Nghiên cứu thử nghiệm các phụ gia cho mực in gốc nước in trên vật liệu màng mỏng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.19 MB, 87 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
TRẦN MINH THẾ
NGHIÊN CỨU THỬ NGHIÊM CÁC PHỤ GIA
CHO MỰC IN GỐC NƯỚC IN TRÊN
VẬT LIỆU MÀNG MỎNG
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ IN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ IN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS TRẦN VĂN THẮNG
Hà Nội – Năm 2010
Luận Văn thạc sỹ khoa học
MC LC
Trang
LI cảm ơn
Mở đầu
Phần I:
Tổng quan
Chơng 1: tình hình nghiên cứu và sử dụng mC IN ................... 7
Chơng 2: Mực in gốc nớc
2.1 Thành phần cấu tạo của mực in gốc nớc .................................................. 12
2.1.1 Chất tạo mầu...................................................................................... 12
2.1.2 Chất liên kết....................................................................................... 18
2.1.3 Chất phụ gia....................................................................................... 20
2.2 Một số đặc tính của mực in........................................................................ 26
2.2.1 Độ dính của mực ............................................................................... 26
2.2.2 Độ nhớt của mực ............................................................................... 28
2.2.3 Độ khô của mực ................................................................................ 28
2.2.4 Độ bền mầu của mực ......................................................................... 28
2.2.5 Khả năng phủ của mực ...................................................................... 29
2.2.6 Tính chất quang học của mực............................................................ 29
Chơng 3: Các yếu tố ảnh hởng đến độ bám dính của
mực in trên các vật liệu màng mỏng
3.1 ảnh hởng của các chất liên kết ................................................................ 30
3.2 ảnh hởng của các chất phụ gia ................................................................ 32
3.3 ảnh hởng của các vật liệu màng.............................................................. 33
3.4 Nhận xét chung .......................................................................................... 39
1
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Phần II:
Xây dựng mô hình nghiên cứu ảnh hởng của chất liên
kết đến độ dính của mực in trên các vật liệu màng
Chơng 4: Những vấn đề chung
4.1 Lựa chọn nguyên vật liệu........................................................................... 41
4.1.1 Pigment.............................................................................................. 41
4.1.2 Nhựa Sulfo Polyester ......................................................................... 42
4.1.3 Keo Polyvinyl Acetate (PVA) ........................................................ 43
4.1.4 Tween 20 ........................................................................................... 44
4.1.5 II- Octanol ......................................................................................... 45
4.1.6 Glycerin ............................................................................................. 45
4.1.7 Vật liệu màng mỏng .......................................................................... 46
4.2 Các thiết bị thực nghiệm ............................................................................ 47
4.2.1 Dụng cụ đo độ dính ............................................................................ 47
4.2.2 Thiết bị và dụng cụ đo độ nhớt ........................................................... 49
4.2.3 Máy đo mật độ................................................................................... 52
4.2.4 Các thiết bị khác ................................................................................ 52
4.3 Lựa chọn các thông số của hệ mực thực nghiệm ....................................... 53
4.3.1 Các thông số của mực mẫu................................................................ 53
4.3.2 Các thực nghiệm thăm dò để lựa chọn thông số công nghệ .............. 54
4.3.3 Lựa chọn thành phần và hàm lợng các chất trong mực in ............... 56
4.4 Tiến hành thực nghiệm .............................................................................. 57
4.4.1 Quá trình chế tạo mực ....................................................................... 57
4.4.2 Quá trình in lên vật liệu màng ........................................................... 58
2
Luận Văn thạc sỹ khoa học
4.4.3 Đo các kết quả của thực nghiệm........................................................ 59
Chơng 5: Thiết lập mô hình thống kê
5.1 Cơ sở để thiết lập mô hình thống kê - quy hoạch thực nghiệm.................. 60
5.1.1 Xác định hệ và cấu trúc hệ ................................................................ 60
5.1.2 Xác định các hàm toán mô tả hệ ....................................................... 60
5.1.3 Xác định các thông số của mô hình thống kê.................................... 61
5.1.4 Kiểm tra tính tơng hợp của mô hình và cải tiến mô hình ................ 63
5.2 Xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm hai mức tối u ........................... 65
5.2.1 Cải tiến mô hình theo phơng pháp leo dốc................................................ 73
5.2.2 Tối u hóa mô hình ..................................................................................... 79
5.3 Thực nghiệm kiểm tra độ dính của mực in trên hai loại màng PET vàOPP....82
5.4 Thực nghiệm kiểm tra độ bám dính của mực mẫu theo kết quả giá trị thực
nghiệm tối u trên.................................................................................................83
5.5 Kết luận và kiến nghị ..................................................................................... 84
Tài liệu tham khảo.................................................................................... 86
3
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Công nghệ In đã giúp đỡ
và tạo điều kiện học tập và nghiên cứu tốt nhất cho em trong năm học vừa qua.
Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo PGS.TS Trần Văn Thắng là ngời hớng
dẫn khoa học đã nhiệt tình hớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận
văn này.
Kính chúc các Thầy, Cô: Sức Khỏe và Hạnh Phúc!
Hà Nội, Tháng 10 năm 2010
4
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Mở đầu
Trong những năm gần đây, mực in gốc nớc ngày càng đợc sử dụng rộng rãi ở
tất cả các phơng pháp in. Mực in gốc nớc có đợc các u điểm nh: an toàn, dễ dàng
trong quá trình sử dụng, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ, lợng dung môi độc hại ít, chất
thải ít ảnh hởng đến nguồn nớc và môi trờng xung quanh. Thêm vào đó mực in gốc
nớc còn tạo ra màng mực mỏng hơn, có cờng độ màu cao, độ phủ tốt nên dễ dàng và
thuận tiện in trên các vật liệu màng mỏng.
