淺談消泡劑在水基柔性版油墨中的應用與選擇

■文/天津東洋油墨有限公司王旭

一、引言

在我們國家，隨著近年來人們生活水平的不斷提高，包裝印刷工業也正向著高檔、精細、多品種方向發展。隨著新技術的不斷應用，柔性版印刷已經取得了很大的進步，產品質量直追膠印和凹印，甚至有的已有所超越，具有相當強的市場競爭力。

柔性版印刷設備投資少、見效快、生產率高、印品質量好、印刷精度高，并且印品層次豐富、色彩鮮明、視覺效果好，特別適合包裝印刷的要求。在柔版印刷中水基油墨的應用范圍最廣，而且占絕對優勢。比如，在瓦楞紙箱、紙帶、紙制品牛奶盒等的印刷中水基油墨都有應用。水基油墨具有無毒、無污染完全符合綠色環保要求的特點，滿足食品包裝的要求。

消泡問題一直是評價水基油墨優劣的一項重要指標，如果在印刷過程中產生氣泡逐漸增多且消泡不好，就會直接導致印刷無法繼續進行，不但耽誤印刷效率還會帶來干膜表面缺陷。

二、相關概念

（一）泡沫形成和破壞的簡要機理

1.泡沫形成機理

泡沫是空氣在液體介質中的穩定分散體，多個氣泡形成了泡沫，是成團的氣體被液體的薄膜分割包圍而成的。當一個氣泡到達不含表面活性劑的液體表面時，會自然破裂，不存在泡沫問題。液體中含有表面活性劑時，表面活性劑可以在氣泡表面形成穩定的表面活性劑分子膜。這就為產生大量泡沫提供了條件。氣泡能形成很一致的幾何型，例如三個氣泡（薄膜）遇在一起時，形成120°角。多面體泡沫由于液體含量低，會形成薄膜很薄，但非常有彈性的膜層，這是更穩定的泡沫結構。

2.泡沫破滅的簡要機理

總的來說，氣泡本身是不穩定的，它的破壞一般是由于液體從氣泡壁排擠入壁的邊緣而產生的。當膜壁內的分子運動就足以破壞液體膜而毀滅氣泡結構。

（二）消泡劑的功用

1.油墨中泡沫產生的原因

油墨中氣泡的產生主要由以下因素所造成：

（1）表面活性劑的使用。為了改善油墨的性能，如顏料分散性、儲存穩定性、流平性等，在油墨配方中加入各種表面活性劑等助劑，它們會改變油墨的表面張力，引起起泡和穩泡。

（2）油墨生產過程中，如分散過程會帶進空氣泡，在研磨分散中油墨自由能會升高，有助于泡沫的生成。

（3）在印刷過程中，機器的墨循環系統往往用泵進行油墨的輸送等原因也會使油墨體系的自由能升高，幫助產生泡沫。

2.消泡劑的功用

大部分消泡劑的功用是在泡沫的表面鋪開，使之在液面上取代氣泡膜的分子。通常采用具有很強的降低表面張力能力的表面活性劑作為消泡劑，因為這種表面活性劑分子極易吸附在表面上。大多數工業上的消泡劑還應用鋪展溶劑或乳化劑作為載體，這樣可保證消泡劑能很好地達到表面的各部分，而起到有效的消泡作用。

另一種方法則是在體系中加入一種良好的溶劑，使表面活性劑分散到液體中去，這樣也可以大大降低氣泡的形成。

3.消泡劑的種類

（1）有機硅類。它是迄今用途最廣、效能最高的抑泡、消泡劑，由于它具有比泡沫穩定性更高的界面活性，因此用很少量就可以起到消泡作用，

（2）礦物油類。該類消泡劑一般是由約80%的載體油和約15%的憎水顆粒再加約5%的乳化劑、防腐劑及其它增效成分所組成。載體油是脂肪族或芳香族的礦物油，但芳香族礦物油易引起墨膜泛黃，且大量的芳香烴會造成生理危害，因此不如脂肪族的性能好。憎水顆粒一般用憎水的氣相二氧化硅、硬脂酸鹽、脂肪酸衍生物或聚脲化合物。乳化劑的作用是將憎水顆粒分散于載體油中，同時也對消泡劑混入油墨有正向作用。

（3）不含硅聚合物類。這是一類特殊的聚合物，它是通過選定的不混溶性來發揮作用的。為了獲得“混溶”與“不混溶”間的平衡，要有意識地改變聚合物的極性和相對分子質量（包括相對分子質量分布）。一般相對分子質量越大，越不混溶。但對聚合物性消泡劑來說，即使其混溶性太好，造成消泡效果太弱或完全沒有消泡作用，但不會穩定泡沫，這是它與有機硅消泡劑的最大不同。

4.消泡劑使用不當的弊端

消泡劑雖然對消除泡沫是有益的，但是使用不當，就會帶來不利的影響。

（1）添加方法不當：大多數消泡劑加入體系中，如果不經研磨或高速分散，就不能發揮消泡作用。

（2）選擇不當：消泡劑都有自己適合的體系，如適合在苯類體系中的消泡劑，在丙烯酸體系中未必能起到同樣良好的作用，甚至可能起相反的作用；如有些消泡劑只適用于低光澤涂料，如果用在高光涂料中會造成光澤下降。

