的苯類溶劑主要有：苯、甲苯、二甲苯等。苯揮發(fā)快，價(jià)格便宜，但其毒性大；甲苯在稀釋比值和揮發(fā)速度方面較理想，其于凹版油墨中用得最為廣泛的品種之一。二甲苯之揮發(fā)速度比甲苯慢，也是凹版油墨中最常用的溶劑之一。
4、酮類
常用酮類溶劑主要有：丁酮（甲乙酮、mek）、環(huán)已酮等。酮類是溶解力很強(qiáng)的溶劑，特別是適用于高固體份的凹版油墨，其還有助于改善高固體凹版油墨的流動(dòng)性和流平性，但其氣味較難聞。
二、常用溶劑的性質(zhì)
1、溶解力
溶劑對(duì)樹脂的實(shí)際溶解力，這是能否使用的首要條件。溶解力可用溶解參數(shù)δ來(lái)衡量。溶解參數(shù)δ定義內(nèi)聚能密度的平方根：
δ=（△e/vm）1/2
式中：△e內(nèi)聚能，指液體或固體的汽化熱（cal），vm為摩爾體積(cm3)。
混合溶劑的溶解參數(shù)公式：
x1v1δ1+x2v2δ2+x3v3δ3＋……＋xiviδi
δ混合=
x1v1+x2v2+x3v3+……+xivi
式中：x1v1分別是混合溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)和摩爾體積。
溶解參數(shù)對(duì)理解溶劑與樹脂、顏料、溶劑的相互作用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，對(duì)修證和改善凹版油墨配方提供了邏輯體系。
2、揮發(fā)速度
溶劑的揮發(fā)類似于濕衣服中水份的揮發(fā)，其主要受到溫度、蒸汽壓、表面積/體積比以及表面空氣的流動(dòng)速度影響，其是決定墨膜干燥速度的重要因素，影響墨膜的形式并進(jìn)而影響墨膜的最終質(zhì)量，它是選擇溶劑配方的第二個(gè)考慮重要條件。
混合溶劑的揮發(fā)速度由下式計(jì)算：
r=σritivi
式中：r為混合溶劑的揮發(fā)速率，ritivi分別為i組分的揮發(fā)速度率、活性參數(shù)、體積分?jǐn)?shù)。
凹版油墨中溶劑的揮發(fā)可分為兩個(gè)過(guò)程（階段），即第一階段：溶劑的揮發(fā)速度主要受單一溶劑的四種因素（即溫度、蒸汽壓、表面積/體積比和表面空氣流動(dòng)速度）的影響，溶劑的揮發(fā)速度與單一的相同，隨著溶劑的進(jìn)一步揮發(fā)，溶劑的揮發(fā)速度突然變慢，此時(shí)進(jìn)入第二階段：溶劑的揮發(fā)速度不再是由表面溶劑的揮發(fā)所控制，溶劑從涂膜內(nèi)表面的擴(kuò)散所控制，此時(shí)，溶劑的揮發(fā)速度更加緩慢，甚至那些與樹脂作用較強(qiáng)的溶劑會(huì)長(zhǎng)期滯留墨膜內(nèi)，久久不釋放，即溶劑稀放性慢。
溶劑揮發(fā)速度的大小是決定最終墨膜性質(zhì)的重要因素之一。如果使用大量揮發(fā)快的溶劑，如丁酮、醋酸乙酯、甲苯等溶劑，則附在基材上的凹版油墨微粒的粘度就會(huì)大大增加，流動(dòng)性下降，嚴(yán)重影響流平，產(chǎn)生桔皮現(xiàn)象；另外，由于溶劑急劇揮發(fā)，凹版油墨未能充分流平而形成許多針孔，由于溶劑大量揮發(fā)而有吸收熱量，導(dǎo)致被涂物表面溫度急劇下降，這足以使周圍空氣中的水氣凝結(jié)成小水珠而產(chǎn)生發(fā)白現(xiàn)象；最后，由于溶劑揮發(fā)太快，墨膜表層馬上固化，底層溶劑不能逸出，當(dāng)溫度升高時(shí)，殘留溶劑從內(nèi)部擠出表面，形成氣泡，即爆孔。如大量使用揮發(fā)慢（高沸點(diǎn)）溶劑，導(dǎo)致凹版油墨干燥慢，引起發(fā)粘、發(fā)軟、流掛，邊緣變厚等弊病。
以上列舉的溶劑中像丁酮、醋酸乙酯、乙醇都屬于快干溶劑；像丁酯、二甲苯、丁醇、環(huán)已酮等為慢干溶劑。[next]
3、表面張力
表面張力是凹版油墨內(nèi)在性質(zhì)之一。在凹版油墨的制備及印刷中，顏料潤(rùn)濕，墨膜流平及對(duì)基材的潤(rùn)濕、附著力等都與表面張力息息相關(guān)。