Tuy nhiên với vật liệu in màng mỏng, do không có khả năng thấm hút, mực in chỉ
bám trên bề mặt của vật liệu và khô nhờ quá trình bay hơi của dung môi. Do đó khả
năng bám dính của mực in trên các vật liệu in màng mỏng là điều hết sức quan trọng
ảnh hởng đến độ bền của màng mực cũng nh khả năng ứng dụng của mực in gốc
nớc trong thực tế.
Do vậy em đã quyết định chọn đề tài:
Nghiên cứu thử nghiệm các phụ gia cho mực in gốc nớc in trên các vật liệu
màng mỏng.
Trong đề tài này với sự hớng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Văn Thắng, em đã
nghiên cứu tổng quan tài liệu về mực in nói chung và mực in gốc nớc nói riêng, từ đó
đa ra ảnh hởng của một số chất trong thành phần của mực in gốc nớc và đặc biệt là
của nhựa liên kết, chất phụ gia, đến độ bám dính của mực in trên một số vật liệu màng
mỏng. Trên cơ sở lý thuyết tiếp cận hệ thống trong triển khai công nghệ hóa học, bằng
phơng pháp quy hoạch thực nghiệm, xây dựng mô hình và tôi u hóa mô hình ta sẽ
xác định đợc hàm lợng của các chất tham gia vaò thành phần của mực in gốc nớc
sao cho tạo ra đợc mẫu mực in có độ dính tối u khi in trên một vài vật liệu màng
mỏng khác nhau.
5
LuËn V¨n th¹c sü khoa häc
PhÇn I:
Tæng quan
6
Luận Văn thạc sỹ khoa học
CHƯƠNG 1: tình hình nghiên cứu
và sử dụng mực in
Hiện nay, thị trờng cho in bao bì trên thế giới cũng nh ở nớc ta là vô cùng rộng
lớn. Với mỗi loại bao bì có những đặc thù riêng và đòi hỏi phải có công nghệ và vật liệu
in phù hợp. Theo nh dự đoán của các chuyên gia thì tốc độ tăng trởng ngành công
nghiệp in bao bì khoảng 4,5% mỗi năm và đây cũng là một tỷ lệ đầy hứa hẹn cho vài
năm tới. Đặc biệt là khu vực Đông Nam á và Trung Quốc thì tỷ lệ này có thể tăng gấp
hai lần.
Theo một báo cáo phân tích thị trờng của SPG Media Group năm 2005, giá trị
của ngành công nghiệp bao bì toàn cầu có trị giá 425 tỷ USD. Báo cáo cũng cho thấy
xu hớng của ngành công nghiệp đóng gói toàn cầu đến cuối năm 2014 có tổng trị giá
thị trờng có thể đạt khoảng 585 tỷ USD.
Những số liệu này chứng tỏ rằng ngành công nghiệp in bao bì là ngành công
nghiệp có triển vọng rất lớn. Do cuộc sống luôn có những thay đổi, với nhiều dạng sản
phẩm phong phú và ngày càng tăng lên của đồ ăn sẵn cũng nh các loại thức ăn chứa
trong bao bì phải qua sử dụng lò vi sóng trong ngành công nghiệp thực phẩm..v.v..đồng
thời những yêu cầu ngày càng cao về chất lợng của ngời tiêu dùng với các loại sản
phẩm chứa trong các bao bì nên không chỉ tại thời điểm này mà ngay cả trong tơng lai
thị trờng bao bì vẫn giữ đợc sự thu hút, tăng trởng cao. Triển vọng này không chỉ
kích thích cho sự phát triển các sản phẩm in trên giấy hoặc bìa mà còn trên các vật liệu
đa dạng khác nhau.
Theo điều tra của Heidelberg World wide information Sources các loại vật liệu
bao bì đợc sử dụng ở các nớc trên thế giới đợc thể hiện ở bảng 1.1 dới đây:
7
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Bảng 1.1- Vật liệu sử dụng in bao bì ở một số nớc
Giấy
Nớc V.liệu
và bìa
Bzazil
31%
Nam phi
Màng mỏng
Kính
Kim loại
45%
8%
16%
38%
28%
8%
23%
3%
Trung Quốc
38%
35%
9%
9%
9%
Nhật Bản
43%
23%
4%
17%
6%
Anh
46%
27%
6%
16%
5%
Đức
40%
29%
9%
20%
2%
Mỹ
38%
34%
6%
14%
8%
plastic
Gỗ
Loại
khác
7%
Theo bảng trên, riêng tổng thị phần của in bao bì trên giấy và màng mỏng ở một
số nớc lớn trên thế giới đã vợt qua mức 65% tổng số các loại vật liệu làm bao bì.
ở Việt Nam theo thống kê của công ty Sivico năm 2008 tại việt nam sản xuất
khoảng 1,5 tỷ m2 màng mỏng trong đó xuất khẩu chừng 40% sang các thị trờng Lào,
Campuchia, Trung Quốc.
Nh vậy có thể thấy đợc nhu cầu trên các sản phẩm bao bì màng mỏng là rất lớn
và ngày càng mở rộng.
Thông thờng để in trên các loại vật liệu màng mỏng (nhựa plastic) ngời ta sử
dụng loại mực gốc dung môi. Đặc điểm loại mực này có hàm lợng các dung môi trong
thành phần mực rất lớn nhằm đẩy nhanh quá trình khô của mực và khả năng tạo ra sự
liên kết bám dính tốt của màng mực in lên trên bề mặt vật liệu in. Ngoài ra sự có mặt
của dung môi trong mực có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của mực in trên vật liệu
in.
