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水性PVC墙纸油墨冲淡剂的配方设计

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人气:-发表时间:2015-06-09 20:58【

随着生活水平的提高,人们对各类场所的装修提出更个性化、更艺术的要求。其中对墙面的装饰就可见一斑,除了传统的乳胶漆,各式各样的墙纸也随处可见。从近年来的墙纸行业的展会规模可以看到该行业的蓬勃发展。同时,墙纸自身生产的环保性要求也越来越高,在相关行业协会的积极倡导下,其中对印刷墙纸用的油墨也有水性化的要求。

新的调查显示: 国内各类新旧墙纸生产线多达300条,产品出口到欧洲,美国、俄罗斯等地区,中国是世界墙纸的生产基地。按照每天每条生产线平均消耗油墨1 吨计算, 油墨的年需求量在10万吨左右,而目前水性油墨只占到其中的两成。 而市场上能够提供符合要求的水性油墨厂家为数不多,但市场占有率极高,因此现阶段开发水性墙纸油墨非常有必要。

水性墙纸油墨通常由冲淡剂 (行业中也叫介质) 和各种颜色的色浆调色得到。冲淡剂在油墨中占到85~90%,固含量在20-35%。由此推算每年此类水性树脂的需求量在5~7 万吨,这也是水性树脂在油墨行业应用的一个新的增长点。

【PVC基材分析】 墙纸使用的基材多种多样,有纯纸质基材、无纺纸基材,也有基于以上两种基材涂覆聚氯乙烯(PVC) 的复合基材,其中以PVC 涂覆的基材占到所有墙纸基材的半数以上。 在涂覆的PVC 糊料中会添加一些发泡料,在前期或后期的加工过程中,在热作用下,发泡剂膨胀,PVC墙纸厚度可达到0.5~0.8mm,可以通过压花工艺产生风格迎异的立体图案。 PVC 基材自身的质量直接决定其使用寿命和铺装效果。在符合环保要求条件下,耐弯折、回弹好才的PVC 基材则是高质量产品。否则,在生产过程中不易发泡压花,铺装上墙后易产生折痕,以及连接处易产生卷边现象。

PVC糊料中不可避免使用增塑剂,随着时间的变化增塑剂迁移出来,和人体接触并在体内积累,会造成生理伤害。在印刷后加工过程中,增塑剂迁移会影响油墨对PVC的附着。PVC自身是非吸取性基材,油墨在其表面的渗透力低,这对油墨的附着力也是一项挑战。同时,PVC糊料涂布在纸上,其表面张力下降很多,通常 40dyn以下。表面张力的变化程度由表面粗糙程度和PVC糊料的配方决定。

因此,适用于PVC墙纸的水性油墨比普通纸张水墨有更高的要求,至少需要具备良好的抗增塑剂迁移和良好的附着力。另外,还需要具备在加工存储运输过程中抗粘连,加工过程中受热耐黄变,使用过程中拥有良好的耐候性以及耐擦洗等要求。

【树脂选择】 通过对市场的深入分析和客户的需求,因泰聚合物 ( MNTTERPOLYMER) 针对水性PVC油墨连接料,专门开发一系列主体树脂和配合树脂。

可用的树脂包括纯丙乳液,苯丙乳液,聚氨醋乳液等。SYUTRAN CX303-61 特别适用于设计低光泽配方,和市场上同类型的树脂相比, 配方中的消光粉添加量可以降低到 1/3 的用量,同时耐擦洗、耐黄变性能优越。

根据具体要求可以设计高光、哑光、发泡油墨配方。通用型冲淡剂应该具备的性能包括抗增塑剂迁移、附着力好、抗粘连等基本性能。色浆的基本要求是热稳定性好,冲淡剂和色浆的相容性要好。

树脂间的搭配要通过相容性测试来确定,相容性不好,会出现粘度 增大胶化或破乳分层等现象。 SYNTRAN U3131 a cx303-70 ( L 液比例1:1) 的相容性差,其余的软/ 硬树脂搭配和硬/硬树脂搭配相容性都设有问题。

【冲淡剂的配方设计】 市场上冲淡剂的一些理化指标,固含量在一般20~35%,粘度根据印刷方式不同有很大差异, 凹版印刷粘度在15-60秒(涂4杯), 圆网印刷粘度在800-3000mPa8,凹版印刷由于综合技术难度相对低,而被更多的客户所采用。本文的配方设计基本上是针对凹版印刷的冲淡剂而展开的。

从冲淡剂的主要性能出发,主体树脂应选用高Tg树脂,可以搭配软树脂帮助成膜,也可以用成膜助剂来调节。搭配软树脂使用的冲淡剂配方在抗增塑剂迁移和抗粘连方面存在着一定的风险,通过成膜助剂调节成膜性,对涂膜的韧性改善有一定局限性,因此,需要根据客户所用的具体PVC 表2 市场上典型冲淡剂的理化性创 基材和工艺条件 来调整。 由于PVC 基 材的表面张力低, 因此冲淡剂的润 湿性非常关键。可 选用市场中的产 3, a surfynol 1048, Aerosol OT 75 等来调整. 其中Aerosolot 75 的 添加量较大,需要2% 才能达到对各 类PVC 基材有良好的润湿性的要 求。同等情况下,St.r4rnol 104E 只需要用到1%,而含硅类润湿剂的配方都不太理想。

