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第二章绿色包装印刷材料第二节包装印刷油墨一、水性油墨水性油墨以水和乙醇为溶剂，VOC排放量极低，对环境污染小，也不危害人体健康，是目前唯一经美国食品药品协会认可的油墨。优点：不含挥发性有机溶剂，没有有毒、有害物质在印刷品中残留，不会对包装商品造成污染。同时，水性油墨可以降低由于静电和易燃溶剂引起的火灾危险和毒性，对印刷设备清洗方便，具有不易燃烧、色彩鲜艳、不腐蚀版材、附着力好、抗水性强等特点。特别适用于食品、饮料、药品等产品包装的印刷。1.1水性油墨的组成及配方印刷油墨组成：颜料、连接料和辅助剂。水性油墨组成：高级颜料、水溶性树脂(如水基型丙烯酸树脂、水基马来酸松香树脂、聚乙烯醇、乳胶、羟基甲基纤维素等)、水(分散连结料)，并添加助溶剂(乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇等)，经物理化学过程混合研磨而制备的均匀浆状物质。水性油墨简称水墨(柔性版水性墨也称液体油墨）。颜料：颜料是以微粒状态均匀地分布在连结料中，颜料颗粒能够对光线产生吸收、反射、折射和透射作用，因此能够呈现出一定的色彩。颜料的种类和制造过程不同，其表面性质如极性、酸性、碱性也不同。油墨的相对密度、透明度、耐光性、对化学药品的耐抗性等都与颜料有关。水性油墨大多使用碱溶性树脂作为连结料，因此水性油墨大部分为碱性，其颜料应选择耐碱性的颜料；包装材料需要色彩鲜艳、着色力强的颜料。如柔印使用高网线的网纹辊传输油墨，转移的油墨量较少，印刷品的墨层薄，因此更需要色彩鲜艳的颜料。水性油墨的颜料要在已选定的树脂中易被分散，颜料分散的好坏决定着油墨的细度、黏度，稳定性和抗水性能等。影响颜料分散性的重要因素：颜料的相对密度和颜料的组合。如果颜料的相对密度比较悬殊，相对密度小的颜料容易漂浮在上，例如，墨绿色水性油墨常以炭黑、酞箐蓝等颜料配合调色。容易产生浮色、发花、沉淀等现象;颜料的相对密度太大时，则因其容易沉淀结块而破坏水性油墨的稳定性。不同颜料的化学性质，如相对密度、酸碱性、极性及结晶状况等均不相同，若采用多重颜料、填料常因其物化性质差异较大，会出现颜料沉淀、浮色等现象，因此在制作水墨时选用的颜料、填料的种类应尽量少一些。•总之，为获得色彩艳丽的印迹，水性油墨的颜料必须选用化学稳定性良好、具有高强度着色力、在水中分散性较好的颜料。•通常选用色泽鲜艳的有机颜料作为水性油墨的颜料，如金光红、酞箐蓝、联苯胺黄、永固黄等。另外，白色选用钛白粉，黑色选择高色素炭黑。连结料：由水性高分子树脂、水、胺类化合物及其他有机溶剂组成。树脂在油墨中主要起连结料的作用，使颜料颗粒均匀分散，使油墨具有一定的流动性，并提供与承印物的黏附力，使油墨能在印刷后形成均匀的膜层。它对水性油墨的黏度、附着力、光泽、干燥性及印刷适应性都有很大的影响。通常一个新型水性油墨的出现往往与所使用的树脂连结料配方有关。水性油墨连结料中通常同时含有水溶性树脂、胶态分散体(水溶胶)、乳液聚合物三类水性树脂，将这几种树脂混合使用，可弥补各自的缺点。水溶性树脂：用于调节油墨的黏度和流动性，稳定分散效果，赋予油墨墨膜固着颜料的性能。胶态分散体：分子中具有极性基，通过调整pH值及添加助溶剂，可使溶解性能和黏度改变。乳液聚合物：使墨膜富有弹性。溶剂作用：溶解树脂，给予墨性；调节黏度，给予印刷适应性；调节干燥速度。溶剂组成：主要是纯净水和少量醇类，如水、丁醇、异丙醇等。纯净的水加入少量的醇可以提高油墨的稳定性、加快干燥速度、降低表面张力，异丙醇还起到减少发泡的作用。溶剂不仅作为油墨的载体，而且可以调整油墨黏度，增加流动性，方便印刷。辅助剂作用：提高油墨体系内的稳定性，增加附着力，提高光泽的亮丽程度，调节油墨的pH值、干燥性等，从而确保获得平滑、均匀、连续的墨膜。主要有：pH值稳定剂、慢干剂、消泡剂、冲淡剂、增稠剂、偶联剂、润湿分散剂等。pH值稳定剂：一般使用胺类化合物（氨水或乙醇等)做稳定剂。