8
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Vật liệu màng là các vật liệu không có khả năng thấm hút và mực in không thể
thâm nhập vào trong cấu trúc vật liệu, màng mực khô chủ yếu nhờ bay hơi, khi lợng
dung môi bay hơi đi sẽ tạo ra một màng mực khô ở trên bề mặt vật liệu, màng này chủ
yều là các chất liên kết và chất mầu, cùng một số phụ gia khác của mực còn lại.
Trái hẳn với mực in truyền thống gốc dung môi, mực in gốc nớc ra đời là một sự
đột phá về công nghệ và vấn đề bảo vệ môi trờng. Đặc điểm của mực in gốc nớc là
không độc hại với môi trờng và với ngời sử dụng bởi vì trong thành phần của mực
này chiếm một lợng lớn là nớc (khoảng 50% đến 70% khối lợng) thay thế cho
lợng dung môi sử dụng trong mực in gốc dung môi. Với mực này, quá trình khô phụ
thuộc nhiều vào khả năng bay hơi của nớc trong mực cũng nh khả năng thấm hút vào
bề mặt vật liệu in. Tuy nhiên, với vật liệu là màng mỏng plastic thì quá trình thấm hút
vào bề mặt vật liệu in không thể có do đó vai trò của các chất phụ gia và sấy cỡng bức
sẽ quyết định thời gian khô của màng mực cũng nh độ bám chắc của màng mực sau
khi khô vào vật liệu in.
Mực in gốc nớc đợc đa ra giới thiệu vào những năm 1930 và đạt đợc tính
thơng mại quan trọng cho việc in lên trên các vật liệu giấy và bìa cattông vào những
năm 1950 và 1960. Mãi đến những năm 1980, do vấn đề yêu cầu về việc đảm bảo sự an
toàn cho môi trờng thì mực in này mới bắt đầu đợc chú ý hơn nữa. Và đến năm 1989,
tổ chức HSC (Highland Supply Corporation) bắt đầu đi vào sử dụng loại mực in mới
này- mực in gốc nớc, trên hai máy in ống đồng. Đến năm tiếp theo, mực in gốc nớc
đợc tiến hành in thử trên hệ thống các máy in Flexo. Vào năm 1991, HSC đã bắt đầu
sử dụng mực in gốc nớc trên tất cả các máy in của mình. Đến bây giờ thì ngời ta
nhận thấy rằng việc sử dụng loại mực in này mang lại nhiều lợi ích và thuận lợi trong
vận hành. Việc sử dụng mực in gốc nớc đã giúp giảm thiểu việc sử dụng các hợp chất
hữu cơ dễ bay hơi độc hại VOC Volatile Organic Compound, hợp chất VOC dễ gây
ảnh hởng đến tình trạng sức khoẻ của ngời lao động và đặc biệt là tác động xấu đến
môi trờng.
Tổ chức về các điều luật qui định với mức độ trong sạch của không khí cũng đã
9
Luận Văn thạc sỹ khoa học
xác định rằng các dung môi thông thờng đợc sử dụng làm các chất mang trong mực
in Flexo nh là các tác nhân chính gây ảnh hởng đến các vấn đề liên quan đến sức
khoẻ của con ngời, với các bệnh tật dễ bị mắc phải thông qua con đờng hô hấp.
Các chất thải độc hại cùng với các dung môi có trong mực là những chất rất dễ
gây gây bốc cháy. Một loại mực in Flexo thông thờng sử dụng cho in trên các vật liệu
màng mỏng có từ 60% đến 80% khối lợng là các dung môi nh: Ethanol,cồn NPropyl, IsoPropanol, Heptane và n-Propyl Acetate. Đây đều là các chất VOC và rất dễ
cháy. Một số các loại mực còn sử dụng các dung môi pha loãng có chứa Methyl Ethyl
Ketone, Methyl IsoButyl Ketone, Toluen, Ethyl axetate, đây là các chất đều đợc liệt
kê vào nhóm các chất độc hại cần phải đợc cảnh báo.
HSC đã nhận thấy rằng trong các loại mực gốc dung môi hữu cơ thì có chiếm tới
50% khối lợng là các chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại. Ban đầu để tránh những ảnh
hởng của các loại hoá chất độc hại này thì ngời ta đã tiến hành cải tiến hệ thống
thông hơi và che chắn bảo vệ nhng cũng không thu đợc hiệu quả là bao. Cuối cùng
thì HSC đã tìm ra giải pháp đó là sự thay thể loại mực gốc dung môi hữu cơ bằng mực
in gốc nớc. Theo nh đánh giá và kết quả thu đợc từ các chuyên gia thì đến năm
1989 loại mực in gốc nớc của HSC chỉ chứa từ 10% đến 12% khối lợng là các chất
VOC. Đến năm 1996 thì hàm lợng trung bình của các chất VOC trong mực in gốc
nớc giảm xuống chỉ còn 0,71 %. Một số ít chất VOC còn lại đợc sử dụng trong mực
in gốc nớc chỉ là các chất phân tán và chất hoạt động bề mặt, có tác động rất ít đến ô
nhiễm môi trờng.
Cũng theo báo cáo về lợng chất VOC tiêu thụ của HSC, trong 7 năm từ 1989
đến năm 1996 lợng chất VOC mà HSC sử dụng đã giảm đến 99 % . Điều này đợc
thể hiện ở hình 1.1 sau [10].
10
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Hình 1.1- Lợng tiêu thụ các chất VOC của HSC giảm theo các năm
Qua những số liệu trên cho thấy mực in gốc nớc ngày càng đợc sử dụng nhiều
hơn và là một giải pháp hiệu quả trong việc giảm thiểu các chất thải độc hại trong sản
xuất.