由于冲淡剂的固含量相对普通水墨较低,配方往往需要提高粘度才能够满足凹版印刷的要求,已经使用的几类增稠剂在配方中拥有不同的表现。TafigelpuB40 主要是提高中高剪切力下的粘度,配制35% 固含的冲淡剂,该增稠剂添加3%才能达到T4# 杯35 秒。但用Tafigel PUR40的冲淡剂可稀释程度相对高,高加水量可达10%。PUR60 和 latekoll-D 均可提高中低剪切力下的粘度,用量比Tafigel PUR40要小,相同条件下用量为TafigelptR40的2/3 左右。其中使用Latekoll-D作增稠剂时需要将pH调节到8.5 左右, LatekoL1-D对光泽和成膜透明性有影响,利用此特性可以设计一些低光泽或哑光配方。

冲淡剂的印刷适应性也十分关键,其中水波纹现象十分突出。在冲淡剂和色浆相容性良好的前提下,印刷适应性与冲淡剂中的润湿剂种类及用量,冲淡剂的粘度和印刷速度有关。酸值高的原材料组分有助于提高印刷适应性,例如CX303.70 比CX303-61在相同配方中的印刷效果好。因此,高酸值的碱溶性树脂可以用于调节印刷适性,但耐擦洗性能有一定程度下降。

在配方中还可采用的原材料还包括蜡乳液、消光粉、发泡剂等功能助剂。蜡乳液可以改善表面的滑爽度及耐温抗粘连程度。消光粉可以降低表面光泽并提供特殊的手感效果。试用过的消光剂如ACEMATT T3100,Pergopak M4。在以CX303-61 为主体的树脂,固含量为25% 的 配方中,添加3% ACEMATT T5100 或2% 的Pergopak M4 可以将光泽度降低到5% 以内。以柔性聚氨醋为主体树脂的冲淡剂配方中加入3%的发泡剂,可以通过圆网印刷得到立体感极强手感柔软的图案。

在冲淡剂中加入10-15%的色浆配方搅拌均匀即可配制成各色水性油墨。色浆和冲淡剂的相容性非常关键,市场上的色浆分为含树脂色浆(普通水墨常用,通过低分子量碱溶性树脂来分散颜料)和无树脂色浆(色浓度高,粘度低,通过分散剂来分散剂来分散颜料)两类。给予丙烯酸树脂体系的配方和两类色浆都有很好的相容性,含聚氨酯的配方和含树脂色浆的相容性一般较差。色浆和冲淡剂相容性不好时,色浆容易沉底或乳液析出,印刷过程中展色性差。因此建议适用同一厂家提供的色浆和冲淡剂或在使用前进行相容性测试。

【成型条件】由于生产设备差异,油墨终的干燥固化温度在140-220度都有。同一款配方在特定PVC基材上,在不同的温度下干燥相同的时间(如30秒),会出现不同的结果。40度下,树脂固化不充分,因此和基材结合力差。在220度下,基材被破坏,增塑剂严重迁移,导致PVC表面油墨鼓泡而容易脱落。而在180度下干燥有很好的表面效果,附着力好。

当然要根据客户的实际生产工艺来调整配方,但对于一些特定的基材,并不是油墨配方的问题,干燥干艺做一些合理调整也可以得到理想的印刷效景,例如在一款PVC基材上直接采用180度,30秒的干燥工艺时,油墨表面产生白点,内部增塑剂在高温下迁移出来。如果先在较低温度下将其表干,然后再在180度下干燥,可得到良好的表面效果,同时拥有良好的附着力。

基本的实验工具包括:线棒涂布器、手动展色轮,工具有凹版油墨打样机及小型的印刷机台。线棒涂布时湿膜厚度在10~30微米,展色轮和凹版打样机可以采用80-150 线来印刷。至少可以在凹版打样机上得到理想的效果,才能够进一步在小型机台实验或上线测试。在实验中使用电吹风和烘箱可以模拟干燥条件。

【性能检测】 液体冲淡剂应具有稳定性好, 低气味,VOC适中,和色浆复配时相容性好等特点,冲淡剂的干燥速度和成型温度要达到应用要求。另外,对冲淡剂需要做耐黄变性测试, 测试条件为:称1g冲淡剂在直径为 125px的铝箔盘上,放置在230度烘箱中,干燥5分钟。取出冷却至室温后, 比较干膜的色泽变化,根据发黄的程度来判断耐黄变性的优劣。一般脂肪族聚氨酯耐黄变性好,纯丙树脂其次,苯丙树脂和芳香族聚氨酯相对差一些。

针对印刷样张除了保证色彩方面的性能要求以外,还有光泽度、柔韧性、附着力. 耐擦洗、抗回粘,以及抗增塑剂迁移等要求。光泽度通过光泽计来测定,柔韧性可以通过折叠印刷样张,比较折痕恢复和破坏程度来比较,附着力通过标准的附着力测试胶带比较。抗回粘性推荐的测试条件为:样张的油墨面对油墨面,施加50kg/dm2压力,放置在50度烘箱中16小时。取出冷却至室温后,分离样张,观察表面破损状况。此条件下也可以比较抗增塑剂迁移情况,样张分离后,可以比较油墨表面的油腻感,油腻感强说明增塑剂渗出严重,油墨抗增塑剂迁移性能差,即冲淡剂的抗增塑剂迁移性能不佳。

【总结】通过对墙纸油墨行业需求先容和PVC 基材的分析,推荐适用于设计水性PVC 油墨冲淡剂的树脂体系。深入探讨了冲淡剂配方的设计要点,如润湿剂、增稠剂等的选择和使用方法,印刷适性的调整等。与此同时还讨论了成型条件和性能测试方法。

摘自《涂料与油墨》,原文编辑:程勇锋、傅乐峰


此文关键字:墙纸 PVC 油墨
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