凹版塑料水性復(fù)合油墨發(fā)展瓶頸及其性能初步研究

1、凹版塑料水性復(fù)合油墨發(fā)展瓶頸及其性能初步研究摘要：本文詳細分析了塑料凹印水墨的組成和性能，并指出要達到企業(yè)生產(chǎn)的要求，水墨的樹脂應(yīng)該怎樣選擇，包括連結(jié)料、顏料、助劑等物質(zhì)的選擇。在塑料軟包裝產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的帶動下，塑料薄膜油墨得到了快速的發(fā)展。尤其是在2008年以來，在國家食品安全法和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB9685-2008食品容器、包裝材料用添加劑使用衛(wèi)生國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T10004-2008包裝用塑料復(fù)合膜、袋干法復(fù)合、擠出復(fù)合國家標(biāo)準(zhǔn)）的推動下，無苯型油墨逐漸替代了苯溶型油墨。到目前為止，國內(nèi)大中型包裝企業(yè)也順利完成了從苯溶型油墨到無苯型油墨的過渡。但是這樣的發(fā)展速度仍然跟不上人們對環(huán)境要求的

2、期望，塑料復(fù)合膜油墨的綠色化之路依舊任重而道遠。隨著包裝行業(yè)VOCs治理進程的加快，塑料油墨水性化勢在必行。一、凹版塑料油墨在無苯化之后存在的問題1、溶劑大量揮發(fā)依舊是對大氣環(huán)境破壞和人類健康的巨大威脅，油墨中溶劑含量占總量的50%80%,到目前為止我國每年估計有1020萬噸溶劑被排放到大氣中。無苯油墨中雖然不含有苯類物質(zhì)，但是酯類及醇類溶劑對環(huán)境還是有一定的影響。2、印刷殘留對食品安全的副作用，目前用于食品包裝的油墨依舊以溶劑型為主，酯類和醇類溶劑無法做到零殘留。3、生產(chǎn)過程對操作工人健康威脅雖然較小，但還是有一定影響。由此可見，按照目前塑料復(fù)合膜油墨的現(xiàn)狀，尋求水性油墨的技術(shù)突破，無論從食

3、品安全、自然生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展角度還是從經(jīng)濟角度都勢在必行。二、目前凹版塑料水性油墨應(yīng)用現(xiàn)狀和遇到的困難從我國目前的使用情況來看，水墨主要使用在瓦楞紙、紙張凹版印刷以及部分柔版印刷，在塑料薄膜的凹印中很少使用。但是，在塑料薄膜印刷中使用水性油墨卻是凹印自身發(fā)展的內(nèi)在要求。一方面，在塑料軟包裝印刷中，凹印的優(yōu)點非常顯著：印刷圖案鮮艷、表現(xiàn)力強；有很好的耐印率，可達到100萬印次以上；實現(xiàn)無接縫圖像印刷。另一方面，凹印帶來的不利影響也很明顯。由于塑料薄膜印刷中使用了大量的有機溶劑，破壞環(huán)境，傷害人身健康。但是水性油墨自身存在的諸多問題限制了其在塑料領(lǐng)域的發(fā)展：1、油墨本身的兩大技術(shù)性問題相對溶劑

4、體系第一個大問題就是色彩。水性油墨本身對顏料的潤濕性和展色性等性能,有較大的差距；同時塑料基材屬于非吸收材料，由于水性油墨與基材表面張力的差距，導(dǎo)致了油墨在塑料基材表面的流平性與現(xiàn)有溶劑體系會有很大的差距。第二個大問題就是干燥揮發(fā)性。塑料水性油墨中水含量很高，同時塑料屬于非吸收性基材，通過揮發(fā)方式干燥。由于水的比熱容較高，在揮發(fā)過程需要消耗大量的能量，因此在目前不改變印刷條件的基礎(chǔ)上，塑料水性油墨的干燥就出現(xiàn)了大問題。純水性油墨在塑料等非吸收性基材上很難突破每分鐘100m的機速。除非通過加入部分溶劑來提高印刷效率。2、印刷設(shè)備局限性在印刷過程中，大多都是通過印后加熱通風(fēng)的手段促進溶劑揮發(fā)，使油

