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不同环境下钢桶丝网印刷油墨的选用

文/唐辉宇

目前,国内制桶企业采用丝网印刷工艺已越来越广泛,但由于在印刷方面,制桶企业应该说是外行,所以在实际生产中经常出现质量问题、工艺问题、效率问题等等。尤其在冬季,环境温度较低,北方的许多钢桶生产企业在给钢桶表面进行丝网印刷图文时,或多或少的都会出现一些质量问题,如油墨干燥速度慢、附着力差、拉丝、龟裂和滋墨等。这些现象直接影响了钢桶的销售和企业的经济效益。同时也给企业造成了许多不良的影响。那么产生这些现象的原因和影响因素有哪些?我们在生产中应如何预防?要回答这些问题,首先要了解钢桶丝网印刷油墨的结构和性质,从而了解如何选用。所以,我们先从钢桶丝网印刷油墨的性能入手进行探讨。

一、钢桶丝网印刷油墨的性能

要使钢桶丝网印刷的油墨具有良好的性能和质量,无论钢桶生产企业在进行丝网印刷时采用那一种类型的油墨,其油墨都必须满足其颜色不易擦掉或剥掉等条件的要求。而钢桶丝网印刷时油墨的主要性能由下列参数来表示。如粘度、触变性、流动度、可塑性、粘弹性、干燥性、硬度、耐光性、耐化学性、粘附强度。

1、油墨的粘度

粘度是一层流体对另一流体作相对移动时所生产的阻力,即流体流动时的内部阻力。油墨粘度一般用泊、厘泊表示。丝印油墨的粘度约在4~12Pa·s之间。油墨粘度与印刷的关系很密切。印刷速度越快,要求印刷油墨的粘度越低;根据生产实际经验,在冬季,在室外对钢桶进行丝网印刷时,其印刷油墨的粘度应相应的低些;油墨的粘度指标可以用粘度计来进行测量。粘度过大油墨对钢桶的润湿性就差,这时油墨就不易通过丝网而转移到钢桶上。造成印刷困难,印刷后的图文缺墨;粘度过小时,印刷后会造成印迹扩大,致使印刷图文线条重合,从而造成废品。

影响钢桶丝网印刷油墨粘度的因素有下列几种:

① 目前,钢桶的丝网印刷油墨大都采用单色,对于这种使用同一种颜料的油墨来说,连结料粘度越大,制成的油墨粘度也大。

② 对于同一种连结料来说,如果颜料和填充料的量越多,制成油墨的粘度越大;

③ 对于同一种连结料来说,如果颜料和填充料在两个油墨中的用量相同,则颜料和填充料的颗粒越大,制成的油墨的粘度越小,颗粒越小粘度越大;

④ 颜料和填充料在同一种油墨连结料中分散得越好,油墨粘度越小,反之,油墨的粘度大。

2、油墨的触变性

触变性是指液体由于应力粘度降低而后又恢复其原来粘度的能力。在丝网印刷过程中,表现为油墨在静止一定时间后变稠,粘度变大,搅动后又变稀,粘度也变小的一种可逆现象。因为,油墨中颜料颗粒的外形是不规则的,尽管吸附了一层连结料,也是一种不规则的圆球。所以,在静止一定时间后,颜料颗粒就会接触或相距很近,造成相互吸引,阻碍颗粒的自由活动,油墨就变稠、变粘。然而,这种暂时稳定的结构,被外力搅动后,很快被破坏,解除了颗粒之间的相互吸引力,颗粒的自由运动又得到恢复,流动性提高了,油墨变稀,粘度下降。

钢桶丝网印刷油墨的触变性应越小越好。为了消除这种不利因素,在印刷之前,要充分搅拌油墨,使之恢复常态,然后进行印刷。油墨中的颜料颗粒越不规则,其触变性越大,反之,其触变性就小。如黑墨,触变性就大;而白墨和黄墨其触变性就小。另外油墨中连结料多,颜料少,触变性也小,反之,触变性大。

