水性油墨用色浆是颜料固体的水性分散体，在水性油墨中起到提供发色体的作用。水性油墨用色浆与通常水性涂料色浆和水性印花色浆的不同点是要在高剪切力下仍保持良好的印刷适性，如转移性、展色性和光泽度，并在印刷载体上，如塑料薄膜和马口铁上，有良好的附着牢度和光泽度。
目前这类色浆大多是通过砂磨机在水性介质中将颜料研磨分散成细小的颗粒悬浮液得到的。研磨时间的长短，不仅关系到能耗及生产成本，而且长时间处于高机械能外力环境中，色浆的色光和色相会受影响，生产中应尽量缩短研磨时间。在水性油墨中，色浆质量的优劣直接决定着油墨的性能。如色浆的分散性不好，则稳定性不好，易沉淀、易返粗，甚至失效；如色浆的流变性不好，则会影响水性油墨的印刷适性；如气泡得不到有效抑制，不仅造成研磨效率下降，而且油墨涂层表面粗糙，光泽度下降。
总之，这些问题的存在是由于颜料表面状况与色浆分散体系张力不适应所致，可以通过适当的添加表面活性剂对水性色浆体系进行调节加以解决。
1试验方法
1．1试验用原料：
1．2试验用设备仪器
1．3操作方法
将无机颜料钛白粉配制成60％的水分散液，其余颜料(包括炭黑)均配制成40％的水分散液，根据实验条件分别加入不同量的润湿剂
1．4检测方法
2结果与讨论
2．1 润湿剂用量对研磨时间和油墨涂层附着牢度的影响[1][2]
颜料是由许多单个的颜料粒子聚结而成的聚集体。为保证水性油墨的质量，色浆中颜料的粒度要求在10μm以下，这就必须对颜料粒子进行研磨分散处理，以满足印刷过程的需要。
在空气中，颜料表面和粒子间的毛细孔隙中充满了空气，根据杨氏方程：
rsg-rsl=rlgCOSθ式中，rsg、rsl、rlg分别为固一气、固一液和液一气表面张力，θ为接触角。
从式中可以看出，当固体界面被充分润湿时，θ≤900，COSθ≥0，rsl < rsg说明当固体表面被润湿，由固一气界面转变成固一液界面后，表面张力变小。根据机械粉碎所需能量方程式：W=r△A 式中r为表面张力，△A为增加的比表面积，说明界面的张力愈小。所需外界机械功愈少，即颜料愈容易被破碎成小颗粒。研磨时间将会缩短。
图l润湿剂对研磨时间的影响
从图l可以看到，随着润湿剂使用量的增加，研磨时间缩短。这主要是因为在分散介质中，随着润湿剂用量的增加，其渗入颜料的间隙和毛细孔中排除空气的能力逐渐加强，能使由于研磨所产生的颜料新表面得到充分润湿，降低表面张力，使聚结的粒子易于解聚，研磨效率得到提高。但当进一步提高润湿剂的使用量，固一液表面润湿剂呈饱和状态，表面张力不能进一步下降，研磨时间不会再缩短。
从图2可以看到，随着色浆中润湿剂用量的增加，水性油墨的附着牢度在不断增加，这是由于润湿剂可以使油墨在基材上充分铺展，接触面积增加所致。但当进一步增加润湿剂的用量，由于润湿剂从油墨连接料中向与基材接触界面迁移量的增加，使连接料的粘结强度衰减，导致附着牢度大幅度下降。因此说，润湿剂的用量必须控制在适当的范围。
2．2分散剂用量对颜料分散体系稳定性的影响[3][4]
水性色浆的分散其实包括两个方面，即颜料的良好分散和分散良好的颜料粒子在分散介质中的保持稳定。
根据颗粒沉降速度公式：Vs=[2a2(ps一pl)g]／gη 式中Vs为沉降速度；a为离子半径；ps为颜料密度；pl为分散介质密度；g为重力加速度；η为分散介质粘度。
从公式中可以看出，虽然增加分散介质的粘度和密度有助于体系的稳定，但降低颜料的研磨粒度对降低沉降速度起主要作用，理论上当Vs足够低时，布朗热运动会抵消Vs的影响，使体系形成稳定的悬浮体。但是根据比表面能方程式：Gs=σS 式中Gs为比表面能；σ为粒子与分散介质间的表面张力；S为比表面积。
