淺談凹版印刷油墨中常用溶劑的選擇

在凹版油墨中，溶劑不僅溶解各種成膜聚合物，調整粘度及流變性，以適應印刷，而且對成膜質量有重要影響。凹版油墨配方中，關鍵技術之一就是選擇合適的溶劑。以下就對溶劑的特性及其如何選擇、定量作詳細闡述：
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，對某些樹脂的溶解性好，對染料溶解尤佳，乙醇的溶解力隨著含水量的增加而減小；其揮發極快，用量不宜過多。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，具有強烈的水果香氣味，缺點是價格太高。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。苯揮發快，價格便宜，但其毒性大；甲苯在稀釋比值和揮發速度方面較理想，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）、環已酮等。酮類是溶解力很強的溶劑，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性和流平性，但其氣味較難聞。
二、常用溶劑的性質
1、溶解力
溶劑對樹脂的實際溶解力，這是能否使用的首要條件。溶解力可用溶解參數δ來衡量。溶解參數δ定義內聚能密度的平方根：
δ=（△e/vm）1/2
式中：△e內聚能，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數和摩爾體積。
溶解參數對理解溶劑與樹脂、顏料、溶劑的相互作用提供了堅實的理論基礎，對修證和改善凹版油墨配方提供了邏輯體系。
2、揮發速度
溶劑的揮發類似于濕衣服中水份的揮發，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而影響墨膜的最終質量，它是選擇溶劑配方的第二個考慮重要條件。
混合溶劑的揮發速度由下式計算：
r=σritivi
式中：r為混合溶劑的揮發速率，ritivi分別為i組分的揮發速度率、活性參數、體積分數。
凹版油墨中溶劑的揮發可分為兩個過程（階段），即第一階段：溶劑的揮發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速度）的影響，溶劑的揮發速度與單一的相同，隨著溶劑的進一步揮發，溶劑的揮發速度突然變慢，此時進入第二階段：溶劑的揮發速度不再是由表面溶劑的揮發所控制，溶劑從涂膜內表面的擴散所控制，此時，溶劑的揮發速度更加緩慢，甚至那些與樹脂作用較強的溶劑會長期滯留墨膜內，久久不釋放，即溶劑稀放性慢。
溶劑揮發速度的大小是決定最終墨膜性質的重要因素之一。如果使用大量揮發快的溶劑，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大大增加，流動性下降，嚴重影響流平，產生桔皮現象；另外，由于溶劑急劇揮發，凹版油墨未能充分流平而形成許多針孔，由于溶劑大量揮發而有吸收熱量，導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成小水珠而產生發白現象；最后，由于溶劑揮發太快，墨膜表層馬上固化，底層溶劑不能逸出，當溫度升高時，殘留溶劑從內部擠出表面，形成氣泡，即爆孔。如大量使用揮發慢（高沸點）溶劑，導致凹版油墨干燥慢，引起發粘、發軟、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、環已酮等為慢干溶劑。[next]
3、表面張力
表面張力是凹版油墨內在性質之一。在凹版油墨的制備及印刷中，顏料潤濕，墨膜流平及對基材的潤濕、附著力等都與表面張力息息相關。
利用表面張力原理可對凹版油墨進行調節，如凹版油墨表面張力較小，可以加表面張力大的溶劑調節，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。其實不然，業已證明，不同溶劑配出凹版油墨粘度相差成百上千厘泊。為什么呢？這是因為溶劑對樹脂的溶解力，溶劑的氫鍵和自身粘度，將會影響凹版油墨粘度。
三、混合溶劑的配方設計
在熟悉、掌握溶劑的溶解力、揮發速度、表面張力等性能后，那對凹版油墨中混合溶劑又怎樣選擇和定量呢？
第一、通過溶解參數，選擇能夠溶解樹脂的溶劑或混合溶劑。
我們按作用機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。調節好真溶劑、假溶劑、助溶劑三者之間的平衡來達到預期的溶解力、揮發速度、粘度等的要求。混合溶劑的溶解力不能太大，也不能太小。因為太大，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量。
混合溶劑的揮發一般屬非理想液體的揮發行為，如果真溶劑在對殘余溶劑的比例減少，則溶解力就會減弱，濕膜就會處于不良的溶解狀態，甚至不溶，出現相分離現象，從而使墨膜出現發白現象。因此，混合溶劑配方中快、中、慢揮發組分用量要平衡，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境溫度下的揮發過程中保持一致，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輪廓圖，假如溶劑或混合溶劑隨時間和溫度的揮發關系圖不知道，通常要選擇幾種不同揮發性質的混合溶劑進行試驗，以建立這些混合溶劑的揮發輪廓圖，為溶劑或混合溶劑的選擇提供參考。
第三、實驗證實所選擇的溶劑或混合溶劑，通過上述步驟一旦選擇了幾種候選的溶劑或混合溶劑，接下來就是通過實驗來確定哪種溶劑或混合溶劑可以滿足凹版油墨配方的要求，有時可能需要對混合溶劑的組成和用量進行小范圍的調整，以改善凹版油墨的某一方面的性能，如粘度、流平性、揮發等，最終能得到滿足凹版油墨各方面性能的混合溶劑。
第四、優化溶劑或混合溶劑發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，合適的揮發速度，適宜的粘度及表面張力的前提下，根據以上性能數據，選用有效、價兼、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、結語
誠然，關于溶劑的揮發速度、溶解力、表面張力、粘度、閃點、易燃性等研究與應用，在過去和將來都顯得非常活躍，將來還會取得長足的進展。以上闡述，僅為筆者的粗淺的見識，于此，懇請各位多多指正，亦是本文的宗旨所在。


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