3、油墨的流动度

钢桶丝网印刷油墨的流动度是粘度的倒数。即:粘度大,流动度小;粘度小,流动度就大。

钢桶丝网印刷油墨的流动度可以看作是在无外力作用下,一定量的油墨在一定时间内和一定的平整面上自然流动的程度。油墨的流动度可以衡量油墨的稀稠。在钢桶丝网印刷油墨中,其流动度一般控制在30~50mm。测量方法是取一毫升油墨,在于50克的压力经15分钟后,测量其直径即可。

实践证明,钢桶丝网印刷时,油墨的流动度越大,印刷后的图文墨迹扩散程度越大,使间隙小的细线条纹分辩不清以至于合并;油墨的流动度小,印刷后有图文墨迹中存在有断线和缺墨现象,印刷也困难。

4、油墨的可塑性

可塑性指受外力作用变形后,能完全或部分保持其变形的性质。丝印油墨既有流动性又有可塑性。颜料和其他固体含量高,油墨就显得稠,可塑性就大;颜料和其他固体含量低,油墨就稀薄,可塑性就小。丝印油墨要求有一定的可塑性,以保持印刷的精度。

5、油墨的粘弹性

钢桶丝网印刷油墨的粘弹性指油墨受刮板压力后被剪切断裂,丝网版弹起,油墨迅速回弹的性能。油墨和钢桶粘接,和丝网脱离,出现迅速缩回的现象,是典型的油墨粘弹性现象。

油墨的粘弹性,对丝网印刷影响较大的是出现拉丝现象。拉丝现象就是当刮墨板刮过,网版弹起瞬间,在网版与钢桶之间出现很多油墨细丝。这是钢桶丝网印刷中最忌的现象,不仅易使钢桶和网版粘脏,甚至会使钢桶丝网印刷无法进行。

拉丝长与油墨的粘度有关。粘度大,墨丝长;反之则短。为此常加减粘剂或降低树脂的分子量等来降低油墨的粘度,改善油墨粘弹性,减少拉丝现象。

拉丝现象还与作用力的时间有关。同一油墨,若分离速度很快呈弹性分裂,则墨丝短;分离速度很慢,则油墨像纯液体一样完全流下,不成丝。

6、油墨的干燥性

钢桶丝网印刷既要求油墨在丝网版上能够较长时间不干燥结膜,又要求在印刷后,在钢桶上干燥越快越好。这样可以保持印刷后的图文清晰洁净,不但钢桶的印刷质量可以保证,而且还能满足及时交货的要求。

7、油墨的硬度

钢桶丝网印刷油墨涂层的硬度是指墨膜变形的程度,可分为穿入硬度和耐刻划硬度。从钢桶的实际应用出发,用耐划破性度量,如用相同的力,以不同硬度的铅笔刻划充分干燥的墨膜,以能刻破墨膜的铅笔的H值为所测量油墨的硬度。钢桶印刷时油墨的硬度对钢桶丝网印刷来说是一个较为重要的参数。

8、油墨的耐光性

钢桶丝网印刷油墨的耐光性即油墨耐光照的强度。油墨褪色是由于其中的颜料分子吸收了光能所造成的。油墨的耐光性主要取决于颜料或染料的耐光性,钢桶表面印刷图文的耐光性取决于颜料的耐光性、钢桶的材质、墨层厚度、连接料和油墨的稠稀程度。

9、油墨的耐化学性

钢桶丝网印刷油墨的耐水、酸、碱及溶剂的能力,统称为耐化学性。其测定标准与方法根据应用实际,目前常用的有浸泡法和湿擦法。浸泡法是将印刷完干燥后的钢桶,浸泡在选定的水、酸、碱及溶剂中,经一定时间后取出,比较钢桶印刷图文浸泡前后的变化程度;湿擦法是将布用选定的溶液浸湿后,在印刷完干燥后的钢桶上往返湿擦若干次,再比较钢桶印刷图文湿擦前后的差异。

