炭黑在油墨中的应用

炭黑是一个统称，它是指在一定条件下，经部分燃烧或热裂解碳氢液体的一种气体而得到的粉末状的黑色颜料。油墨用的炭黑一般通称6#色素，在我国的生产厂家有:丹东、沈阳、天津、河南、四川等厂家，随着改革开放的深人，国外的炭黑产品也相继进人我国，例如美国、德国、日本等国家。就其质量而言，由于原材料、生产设备、操作条件、技术力量等原因，所以得到的炭黑的性质也就不同。炭黑的好坏主要表现在颗粒尺寸的大小，其疏松性、网状结构、耐油性以及表面化学性质等方面，也各有差异。

一、油墨的分类及主要成分

印刷油墨可按印刷方式、颜色、连接料性质、墨膜性能等进行分类，对选用炭黑来说，以印刷方式来分类较为适宜.

⑴凸版油墨 单张凸版油墨、凸版油墨、凸版胶印油墨、单张纸柔性版油墨等。

⑵平版油墨 单张纸胶印油墨、轮转胶印油墨、胶印油墨、金属版油墨、干式平版油墨等。

⑶凹版油墨 单张凹版油墨、凹版轮转油墨、凹版胶印墨。

⑷丝网油墨 单张纸丝网版油墨、轮转丝网版油墨和眷写(油印)油墨等。

油墨是由颜料、连接料和助剂经充分搅拌，反复研磨而成的均匀的有色胶黏状流体。

颜料是不溶于水、油和其他介质的，只能分散在胶黏状连接料中，反射特定波长光线的固体粉状物质，它是使油墨显示一定颜色的着色剂，并直接影响着油墨的流变性、干燥性和各种耐抗性性能。

颜料可分为无机颜料、有机颜料(包括颜料性染料)，在彩色油墨中多数选颜色鲜艳、着色力强的有机颜料，在非彩色油墨中，则以无机颜料为主。颜料中还包括在油墨中起填充剂作用的体质颜料。

连接料是一种具有一定黏稠度和流变性的胶黏状流体物质，它是颜料的分散介质和成膜剂.除了传统的油脂型油墨采用单一的聚合干性植物油作连接料外，当今的油墨，有的选用高熔点、高黏度的树脂，也有的使用低软化点、中黏度的树脂或干性植物油或动物油。此外在连接剂中还加有有机溶剂，包括烃类、醇类、酮类、酯、类和甘油类溶剂等.

助剂是在油墨组成中，为改善成调整其着色力、干燥性以及流变性等所添加的，使油墨能适应印刷工艺条件的各种要求的辅助成分。常用的助剂有流动性调整剂、干燥性调整剂(催干剂和止干剂)、黏度调整剂、稠度调整剂、耐抗性调整剂、防渗色剂、防粘脏剂、分散润湿剂等。

二、炭黑的性质对油墨的影响

1.炭黑是黑色油墨中的主要颜料

炭黑性质的好坏，直接影响黑墨的质量和印品美观。我们知道：炭黑是烃类不完全燃烧或裂解的产物，其主要成分是碳，用电子显微镜看，可以观察到它是由近于球状的胶体粒子或粒子和粒子熔接在一起的聚集体。在日常我们所看的炭黑粉末，都是由若干聚集体依靠物理结合力结合或邀结在一起的附集体。为此，炭黑性质的优劣仍是炭黑影响油墨黑度度和色相的因素。

2. 炭黑的结构

众所周知，想要得到纯粹黑色是困难的，因为事实上所有的黑色物质都不是绝对黑的。所以说是炭黑的颜色不仅与颗粒的大小、色相有关，而且与颗粒的表面结构有直接关系，就是说，炎黑的粒径越小，黑度越高;粒径越大，黑度越低，较小的粒径即等于较高的黑度，并且影响着其他性能，诸如吸油量、分散性等，也就是说，在油墨中加人同等量的炭黑，效果是不一样的，较细粒子的炭黑将使油墨黏度增高，较粗粒子的炭黑将会使油墨无法流动，为此，要想得到适中的炭黑就需要更多的能量给发黑以充分的分散，直到满意为止。另外，炭黑较小的粒子和较大的粒子相比，显示的色相也有很大的差距。

结构这一术语是指炭黑的原始粒子是多或是少地聚集或熔合成如海绵状的较大的立体结构。结构的测定是以100g炭黑吸收的邻苯二甲酸二丁酯(DBP) 的量，以mL来表示。DBP吸收量随着结构的增加而增加。总之，高结构意昧着，在相同炭黑加入量产生高黏度;就结构而言，仅在预先特定的黑度要求时是最重要的。于是，在规定要求的黑度下，可选择不同黑度的炭黑。

如上所说，要想选择适中的炭黑，就必须了解炭黑的性能、结构，炭黑的添加量，油墨生产的工艺性，才能提高油墨的技术水准。

炭黑的结构、黏度和分散性之间的关系也同样影响着最终产品的光泽、流动性和色相。高结构槽法炭黑和低结构炉法炭黑，这两种发黑都有氧化处理的和不氧化处理的。一般而言，经过氧化处理的炭黑能改善其分散性，不经过氧化处理的炭黑，分散性就差得多。但是，低结构炉法炭黑(吸油量为43~52ml/100g)适用于基料含量特别低、流动性良好和高光的场合。