主要是用来调节和控制水性油墨的pH值，使PH值稳定在8.0-9.5范围之内。同时，它还可以调节水性油墨的黏度，并对油墨进行稀释。一般来说，在印刷过程中每隔一定时间就应该加入适量pH值稳定剂，使水基油墨保待良好的印刷状态。水墨中颜料的密度较溶剂型油墨要大得多，而水的表面张力及极性都与溶剂型差别很大，使得颜料分散较为困难，从而影响到油墨的稳定性、黏度和pH值。氨水的挥发比较快，可较快地得到耐水的膜，但可能导致在印刷机上的不稳定，而且气味较大；有机胺类因挥发性慢，故在印刷机上比较稳定，但因为它们会长期地留在墨膜内，成膜后抗水性差，因此应根据需要选用不同比例的氨或胺类。•黏度：黏度低，油墨转移快，会造成色浅、网点变形、传墨不匀等弊端；黏度高，油墨转移慢，墨色不匀、颜色反而印不深、易造成脏版及糊版等弊病。黏度低可用新墨拼混调整；黏度高可用水或水与乙醇(各50%)稀释，也可采用水墨稳定剂进行调整。粘度大小除与连结料中树脂的黏度及其密度有关外，温度对油墨黏度也有较大影响，通常温度升高黏度下降，反之则黏度升高，所以在印刷过程中为了保持印品密度一致，应该使印刷车间的温度保持恒定。•pH值：对油墨黏度和干燥性都有影响。水性油墨为弱碱性，pH9左右。pH值对水性油墨的印刷适性影响，主要与黏度和干燥性有直接关系。黏度随pH值的下降而下降；随着pH值的逐渐升高，水性油墨的干燥性降低。水性油墨的使用问题：(1)助剂的使用①增稠剂②稀释剂③慢干剂④快干剂⑤消泡剂⑥PH值稳定剂(2)PH值的控制(3)温、湿度的控制(4)通风程度与印件堆放方式(干燥速度)(5)承印材料(纸、塑料、织物等承印载体)(6)印刷速度1.2应用范围•1.柔印领域•柔印大部分用于包装印刷产品，尤其是食品包装、烟酒包装、儿童玩具等卫生条件要求严格，迫切需要“绿色”印刷油墨，而水性油墨是最佳选择之一。在全世界掀起的“绿色革命”浪潮的冲击下，柔印已被公认为是一种“最优秀、最有前途”的印刷方式。一方面在于柔印方式所具有的广泛适应性和经济性，另一方面更重要的是柔印绝大部分都采用水性油墨，具有优良的环保性能，符合现代包装印刷的发展趋势。•2.凹印领域•凹版印刷主要应用于包装印刷领域，溶剂是凹印油墨的重要组成部分(占50%)，也是塑料薄膜复合黏合剂中不可缺少的材料，其中甲笨等有机溶剂往往会残留在印刷薄膜中，这种印刷品若使用在食品包装中，会带来很大的危害。凹印在出版领域目前基本上可采用水性油墨；在包装领域，水性凹印油墨于20世纪70年代就广泛应用于包装纸、厚纸板纸盒的印刷中，由于纸印刷中蒸发干燥与吸收干燥较好，因此水性油墨的干燥问题比较好解决，普及得也较早，在美国有80%的凹版印刷品采用水性墨。但在塑料软包装印刷中由于干燥问题，至今仍未达到真正的实用阶段。薄膜凹印水性化将成为一个重要的课题。•3.网印领域•近年来网印在纸张、塑料上得到了广泛应用，还为纺织、电子、金属、玻璃、陶瓷等工业部门所采用，发展迅速。目前网印大部分使用溶剂型油墨，这种油墨含有50%～60%的挥发性有机溶剂组分，因此，如果能开发使用水性油墨的轮转丝网印刷机，减少环境污染，提高印刷速度，网印将会得到更大的发展。自20世纪80年代以来，国际上已开发出在织物、纸、PVC、PS、铝箔及金属上丝网印刷的有光和无光水性油墨。目前已经大量使用水性网印油墨的国家有瑞典、德国和美国。我国网印水性油墨的研制开发及普及进展速度比较缓慢。•二UV油墨•紫外线干燥油墨，简称UV油墨：目前已广泛用于柔印和胶印，遍及胶印、凸印、柔印、凹印、网印以及喷墨印刷领域。全世界每年都有10%以上的增长速度，远远超过一般印刷油墨的发展。•2.1UV油墨的组成•包括颜料、填料、光聚合性预聚物、感光性单体(相当于溶剂)、光引发剂及各种助剂。•颜料：•①不同的颜料对于紫外光谱的吸收和反射率是不同的，因此要求选择对于紫外线光谱吸收率小的颜料，以保证油墨具有良好的固化速度。•②颜料的浓度要高，色泽要鲜艳，要有优良的分散性和足够的着色力。•③颜料的拼混性要好，拼混后不能在有效存放期内胶化。•④颜料暴露在紫外光下或固化反应时应不变色。