Bên cạnh những u điểm khi sử dụng loại mực in gốc nớc là thuận lợi, dễ dàng
trong vận hành và điều khiển quá trình in, ít gây nguy hiểm cho thợ in và môi trờng
xung quanh do đặc điểm là mực có khả năng chịu nhiệt tốt và ít gây nguy cơ cháy nổ.
Mực in gốc nớc còn có những u điểm nổi bật nh: có cờng độ màu cao, tạo màng
mực mỏng và đẹp. Chính vì thế mà đến năm 1991 thì mực in này đã chiếm u thế lớn
trong in Flexo. Hiện nay, việc sử dụng mực in gốc nớc trên thế giới đã tơng đối phổ
biến trong cả phơng pháp in lõm, in Flexo và in phun.
11
Luận Văn thạc sỹ khoa học
CHƯƠNG 2: MựC IN GốC NƯớC
ở chơng trớc ta đã thấy đợc nhu cầu của thị trờng bao bì là rất lớn, trong đó
bao bì để sử dụng cho công nghiệp thực phẩm, y tế, tiêu dùng phục vụ cho con ngời là
rất cần thiết và chiếm một tỷ trọng lớn trong thị trờng bao bì.
Bao bì hiện tại chỉ cấu thành bởi vật liệu làm bao bì và mực in trên bao bì đó.
Những vật liệu không độc hại, thân thiện với môi trờng đã đợc nghiên cứu, chế tạo và
đa vào sử dụng trong những năm gần đây, VD : Các vật liệu tự hủy đợc làm từ những
nguyên liệu sinh học. Nh vậy mực in cũng phải đáp ứng đợc nhu cầu này. Giải pháp
dùng mực in gốc nớc thay thế cho mực in gốc dầu và gốc dung môi là phù hợp nhất và
đang đợc nhiều nớc trên thế giới quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Để hiểu rõ điều
đó, chúng ta sẽ xem xét những vấn đề liên quan đến loại mực in gốc nớc này.
2.1. Thành phần cấu tạo của mực in gốc nớc
Mực in gốc nớc có các thành phần cấu tạo tơng tự nh các loại mực in thông
thờng khác. Thành phần chính của mực in gốc nớc bao gồm: chất tạo mầu, chất liên
kết và các chất phụ gia.
2.1.1. Chất tạo mầu
Chất tạo mầu là những chất hóa học đợc sử dụng nhằm tạo ra mầu sắc cho mực
in. Chất tạo mầu gồm có hai loại chính: Chất tạo mầu dạng thuốc nhuộm và chất tạo
mầu dạng pigment.
a) Chất tạo mầu dạng thuốc nhuộm:
Chất tạo mầu dạng thuốc nhuộm là những chất mầu có khả năng tan trong môi
trờng liên kết.
Theo [1]. Thuốc nhuộm thờng có mầu sắc đa dạng, phong phú, mầu trong sáng
và cờng độ mầu cao. Nhng độ bền với các tác động của môi trờng là kém. Thuốc
nhuộm thờng có 3 loại chính:
12
Luận Văn thạc sỹ khoa học
+ Thuốc nhuộm dạng bazơ: có chứa nhóm (-NH2).
+ Thuốc nhuộm dạng axit: có chứa nhóm (-COOH).
+ Thuốc nhuộm dạng cation: có chứa các ion mang mầu.
Mực sử dụng chất tạo mầu là thuốc nhuộm chứa một phần ít các tác nhân nh axit
Tannic hoặc các nhựa có giá trị axit cao, do các tác nhân này mà các phản ứng phức tạp
trong sử dụng và bảo quản mực có thể xảy ra. Đây cũng là một trong những hạn chế
của chất tạo mầu dạng thuốc nhuộm.
Các loại thuốc nhuộm hiện nay đang đợc sử dụng nhiều trong các loại mực in là
các loại muối, thờng là Hydrochloride và các thuốc nhuộm bazơ. Bằng cách kết hợp
bazơ với nhiều axit phức hợp nh axit Tannic hoặc các nhựa mang tính axit sẽ cho các
thuốc nhuộm có khả năng hòa tan tốt trong dung môi nớc. Một số loại thuốc nhộm
đợc sử dụng rộng rãi đợc liệt kê trong bảng sau:
Bảng 2.1- Một số tính chất của các chất mầu thuốc nhuộm [1].
Loại
Auramine
Rhoda mine
6G
Bền ánh Chịu
Chịu
Chịu
Các tính chất đặc
sáng
nhiệt
kiềm
nớc
biệt
0- 1
Kém
Kém
BT- Tốt
0- 1
Kém
Kém
BT- Tốt
Dung dịch mầu vàng
phát huỳnh quang
Dung dịch mầu vàng
phát huỳnh quang
Dung dịch mầu xanh
Ecsine
0- 1
Kém
Kém
BT- Tốt
vàng phát huỳnh
quang
Methyl violet
0- 1
Tốt
Kém
BT- Tốt
Induline
1- 2
Kém
Kém
BT- Tốt
Niqzosine
3- 5
Tốt
Kém
BT
Một số loại thuốc nhuộm sáng đợc sử dụng rộng rãi đợc thể hiện trong bảng
sau:
13
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Bảng 2.2- Một số loại thuốc nhuộm sáng [1].