精法发黑的主要优点是在低粘度落剂系统和水性油墨系统中有优良的分散性及稳定性。

槽法炭黑由于其黑度、分散性和抗絮凝性等，已经被广大油墨厂家所认可。

3.炭黑的分散

炭黑比任何颜料更需要分散在载体中，面炭黑的分散体应长期保持在稳定的状态。

在油墨中，炭黑的分散程度可有很大的变化，而分散的目的应使炭黑始终处于一种胶态之分布中，此分布程度好坏都会直接影响到色相、黑度、吸油量和遮盖力。

炭黑的分散主要受制于以下三个原因:

①炭黑本身的特性:

②载体或分散介质的类型;

②所使用的分散设备。

发展的分散性与其粒度、表面化学性质以及本身结构相关，干态下的炭黑分子并不以单独粒子存在，而是存在着内聚力，以附聚体存在，即大量聚集体交结在一起。分散时必须将这些附聚体打散，载体必须完全包围这些原始粒子。一 般来说，粗粒径炭黑比细粒径炭黑容易分散，但黑度较低。

细粒径炭黑比表面积相对大得多，必须施加更大分散能量来达到彻底的均匀的分散。

在某些介质中，炭黑的表面特性对分散的难易度有很大的影响。高含量的表面氧化炭黑，在基料中分散就容易得多;而表面只含有炭的炭黑，相对来说就比较困难。

所有的炭黑表面均有化学吸附的含氧官能团，其含量和炭黑的挥发分有关系。炭黑表面含氧量取决于炭黑的制造过程，接触法炭黑含量高，炉法炭黑含氧低，但经过表面氧化处理后，含氧量会增加(含氧量高的炭黑其水分散体的pH值常较低)。

高挥发分含量的凝黑使油墨有较低的黏度和较大的流动性。由于炭黑表面化学吸附的含氧量复合物起着类似于表面活性剂的作用，从而使炭黑表面容易被润湿，使其分散性和分散后的稳定性均大为增加，但接触法发黑和炉黑表面氧化处理的成本均高。由于炭黑有相当大的比表面积，因此有吸收大气中水蒸气的倾向，炭黑吸湿性取决于表面积的大小，也受表面化学性的影响。炭黑表面含氧基团愈多pH值愈低，炭黑吸湿性就越大。pH值小的炭黑使油墨的抗水性变差，干燥性变差，但有利于在水性油墨中分散。

造粒炭黑比粉状炭黑较难分散，但有的炭黑也不同，如:中橡化学公司、日本三菱公司、德国德固赛公司等炭黑都较为理想。总之，炭黑的粒径较大，结构较高，表面含氧量高时较易分散，但也受工艺、设备的影响;同样品质的炭黑，分散好时，油墨不仅比较好，筛余物小，而且黑度、着色力、光泽和流动性都会变好，相反就不够理想。

三、油墨的品种不同对炭黑的要求也不同

1.凸版印刷

墨膜先加到凸起的图像上，然后再传递到纸上。常用凸版墨是质地细腻的黏稠流体。它有相当高的“黏性”，能使一层较厚的墨膜附着在版面然后均匀地转移到纸张上，因此使用的炭黑应有较好的流动性，使油墨在含有10%~15%的炭黑时仍有适宜的流动性能。当采用轮转机时，轮转机转速越高，则要求墨的流动性越好。

如要求的油墨有高光泽时，就需要使用低吸油墨的炭墨。

2.平版胶印

墨膜先将图像传递到橡胶布上，然后再转印到纸上，由于墨膜较薄，故要求油墨有较高的着色力，因此胶印墨中炭黑含量较高(15%~22%)，但应有一定的流动性及适宜的浓度。

当油墨需要光泽时，应选用低吸油墨的炭黑。

3.凹版印刷

要求墨膜能充满凹处，并易传递，因此油墨的黏度应很低，易流动，易传递。另一方面，所印墨膜较厚，油墨中的炭黑含量不应太低(10%~15%)，在选择炭黑上仍需要采用低吸油墨的炭黑，要达到高固含、低黏度。

同时，凸版印刷的柔版油墨常用于印刷塑料薄膜、PP膜、PE膜、PVC膜等包装材料，和凹版墨一样都是流动的液态，要求油墨易流动，易干燥，因此仍需要低吸油量的炭黑。

四.油墨用炭黑今后的发展方向

随着改革开放的不断深人，我国的轻工业不断发展，包装印刷不断提高，对油量的要求也越来越高。即要油墨黑度越来越黑，流动性越越来越好，又要适应各种机型，因此，要求油墨生产厂家要选择可变性较大，实质上就是要在保证不同油墨性能和印品质量的基础上选择质量能符合要求、价格又便宜的不同炭黑品种。

       ①混气和滚简法6#炭黑，仍然是目前很好的油墨用发黑，但其成本和售价已较高，故宣用那些对流动性要求较高的油墨品种，采用中、低档炭黑并做到合理使用。

②中、长流动油炉法炭黑，宜降低 DBP值(50~ 70mL/100g)，并改进表面氧化处理工艺，使其pH值和挥发分稳定，达到最佳效益。

③普通色素炉法，重点开发印报油墨。如何提高油墨性能、降低成本，这也是生产厂家最关心的问题。

④低色素炉法炭黑，也是油墨厂家研发的重点，即要根据客户要求，提高油墨质量的档次又能使客户满意，达到生产厂家和客户双赢的目的。