•⑤许多颜料在黑暗中会促进载色剂自然聚合，自然聚合要经过较长时间才发生，给UV墨库存时间带来问题。•填料：•在UV油墨中可以改变油墨的流变性能，起到消光、增调和防止颜料沉降的作用。价格低，可降低油墨成本。常用的有碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅等。•连结料：•由光固树脂或预聚合物、交联剂（单体交联剂或预聚物交联剂）、光引发剂（光敏剂）组成。•光聚合性预聚物也称感光树脂：是指具有不饱和双键结构的高分子聚合物，是一种高分子量和高黏度的单体，具有高度的不饱和性，可进一步发生反应，扩展成为交联固化体；传统油墨所用的树脂，是一种已经聚合了的化合物，可能是固态或液态；而UV油墨的预聚物是一种未经聚合的液态化合物，必须在紫外光波的作用下才能聚合。它在辐射固化油墨配方中起着极其重要的作用，它是构成UV油墨连结料的主体部分，决定油墨在辐射固化后的整体性能，如固化速度、光泽、附着力、机械性、化学性、物理性等。•单体：UV固化体系中的单体是有机合成材料最基本的单元，又称UV固化稀释剂，是一种简单的分子量较小的化合物，也是UV油墨连结料的组成部分。它能与不饱和双键面和线型结构的高聚物进行交联共聚，形成网状结构的成膜物质。它可降低黏度，分散颜料，溶解树脂，决定油墨的固化速度和附着力，并参与UV树脂的固化交联反应。•光聚合引发剂：在波长为200～400nm紫外光照射下能分解成自由基，引发聚合和交联作用的物质。光引发剂是UV油墨中最重要的组成部分，是光聚合反应的开始，对油墨的固化速度起着关键作用，起化学反应的桥梁作用。•助剂：使油墨产品性能趋向稳定而添加的辅助剂，主要有阻聚剂（如对苯二酚）、交联剂（如苯乙烯）、硬化剂（氧化亚锡）、消泡剂、流平剂、基材润湿剂等。•2.2UV油墨技术特点•(1)绿色包装印刷技术，可用于食品、饮料、烟酒、药品等卫生条件要求高的包装印刷品。•(2)UV固化不需要热源，节能，在快干型油墨中发展最快。•(3)低温固化，适应范围广。•(4)物理、化学性能优良。•(5)印刷适性好，质量高。•(6)用量少，经济、节能。•不足：•(1)价格较高。•(2)印刷品不易回收。•(3)产生臭氧。•(4)不同的颜色其固化效果存在明显的差别。(5)其他不足。不能与普通油墨和上光油混合使用，辅助剂只能用专用辅助剂；UV油墨印刷需使用特制的橡胶辊和专用清洗剂或醋酸乙醋清洗；瞬间固化造成涂层内应力大，降低了对承印物的附着力；储存稳定性不好，需要低温保存，保持期通常为1年；紫外光灯管寿命短，大约为1000小时，价格高，耗电量高，这在一定程度上也阻碍了UV油墨的发展。•2.3UV油墨的应用•主要品种：UV纸张油墨、UV聚烯烃油墨、UV珠光墨、UV透明墨、UV上光油、UV助剂。从用途上分为两大类：UV印刷油墨和UV印刷电路板油墨。UV油墨将会在一定领域内代替水性油墨成为最环保、最耐用的油墨。•胶印使用UV油墨，可以免去喷粉，印刷环境清洁，避免喷粉给印后加工所带来的麻烦（如对上光、覆膜效果的影响），并可进行连线加工。UV油墨还可以防止油墨结•UV凸印油墨主要用于标签印刷，同时也用于包装印刷，如软管印刷等。在柔性版印刷中，用UV柔性版印刷油墨印刷的产品网点清晰度高，网点扩大小，墨色鲜艳，印刷品的耐抗性好，比采用水性油墨印刷提高了一个档次。皮现象的产生。•凹印领域已经有选择地使用了UV油墨，随着环保呼声越来越高，以及对包装印刷品，尤其是食品包装品安全性要求越来越严格，UV油墨将成为凹版印刷油墨的一种发展趋势。•UV油墨在丝网印刷中的优势非常明显，在网版上不会因溶剂挥发而产生堵网问题，能使丝网版印出25~30um厚的墨膜，在UV光的照射下瞬时固化。丝网印刷由于其印刷品墨层较厚，油墨干操困难，若无干燥装置，印刷品很难堆积收集，实现自动化程度高的高速印刷也就非常困难，采用了UV油墨，这一切成为可能。三、水性UV油墨组成：由预聚物(水基光固化树脂)、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其他添加剂等配制而成。水性UV油墨的干燥固化结合了UV光