Loại
Bền ánh Chịu nhiệt Chịu kiềm Chịu nớc
sáng
Solvent yellon 19
5- 6
Tốt
Kém
Kém
Solvent yellon 45
4
Tốt
Tốt
BT
Solvent red 8
6- 7
Tốt
Tốt
Tốt
Solvent blue 55
5
Tốt
BT
BT
Solvent blue 86
7
Tốt
Tốt
Tốt
Solvent bluck 123
5- 6
Tốt
Tốt
Tốt
Solvent violet 1
4- 5
Tốt
Tốt
Kém
(BT- Bình thờng)
b) Chất tạo mầu dạng pigment:
Theo [1]. Chất tạo mầu dạng Pigment là các hạt mang mầu có kích thớc rất nhỏ
thông thờng từ 0,1 2
. Pigmet mầu không tan trong nớc, không tan trong các
dung môi hữu cơ, không có ái lực với vật liệu. Chính vì thế cần phải thêm các chất liên
kết trong thành phần của mực in.
Pigment mầu có thể chiếm hàm lợng từ 5 30 % khối lợng trong hệ mực.
Pigment mầu là yếu tố quan trọng ảnh hởng đến các tính chất về mầu sắc của mực in.
Tùy vào hàm lợng và các loại Pigment sử dụng khác nhau mà nó sẽ ảnh hởng đến các
tính chất quan trọng của mực in nh: Độ nhớt, độ dính và khả năng bền với các tác
động vật lý và hóa học của mực in.
Trên thị trờng pigment đợc cung cấp dới nhiều dạng khác nhau:
+ Presscake: 70% nớc
+ Bột pigment: 100% là pigment khô
+ Phân tán: 50% pigment
+ Bọc vỏ: hạt pigment có lớp vỏ polymer
14
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Thông thờng pigment mầu đợc chia thành 2 loại là Pigment mầu vô cơ và
Pigment mầu hữu cơ:
- Pigment mầu vô cơ: Là các muối vô cơ, các oxit kim loại có mầu, cá biệt có thể là
bột kim loại không tan trong nớc. Một số loại pigment mầu vô cơ nh:
+ Pigment mầu trắng: Từ các kim loại nh Ag, Cu, Sn, hợp chất kim loại nh
TiO2, ZnO, BaSO4 .
+ PbCrO4 kết hợp với PbSO4 tạo ra Pigment mầu vàng.
+ Thông qua hợp chất của Natri sulfat và Crôm sẽ thu đợc các giá trị tông
mầu từ xanh xám đến xanh lá cây.
+ Sử dụng các hợp chất của chì và Crôm để thu đợc một dãy các giá trị tông
mầu khác nhau từ xanh nhạt đến vàng và đỏ.
Các loại Pigment mầu vô cơ này thờng có kích thớc lớn, thô và kém mịn, rất
khó để nghiền nhỏ. Do đó khả năng sử dụng của các pigment loại này thờng bị hạn
chế.
- Pigment mầu hữu cơ: Thờng sử dụng các hợp chất AZO ( - N=N-) chiếm khoảng
50% các loại pigment dùng để điều chế mực in. Ngoài ra còn sử dụng các hợp chất
khác nh: Phtalocyamin, hợp chất Dtaryl Pyrrolopyroles, các chất phát quang,
Pigment mầu hữu cơ có thể đợc tạo ra từ các loại thuốc nhuộm dạng axit hoặc
các loại thuốc nhuộm dạng bazơ nhờ quá trình pigment hóa:
+
Pigment mầu hữu cơ tạo từ thuốc nhuộm dạng axit : Kết hợp các thuốc
nhuộm dạng axit với CaCl2 hay BaCl2 tạo thành lắc pigment không tan trong
nớc.
+
Pigment mầu hữu cơ tạo từ thuốc nhuộm dạng Bazơ: Kết hợp các thuốc
nhuộm dạng Bazơ với các axit để tạo thành lắc pigment không tan trong nớc.
Một số loại pigment mầu hữu cơ thờng đợc sử dụng theo bảng dới đây:
15
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Bảng 2.3- Một số loại pigment mầu đỏ cờ [1].
Nồng
Tính thấu
Bền ánh
độ (%)
minh
sáng
Rara Red
45
Tốt
3- 4
Tốt
Helio Red
45
Tốt
7
Tốt
Permarent Red R
45
Kém
5- 6
Tốt
Permarent Red ZG
45
Kém
7- 8
Rất tốt
Lishols
45
Tốt
1- 2
Tốt
Lake Red C
45
Tốt
2- 3
Tốt
Lisho Rubine
42
Tốt
3- 4
Rất tốt
Pigment S carlet 3B
55
Tốt
5- 6
TB
Vermi llion
50
Kém
Cad minum Red
75
Kém
Pigment
Bền với kiềm
Rất tốt
7-8
Tốt
(1: Rất kém; 2: Kém; 3: Trung bình; 4: Tơng đối khá; 5: Khá; 6: Rất khá; 7: Tốt;
8: Rất tốt).
Một số tính chất của Pigment
- Mầu sắc của Pigment: Thông thờng thì Pigment có độ bão hòa mầu rất cao. Có
thể nói mầu sắc của Pigment trong sáng gần nh mầu quang phổ do trong phân tử có
chứa các nguyên tử cha bão hòa hóa trị, có chứa các liên kết đôi trong phân tử và
chứa các nguyên tử O, N, S trong công thức cấu tạo.
- Pigment có độ mịn và độ phân tán cao: Thông thờng thì cờng độ mầu cuả mực
in bị quyết định bởi nồng độ, kích thớc hạt pigment sử dụng, quan hệ này đợc thể
hiện trên đồ thị sau:
16
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Cờng độ
mầu
0
Đờng kính hạt
Pigment (
)
Hình 2.1- Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cờng độ mầu và kích thớc
hạt Pigment
Về nguyên tắc, hạt pigment càng nhỏ, càng mịn thì thì cờng độ mầu càng cao.
