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软包装印刷中水基油墨的应用及其发展前景

随着时代的进步和环保意识的不断增强，同时全世界各行各业掀起的“绿色革命”也在不断冲击着包装印刷，人们认识到对包装印刷主要材料之一的油墨溶剂、臭味的抑制是目前迫切需要解决的问题之一。 以目前使用面愈来愈广的柔版水墨印刷为例，柔印是迄今增长速度最快的印刷方式，究其原因，在于柔版印刷具有印刷的广泛适应性和经济性，更重要的在于柔版印刷采用醇溶性油墨、UV油墨和水基油墨，具有良好的印刷适应性和优良的环保性能，符合现代印刷的发展趋势。目前，柔印在美国的普及最为广泛，日本、巴西及西欧地区柔印的发展态势也是极为良好，合金而其在我国的发展历程也是有目共睹。柔版油墨的发展经历了碎石机苯胺油墨、溶剂油墨到目前比较成熟的醇溶性油墨、水性油墨和UV油墨的各个时期，特别是水基油墨和UV油墨的使用为柔性版印刷冠上“绿色印刷”的名号起了重要作用。本文着重讲述了水基油墨的组成、应用及其发展前景。 1. 水基油墨的组成 水基油墨与溶剂油墨的主要区别在于水基油墨中使用的溶剂不是有机溶剂而是水，其连接料是由树脂和水组成，水基油墨主要成分是色剂、水基连接料、溶剂及各种添加剂,如图1所示。通常可参考如下比例配置： 色剂：12~40% 树脂：20~28% 水+醇：33~50% 碱：4~6% 添加剂：3~4% 色料：颜料、染料或填料的混合 水 基 粘合剂：树脂或辅助树脂 油 连结料 墨 溶剂：乙醇或以醇为主的混合溶剂 辅助剂：稀释剂、稳定剂、消泡剂、分散剂、润滑剂等 图1. 水基油墨的基本组成

1.1色剂 色剂通常使用的是耐碱性强的颜料，要求在水性体系中分散性较好。水基油墨的色剂在本质上与溶剂油墨中的色剂相同，也有少数例外，可根据具体情况选择。目前，为适应包装材料装饰性的需要，多采用色彩鲜艳、着色力强的颜料。有时为了提高油墨的色强度和改善粘度，也可使用染料。但是不管使用何种颜料，最好都要经过阴离子、非离子表面活性剂处理后进行使用。原因是水性墨中水的表面张力和极性都比较大，使色剂的分散比较困难，如未经处理，其色剂的分布不均匀将不利于印刷。 1.2 连接料 水基油墨连接料是影响水性油墨质量的重要因素。与普通油墨相比，水基油墨连结料中多采用水溶性树脂。这些高分子树脂都含有亲水性基团，如-NH2，-OH，-COOH等。其种类很多，可根据不同的场合和用途进行选择。目前国内油墨公司对油墨的研制与开发多集中在连接料的研究上，通常有如下种类可供参考： (1)水溶性连接料：这类连接料包括聚乙烯醇、羟乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮等。这类连接料可以永久地被水溶解，因而用它调配的油墨的使用范围会受到一定的限制，它们只能应用在不接触水的场合。 (2)碱溶性连接料：这类水基油墨连接料在印刷时可以被水溶解，而在印刷干燥后变成不溶于水的物质。此类连接料通常是一种酸性树脂的碱溶液，在溶液中加入适量的氢氧化铵，两者经化学作用后形成可溶性树脂盐。在油墨干燥过程中，氨挥发后使油墨变成不溶于水的物质。这类油墨的性能主要取决于所采用的酸性树脂的种类。传统上我们通常使用松香改性马来酸树脂作连接料。由于其原材料广泛、供货周期短及价格合理，在一定时期内曾被广泛应用。然而用这类连接料制造的油墨，耐磨性、耐水性、粘度稳定性比较差，所以又迫使印刷工作者转向新的连接料的开发。现在国内外普遍采用丙烯酸树脂作为连接料。它在光泽度、耐候性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面有显著的优势，使其无论在直接分散溶解或合成高分子乳液时都具有优良性能。 丙烯酸树脂有三种形式：碱溶型、非离子聚合物型和酸溶聚合物型。在水基墨中，主要采用碱溶型(因为非离子型成膜后比较亲水，抗水性差；酸溶型没有合适的挥发性酸，而且有气味)。在水基墨制备过程中，通常是使用氨水或胺类或是它们的混合形式，使树脂成为能溶于水的铵盐。印到承印物上后，随着氨的挥发，墨膜干燥后，就具有一定的光泽度、抗水性和耐摩擦性。 丙烯酸树脂在水基墨的连结料中有两种形式：一种是丙烯酸碱溶性树脂通过氨化形成树脂溶液，俗称树脂油。它是连结料的主体，用来分散颜料，制备水基墨。树脂本身的性能和固含量直接影响水基墨的粘度、颜料分散性能和墨的传递性能；另一种是乳液，它是丙烯酸、甲基丙烯酸或其它单体(如苯乙烯)通过乳液聚合而成，同样具有一定的聚合度和酸值，而这些性质直接取决于乳液聚合中条件的控制。也正因为乳液聚合的条件苛刻，不易控制，乳液的性能及稳定性才显得更为重要。而乳液在水墨中的应用对提高油墨的光泽度、抗水性、干燥性等有明显的影响。特别是对于高档水基油墨，乳液更是必不可少。乳液根据性能不同可分为成膜乳液或非成膜乳液。根据承印物的不同，水基墨中这两种乳液的比例亦不同。 (3)扩散连接料: 这种连接料是悬浮在水中的细小树脂粒子，通常被称为乳胶。在这类连接料中通常含有丙烯、乙烯或丁苯聚合物。乳胶比测定试样上的应力变化溶解的树脂具有更显著的优点:其一，乳胶可以密度很高而粘度较低，这可以产生高质量的薄涂层;其二，乳胶还可以包含相当大的聚合物分子，大分子一般都比小分子硬，耐磨损、耐热，而且附着力也好。虽然大分子通常会导致溶液的粘度过高，但乳胶不存在这个问题。这是乳胶油墨特有的性能。乳胶油墨最大的问题就是印刷比较困难，而且难于清洗，因为一旦乳胶凝结，就会变成不溶性的物质，所以乳胶通常作为涂层油墨。此外乳胶还可以与碱溶性连接料混合使用，这样既可保留乳胶特有的一些性能又具接收器备碱溶性连接料所具有的印刷适性。 需要指出的是，有时为了达到某种目的，也可几种连接料混合使用。此时要兼顾到对水性油墨其它性能的影响。 1.3溶剂 纯净的水加入少量的醇，乙醇、异丙醇或N-丙醇等。台山加入醇类有助于提高油墨的稳定性、加快干燥速度、降低表面张力，异丙醇还起到消泡的作用。 1.4辅助剂 辅助剂主要包括稀释剂、稳定剂、消泡可达0.001⑴000MM/MIN剂、冲淡剂、快干剂、慢干剂、防沫剂等其它助剂。稳定剂起降低水性墨粘度和调节水性墨PH值的作用，使水性墨的PH值控制在8.5~9. 5的范围内，提高水性墨的稳定性。消泡剂起破碎或抑制在水性墨中已经产生的泡沫，而防沫剂起防止或抑制泡沫的形成。有时为了增强油墨的抗划性能可加入蜡类添加剂，一般用聚乙烯蜡。此外还有一些其它的助剂，可根据具体需要选择种类和用量,参考值如表1所示。水性墨中的碱物质是为了使树脂溶于水，多采用氨水或有机碱类。氨水价格便宜，我相信水性墨干燥后能形成耐水性好的膜层，但气味较大，所以通常将一些有机碱与氨水并用。

