水性PVC墻紙油墨沖淡劑的配方設(shè)計(jì)

隨著生活水平的提高，人們對各類場所的裝修提出更個性化、更藝術(shù)的要求。其中對墻面的裝飾就可見一斑，除了傳統(tǒng)的乳膠漆，各式各樣的墻紙也隨處可見。從近年來的墻紙行業(yè)的展會規(guī)模可以看到該行業(yè)的蓬勃發(fā)展。同時，墻紙自身生產(chǎn)的環(huán)保性要求也越來越高，在相關(guān)行業(yè)協(xié)會的積極倡導(dǎo)下，其中對印刷墻紙用的油墨也有水性化的要求。

新的調(diào)查顯示： 國內(nèi)各類新舊墻紙生產(chǎn)線多達(dá)300條，產(chǎn)品出口到歐洲，美國、俄羅斯等地區(qū)，中國是世界墻紙的生產(chǎn)基地。按照每天每條生產(chǎn)線平均消耗油墨1 噸計(jì)算， 油墨的年需求量在10萬噸左右，而目前水性油墨只占到其中的兩成。 而市場上能夠提供符合要求的水性油墨廠家為數(shù)不多，但市場占有率極高，因此現(xiàn)階段開發(fā)水性墻紙油墨非常有必要。

水性墻紙油墨通常由沖淡劑 (行業(yè)中也叫介質(zhì)) 和各種顏色的色漿調(diào)色得到。沖淡劑在油墨中占到85~90%，固含量在20-35%。由此推算每年此類水性樹脂的需求量在5~7 萬噸，這也是水性樹脂在油墨行業(yè)應(yīng)用的一個新的增長點(diǎn)。

【PVC基材分析】 墻紙使用的基材多種多樣，有純紙質(zhì)基材、無紡紙基材，也有基于以上兩種基材涂覆聚氯乙烯(PVC) 的復(fù)合基材，其中以PVC 涂覆的基材占到所有墻紙基材的半數(shù)以上。 在涂覆的PVC 糊料中會添加一些發(fā)泡料，在前期或后期的加工過程中，在熱作用下，發(fā)泡劑膨脹，PVC墻紙厚度可達(dá)到0.5~0.8mm，可以通過壓花工藝產(chǎn)生風(fēng)格迎異的立體圖案。 PVC 基材自身的質(zhì)量直接決定其使用壽命和鋪裝效果。在符合環(huán)保要求條件下，耐彎折、回彈好才的PVC 基材則是高質(zhì)量產(chǎn)品。否則，在生產(chǎn)過程中不易發(fā)泡壓花，鋪裝上墻后易產(chǎn)生折痕，以及連接處易產(chǎn)生卷邊現(xiàn)象。

PVC糊料中不可避免使用增塑劑，隨著時間的變化增塑劑遷移出來，和人體接觸并在體內(nèi)積累，會造成生理傷害。在印刷后加工過程中，增塑劑遷移會影響油墨對PVC的附著。PVC自身是非吸收性基材，油墨在其表面的滲透力低，這對油墨的附著力也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。同時，PVC糊料涂布在紙上，其表面張力下降很多，通常 40dyn以下。表面張力的變化程度由表面粗糙程度和PVC糊料的配方?jīng)Q定。

因此，適用于PVC墻紙的水性油墨比普通紙張水墨有更高的要求，至少需要具備良好的抗增塑劑遷移和良好的附著力。另外，還需要具備在加工存儲運(yùn)輸過程中抗粘連，加工過程中受熱耐黃變，使用過程中擁有良好的耐候性以及耐擦洗等要求。

【樹脂選擇】 通過對市場的深入分析和客戶的需求，因泰聚合物 ( MNTTERPOLYMER) 針對水性PVC油墨連接料，專門開發(fā)一系列主體樹脂和配合樹脂。

可用的樹脂包括純丙乳液，苯丙乳液，聚氨醋乳液等。SYUTRAN CX303-61 特別適用于設(shè)計(jì)低光澤配方，和市場上同類型的樹脂相比， 配方中的消光粉添加量可以降低到 1/3 的用量，同時耐擦洗、耐黃變性能優(yōu)越。

根據(jù)具體要求可以設(shè)計(jì)高光、啞光、發(fā)泡油墨配方。通用型沖淡劑應(yīng)該具備的性能包括抗增塑劑遷移、附著力好、抗粘連等基本性能。色漿的基本要求是熱穩(wěn)定性好，沖淡劑和色漿的相容性要好。