Pigment thờng có tỷ trọng 1,4 4 g/cm3, nếu tỷ trọng của pigment càng lớn thì khi
phân tán trong môi trơng liên kết sẽ dễ dẫn đến hiện tợng các hạt pigment bị lắng
xuống đáy, sự phân tán của các hạt pigment sẽ kém, không đồng đều. Thông thờng
để tăng khả năng phân tán và sự phân bố các hạt pigment đều trong lòng chất liên
kết, ngời ta phải sử dụng các chất phân tán trong mực in.
-
Khả năng thấm dầu của Pigment: Thông thờng để đánh giá khả năng này thì
ngời ta dùng hệ số dầu (M) là tỷ số giữa lợng chất liên kết cần thiết để chuyển hóa
lợng Pigment từ dạng bột sang dạng nhão. Để giảm chỉ số này thì tăng hàm lợng
Pigment trong mực. Khi đó ngời ta thấy rằng độ bền mầu với ánh sáng của mực in
tăng lên, đồng thời cũng làm tăng tính xúc biến của mực in. Tuy nhiên, khi hàm
lợng Pigment quá nhiều, trong khi đó lợng chất liên kết trong mực không đủ để
tạo khả năng bám dính tốt thì độ dính của mực sẽ giảm xuống.
-
Độ cứng của Pigment: Thông thờng thì Pigment tồn tại ở hai dạng cấu trúc là
dạng tinh thể và dạng cấu trúc vô định hình. Tinh thể của Pigment càng lớn thì hạt
càng cứng và ổn định nhng khả năng thấm ớt giảm.
-
Khả năng làm đục mực của Pigment: Pigment quyết định các tính chất quang
học của mực in. Theo nghiên cứu thì các mực in có mầu đục sẽ đợc in trớc, mầu
17
Luận Văn thạc sỹ khoa học
trong thờng in sau. Để tạo ra đợc mực trong thì chỉ số khúc xạ của Pigment phải
gần với chất liên kết.
-
Độ bền mầu của Pigment: Mầu sắc cua mực in do thành phần Pigment có trong
mực quyết định. Do đó độ bền mầu của Pigment quyết định đến độ bền mầu của
mực in trớc các tác động của điều kiện môi trờng.
Mực in gốc nớc sử dụng các loại pigment hoặc các loại thuốc nhuộm thông
thờng trên. Tuy nhiên các chất tạo mầu phải đảm bảo các yêu cầu nh:
+
Các chất tạo mầu phải đảm bảo có khả năng hòa tan tốt trong dung môi
nớc và phải không đợc phản ứng với các nhựa liên kết gốc nớc.
+ Các chất tạo mầu sử dụng phải có độ đậm mầu cao.
+ Các chất tạo mầu sử dụng phải có độ phân tán cao nhằm giữ ổn định hệ mực
và khả năng tạo đợc lớp mực mỏng trên bề mặt vật liệu in đồng thời không
làm h hại khuôn in.
+ Các pigment mầu phải đảm bảo sạch, không còn các chất d bám trên bề
mặt nh các axit và các chất sử lý bề mặt trong quá trình sản xuất.
2.1.2. Chất liên kết
Chất liên kết là chất có vai trò quan trọng bậc nhất trong thành phần của mực in.
Nó giúp cho quá trình chuyển các chất mầu lên bề mặt vật liệu in, tạo màng cho mực
in. Khi màng mực trên vật liệu in đợc khô thì chất liên kết tạo thành lớp màng bảo vệ
quanh hạt Pigment hoặc chất mầu đợc phân tán trong màng, tránh đợc các tác động
cơ học lên trên lớp mực làm cho các chất mầu đợc ổn định. Chất liên kết giúp cho chất
tạo mầu phân tán tốt trong mực in, hạt Pigment càng mịn thì thì khả năng phân tán sẽ
càng tốt hơn. Đồng thời chất liên kết chính là tác nhân giúp cho chất mầu có thể bám
chắc lên bề mặt vật liệu in. Mỗi một vật liệu in khác nhau thì đòi hỏi phải sử dụng chất
liên kết tơng ứng sao cho khả năng bám dính là tốt nhất.
Chất liên kết sử dụng thờng là các chất lỏng, có độ dính, độ nhớt và có khả năng
tạo màng. Do đó chất liên kết quyết định đến độ dính, độ chảy loãng, tính xúc biến và
18
Luận Văn thạc sỹ khoa học
tính lu biến của mực in. Chất liên kết còn ảnh hởng đến khả năng khô của mực và
ảnh hởng đến các tính chất quang học của mực nh độ bóng và mầu sắc của mực.
Chất liên kết sử dụng trong mực in gốc nớc có đến trên 70% là nớc. Còn lại là
các chất có khả năng tạo màng bao quanh hạt pigment, giúp các hạt pigment phân tán
đồng đều trong môi trờng và giúp tạo ra độ dính của mực in lên trên bề mặt vật liệu.
