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蒸煮塑料油墨顏料的耐熱性實驗研究
閱讀：2514 發(fā)布時間：2019-12-24 耐蒸煮塑料油墨顏料的耐熱性實驗研究
油墨的耐高溫蒸煮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。塑料油墨的耐熱性主要指包裝在蒸煮、熱封和復(fù)合過程中的耐熱性，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。本文將以紅色有機顏料油墨為例，對油墨的耐熱性和顏料的選擇進行分析探討。
有機顏料耐熱性實驗?zāi)?/strong>
耐蒸煮塑料油墨由不同樹脂組成的連結(jié)料及著色劑、輔助劑(如填充劑、潤濕劑、減黏劑等)構(gòu)成。有機顏料不溶于水和有機溶劑，是高度分散的微粒狀著色劑，顏色鮮艷，著色強度高，耐光性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、耐遷移性及分散性良好。
在本次實驗過程中，選用了4種紅色顏料作為塑料耐蒸煮油墨的著色劑進行測試，因為紅色顏料是印刷油墨常用顏料，溶劑墨中紅色有機顏料種類zui多；而且紅色顏料的耐熱性一般分4級，色彩鮮艷，即使是細微的變色的情況也能夠辨別。
1.實驗顏料及儀器
1)實驗顏料
本次實驗選用的4種紅色顏料是：
?、俳鸸饧tC(黃光紅)顏料，顏料索引號：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：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，遇濃硝酸呈藍光大紅色，遇濃硫呈黃光大紅色，遇氫氧化鈉不變色。
?、哿⑺鳡枌毤tBK(N53)顏料，顏料索引號：P.R.57∶1，為帶藍光的深紅色粉末，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150℃，遇濃硫呈紅色，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。
?、苡拦碳t2B(大紅)顏料，顏料索引號：P.R.48∶2，紫紅色粉末，不溶于水和乙醇，遇濃硫呈紫紅色，稀釋后呈藍光紅色沉淀，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;PB203-N型電子天平;XXQG02型蒸汽消毒器;XD型刮板細度儀;DMDE450光學(xué)鍍膜機;D-8401型多功能調(diào)速攪拌器。
3)實驗原料及藥品
樹脂A液、樹脂B液、DCHP、低分子蠟、4種顏料、甲苯(分析純)、丁酮(分析純)。
2.實驗用油墨的配制
先將樹脂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。
②將制成的油墨裝入試樣瓶中，加蓋封緊，貼上標(biāo)簽，以待測試。
本試驗所采用的配方及制備過程均按照工業(yè)生產(chǎn)油墨的常規(guī)方法進行。
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，不易過濾，因此，在測試時，要先用溶劑將永固紅2B油墨稀釋到適當(dāng)?shù)臐舛取?br />
3.實驗樣本的制備及耐熱性試驗
1)樣本的制備
將所制備的油墨分別網(wǎng)印在PET膜、BOPA膜以及經(jīng)過離子轟擊處理過的BOPA膜上。油墨性能的測試按照標(biāo)準(zhǔn)要求取樣，耐熱試驗參考金屬油墨耐熱性能測試標(biāo)準(zhǔn)，裁取20mm×100mmPET膜和BOPA膜若干條備用。
2)顏料耐熱性試驗內(nèi)容
①將4種顏料分別在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標(biāo)準(zhǔn)樣對比，考察其顏色變化情況。
?、趯?種油墨的試樣在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標(biāo)準(zhǔn)樣對比，考察其顏色變化情況。
?、蹖?種油墨的8種試樣在100℃、40分鐘等3種條件下進行蒸煮和自來水水煮處理，冷卻以后同標(biāo)準(zhǔn)樣對比，考察試樣的顏色變化情況、褪色的情況及水的顏色變化情況。
4.實驗標(biāo)準(zhǔn)
本實驗依據(jù)凹版塑料油墨檢驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)中，光澤度檢驗、細度檢驗、初干性檢驗、附著牢度檢驗、抗黏連性檢驗、顏色檢驗標(biāo)準(zhǔn)及油墨流動度檢驗標(biāo)準(zhǔn)進行。
實驗結(jié)果與討論
1.干烘對油墨和顏料性能的影響
1)干烘后油墨的變色的情況
①評定標(biāo)準(zhǔn)
油墨和顏料的耐熱評定采用5級標(biāo)準(zhǔn)：5級，與標(biāo)準(zhǔn)色樣相同；4級，微有變色；3級，變色較輕；2級，變色較重；1級，嚴(yán)重變色。
②實驗方法與結(jié)果
將薄膜試樣各3條和顏料同時放在恒溫箱中按規(guī)定的時間烘烤后，取出2塊試樣，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的情況。
2)結(jié)果分析
加熱溫度在135℃以下，溫度對薄膜油墨變色的情況影響不大，金光紅C油墨的變色的情況要比其他3種油墨稍微嚴(yán)重一些。加熱溫度高于135℃后，油墨變色加劇。綜合來看，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.水煮對油墨性能的影響
1)水煮后油墨的變色的情況
?、僭u定標(biāo)準(zhǔn)與條件
水煮實驗的耐熱性評定標(biāo)準(zhǔn)和取樣方法與干烘一樣，在實驗中，采用蒸餾水進行水煮實驗，水煮溫度分別是100℃和120～121℃。