樹脂間的搭配要通過相容性測試來確定，相容性不好，會出現(xiàn)粘度 增大膠化或破乳分層等現(xiàn)象。 SYNTRAN U3131 a cx303-70 ( L 液比例1：1) 的相容性差，其余的軟/ 硬樹脂搭配和硬/硬樹脂搭配相容性都設(shè)有問題。

【沖淡劑的配方設(shè)計(jì)】 市場上沖淡劑的一些理化指標(biāo)，固含量在一般20~35%，粘度根據(jù)印刷方式不同有很大差異， 凹版印刷粘度在15-60秒(涂4杯)， 圓網(wǎng)印刷粘度在800-3000mPa8，凹版印刷由于綜合技術(shù)難度相對低，而被更多的客戶所采用。本文的配方設(shè)計(jì)基本上是針對凹版印刷的沖淡劑而展開的。

從沖淡劑的主要性能出發(fā)，主體樹脂應(yīng)選用高Tg樹脂，可以搭配軟樹脂幫助成膜，也可以用成膜助劑來調(diào)節(jié)。搭配軟樹脂使用的沖淡劑配方在抗增塑劑遷移和抗粘連方面存在著一定的風(fēng)險，通過成膜助劑調(diào)節(jié)成膜性，對涂膜的韌性改善有一定局限性，因此，需要根據(jù)客戶所用的具體PVC 表2 市場上典型沖淡劑的理化性創(chuàng) 基材和工藝條件 來調(diào)整。 由于PVC 基 材的表面張力低， 因此沖淡劑的潤 濕性非常關(guān)鍵?？?選用市場中的產(chǎn) 3, a surfynol 1048, Aerosol OT 75 等來調(diào)整. 其中Aerosolot 75 的 添加量較大，需要2% 才能達(dá)到對各 類PVC 基材有良好的潤濕性的要 求。同等情況下，St.r4rnol 104E 只需要用到1%，而含硅類潤濕劑的配方都不太理想。

由于沖淡劑的固含量相對普通水墨較低，配方往往需要提高粘度才能夠滿足凹版印刷的要求，已經(jīng)使用的幾類增稠劑在配方中擁有不同的表現(xiàn)。TafigelpuB40 主要是提高中高剪切力下的粘度，配制35% 固含的沖淡劑，該增稠劑添加3%才能達(dá)到T4# 杯35 秒。但用Tafigel PUR40的沖淡劑可稀釋程度相對高，高加水量可達(dá)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，相同條件下用量為TafigelptR40的2/3 左右。其中使用Latekoll-D作增稠劑時需要將pH調(diào)節(jié)到8.5 左右， LatekoL1-D對光澤和成膜透明性有影響，利用此特性可以設(shè)計(jì)一些低光澤或啞光配方。

沖淡劑的印刷適應(yīng)性也十分關(guān)鍵，其中水波紋現(xiàn)象十分突出。在沖淡劑和色漿相容性良好的前提下，印刷適應(yīng)性與沖淡劑中的潤濕劑種類及用量，沖淡劑的粘度和印刷速度有關(guān)。酸值高的原材料組分有助于提高印刷適應(yīng)性，例如CX303.70 比CX303-61在相同配方中的印刷效果好。因此，高酸值的堿溶性樹脂可以用于調(diào)節(jié)印刷適性，但耐擦洗性能有一定程度下降。

在配方中還可采用的原材料還包括蠟乳液、消光粉、發(fā)泡劑等功能助劑。蠟乳液可以改善表面的滑爽度及耐溫抗粘連程度。消光粉可以降低表面光澤并提供特殊的手感效果。試用過的消光劑如ACEMATT T3100，Pergopak M4。在以CX303-61 為主體的樹脂，固含量為25% 的 配方中，添加3% ACEMATT T5100 或2% 的Pergopak M4 可以將光澤度降低到5% 以內(nèi)。以柔性聚氨醋為主體樹脂的沖淡劑配方中加入3%的發(fā)泡劑，可以通過圓網(wǎng)印刷得到立體感極強(qiáng)手感柔軟的圖案。