表1. 水基油墨的各种辅助剂用量剂及其作用 辅助剂 用量 作用 消泡剂 1%~2% 消除气泡 快干剂 0~3% 加快水性墨干燥 慢干剂 0~10% 延缓水性墨干燥 增稠剂 1%左右 增加水性墨粘度 稀释剂 3%~4% 降低水性墨粘度 蜡 1%左右 加强墨膜耐磨性 撤淡剂 适量 降低颜色深度 稳定剂 适量 保持水性墨PH值8.5~9.5

在国内，由于柔版印刷起步晚，人们习惯了对溶剂型油墨的控制，而对水性墨的控制要么用惯性思维法、要么根本不知从何下手，其结果常常浪费大量人力、物力、财力，损失惨重。因而对正确了解水性墨的技术控制指标尤为重要。 粘度控制: 粘度是阻止流体流动的量度，是流体分子间相互作用而产生的阻碍其分子相对运动的能力，即流体流动的阻力。粘度直接影响着油墨的转移和柔版印品的质量。粘度大小除与连接料中的树脂的粘度及其密度有关外，还和色料的种类及颗粒度有关。粘度低，油墨转移快，会造成色浅、点变形、传墨不匀等弊端;粘度高，油墨转移慢，墨色不匀、”颜色反而有时印不深、易造成脏版及糊版等弊病。粘度低可用新墨拼混调整;粘度高可用水或水与乙醇稀释，也可采用水墨稳定剂进行调整。另外温度对油墨粘度也有较大的影响，通常温度升高粘度下降，反之则粘度升高，所以在印刷过程中为了保持印品密度一致，就应该使印刷车间的温度保持恒定。 PH值控制: 水墨中的连接料主要是碱溶性树脂，PH值控制在8.5~9.5范围，水墨的印刷性能最好，印品质量最稳定。由于氨在印刷过程中不断挥发，操作人员还会不时地向墨中加入新墨和各种添加剂，所以PH值随时都在变化。当PH值高于9.5时，碱性太强，水墨的粘度会降低，干燥速度变慢，耐水性变差;当PH值低于8.5时，碱性太弱，水墨的粘度会升高，干燥速度变快，易堵印版及纹辊，引起版面上脏，而且会产生气泡。建议在实际控制中将PH值和粘度联系起来控制，尤其在套色印刷时，更应该重视这个问题，通常除粘度杯外再准备一个简单的PH值指示剂以便随时进行检测。当PH值偏低时可加入PH值稳定剂或少量碱性物质，PH值偏高时可加入溶剂或稀释剂进行稀释。 粗细度控制: 所谓油