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基于界面張力和表面張力測試評估商用UV油墨對不同承印紙張的表面浸潤性差異（二）
來源：包裝工程 瀏覽 52 次 發(fā)布時間:2025-04-15
1.2方法
1.2.1油墨的制備
將20質(zhì)量份炭黑、20質(zhì)量份聚氨酯聚丙烯酸酯和60質(zhì)量份丙烯酸酯單體混合研磨30 min，制得黑色色漿。接著將20質(zhì)量份黑色色漿、25質(zhì)量份聚氨酯丙烯酸酯樹脂、40質(zhì)量份丙烯酸酯單體和15質(zhì)量份各類助劑按比例使用行星式混勻機(jī)混合60 min得到通用性油墨，轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 000 r/min。使用行星式混勻機(jī)對等質(zhì)量的2份溶液進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)離心，能夠使油墨各組分均勻分散，且其真空工作環(huán)境能夠充分排出液體中的空氣，進(jìn)一步保證油墨溶液體系的穩(wěn)定性。熱變色油墨的制備與上述流程一致，僅需在黑色色漿中額外加入5質(zhì)量份熱敏黑。
1.2.2油墨的表征
使用光學(xué)接觸角測量儀與表面張力儀，采用座滴法和懸滴法分別測定承印紙張的水接觸角、油墨對紙張的接觸角以及油墨表面張力。通過模塊化智能型高級旋轉(zhuǎn)流變儀測定黏度，使用XPS探測炭黑氧元素含量，使用HRTEM觀察炭黑粒徑，使用噴印機(jī)進(jìn)行噴碼測試，其噴頭為日本理光G6，分辨率設(shè)置為600 dpi。油墨經(jīng)紫外線燈照射，間隔時間取樣觀測固化速率。
2結(jié)果與分析
2.1承印紙張表面性質(zhì)
常見的煙盒噴碼承印紙張，根據(jù)其特性和工藝的不同，主要可以劃分為4大類：膠印水光油紙、膠印UV光油紙、凹印水光油紙以及凹印水光底凸字油紙。
為了深入探究這些承印紙張對油墨附著和浸潤性能的影響，本文進(jìn)行了詳細(xì)的水接觸角測試。水接觸角測試是衡量液體在固體表面潤濕程度的重要參數(shù)，可以反映出不同紙張與水之間的相互作用情況。如表1和圖1所示，不同承印紙張的水接觸角在50°~95°內(nèi)變化，這一變化范圍反映了其表面性質(zhì)的顯著差異。在測試的紙張中，膠印水光油紙與水的接觸角明顯最?。?9.2°），說明其相對親水。
膠印UV光油與水的接觸角普遍較高，>80°，說明其表面相對疏水，油墨在其上的附著和擴(kuò)散能力相對較弱。當(dāng)凹印水光油紙與凹印水光底凸字油紙一起使用時，其接觸角進(jìn)一步降至62°~68°。這可能是由于凹印水光底凸字油紙的應(yīng)用改變了紙張表面的微觀結(jié)構(gòu)，使其變得更加親水。
綜上所述，不同承印紙張的水接觸角差異較大，表面具有不同的浸潤性、粗糙度和黏附力，使得同一種油墨在不同紙張上的表現(xiàn)差異顯著，進(jìn)一步導(dǎo)致油墨的不通用性。
表1不同承印紙張的水接觸角
圖1不同編號承印紙張的水接觸角
進(jìn)一步深入研究，借助接觸角實(shí)驗(yàn)和油墨/承印紙張界面張力的評估手段，全面探究普通商用UV油墨在不同紙張上的浸潤性變化。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄與分析，得到的結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，商用油墨在各類承印紙張上的接觸角變化范圍相當(dāng)寬泛。該油墨在膠印UV光油紙上的浸潤性最好，最小接觸角為9°，平均接觸角為17.5°，波動較大。相比膠印UV光油紙，凹印水光油紙的接觸角略大。凹印水光底凸字油紙的引入能夠略微改善油墨與凹印水光紙張的接觸穩(wěn)定性，但對其浸潤性缺乏有效提升。
此外，油墨對膠印水光油紙的接觸角以及波動范圍都明顯高于其他紙張，即浸潤性和穩(wěn)定性都有缺陷，表明油墨與不同承印紙張之間的相互作用存在顯著差異。
表2普通商用油墨對于不同承印紙張的接觸角和界面張力
為了更深入地理解這種差異，結(jié)合式（2）進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示，商用普通油墨的固液界面張力在29~484 mN/mm內(nèi)變化，驗(yàn)證了普通商用油墨與不同承印紙張之間存在顯著接觸性差異，因此需要找到一種方法來減小浸潤性差異，提高油墨的通用性。通過深入研究油墨與承印紙張之間的相互作用機(jī)理，優(yōu)化油墨配方工藝，有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
2.2通用性油墨的測試及調(diào)控
本文挑選苯氧基、乙氧基和多元醇單體，與炭黑、引發(fā)劑和助劑共混，以制備出具有不同特性的油墨，從而實(shí)現(xiàn)對油墨接觸角和浸潤性的精準(zhǔn)調(diào)控。這種調(diào)控方式不僅有助于探究油墨與承印紙張之間的相互作用機(jī)理，而且提供了一種優(yōu)化油墨性能的有效手段。
制備3種不同表面張力（26.3、24.6和25.0 mN/mm）的油墨，不同基團(tuán)單體油墨的接觸角和界面張力如表3所示。
表3不同基團(tuán)單體油墨的接觸角和界面張力
研究發(fā)現(xiàn)：乙氧基單體油墨具有最小的接觸角變化范圍（14.2°~23.6°），表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和一致性，適合不同紙張；苯氧基和多元醇單體油墨接觸角變化范圍較大，可能導(dǎo)致噴碼效果不穩(wěn)定。為提高油墨通用性，建議優(yōu)先使用乙氧基單體配方，并通過優(yōu)化配方和工藝減小接觸角變化，提高其在不同紙張上的浸潤性和附著力，從而實(shí)現(xiàn)更好的噴碼效果。具體來說，配方從等質(zhì)量比例的乙氧基類丙烯酸酯、苯氧基類丙烯酸酯以及多元醇丙烯酸單體出發(fā)（1∶1∶1），逐漸增加乙氧基類丙烯酸酯的含量，以制備最佳通用油墨。