满足包装油墨领域对 PTFE替代品的需求

PTFE是一种常见的含氟聚合物，用于广泛的行业，它具有许多理想的特性，包括出色的耐化学性、低摩擦系数、良好的耐热性和耐低温性以及增强的表面耐久性。这些特性使其在涂料工业中特别有用，例如用于罐头、卷材和图形印刷艺术。具体而言，使用PTFE颗粒产生的表面纹理可进一步促进这些所需的性能发挥，这通常称为“叠加/轮动”效应。

“叠加/轮动”效应图示                                        “叠加/轮动”效应SEM图

由于辐照是制造PTFE的常见生产工艺，用于油墨行业的小粒径PTFE，其生产的辐照工艺会产生PFOA，所以最近关于PFOA的法规影响了PTFE的使用。因此，传统的PTFE将会需要选择低PFOA含量的PTFE或非PTFE替代品，如新的低PFOA含量PVDF树脂或是不含PVDF的树脂。

在这种新的监管环境下，油墨配方设计师和制造商需要准备好调整他们的油墨技术，以符合监管的要求。欧盟立法要求所有制造商的任何产品生产过程以及最终投放市场的产品，PFOA含量都不得超过25ppb。

蜡添加剂（表面改性剂）在含PTFE或以无PTFE的低含量PFOA 替代品替代传统PTFE方面发挥着重要作用，它能够以多种方式应对从客户产品中减少或去除PFOA的技术挑战。而无PTFE的表面改性剂是与PTFE功能相似的新型替代原材料开发的。

本论文的目的是提供可以掺入油墨配方中的蜡添加剂，作为目前在这种配方中使用的PTFE基蜡的替代品。

材料与印刷

◆ 材料
Leneta 公司（美国）的Leneta 3NT-31 光面涂层书本印刷油墨牵伸片材，直接原样使用。Helio Beit 公司（德国）的蓝色颜料浓缩物，也不做任何变动，直接原样使用。苯乙烯丙烯酸树脂的水基分散体购自路博润公司（中国）。苯乙烯丙烯酸的水基分散体被称为油墨“载体”，是一种柔软、有弹性的成膜聚合物，干燥后会形成实际的油墨薄膜，用作颜料和粘合剂的载体，以将颜料固定到印刷基材表面。

◆ 蜡添加剂和加入方式
对四种不同的蜡进行评估。 通过逐滴添加的方式将定量的蜡添加到油墨配方中，同时在室温下连续搅拌10分钟。 基于总配方重量，蜡的添加量为2%。表1 显示了所用蜡的特性和物理特性。参考样品是PTFE基的蜡添加剂，并用作基准（参考文献）。样品 1、样品 2 和样品 3 是无PTFE的蜡添加剂。对照样品是不含蜡的油墨配方。

◆ 印刷准备
用于这些研究的印刷油墨薄膜是使用Weller Flexi-Proofer在Leneta 3NT-31 背面手工印制油墨。Flexi-Proofer 由与雕刻网纹传墨金属辊接触的橡胶辊组成。将几滴油墨放置在两个辊之间，然后使用简单的牵伸（包括在薄膜上滚动涂有油墨的网纹辊）在纸上进行印刷。干膜厚度为5μm。水基样品在室温下干燥至少 24 小时。

实验步骤

为了确定这些蜡的效果，分析了耐摩擦性、光泽度和油墨与无PTFE的蜡之间的摩擦系数。测试遵循行业用于评估油墨系统印刷性能的标准测试方法。所有测试均在室温和50%相对湿度下进行。

◆ 光泽度分析
光泽度与承印物、油墨配方和墨膜平滑度有关。为了测试印刷品的光泽度，使用了德国BYK 的Micro-Tri-Gloss光泽度计，光泽度测试分别在60°和85°的光反射角下进行。数据收集在印刷油墨薄膜区域的三个不同位置进行，平均值作为光泽度的最终值报告。

◆ 摩擦系数
摩擦系数 (COF) 测量是描述材料表面粗糙度的比率。采用Param MXD-02进行COF测量。该测试仪的设计符合ISO 8295-198标准。测量的所有测试条件均遵循ISO标准。结果显示标准中规定的静态COF和动态COF。
Sutherland 2000 摩擦测试仪和重达1.82kg的测试块用于测定印刷样品的耐摩擦性。印刷样品在未印刷的白色纸上以受控的速度来回摩擦30个循环，总共相当于60次摩擦。使用白色未印刷的纸是为了清楚的观察墨水转移情况。完成后，目视检查样品以确定油墨转移情况。

结果与讨论

光泽度是印刷油墨中的一个重要参数，因为光泽度会影响印刷质量，印刷质量好意味着可以提供更好的整体颜色深度。 图1显示了光泽度计在60°和85°下测量的光泽度结果。结果表明，所有油墨配方加蜡后在 60°下的光泽度值是相当的。与不含蜡的油墨配方（对照配方）和其他样品相比，使用蜡样品3制备的油墨配方在60°和85°下保光性略高。这归因于墨膜的表面光滑度高。这些发现还表明，无PTFE的蜡替代品在提高印刷油墨的保光性方面非常有效。

◆ 摩擦系数COF
纸和膜包装的COF是印刷油墨过程中的一个重要参数。控制COF能够有助于加工商优化性能并避免成型、运输和存储包装中的问题。

含PTFE蜡的油墨配方与含有无PTFE基蜡的油墨配方和对照配方的COF结果如图2所示，实验还比较了静态COF和动态COF的值。数据清楚地表明含蜡配方的静态和动态COF值均有所降低，这表明薄膜滑爽性良好。此外，含有无PTFE基蜡的配方显示出了与含PTFE蜡配方相当的结果。

◆ 耐摩擦性测量
在一系列摩擦测试之后，测评估样品在白色未印刷纸上的转移油墨量。视觉评分等级为1至10，其中1为高度油墨转移（1=非常差），10为无油墨转移（10=极好）。

图3所示的耐摩擦性目视检查确定的结果表明，与不含蜡的对照配方相比，含有蜡的样品表现出改进的耐摩擦性。

图4是耐摩擦性能测试结果的图像。从图像中我们可以看到，只有在没有蜡的油墨配方中，油墨在白色未印刷纸上的转移非常强烈，这表明油墨对擦掉过程的抵抗力不足。包含蜡的油墨配方显示出轻微的油墨转移，表明其具有高耐摩擦性。使用无PTFE新型蜡添加剂提高的耐摩擦性可能是机械性能改善的结果。

此外，从图3和图4可以看出，无PTFE的蜡在提高油墨配方的耐摩擦性方面与市售的含PTFE的蜡一样有效。

结论

当用作含PTFE蜡的替代品时，无PTFE的蜡具有许多优点。当这些蜡被加入到油墨配方中时，它不仅提高了保光性，而且降低了摩擦系数和耐摩擦性。结果表明，这些无PTFE的添加剂有可能被当作PTFE基产品的替代品。

作者：Gehan El tAnany，Dave Seline，路博润

来源：荣格-《涂料与油墨-中国版》

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