5、墨得到迅速干燥。然而在實際生產(chǎn)中由于印刷設(shè)備參差不齊，很多烘干設(shè)備通道較短或熱量、通氣量不足等問題使得塑料水性油墨無法正常替代目前溶劑體系油墨。設(shè)備改進：一方面改進目前印刷設(shè)備的烘道和排風(fēng)系統(tǒng)，另一方面，也可以改變干燥方式，比如用紅外干燥及電加熱方式或者改用微波加熱等方式。印刷工廠現(xiàn)有設(shè)備的淘汰或是改造等，會給工廠帶來很大的壓力。3、印版等其它問題(1)以往的印版深度大都在3545um,改用水性油墨后為適應(yīng)干燥速度的要求，必須將印版深度降到25um以下，這是為了讓墨層更薄，然后干燥更快。(2)凹印塑料水墨在應(yīng)用的過程中比較復(fù)雜，因為以水做稀釋劑，水的表面張力比較大，需要一些表面活性劑來調(diào)節(jié)張力

6、，這樣就牽涉到助劑之間、油墨性能之間平衡的問題，要求的技術(shù)難度就比較高。比如要調(diào)節(jié)pH值，pH值不是用眼睛看就可以看出來的，要用儀器測定，這就給一線操作人員提出了相對高的技術(shù)要求及責(zé)任心。因此現(xiàn)有的印刷操作人才的再培訓(xùn)也是個大問題。三、凹版塑料水性油墨制作的初步研究1、水性油墨的主要成分水性油墨是由連結(jié)料、顏料、助劑等物質(zhì)組成的均勻漿狀物質(zhì)。連結(jié)料提供油墨必要的轉(zhuǎn)移性能，顏料賦予油墨以色彩。(1)連結(jié)料水性油墨的連結(jié)料主要分為兩種類型：水稀釋型和水分散型。前者可以使用的樹脂類型有很多種，比如順丁烯二酸樹脂、紫膠、馬來酸樹脂改性蟲膠、烏拉坦、水溶性丙烯酸樹脂和水性氨基樹脂等。水分散型的連結(jié)料是在

7、水中通過乳化的單體聚合所得，它是兩相體系,其中油相以顆粒狀在水相中分散，雖不能夠被水溶解，但能夠被水稀釋，所以也可以認為是水包油乳液型。這些單體包括：甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、氯乙烯、丁二烯及其他乙烯酯等。其中水性樹脂的分類和舉例可以參照下表一。（水溶性樹脂即水稀釋型樹脂，水溶膠樹脂和水性分散樹脂共為水分散型樹脂的類型）表一：水性樹脂的分類和舉例分類舉例水溶性樹脂天然樹脂改性天然樹脂合成樹脂淀粉、糊精、海藻酸纖維素酯、纖維素乙醛聚乙烯醇、聚乙烯甲酯、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸水溶膠樹脂（堿溶性樹脂）粒狀蟲膠、苯乙烯粒狀蟲膠、苯乙烯馬來酸樹脂、松香馬來酸樹脂、（a蛋白質(zhì)）丙烯酸共聚體、醇酸樹

8、脂、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、三聚鼠胺樹脂水性分散樹脂（乳液聚合物）丙烯酸乳狀液、聚醋酸乙烯乳狀液、合成橡膠漿根據(jù)樹脂實驗數(shù)據(jù)對比，對水性樹脂的種類和性能總結(jié)如下表表二：水性樹脂種類及性能種類性能“'J、水溶性樹脂水溶膠樹脂水性分散樹脂狀態(tài)溶解分散分散外觀透明半透明不透明顆粒大小/nm約0.0010.001-0.10.1以上黏度高粘度中粘度低粘度相對分子量10002000010000100000100000以上顏料分散性優(yōu)良差粘度調(diào)節(jié)方法相對分子量水溶劑和助溶劑添加增粘劑均勻性優(yōu)優(yōu)差光澤優(yōu)中較差機械強度中良優(yōu)耐久性中良優(yōu)根據(jù)表二中不同樹脂的性能，結(jié)合塑料凹版里印復(fù)合油墨的特性，我們很容易