Các chất liên kết thờng đợc chia thành ba nhóm: Nhóm chất liên kết tan đợc
trong nớc, nhóm chất liên kết hòa tan trong môi trờng kiềm và nhóm chất liên kết
phân tán.
a) Nhóm chất liên kết tan đợc trong nớc:
Thông thờng là các chất có khả năng tan tốt và duy trì trạng thái hòa tan lâu dài
trong nớc nh: Các Poly vinyl ancohol, Hydroxyl ethyl cellulose, Poly vinyl
forolidone, Đây chính là các polyme tan hoàn toàn trong nớc, tuy nhiên đặc điểm của
nhóm mực này là độ bền mầu của mực với nớc không cao. Do vậy ngời ta thờng
hạn chế sử dụng chất liên kết loại này trong mực.
b) Nhóm chất liên kết hòa tan trong môi trờng kiềm:
Là các loại nhựa axit có khả năng tan trong dung dịch kiềm để tạo thành các muối
có khả năng tan đợc trong nớc. Các chất liên kết loại này thờng có khả năng làm ẩm
và phân tán các hạt màu tốt. Các chất liên kết này tồn tại trong dung dịch mực ở dạng
muối tan trong nớc và hình thành màng bao quanh phân tách các hạt pigment, tạo khả
năng phân tán tốt. Khi đợc truyền lên vật liệu nền, dung dịch kiềm bay hơi hết, nhựa
liên kết quay trở lại dạng axit không tan trong nớc tạo thành màng mực rất bền chắc.
Trên thực tế có rất nhiều loại nhựa có chứa các nhóm cacboxyl và có thể dùng các loại
nhóm này để tạo liên kết với dung dịch kiềm tạo ra một loại chất liên kết có độ bám
dính, độ cứng, chống mài mòn và chịu nhiệt tốt cho màng mực. Các loại nhựa axit tan
trong dung dịch NH3 hoặc amin có giá trị pH = 8 đến pH= 10. Các loại nhựa thờng
đợc sử dụng gồm có : nhựa Acrylic, nhựa protein, nhựa maleic, nhựa shellac,
Thông thờng các amin có thể thay thế amoniac nh chất hòa tan nhựa axit. Tuy
nhiên mực có chứa hợp chất amin thì tơng đối lâu khô đặc biệt là amin bậc cao.
19
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Một vấn đề quan trọng của loại mực dùng nhựa liên kết tan trong môi trờng
kiềm là giá trị pH của mực. Vì pH là yếu tố quyết định đến khả năng hòa tan trong
nớc và khả năng hoàn nguyên của nhựa.
c) Nhóm chất liên kết phân tán:
Chất liên kết phân tán là những chất phân bố lơ lửng trong nớc ở trạng thái keo
hoặc ở trạng thái nhũ tơng tùy thuộc vào kích thớc hạt của chúng nh polyvinyl
Acrylic, Styren butadien polyme. Các chất liên kết loại này thờng sử dụng cho loại
mực in có độ nhớt thấp.
Các chất liên kết loại này khô đi tập hợp thành màng keo đồng đều và có độ bền
tốt, độ bóng đẹp. Tuy nhiên nhợc điểm là chúng không có khả năng cải thiện các đặc
tính in của mực do độ nhớt thấp và gây khó khăn trong quá trình sử dụng do thờng xảy
ra hiện tợng keo tụ và khó vệ sinh.
2.1.3. Chất phụ gia
Do sử dụng dung môi là nớc nên mực in gốc nớc có một số hạn chế nhất định
so với các loại mực in gốc dầu và gốc dung môi khác. Chính vì vậy các chất phụ gia sử
dụng trong mực in gốc nớc có vai trò hết sức quan trọng giúp mực in gốc nớc đạt
đợc các đặc tính in phù hợp.
Các chất phụ gia đợc sử dụng trong mực in gốc nớc chiếm khoảng 5% khối
lợng của hệ mực và phải đảm bảo đạt các điều kiện nh:
+
Phải có khả năng tan tốt trong dung môi nớc.
+
Không làm thay đổi đáng kể độ nhớt của mực.
+
Không hấp phụ màu sắc gây ảnh hởng đến màu sắc của mực in.
+
Có tác dụng điều chỉnh các tính năng của mực theo yêu cầu.
Nói chung có rất nhiều loại chất phụ gia đợc sử dụng trong mực in, đối với mỗi
yêu cầu cụ thể trong sản xuất và sử dụng mực in mà ngời ta sẽ cho thêm chất phụ gia
cần thiết. Một số chất phụ gia đợc sử dụng trong mực in gốc nớc nh sau:
a) Chất tăng khả năng phân tán
20
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Nh đã biết, do dung môi sử dụng là nớc nên khả năng phân tán các thành phần
của mực in gốc nớc là kém hơn so với mực in gốc dầu và gốc dung môi. Do đó cần
thiết phải sử dụng chất phân tán trong hệ mực in gốc nớc. Các chất này khi sử dụngcó
khả năng tăng độ bền phân tán cho mực in, duy trì tốt trạng thái phân tán của mực.
Trong quá trình chế tạo mực, các chất phụ gia tăng khả năng phân tán thờng đợc sử
dụng với hàm lợng khoảng 0,1 3,5 % tổng khối lợng của hệ mực gốc nớc.
Theo tài liệu tham khảo [2]. Chất làm tăng khả năng phân tán hiện nay có hai loại:
Chất phân tán ion và chất phân tán trung hòa về điện tích.
-
Chất phân tán ion: Sự hấp phụ của các chất loại này thờng dẫn đến sự phân bố
ion trên lớp điện tích kép xung quanh hạt mang điện. Khi phân li vào dung dịch, chất
phân tán ion tạo lên trên bề mặt các hạt pigment một lớp điện tích và khi các hạt
pigment này tiến lại gần nhau thì tạo ra một ái lực điện tích kép giữa các hạt pigment
và ngăn không cho chúng có xu hớng kết tụ lại với nhau.
- Chất phân tán trung hòa về điện: Những chất này thờng là những polyme hoặc
oligome có khối lợng phân tử lớn. Là một chất trung hòa về điện nhng chúng có
các mạch polyme có cấu trúc không gian đặc biệt, khi chúng hấp phụ lên bề mặt
pigment, chúng tạo ra các hiệu ứng không gian ngăn không cho các hạt pigment
không tích tụ lại với nhau.
