高速胶印油墨的结构性树脂分析

      为适应印刷技术及工艺发展的需求，油墨制造商面对生产技术、成本和市场等方面的激烈竞争，必须不断研发并生产出与先进的印刷工艺和设备配套的，性能更佳、质量更稳定的油墨。同时，随着高速印刷机的问世，对油墨的性能也提出了更高的要求。
      众所周知，胶印油墨的性能主要由树脂及连结料决定，而树脂作为油墨配方中的关键成分，不仅赋予了油墨特殊的流变性能，而且决定了油墨最终的应用性能。所以，为了适应高速化印刷的发展趋势，各大油墨生产厂商都对适应高速胶印油墨用树脂展开了深入的研究，以期改进油墨的印刷性能，提高产品技术含量和市场竞争力。
      本文将对有关适应高速印刷的胶印油墨用结构性树脂的性能优势和特点进行归纳，并结合工作中的体会，阐述对适应高速印刷的高档胶印油墨用树脂的认识和理解。

高速印刷对油墨体系性能的要求

      印刷速度提高了，印刷过程中油墨所受的剪切力就会增大，容易引起飞墨现象。由于飞墨和印刷速度之间存在以下函数关系：
      飞墨=[△V印 /t（分钟）] n       （n=2.2～2.8）
      二者之间成指数关系，即印刷速度增加2倍，飞墨现象将增加8倍。所以就要求油墨的树脂和连结料体系在具有良好流动性的基础上，维持相对高的黏度值，以保持油墨体系具有一定黏弹性的流变行为。
      由于高速印刷将增加印刷滚筒与油墨之间的摩擦，导致热量的积累，局部温度快速上升。为此，要求树脂和连结料体系应具有更好的结构稳定性，即具有更高的内聚力，提高油墨的耐热性，降低对温度的敏感程度，从而在保持良好的机上稳定性的同时，确保油墨和润版液之间适宜的界面张力，实现良好的水墨平衡及网点还原性，以提高印刷品质量。
      印刷速度的提高对油墨的印刷适性和机上稳定性提出了更高的要求，而油墨连结料体系的相容性和溶解性的平衡关系起着决定作用。由于树脂的溶解性决定着油墨和连结料体系的性能，所以具有良好相容性和溶解性的树脂及连结料体系能够有效地改善颜料的润湿性能，赋予油墨良好的流动性，在提高光泽度和稳定性的同时，还能改善油墨转移性和水墨平衡性，防止堆墨现象的产生。另外，也有利于使用苯胺点相对高的AF（无芳烃）或低PCA含量的矿物油，以减少对环境的污染。

结构性树脂及其连结料的特点与合成技术

      近几年，Lawter公司和Hercules公司相继开发出了具有高分子量、高黏弹性流变行为的结构性树脂，很大程度上满足了高速印刷对油墨性能的要求。这类树脂及其连结料的主要性能特点如下：
      取消了连结料中的凝胶化工序；高黏度、低黏性；高结构（氢键→化学键）；改善了水墨平衡；减少了飞墨；具有良好的网点还原性；更佳的流动性和转移性；快固着、快干燥；光泽度、耐磨性更理想。
      虽然这一类树脂采用了新的技术路线和合成工艺，具有较高的技术含量，但仍以传统的松香改性酚醛树脂合成技术为基础，通过在树脂结构中引入特殊的化学键结构，提高树脂分子内及分子间的作用力，获得更高的平均分子量（MW，一般在20万～30万），从而表现出很高的黏度和弹性值。