从式中可以看出单纯降低颜料粒度，将会使比表面积增大，从而增大比表面能，导致体系不稳定；为了维持体系的稳定，颜料粒子间产生重新聚结的倾向。另外，根据DLV0双电层理论，由于粒度的进一步细化，粒子间距离在范德华力起主要作用的范围内，粒子将相互吸引产生结聚。因此，必须在分散介质中加入适当的离子型高分子分散剂，对颜料粒子进行“包裹”，通过增加位阻和电荷极性来防止聚结。
图3分散剂用量对粒度变化值的影响
图3为将颜料分散液放置30天后，测量其粒度随分散剂用量的变化值。从图中可以看到，随着分散剂用量的增加，粒度变化值逐渐变小，说明颜料分散液中粒子的结聚现象逐步得到改善，色浆体系趋于稳定。
值得注意的是离子型高分子表面活性剂的用量进一步增加，粒度变化值仍保持在一定的范围之内，这是可能是由于分子热运动造成一定几率的颜料粒子结聚与解聚平衡所致。因此分散剂的用量应控制在一个适当的范围内。
2．3偶联剂用量对色浆粘度和油墨附着牢度的影响[5][6]
在水性色浆中加入分散剂后，虽然贮存稳定性得到提高，但由于粒子之间电荷斥力和空间位阻的存在，使得粒子之间的相对位移受到阻力，表观上表现为粘度增大，流动性不好，制成水性油墨后影响颜料向基材的转移。为此，向色浆体系中加入钛酸酯偶联剂，利用其同色浆中碳酸钙和高岭土偶合后存在大量长碳链所具有的柔韧性和应力转移功能，产生自润滑作用，使体系的粘度随使用量的增加而下降，印刷适性得到改善。图4表明了这一点。
图4偶联剂用量对色浆粘度的影响
在水性色浆中加入偶联剂的另一个重要作用是提高颜料在基材上的附着牢度。当含有偶联剂的颜料同基材接触时，偶联剂将同基材上的活性基团反应，形成化学键合，使颜料附着牢度较单纯的物理吸附有大幅度提高。但值得注意的是偶联剂的用量必须适当，如前所述，其有大量长碳链基团的存在，如若偶联剂使用过量，过剩长碳链基团在基材表面的铺展必将导致附着牢度的下降。从图5可以看到，开始随着偶联剂用量的增加，附着牢度在逐渐增大；进一步增加时，附着牢度将陡然下降。
图5偶联剂用量对油墨涂层附着牢度的影响
2．4消泡剂用量对研磨时间和油墨涂层光泽度的影响[7][8]
图6消泡剂用量对色浆研屠时间的影响
从图6和图7可以看到，随着消泡剂用量的增加，气泡量减少，研磨时间缩短，光泽度提高。但是用量必须适当，如图7所示，当消泡剂用量超过一个临界值时，会造成涂层缩孔、表面不平整等缺陷，光泽度会较快下降，严重时会使涂层失去在基材上的附着力。
3结论
表面活性剂对水性油墨用色浆的制备及性能提高起着重要作用，润湿剂和消泡剂的加入能缩短色浆的制备时间，润湿剂、分散剂、偶联剂和消泡剂的加入使得色浆具有良好的稳定性、适当的流变性及较高的油墨涂层附着力和光泽度。
在色浆体系中加入上述表面活性剂，仅是起到使颜料粒子表面润湿、包覆、稳定的作用，如要使聚结的颜料二级粒子破裂到初级粒子，还必须通过混流、碰撞、剪切、摩擦等机械方式来实现。此时体系表面张力较低，这些机械能量传递过程不可避免的产生大量气泡，并且妨碍颜料的分散。因为这些气泡的存在，在颜料粒子间形成空气膜，这使得粒子间的相互冲撞、混流、剪切得到缓冲，破碎效率下降，色浆的研磨时间延长；由于色浆中颜料粒子被气泡所包裹，使粒子间的摩擦几率大为降低，颜料颗粒表面的摩擦抛光效率下降，所制水性油墨的涂层光泽度明显下降。这些问题可通讨在色浆中加入活量的消泡剂予以解决．
图7消泡剂用量对涂层光泽度的影响
参考文献
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