（3）過量：消泡劑使用過量，會影響相溶性和光澤，更嚴重可能直接導致印刷品質量下降。

5.消泡效果的驗證方式

為配方選擇消泡劑時，應該先在實驗室確認其功效。

（1）攪拌試驗。對于低粘度和中粘度配方，最常用的測試方法是攪拌試驗。這個試驗通過快速攪拌，將空氣混入到液體體系中。確認相同攪拌時間下，攪拌前后的體積變化和不同配方的消泡時間。

（2）淋涂試驗。這個試驗也需要將空氣通過快速攪拌混入到液體體系中。攪拌后立即倒在一個表面上。通過這個淋涂表面來評估消泡效果。膜層干燥后，目測氣泡和表面缺陷即可判定消泡效果。淋涂試驗通常作為攪拌試驗的補充，同樣適用于低粘度和中粘度涂料。

（3）展色試驗。通過模擬實際印刷條件，評估消泡效果。膜層干燥后，評估干膜的表面性能和缺陷情況。

由于篇幅有限，本文只對攪拌試驗和展色試驗的部分數據進行比較。

三、實驗部分

（一）相關實驗儀器

D—8401多功能調速攪拌儀，顏色展涂器（KLOX 400線），察恩杯4#。

（二）關于消泡劑加入時間的選擇

大多數消泡劑加入體系中需要經過研磨或高速分散，發揮作用才比較明顯，但是否比例適當、是否應將所有的消泡劑全添加在研磨或高速分散階段（有的原料在制備油墨時不能進行研磨或高速分散，只能在可研磨或高速分散的原料完成該過程后與其在低速攪拌時進行混合）則需要通過在實際生產中來驗證。為此我們對油墨制作過程中的不同時間加入不含硅聚合物類消泡劑A（目前正在使用的助劑）所達到的效果進行了分析，相關具體情況如表1所示。

表1油墨制作過程中的不同時間加入不含硅聚合物類消泡劑A所達到的效果

實驗方法：按照以上消泡劑A的添加時間進行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用D—8401多功能調速攪拌儀采取同一速度分別攪拌，之后采用目測觀察消泡完全所用的時間。

通過以上實驗發現在研磨分散時加入0.4%的消泡劑A、研磨分散的部分和非研磨部分混合時加入0.3%的消泡劑A時對油墨所起的消泡作用為最佳點，而且這一結論在相關油墨的實際生產過程中其效果與之相近。

（三）關于消泡劑品種的合適選擇

一般來說希望加入低含量帶來良好消泡效果且穩定性能良好的助劑為宜，為此在油墨配方最初確定時就應對有關的消泡劑進行一系列篩選，選擇消泡助劑及相關原料后方可進行生產工作，消泡劑的選擇是否恰當的相關實驗情況如圖1,、表2所示。

圖1消泡劑的加入量（%）所引起的消泡時間變化

表2消泡劑的加入量（%）所引起的消泡時間變化

實驗方法：按照以上助劑的添加量進行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用D—8401多功能調速攪拌儀用同一速度分別攪拌，后采用目測觀察消泡完全所用的時間。

通過以上實驗分析，我們可以得出一個結論。消泡劑A是最適合該品種水基油墨體系的助劑（穩定性結果幾乎與上述數據一致），B、C由于用量大但效果差而被舍棄，D則由于效果不佳也不能應用于該體系的油墨中。

（四）關于消泡劑的含量是否適當的選擇

消泡類助劑添加量合適會起到最佳的消泡及最大抑制發泡的作用，但是同時它也會給油墨帶來負面作用，即需要找最佳的那一點；有時如果添加量偏小會消泡效果不良，而過量則會導致油墨印刷品質下降（如印刷過程出現實地部分有漏空現象）。

為此我們對有機硅類消泡劑E（目前我司正在使用的助劑，標準含量為0.2%）曾做過過量實驗予以驗證，具體數據如下表3所示。

表3有機硅類消泡劑E過量實驗

實驗方法：按照以上助劑的添加量進行對比打樣，并將這些樣品稀釋至相同粘度，用展涂器（KLOX 400線）對比展色，觀察印刷效果，展涂效果評價為5（優）—1（劣）；同時再用D—8401多功能調速攪拌儀用同一速度分別攪拌，后采用目測觀察消泡完全所用的時間。

從以上數據我們可以看出消泡劑過量對印刷效果有相當大的不良影響，用下面的圖2變化表示。

圖2消泡劑過量對印刷效果有相當大的不良影響

四、結果與討論

由以上實驗數據結果來看，消泡劑的選擇和使用方法是一項細致仔細的工作，其對油墨制作及印刷效果、印刷過程的順利程度起到了至關重要的作用。

消泡劑的研究還存在不夠完善之處，消泡劑的挑選工作還在進行中（針對擁有特殊機器結構的客戶需要繼續改進及消泡方面的探索工作）；因此一些相關的實驗還將陸續開展。