利用表面張力原理可對(duì)凹版油墨進(jìn)行調(diào)節(jié)，如凹版油墨表面張力較小，可以加表面張力大的溶劑調(diào)節(jié)，反之，如表面張力較大，可添加表面張力較小的溶劑。
4、粘度
鑒于各種溶劑粘度相差不大于1厘泊，故人們常常不把溶劑的粘度作為影響凹版油墨粘度之因素。其實(shí)不然，業(yè)已證明，不同溶劑配出凹版油墨粘度相差成百上千厘泊。為什么呢？這是因?yàn)槿軇?duì)樹脂的溶解力，溶劑的氫鍵和自身粘度，將會(huì)影響凹版油墨粘度。
三、混合溶劑的配方設(shè)計(jì)
在熟悉、掌握溶劑的溶解力、揮發(fā)速度、表面張力等性能后，那對(duì)凹版油墨中混合溶劑又怎樣選擇和定量呢？
第一、通過(guò)溶解參數(shù)，選擇能夠溶解樹脂的溶劑或混合溶劑。
我們按作用機(jī)理將溶劑分為真溶劑、假溶劑和助溶劑。在凹版油墨溶劑中，能夠單獨(dú)溶解凹版油墨的溶劑稱為真溶劑；不能溶解凹版油墨的溶劑稱為假溶劑；不能單獨(dú)溶解凹版油墨而須與其它溶劑混合才能溶解凹版油墨的溶劑稱為助溶劑。調(diào)節(jié)好真溶劑、假溶劑、助溶劑三者之間的平衡來(lái)達(dá)到預(yù)期的溶解力、揮發(fā)速度、粘度等的要求?；旌先軇┑娜芙饬Σ荒芴螅膊荒芴?。因?yàn)樘?，溶劑稀放性慢；如太小，樹脂未能充分溶解，影響凹版印刷油墨質(zhì)量。
混合溶劑的揮發(fā)一般屬非理想液體的揮發(fā)行為，如果真溶劑在對(duì)殘余溶劑的比例減少，則溶解力就會(huì)減弱，濕膜就會(huì)處于不良的溶解狀態(tài)，甚至不溶，出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，從而使墨膜出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。因此，混合溶劑配方中快、中、慢揮發(fā)組分用量要平衡，混合溶劑的蒸餾曲線方程呈平衡上升形狀，而且盡量使混合溶劑汽相組成和液相組成在環(huán)境溫度下的揮發(fā)過(guò)程中保持一致，從而使混合溶劑有很好的溶解力。
第二、建立溶劑或混合溶劑的揮發(fā)輪廓圖，假如溶劑或混合溶劑隨時(shí)間和溫度的揮發(fā)關(guān)系圖不知道，通常要選擇幾種不同揮發(fā)性質(zhì)的混合溶劑進(jìn)行試驗(yàn)，以建立這些混合溶劑的揮發(fā)輪廓圖，為溶劑或混合溶劑的選擇提供參考。
第三、實(shí)驗(yàn)證實(shí)所選擇的溶劑或混合溶劑，通過(guò)上述步驟一旦選擇了幾種候選的溶劑或混合溶劑，接下來(lái)就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定哪種溶劑或混合溶劑可以滿足凹版油墨配方的要求，有時(shí)可能需要對(duì)混合溶劑的組成和用量進(jìn)行小范圍的調(diào)整，以改善凹版油墨的某一方面的性能，如粘度、流平性、揮發(fā)等，最終能得到滿足凹版油墨各方面性能的混合溶劑。
第四、優(yōu)化溶劑或混合溶劑發(fā)滿足樹脂的溶解性和凹版油墨的其他性能。在保證混合溶劑有足夠的溶解力，合適的揮發(fā)速度，適宜的粘度及表面張力的前提下，根據(jù)以上性能數(shù)據(jù)，選用有效、價(jià)兼、低毒的溶劑，既能有效地溶解樹脂，分散顏料，滿足墨膜的性能要求，又盡可能降低溶劑成本。
四、結(jié)語(yǔ)
誠(chéng)然，關(guān)于溶劑的揮發(fā)速度、溶解力、表面張力、粘度、閃點(diǎn)、易燃性等研究與應(yīng)用，在過(guò)去和將來(lái)都顯得非常活躍，將來(lái)還會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。以上闡述，僅為筆者的粗淺的見識(shí)，于此，懇請(qǐng)各位多多指正，亦是本文的宗旨所在。
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一、常用溶劑分類
1、醇類