        据国外资料介绍，在烷基酚醛浆（resole-type）和松香酯合成松香改性酚醛树脂过程中引入带有不饱和双键和极性基团的石油树脂，可获得平均分子量在20万以上，具有良好抗乳化性能、适应高速印刷的树脂；在C5石油树脂和聚合松香中加入不饱和二元酸、多元醇和多官能团丙烯酸酯，通过特殊的反应工艺获得具有高黏弹性、高软化点及平均分子量在30万以上的高性能树脂。有关结构性树脂的具体技术思路和合成方法在国内还处于摸索阶段，有赖于通过实践不断加以拓展和改进。高结构性树脂的成功开发在很大程度上满足了高速印刷对油墨性能的要求，也为适应高速印刷油墨的研制提供了良好的原材料和技术。
      为了开发适应高速印刷的油墨，就必须对所采用的树脂性能进行深入了解。结构性树脂的高黏度、高分子量和黏弹性等特点是相互关联的。首先，树脂的结构性可以理解为是一种“剪切变稀”的假塑性流体的流变行为，即结构性树脂的表观黏度将随剪切力的变化而变化。而非结构性树脂类似于牛顿流体，表现出非常小的“剪切变稀”，甚至无“剪切变稀”现象。在连结料中，树脂所表现出的“剪切变稀”的结构，主要是由树脂分子与树脂分子、树脂分子与溶剂分子之间的相互作用力引起的，使油墨表现出较高的黏度，在高剪切力的作用下表现出较低的黏度，所以树脂的结构可以用短度（Shortness Ratio）来衡量：
      短度= 低剪切力黏度 / 高剪切力黏度
      一般来说，树脂在连结料中所表现的结构越大，短度越大。
      从另一方面看，树脂的溶解性越好，在连结料体系中的固含量越低，则树脂在连结料中所表现出的结构就越小；反之，树脂溶解性越差，在其连结料中的固含量越高，则表现出低溶解性、高结构的特征。所以在测试树脂结构时，必须选择具有相似溶解性能的树脂进行对比，否则，将会由于体系溶解性的不同而掩盖树脂潜在的流变性能（结构）。
      更加精确的表达是，树脂的结构主要由GPC分子量分布范围中的高分子部分所决定,同时也与分子形状、分子量分布、树脂生产工艺有关。所以，表征树脂性能指标时，除软化点、黏度、正庚烷值之外, 其分子量及分布也是十分重要的性能指标。黏度指标本身仅与树脂的平均分子量有对应关系，但并非黏度或分子量越高，树脂及其连结料的性能越好,高品质结构性树脂和连结料具有特定的分子量及其分布。
      高聚物的力学松弛现象被定义为黏弹性，而黏弹性是高聚物所具有的一个重要特性。高分子材料受到外力时会产生普弹形变、高弹形变和黏性流动三种形变，其中普弹形变、高弹形变属于可逆形变，黏性流动属于不可逆形变。而具有黏弹性流变行为的结构性树脂由于其分子结构之间存在较强的化学键力，加之具有高分子量和特殊的分子量分布，所以表现出较高的弹性和黏度值。可用动态摆动平行板流变测试仪测量损耗系数tgδ且表示树脂和油墨的黏弹性流变行为：
      tgδT= G"（损耗模量或黏性模量）/G'（储能模量或弹性模量）
      树脂体系的黏弹性和tgδ值成反比关系，即tgδ值越低，G'相对于G"越大，体系的黏弹性越强。由于具有一定黏弹性流变行为的树脂连结料或油墨体系将有效地减少飞墨，并获得良好的网点还原性能，所以，调整tgδ值就成为控制印刷过程中飞墨和网点还原性能的有效途径。
      同样，对树脂连结料进行凝胶化处理的目的是为了弥补树脂的结构性，提高体系黏弹性，从而减少飞墨，适应高速印刷。从另一个角度考虑，具有传统“胶体”结构的连结料可以通过平衡结构性树脂在连结料中的黏度和溶解性来获得，而不需要再添加有机铝类凝胶剂。并且由于具有高分子量、黏弹性的结构性树脂分子之间引入了特殊的键合形式，其结构为共价键，不同于经凝胶化后所获得的胶质油中较弱的氢键（范德华力）的缔合结构，因此，在同样的印刷压力和温度下，这种结构性树脂所炼制的连结料的结构将比胶质油的结构具有更好的稳定性，加之具有的良好黏弹性，将更加适合于高速印刷。

结构性树脂在印刷中的优势

      过去有观点认为，油墨性能的改善主要是通过调整连结料配方实现，而油墨和连结料的性能则主要是由硬树脂、醇酸树脂、凝胶剂、植物油、矿物油和助剂的共同作用来实现的。近几年，随着树脂技术的发展，特别是高分子量、黏弹性的结构性树脂的成功开发，不仅提高了树脂在连结料配方中的重要性，而且使油墨在成本、生产率和环保方面都具有了较大的竞争优势。
      1.降低成本
      使用黏度较高的结构性树脂能降低其在连结料中的固含量，减少油墨对树脂的需求，避免使用凝胶剂，提高植物油含量，缩短连结料的生产时间。在降低成本的基础上，使油墨获得更高的印刷密度。
      2.提高生产效率
      具有高分子量、高黏弹性的结构性树脂将提供更快的固着速度，更好的网点还原效果，有效地减少或消除飞墨现象。而基于此类树脂的油墨将显示更低的黏性、更好的印刷适性和套印性能，这对于再生低定量纸张或原纸的超高速印刷具有重要意义。
      3.保护环境
       具有高溶解性的结构性树脂对颜料润湿性、油墨的流变性和光泽性能都有很大的帮助，同时有利于减少增溶剂、无芳烃矿物油的使用，减少对环境的污染。具有低溶解性的结构性树脂可以用于不含矿物油的油墨中，不仅可以通过使用植物油或改性植物油来降低对环境的影响，而且可以有效的减少飞墨，提高固着速度，改善油墨的转移性能。
      总之，结构性树脂的发展将为油墨的改进和发展做出很大的贡献。近几年，印刷出版行业的发展突飞猛进，对高档油墨的需求也日益增加，而国内对高档胶印油墨用结构性树脂方面的研究几乎还是空白，所以尽快深入树脂合成技术的研究，将对我国的油墨工业的发展起到很大的促进作用。

信息来源：印刷技术