在沖淡劑中加入10-15%的色漿配方攪拌均勻即可配制成各色水性油墨。色漿和沖淡劑的相容性非常關(guān)鍵，市場上的色漿分為含樹脂色漿（普通水墨常用，通過低分子量堿溶性樹脂來分散顏料）和無樹脂色漿（色濃度高，粘度低，通過分散劑來分散劑來分散顏料）兩類。給予丙烯酸樹脂體系的配方和兩類色漿都有很好的相容性，含聚氨酯的配方和含樹脂色漿的相容性一般較差。色漿和沖淡劑相容性不好時，色漿容易沉底或乳液析出，印刷過程中展色性差。因此建議適用同一廠家提供的色漿和沖淡劑或在使用前進(jìn)行相容性測試。

【成型條件】由于生產(chǎn)設(shè)備差異，油墨終的干燥固化溫度在140-220度都有。同一款配方在特定PVC基材上，在不同的溫度下干燥相同的時間（如30秒），會出現(xiàn)不同的結(jié)果。40度下，樹脂固化不充分，因此和基材結(jié)合力差。在220度下，基材被破壞，增塑劑嚴(yán)重遷移，導(dǎo)致PVC表面油墨鼓泡而容易脫落。而在180度下干燥有很好的表面效果，附著力好。

當(dāng)然要根據(jù)客戶的實(shí)際生產(chǎn)工藝來調(diào)整配方，但對于一些特定的基材，并不是油墨配方的問題，干燥干藝做一些合理調(diào)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秒的干燥工藝時，油墨表面產(chǎn)生白點(diǎn)，內(nèi)部增塑劑在高溫下遷移出來。如果先在較低溫度下將其表干，然后再在180度下干燥，可得到良好的表面效果，同時擁有良好的附著力。

基本的實(shí)驗(yàn)工具包括：線棒涂布器、手動展色輪，工具有凹版油墨打樣機(jī)及小型的印刷機(jī)臺。線棒涂布時濕膜厚度在10~30微米，展色輪和凹版打樣機(jī)可以采用80-150 線來印刷。至少可以在凹版打樣機(jī)上得到理想的效果，才能夠進(jìn)一步在小型機(jī)臺實(shí)驗(yàn)或上線測試。在實(shí)驗(yàn)中使用電吹風(fēng)和烘箱可以模擬干燥條件。

【性能檢測】 液體沖淡劑應(yīng)具有穩(wěn)定性好， 低氣味，VOC適中，和色漿復(fù)配時相容性好等特點(diǎn)，沖淡劑的干燥速度和成型溫度要達(dá)到應(yīng)用要求。另外，對沖淡劑需要做耐黃變性測試， 測試條件為：稱1g沖淡劑在直徑為 125px的鋁箔盤上，放置在230度烘箱中，干燥5分鐘。取出冷卻至室溫后， 比較干膜的色澤變化，根據(jù)發(fā)黃的程度來判斷耐黃變性的優(yōu)劣。一般脂肪族聚氨酯耐黃變性好，純丙樹脂其次，苯丙樹脂和芳香族聚氨酯相對差一些。

針對印刷樣張除了保證色彩方面的性能要求以外，還有光澤度、柔韌性、附著力. 耐擦洗、抗回粘，以及抗增塑劑遷移等要求。光澤度通過光澤計(jì)來測定，柔韌性可以通過折疊印刷樣張，比較折痕恢復(fù)和破壞程度來比較，附著力通過標(biāo)準(zhǔn)的附著力測試膠帶比較。抗回粘性推薦的測試條件為：樣張的油墨面對油墨面，施加50kg/dm²壓力，放置在50度烘箱中16小時。取出冷卻至室溫后，分離樣張，觀察表面破損狀況。此條件下也可以比較抗增塑劑遷移情況，樣張分離后，可以比較油墨表面的油膩感，油膩感強(qiáng)說明增塑劑滲出嚴(yán)重，油墨抗增塑劑遷移性能差，即沖淡劑的抗增塑劑遷移性能不佳。

【總結(jié)】通過對墻紙油墨行業(yè)需求介紹和PVC 基材的分析，推薦適用于設(shè)計(jì)水性PVC 油墨沖淡劑的樹脂體系。深入探討了沖淡劑配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如潤濕劑、增稠劑等的選擇和使用方法，印刷適性的調(diào)整等。與此同時還討論了成型條件和性能測試方法。

摘自《涂料與油墨》，原文作者：程勇鋒、傅樂峰