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水性油墨中树脂与金属颜料的相互作用(上)

前言

在油墨中，常常使用片状铝粉、铜粉和黄铜粉作为装饰性金属颜料。而水性油墨在印刷过程中可明显减少有机溶剂的挥发。其 pH 值常常显弱碱性（ pH=8~9 ）油墨由溶剂型向水性转换常常会导致金属颜料的腐蚀。如由于氢气（铝粉）的释放导致包装容器的压力增大。铜颜料会因为腐蚀而失光，还会引起油墨的固化。关于呈碱性水性油墨中的铝或铜系颜料的腐蚀已有报道。铝颜料反应以后释放出氢气：

2Al+6H 2 O 2Al(OH) 3 +3H 2

铜或黄铜颜料会吸收氧气

2Cu+O 2 2CuO

Cu/Zn+O 2 CuO+ZnO

铝颜料中的氢气释放量及铜或黄铜颜料的氧气吸收量，可通过该气体的体积来测定。

研究表明，某些油墨树脂能抑制碱性水性油墨中的铝颜料的析氢腐蚀。另外也有研究表明气动泵，某些油墨树脂能抑制铜粉和铜锌粉的吸氧腐蚀。这种油墨树脂对两种金属和两种腐蚀反应（析氢腐蚀和吸氧腐蚀）的抑制作用有什么不同呢？

本文将以不同的油墨树脂对片状铝粉、铜粉或黄铜粉在碱性水性油墨中的腐蚀抑制情况进行比较分析。

实验方法

表 1 中列出被测定金属颜料的数据和质量份，表 2 中列出了油墨树脂资料数据。固态树脂（ SMA 、 MAT SA-1 、 SA-2 ）用二甲基乙醇胺（ DMEA ）中和后溶解于热水中。

铝颜料的析氢腐蚀

腐蚀介质是去离子水和丁二醇胺 9:1 配制而成，为了提高疏水性的金属颜料在水性介质的润湿，加入了 2% （质量分数）的润湿助剂（由 10 mol 的乙基氧化物与壬基酚加成物）并用 DMEA 将 pH 值调至 10 ，采用高达 10 的 pH 值是为了加速腐蚀反应过程，然后将铝粉浆（表 1 中）在 100 mL （3）将试件放在实验机活动台球形支持板中心处的腐蚀介质中，用磁力搅拌分散 5min ，然后在室温下，用体积测量设备测定 21 d 内氢气的释放量。在测定时间内，铝粉浆不停地搅拌分散。

标准铝粉浆在一周内已完全反应，氢气体积为 4.24 L （采用 29 次测定的平均值）通过计算铝粉浆完全反应的体积为 4.32 L ，因此，测定值与计算值得出的氢气体积量是非常相近的。

在铝粉分散之前，将表 2 中的油墨树脂按固体分的 0.5%~2.5% 质量份溶解在介质中。

铜和黄铜颜料的吸氧腐蚀

腐蚀介质是含有 2% 质量分数的润湿助剂（同上）和 2 mmol/100 mL 的醋酸胺作为腐蚀促进剂，并用三乙胺（ TEA ）将 pH 值调节为 10 左右，表 1 中的金属颜料用磁力搅拌分散在 100 mL 的腐蚀介质中，金属颜料对氧的吸收测定是将上述分散液在室温下置于纯氧中放置 21 d ，采用常温的气体容能坚持抗折台面上下运动位置不变积测定仪进行测量。在整个测量期间，颜料分散液一直高速搅拌以加快对氧的吸收。

标准的金属颜料分散液（不含”该公司市场总监Kim Choate在他们的网站上写道油墨树脂）在 1~6d 之内与氧气完全反应。铜颜料对氧气的完全吸收量为 0.71 L(75 次的平均值 ) 通过反应式 (2) 测定的氧的吸收量为 0.76 L ，对黄铜系颜料 ( 富锌 ) 以氧的吸收量为 0.7 L(61 次测定的平均值 ) 通过方程式 (3) 测定的氧的吸收量为 0.75 L 。因此，几乎所有的铜单元都吸收氧而成氧化物。通过计算和测量的数据之间的细小差别，在以前已经有过详细的论述 .

在加入金属颜料之前，将 0.5%~2.0% 质量分数的油墨树脂 ( 表 2 中 ) 溶解在介质中。

AAS 原子吸收光谱

在上述选择的介质中，铝、铜和锌的气体吸收量（ 21 d 后），通过原子吸收光谱进行测量。

结果与讨论

铝粉颜料

铝粉颜料的所有实验结果列于图 氧化铝1 。很明显， MA 树脂特别是 SMA 树脂比 SA 树脂对铝粉的析氢腐蚀有更好的抑制效果。在 MA 系列树脂中，酸值低回收站只是进行了粗分选的 MA-1 树脂比酸值高的 MA-2 树脂的抑制效果好（表 2 ，图 1 ），由酸值影响而得出的结论也被以前的研究结果所证实。而且，图 1 表明，随着树脂量的增加，对析氢腐蚀的抑制作用更好。

通过 AAS 测定的结果列于表 3 ，铝粉很少量溶解于介质中（标准），在加 SMA 树脂后，铝粉的溶解能力大大提高，这种情况可以解释为形成了至少部分可溶树脂和铝粉（ III ）混合物。况且，通过加入 2 种 SMA 树脂，通过测定氢气的释放量来计算（表 3 ）可溶铝粉（ III ）明显降低。这表明大量形成的铝（ III ）（可能含有少摇床量的树脂分）存在于颜料的表面，形成保护层。