Có ba dạng chất phân tán kiểu trung hòa về điện tích: dạng có mạch polyme là
mạch thẳng, dạng có mạch polyme là hình lợc và dạng có mạch polyme là hình mỏ
neo. Trong đó, dạng có mạch polyme hình mỏ neo là dạng tạo ra hiệu ứng không
gian tốt nhất và hiện nay và là loại đợc sử dụng phổ biến nhất.
b) Chất hoạt động bề mặt
Trong vật lý học, sức căng bề mặt (còn gọi là năng lợng bề mặt hay ứng suất bề
mặt, thờng viết tắt là ) là mật độ dài lực xuất hiện ở bề mặt giữa chất lỏng và các chất
khí, chất lỏng hay chất rắn khác; có bản chất là chênh lệch lực hút phân tử khiến các
phân tử ở bề mặt của chất lỏng thể hiện đặc tính của một màng chất dẻo đang chịu lực
kéo căng.
21
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Xét trên một bề mặt phân chia pha lỏng (mực in) - rắn (vật liệu màng). Các phân
tử trong mực in luôn chịu ảnh hởng của các lực phân tử từ các phân tử xung quanh.
Với các phân tử mực nằm ở giữa chất lỏng, chúng đợc bao quanh một cách đối xứng
bởi các phân tử chất lỏng cùng loại khác, nên lực tổng cộng đợc cân bằng thành 0. ở
trên bề mặt vật liệu màng, một bên các phân tử mc bị các phân tử cùng loại tơng tác
còn một bên do các phân tử vật liệu màng tơng tác. Lực tổng cộng có thể kéo phân tử
bề mặt vào bên trong chất lỏng hay đẩy nó ra phía ngợc lại. Điều này tạo nên góc
thấm ớt trên bề mặt vật liệu màng.
Hình 2.1- Góc thấm ớt
Nh vậy, để mực in có thể thấm ớt đợc bề mặt của màng thì năng lợng bề mặt
của màng phải cao hơn năng lợng bề mặt của mực in.
Theo [7]. Một số giá trị năng lợng bề mặt của polymer đợc cho bởi bảng sau:
Polymer
Surface Tension (dynes/cm)
Polyethylene (PE)
31
Polystyrene (PS)
34
Polyvinyl chloride (PVC)
40
Polyethylene terephthalate (polyester)
43
Polyhexamethylene adipate (nylon)
46
Theo [7]. Một số giá trị năng lợng bề mặt của chất lỏng đợc cho bởi bảng sau:
22
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Bảng 2.2- Một số giá trị năng lợng bề mặt của chất lỏng
Liquid
Surface Tension (dynes/cm)
Ethanol
22.0
Ethylene acetate
24.0
Acetone
26.3
Ethylene glycol
48.4
Water
72.8
Theo bảng 2.1 và bảng 2.2 ở trên ta có thể nhận thấy khi sử dụng các dung môi
nh Ethanol (22 dynes/cm) hay Ethylene acetate (24 dynes/cm) trong thành phần mực
thì mực in có thể dễ dàng thấm ớt lên trên bề mặt vật liệu màng do chúng có sức căng
bề mặt nhỏ hơn. Nhng khi sử dụng mực in gốc nớc (72,8 dynes/cm), do có sức căng
bề mặt lớn, mực in không có khả năng thấm ớt đợc trên bề mặt vật liệu màng, do đó
cần thiết phải sử dụng các chất phụ gia để làm giảm sức căng bề mặt của mực in, giúp
mực in gốc nớc có thể thấm ớt đợc trên bề mặt màng.
Theo [2]. chất hoạt động bề mặt là một chất làm ớt có tác dụng làm giảm sức
căng bề mặt của một chất lỏng. Là chất mà phân tử của nó phân cực: một đầu a nớc
và một đuôi kị nớc.
Chất hoạt động bề mặt đợc dùng giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng bằng
cách làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc của hai chất lỏng. Nếu có nhiều hơn
hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa
hai chất lỏng đó. Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào trong một chất lỏng thì các phân tử
của chất hoạt hóa bề mặt có xu hớng tạo đám (micelle, đợc dịch mixen), nồng độ mà
tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám đợc gọi là nồng độ tạo đám tới hạn. Nếu chất lỏng
là nớc thì các phân tử sẽ chụm đuôi kị nớc lại với nhau và quay đầu a nớc ra tạo
nên những hình dạng khác nhau nh hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2
chiều).
23
Luận Văn thạc sỹ khoa học
Hình 2.1- Mixen dạng hình cầu
Hình 2.2- Mixen dạng màng
Tính a, kị nớc của một chất hoạt hóa bề mặt đợc đặc trng bởi một thông số
là độ cân bằng a kị nớc HLB (hydrophile-lipophile balance). Giá trị này có thể dao
động từ 0 đến 40. HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nớc, HLB càng
thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực nh dầu.
Tùy theo tính chất mà chất hoạt hóa bề mặt đợc phân theo các loại khác nhau.
Nếu xem theo tính chất điện của đầu phân cực của phân tử chất hoạt hóa bề mặt thì có
thể phân chúng thành các loại gồm chất hoạt hóa ion và chất hoạt hóa phi ion.
- Chất hoạt hóa ion: Đầu phân cực bị ion hóa.
+ Chất hoạt hóa dơng: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện
dơng.
Ví dụ: Cetyl trimêtyl amôni brômua (CTAB), Cetyl trimetyl ammonium
bromua (CTAB), Poly ethoxylated tallow amin (POEA),
+ Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu phân cực mang điện âm.
24