?、趯嶒灲Y(jié)果
100℃水煮后，永固紅2B水煮后顏色幾乎沒有變化；其他3種顏料油墨褪色比較嚴(yán)重，水的顏色呈現(xiàn)橙黃色；變色順序依次是金光紅C/PET薄膜>永固紅F4R/PET薄膜>立索爾寶紅BK/PET薄膜。表2列出了在不同水煮條件下試樣的變色的情況。
2)結(jié)果分析
用100℃蒸餾水水煮以后，永固紅2B的效果，其他油墨也略有變色。121℃水煮以后，金光紅C油墨嚴(yán)重變色，因此可以排除金光紅C作為耐蒸煮油墨著色劑的可能。永固紅2B油墨的耐高溫蒸煮性能要略好于其他兩種油墨。BOPA薄膜蒸煮以后，有發(fā)黃現(xiàn)象，其上油墨變色的情況比PET薄膜嚴(yán)重一些。這說明承印材料的變色也會影響著色劑的遮蓋效果。
通過水煮和干烘實驗后，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實驗中，不再測試金光紅C油墨的有關(guān)性能。
3.油墨各項性能的測定
1)油墨附著牢度檢驗
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)為GB/T13217.7-91 GB/T13217.1-91，檢測在溫度25±1℃，濕度65%±5%的條件下進行。
?、跈z驗結(jié)果及分析
將BOPA膜用真空鍍膜機進行3分鐘的離子轟擊處理，以提高薄膜的表面張力，之后與PET膜進行對比實驗(見表3)，可以得出以下幾點結(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zui大，永固紅2B等3種材料的附著牢度相對來說比較接近，附著牢度受材料的影響較小。
c.永固紅2B的附著牢度較好，永固紅F4Rzui差。
d.經(jīng)過離子處理后的薄膜材料，對各種油墨的附著牢度都有明顯提高。
2)油墨光澤度測定
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn):GB/T13217.2-91。檢測在溫度25±1℃，濕度65%±5%的條件下進行。
?、跈z驗結(jié)果及分析
實驗結(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，表中一些數(shù)據(jù)偏差比較大，主要原因可能就是薄膜上的油墨不均勻，導(dǎo)致對光的反射能力也不同。
3)油墨細度測定
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.2-91。檢驗在溫度25±1℃，濕度65%±5%的條件下進行。
?、跈z驗結(jié)果及分析
每種油墨取3份試樣，細度測量值為:立索爾寶紅BK油墨的細度平均值為4μm，永固紅F4R油墨的細度平均值為2μm，永固紅2B油墨的細度平均值為5μm，金光紅C油墨的細度平均值為21μm。
結(jié)果表明永固紅F4R油墨與立索爾寶紅BK油墨的細度平均值相近，金光紅C油墨的顆粒較堅硬，在配制油墨的過程中，應(yīng)適當(dāng)延長研磨時間。
4)油墨流動度測定
①參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T14624.3-93,測定在溫度25±1℃，濕度65%±5%的條件下進行。
②實驗結(jié)果及分析
油墨的流動度測定以橫向測量和縱向測量進行，測量3種油墨的直徑平均值，測量結(jié)果是，立索爾寶紅BK為62mm,永固紅F4R為58mm,永固紅2B為62.5mm。
實驗結(jié)果表明3種油墨的流動度相差不大，永固紅2B油墨和立索爾寶紅BK油墨的流動度幾乎一致，略好于永固紅F4R油墨。
5)油墨初干性測定
?、賲⒖紭?biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.5-91,檢驗在溫度25±1℃，濕度65%±5%的條件下進行。
?、趯嶒灲Y(jié)果及分析
3種油墨初干長度平均值為，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zui差。
6)油墨抗黏性檢驗
①參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T13217.8-91、GB/T13217.1-91,檢驗溫度50±1℃。
?、跈z驗結(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)。
實驗結(jié)果說明，永固紅2B的抗黏連性。
7)油墨干燥速度測試
油墨的自然干燥速度是在溫度19℃，濕度68%的條件下測試的，如表4所示。
測試方法是將銅版紙壓在薄膜墨層上，并馬上揭起，銅版紙上沒有墨跡為油墨干燥，在實際生產(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慢些。
結(jié)論
綜合幾種油墨的性能特點，在選擇紅色耐蒸煮油墨時，如果產(chǎn)品需要經(jīng)過較高的溫度處理(100℃以上)，應(yīng)盡量選磧攔毯?B顏料作為著色劑；如果對油墨的初干性和附著強度的要求較高，而加工溫度在100℃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(在沒有前兩種顏料的情況下)；一般不選用金光紅C顏料作為耐蒸煮油墨的著色劑。
另外，配制實驗油墨時要注意，金光紅C油墨較稀，放置一段時間后，會出現(xiàn)嚴(yán)重分層現(xiàn)象，因此，配制時可適當(dāng)降低溶劑比例。金光紅C顏料的顆粒較大，研磨時間應(yīng)適當(dāng)加長。永固紅2B油墨非常黏稠，在使用時加入溶劑，狀況會有所改觀；或在配制永固紅2B油墨時，適當(dāng)增加溶劑的比例。
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