二、钢桶丝网印刷油墨的附着力

钢桶丝网印刷要求油墨具有良好的附着力,丝印油墨的附着力问题也是钢桶丝网印刷后油墨最突出的一个问题。如果钢桶印刷后油墨在钢桶上没有附着力,就等于没有印刷,还会造成很大的浪费。油墨的附着力问题涉及到油墨和钢桶的粘结机理。目前一般认为影响油墨附着力的原因有以下几点:

1、树脂的影响

树脂是构成油墨连结料的主要成分,油墨的附着力与树脂性能有密切的关系。

① 分子量。若树脂的分子量与钢桶表面涂层涂料的分子量太接近,油墨溶剂不易选择。若树脂的分子量太大,为使油墨达到丝网印刷的要求粘度,则油墨中固体(树脂)含量就太少,造成溶剂的浪费。分子量高,溶点也高,在溶剂中难溶解,对附着效果不利。若树脂分子量太小,则内聚力与相容差,附着效果就差。配墨树脂的分子量选择是很重要的,必须适宜。

② 玻璃化温度。高分子链段运动只有在玻璃化温度以上,才具有显著的扩散速度。整链运动只有在高温度下才能进行。对室温固化油墨其树脂的玻璃化温度应很低,这显然对附着力有利。

③ 树脂的组分。树脂分子中的官能团、支链结构等直接影响油墨在钢桶上的附着效果,因此,在钢桶丝网印刷中对不同涂层的钢桶采用的印刷油墨也是不相同的。如钢桶表面的涂层有涂氨基烘漆涂层和镀锌涂层、镀铬涂层及镀锡涂层等。

④ 树脂单体的元素含量。合成树脂单体某元素含量的改变,使树脂的性能也随之变化。所以,设计钢桶丝印油墨配方时,合成一些特殊的树脂,将大大改进油墨的性能。树脂单体某一元素含量的改变,将导致树脂某一特性的突出变化。

⑤ 树脂的极性与结晶性。极性的存在利于油墨的附着效果,但高极性的线型聚合物,结晶性也高,可采用共聚和接枝对树脂改性来破坏结晶性,保持极性。

实践证明,环氧树脂对钢桶表面涂层涂料能产生化学键,所以,钢桶丝网印刷油墨常采用环氧树脂来配制,以期达到理想的附着效果。

2、溶剂的影响

配制油墨的溶剂也影响其附着能力。大家知道,采用的树脂和溶剂的溶解度参数相近是合适的,对于钢桶表面涂层涂料的溶解度参数也要同时考虑相近。

① 树脂和溶剂的溶解度参数相近,利于溶解。

② 高沸点的溶剂使用过多,油墨的附着力下降。

③ 溶剂选用不当,油墨的附着力差。溶剂的使用要从多方因素来考虑,所以油墨溶剂常使用三种以上的混合溶剂。

④ 油墨中的溶剂和连结料(高分子聚合物)和钢桶表面涂层涂料接触,对钢桶表面涂层涂料进行溶胀和溶解,使钢桶表面涂层涂料和油墨中的连结料相互扩散,形成一层混合后无界线的中间层,导致了界面的消失,形成油墨和钢桶表面涂层涂料的牢固结合。

扩散过程是油墨溶剂对钢桶表面涂层涂料溶解的过程,而钢桶表面涂层涂料溶解与否,则决定于油墨中的连结料和溶剂的极性。只有油墨和钢桶表面涂层涂料的极性相似时才能溶解,才具有粘合牢度。

油墨中的连结料一般是线型结构的分子聚合物,其分子两端很容易向钢桶表面涂层涂料中扩散,短侧链不利于扩散,大支链有利于扩散。

连结料的分子量大、链长,其渗透慢,扩散也慢。分子量小,则渗透快,粘结力大,但本身内聚强度小。因此作为连结料的高分子聚合物需要有一最佳分子量,既利于扩散,又有一定内聚强度。

连结料在向钢桶表面涂层扩散过程中对温度较敏感,提高温度能促进大分子的布朗运动,有利于扩散的速度和能力,也有利于油墨的粘结牢度。这也就是因什么夏天给钢桶表面印刷图文时油墨的干燥速度快且附着力好,而冬天干燥速度慢且油墨的附着力又差的原因。