常用的醇類溶劑有乙醇（酒精）、異丙醇、正丁醇等。乙醇和正丁醇一般用作助溶劑，然而乙醇吸潮性較高，對(duì)某些樹脂的溶解性好，對(duì)染料溶解尤佳，乙醇的溶解力隨著含水量的增加而減小；其揮發(fā)極快，用量不宜過(guò)多。異丙醇能與水、乙醇、甲苯混溶。
2、酯類
常用酯類溶劑有醋酸乙酯（乙酸乙酯）、醋酸丁酯（乙酸丁酯），溶解力強(qiáng)，具有強(qiáng)烈的水果香氣味，缺點(diǎn)是價(jià)格太高。常用于溶劑凹版油墨中。
3、苯類
常用的苯類溶劑主要有：苯、甲苯、二甲苯等。苯揮發(fā)快，價(jià)格便宜，但其毒性大；甲苯在稀釋比值和揮發(fā)速度方面較理想，其于凹版油墨中用得最為廣泛的品種之一。二甲苯之揮發(fā)速度比甲苯慢，也是凹版油墨中最常用的溶劑之一。
4、酮類
常用酮類溶劑主要有：丁酮（甲乙酮、mek）、環(huán)已酮等。酮類是溶解力很強(qiáng)的溶劑，特別是適用于高固體份的凹版油墨，其還有助于改善高固體凹版油墨的流動(dòng)性和流平性，但其氣味較難聞。
二、常用溶劑的性質(zhì)
1、溶解力
溶劑對(duì)樹脂的實(shí)際溶解力，這是能否使用的首要條件。溶解力可用溶解參數(shù)δ來(lái)衡量。溶解參數(shù)δ定義內(nèi)聚能密度的平方根：
δ=（△e/vm）1/2
式中：△e內(nèi)聚能，指液體或固體的汽化熱（cal），vm為摩爾體積(cm3)。
混合溶劑的溶解參數(shù)公式：
x1v1δ1+x2v2δ2+x3v3δ3＋……＋xiviδi
δ混合=
x1v1+x2v2+x3v3+……+xivi
式中：x1v1分別是混合溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)和摩爾體積。
溶解參數(shù)對(duì)理解溶劑與樹脂、顏料、溶劑的相互作用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，對(duì)修證和改善凹版油墨配方提供了邏輯體系。
2、揮發(fā)速度
溶劑的揮發(fā)類似于濕衣服中水份的揮發(fā)，其主要受到溫度、蒸汽壓、表面積/體積比以及表面空氣的流動(dòng)速度影響，其是決定墨膜干燥速度的重要因素，影響墨膜的形式并進(jìn)而影響墨膜的最終質(zhì)量，它是選擇溶劑配方的第二個(gè)考慮重要條件。
混合溶劑的揮發(fā)速度由下式計(jì)算：
r=σritivi
式中：r為混合溶劑的揮發(fā)速率，ritivi分別為i組分的揮發(fā)速度率、活性參數(shù)、體積分?jǐn)?shù)。
凹版油墨中溶劑的揮發(fā)可分為兩個(gè)過(guò)程（階段），即第一階段：溶劑的揮發(fā)速度主要受單一溶劑的四種因素（即溫度、蒸汽壓、表面積/體積比和表面空氣流動(dòng)速度）的影響，溶劑的揮發(fā)速度與單一的相同，隨著溶劑的進(jìn)一步揮發(fā)，溶劑的揮發(fā)速度突然變慢，此時(shí)進(jìn)入第二階段：溶劑的揮發(fā)速度不再是由表面溶劑的揮發(fā)所控制，溶劑從涂膜內(nèi)表面的擴(kuò)散所控制，此時(shí)，溶劑的揮發(fā)速度更加緩慢，甚至那些與樹脂作用較強(qiáng)的溶劑會(huì)長(zhǎng)期滯留墨膜內(nèi)，久久不釋放，即溶劑稀放性慢。
溶劑揮發(fā)速度的大小是決定最終墨膜性質(zhì)的重要因素之一。如果使用大量揮發(fā)快的溶劑，如丁酮、醋酸乙酯、甲苯等溶劑，則附在基材上的凹版油墨微粒的粘度就會(huì)大大增加，流動(dòng)性下降，嚴(yán)重影響流平，產(chǎn)生桔皮現(xiàn)象；另外，由于溶劑急劇揮發(fā)，凹版油墨未能充分流平而形成許多針孔，由于溶劑大量揮發(fā)而有吸收熱量，導(dǎo)致被涂物表面溫度急劇下降，這足以使周圍空氣中的水氣凝結(jié)成小水珠而產(chǎn)生發(fā)白現(xiàn)象；最后，由于溶劑揮發(fā)太快，墨膜表層馬上固化，底層溶劑不能逸出，當(dāng)溫度升高時(shí)，殘留溶劑從內(nèi)部擠出表面，形成氣泡，即爆孔。如大量使用揮發(fā)慢（高沸點(diǎn)）溶劑，導(dǎo)致凹版油墨干燥慢，引起發(fā)粘、發(fā)軟、流掛，邊緣變厚等弊病。