9、看出，水溶性樹脂適合作為顏料的分散樹脂，而水性分散樹脂更適合為凹版塑料復(fù)合油墨提供附著力、復(fù)合強度等，故應(yīng)作為提供機械強度功能的連接料使用。（2）水溶性樹脂的選擇（堿溶性）、色漿的制作顏料分散測試配方：35%樹脂35鈦白粉：50分散助劑：0.3消泡劑：0.1去離子水：14.9pH調(diào)節(jié)劑：（調(diào)節(jié)pH值88.5）“快手”研磨分散2小時實驗結(jié)果如下表三：表三：不同水溶性樹脂顏料分散效果"樹晅名稱性能馬來酸樹脂氨基甲酸乙酯樹脂水性氨基樹脂水性丙烯酸樹脂顏料分散性中中良優(yōu)水墨穩(wěn)定性中良中優(yōu)耐熱性差差中優(yōu)著色性中中差良光澤度差差中良從表中可以看出，水溶性丙烯酸樹脂是制備水性油墨色漿的優(yōu)良材料。（

10、3）不同水性分散樹脂的選擇（水乳液），主要的成膜樹脂，為復(fù)合油墨提供油墨的機械性能。樹脂測試配方:水分性樹脂：40色漿：45去離子水：14.6消泡劑：0.1活性劑：0.3pH調(diào)節(jié)劑：（調(diào)節(jié)pH值88.5）實驗結(jié)果如下表四：表四：水性丙烯酸與水性聚氨酯性能對比指標(biāo)水性丙烯酸樹脂水性聚氨酯樹脂細度10m以下10m以下pH值8.5-98.5-9印刷適應(yīng)性優(yōu)良好再溶性良差附著力BOPP85%65%PET0%95%復(fù)合強度1BOPP/VMPET1.3-1.4N/15mm0.9-1.1N/15mmPET/VMPET0.2-0.3N/15mm1.9-2.1N/15mm水性聚氨酯油墨復(fù)合性能良好流平性良良流動

11、性好好沖淡少量去離子水少量去離子水由表可以看出，水性丙烯酸分散樹脂制備的水性油墨，在復(fù)合結(jié)構(gòu)上存在重大的缺陷,達不到目前溶劑型凹版復(fù)合油墨的標(biāo)準(zhǔn)。而水性聚氨酯樹脂可以很好地彌補這一缺陷。2、顏料和助劑的選擇水性油墨樹脂大多為堿溶性，故選用耐堿性好的顏料。水墨中顏料的分布密度較溶劑型的差別大，使得顏料分散困難，影響油墨的穩(wěn)定性、粘度和pH值。通過添加表面活性劑來增加顏料和樹脂以及樹脂和水的親和力，提高穩(wěn)定性。同時由于水墨與塑料薄膜的表面張力相差較大，需要通過助劑來改善水墨在薄膜基材上的流平。另外消泡劑和穩(wěn)定劑也必不可少。四、需要解決的主要問題除了印刷效果比不上溶劑型油墨以外，塑料凹版水性油墨最需要解決的問題是干燥問題。塑料水性凹印油墨由于主要成分為水，且干燥方式主要是揮發(fā)干燥，也就是在印后油墨中連結(jié)料里面的溶劑或水分通過揮發(fā)的方式逸出，使油墨中固態(tài)的樹脂和顏料留在承印物表面，達到墨層的干燥固著。在印刷過程中，大多都是通過印后加熱通風(fēng)的手段促進溶劑揮發(fā)，使油墨得到迅速干燥。然而在實際生產(chǎn)中由于印刷設(shè)備參差不齊，很多烘干設(shè)備通道較短或熱量、通氣量不足；再加上油墨中不含有機溶劑，比熱容較高，使得油墨在印刷過程中不容易干燥。目前只能調(diào)整印版雕刻深度，在水墨中加入醇類溶劑等方法來緩解干燥產(chǎn)生的問題。目前市場使用的大部分塑料凹版水性油墨，為了增加流平性和解決油墨干燥問題在油墨中加入了