3、添加剂的影响

种类繁多的添加剂,将大大改善油墨的性能。对附着力有作用的添加剂有:

① 交联剂。交联剂不但可提高油墨的附着力,而且能大大提高油墨的硬度、耐水性能及干燥速度等。

② 偶联剂。偶联剂促使油墨中树脂及高分子钢桶表面涂层材料产生偶联作用,可提高油墨的附着力。

③ 增塑剂。增塑剂可使墨膜的柔软性得到改善,同时对附着力也有提高。

4、油墨性能的影响

油墨的润湿性好,对其附着力有利,若钢桶表面还没有浸润,油墨已经干燥或固化,则附着力就差。

① 配制油墨时,必须控制溶剂的挥发速度,高沸点溶剂的存在有利于流平。

② 采用适当分子量的树脂来配制油墨,树脂的粘度越高越不利于油墨的流平。

③ 油墨中添加适当的流平剂。

5、钢桶表面质量的影响

钢桶表面涂层直接影响着丝印油墨的附着力。针对不同的涂层(如氨基烘漆涂层的钢桶、醇酸烘漆涂层的钢桶、镀锌涂层表面的钢桶、镀铬涂层表面的钢桶和镀锡涂层表面的钢桶),应配制专用油墨,来提高油墨的附着力。另外,对钢桶表面进行清洁处理,也能提高油墨在钢桶表面上的附着力。如钢桶表面的灰尘、油脂、污物的存在都会使油墨难以附着,所以必须清除。

三、钢桶丝网印刷油墨的种类

钢桶丝网印刷油墨一般可分为抗蚀油墨、抗电镀油墨和两液(双组份)反应型油墨。

1、抗蚀油墨

在钢桶丝网印刷中所使用的抗腐蚀油墨主要是溶剂型抗蚀油墨。

该油墨有较好的抗蚀性,最后使用溶剂去膜。例如:沥青油墨,可采用5号筑路沥青溶解在汽油中,达到一定粘度,即可进行丝网印刷,生产成本低;还可将白厚漆加醇酸清漆、酚醛清漆、汽油、松节油等混合使用。

2、抗电镀油墨

抗电镀油墨主体成份有沥青型、改性聚乙烯型、合成橡胶型和热固环氧树脂型等。

3、两液反应型油墨

两液反应型油墨也叫做双组份反应型油墨。是利用化学性质完全不同的两个组份印刷前充分混合均匀,立即进行印刷,印刷后发生化学反应,进行高分子化合而干燥结膜。

四、实用油墨状况及存在问题

目前许多钢桶生产厂家所使用的丝印油墨可归纳成两大类:

一类为慢干性油墨;另一类为快干性油墨。其中慢干性油墨大部分钢桶生产厂家使用金属胶印油墨。它的主要配方为油墨+醇酸漆+干燥油,其比例为油墨75- 80%;醇酸漆为20%;干燥油为3-5%。加干燥油的目的主要是加快丝印后印刷图文的干燥速度,这种油墨印刷后图文的附着力强。但其干燥速度慢,一般情况下,夏天需要量10-30分钟,冬季需要的时间就更长了。所以这种油墨在冬季不适应在北方使用。而另一类快干油墨,主要是两液反应型油墨的一种,即该油墨由甲乙两组份组成,在印刷前,将乙组份加入甲组份中,其加入的比例根据生产实际情况和天气状况而定。一般情况下我们将乙组份称为慢干剂,油墨中加入慢干剂量的多少,直接影响钢桶丝网印刷的质量。慢干剂量加入的越多,丝印后图文的附着力就越差。但如果慢干剂量加入的太少,印刷时很容易封版,造成操作困难。

从上面的分析可看出,油墨的性能直接影响钢桶丝印的效果,钢桶生产厂家应根据生产实际的气候的变化,合理选择适应自己生产要求的油墨,以达到钢桶丝印的最佳效果。


 

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