以上列舉的溶劑中像丁酮、醋酸乙酯、乙醇都屬于快干溶劑；像丁酯、二甲苯、丁醇、環(huán)已酮等為慢干溶劑。[next]
3、表面張力
表面張力是凹版油墨內(nèi)在性質(zhì)之一。在凹版油墨的制備及印刷中，顏料潤(rùn)濕，墨膜流平及對(duì)基材的潤(rùn)濕、附著力等都與表面張力息息相關(guān)。
利用表面張力原理可對(duì)凹版油墨進(jìn)行調(diào)節(jié)，如凹版油墨表面張力較小，可以加表面張力大的溶劑調(diào)節(jié)，反之，如表面張力較大，可添加表面張力較小的溶劑。
4、粘度
鑒于各種溶劑粘度相差不大于1厘泊，故人們常常不把溶劑的粘度作為影響凹版油墨粘度之因素。其實(shí)不然，業(yè)已證明，不同溶劑配出凹版油墨粘度相差成百上千厘泊。為什么呢？這是因?yàn)槿軇?duì)樹脂的溶解力，溶劑的氫鍵和自身粘度，將會(huì)影響凹版油墨粘度。
三、混合溶劑的配方設(shè)計(jì)
在熟悉、掌握溶劑的溶解力、揮發(fā)速度、表面張力等性能后，那對(duì)凹版油墨中混合溶劑又怎樣選擇和定量呢？
第一、通過(guò)溶解參數(shù)，選擇能夠溶解樹脂的溶劑或混合溶劑。
我們按作用機(jī)理將溶劑分為真溶劑、假溶劑和助溶劑。在凹版油墨溶劑中，能夠單獨(dú)溶解凹版油墨的溶劑稱為真溶劑；不能溶解凹版油墨的溶劑稱為假溶劑；不能單獨(dú)溶解凹版油墨而須與其它溶劑混合才能溶解凹版油墨的溶劑稱為助溶劑。調(diào)節(jié)好真溶劑、假溶劑、助溶劑三者之間的平衡來(lái)達(dá)到預(yù)期的溶解力、揮發(fā)速度、粘度等的要求?；旌先軇┑娜芙饬Σ荒芴螅膊荒芴?。因?yàn)樘?，溶劑稀放性慢；如太小，樹脂未能充分溶解，影響凹版印刷油墨質(zhì)量。
混合溶劑的揮發(fā)一般屬非理想液體的揮發(fā)行為，如果真溶劑在對(duì)殘余溶劑的比例減少，則溶解力就會(huì)減弱，濕膜就會(huì)處于不良的溶解狀態(tài)，甚至不溶，出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，從而使墨膜出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。因此，混合溶劑配方中快、中、慢揮發(fā)組分用量要平衡，混合溶劑的蒸餾曲線方程呈平衡上升形狀，而且盡量使混合溶劑汽相組成和液相組成在環(huán)境溫度下的揮發(fā)過(guò)程中保持一致，從而使混合溶劑有很好的溶解力。
第二、建立溶劑或混合溶劑的揮發(fā)輪廓圖，假如溶劑或混合溶劑隨時(shí)間和溫度的揮發(fā)關(guān)系圖不知道，通常要選擇幾種不同揮發(fā)性質(zhì)的混合溶劑進(jìn)行試驗(yàn)，以建立這些混合溶劑的揮發(fā)輪廓圖，為溶劑或混合溶劑的選擇提供參考。
第三、實(shí)驗(yàn)證實(shí)所選擇的溶劑或混合溶劑，通過(guò)上述步驟一旦選擇了幾種候選的溶劑或混合溶劑，接下來(lái)就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定哪種溶劑或混合溶劑可以滿足凹版油墨配方的要求，有時(shí)可能需要對(duì)混合溶劑的組成和用量進(jìn)行小范圍的調(diào)整，以改善凹版油墨的某一方面的性能，如粘度、流平性、揮發(fā)等，最終能得到滿足凹版油墨各方面性能的混合溶劑。
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四、結(jié)語(yǔ)
誠(chéng)然，關(guān)于溶劑的揮發(fā)速度、溶解力、表面張力、粘度、閃點(diǎn)、易燃性等研究與應(yīng)用，在過(guò)去和將來(lái)都顯得非常活躍，將來(lái)還會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。以上闡述，僅為筆者的粗淺的見識(shí)，于此，懇請(qǐng)各位多多指正，亦是本文的宗旨所在。
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