煙包凹印水性油墨的研發(fā)改進(jìn)與推廣應(yīng)用

劉豐杰

在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的新常態(tài)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，我公司作為山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司將軍煙草集團(tuán)有限公司旗下的一家煙包印刷企業(yè)，面對(duì)卷煙銷量下滑、煙草行業(yè)安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)、VOCs排污費(fèi)征收等諸多挑戰(zhàn)，深刻意識(shí)到技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的永恒主題，身為一家國家認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)，做好技術(shù)創(chuàng)新工作尤為重要。

2013年，我公司積極倡導(dǎo)綠色印刷，啟動(dòng)了《白卡紙凹印水性油墨的研發(fā)應(yīng)用》項(xiàng)目，歷時(shí)三年，經(jīng)深圳布瑞特水墨涂料有限公司等油墨供應(yīng)商的鼎力協(xié)助，在凹印水性油墨的流平性、印刷穩(wěn)定性以及使用成本等方面取得了突破性進(jìn)展。更值得一提的是，印刷速度可達(dá)160m/min。

我公司主要產(chǎn)品為泰山系列“泰山（白將軍）”煙包和“泰山（紅將軍）”煙包，年產(chǎn)量均在20萬箱左右。其中，“泰山（白將軍）”煙包印刷工藝比較簡單，采用四色凹印連線水性上光，油墨底色以金紅色為主。該煙包具體的工藝試驗(yàn)過程已于《印刷技術(shù)-包裝裝潢》2013年第20期之《煙包綠色印刷工藝探索—煙包水性油墨凹印的推廣實(shí)踐》一文中做過詳細(xì)介紹，我公司也已于2015年下半年實(shí)現(xiàn)了“泰山（白將軍）”凹印水性油墨產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

相比之下，“泰山（紅將軍）”煙包的印刷工藝難度較大，為七色凹?。褐楣饨鹕沃楣饨鹕胰堑咨t底色→黑條碼→青光金色→水性光油，其中紅色和珠光金色為大面積實(shí)地印刷，這種多色疊印且滿版實(shí)地印刷工藝給產(chǎn)品的VOCs指標(biāo)控制帶來諸多難題，但我公司不畏困難，通過工藝調(diào)整和多次試驗(yàn)，目前已成功實(shí)現(xiàn)“泰山（紅將軍）”煙包凹印水性紅墨和水性光油的應(yīng)用，圖1為我公司凹印水性油墨煙包產(chǎn)品。下面，筆者將重點(diǎn)介紹“泰山（紅將軍）”凹印水性紅墨和水性光油煙包產(chǎn)品的研發(fā)改進(jìn)與推廣應(yīng)用情況。

生產(chǎn)工藝改進(jìn)方案

1.紙張性能的調(diào)整

根據(jù)凹印水性油墨的特點(diǎn)，量身定制了定量為230g/m2的無熒光白卡紙，通過調(diào)整紙張性能，改善紙張表面涂布層的印刷適性，使其表面涂布質(zhì)量穩(wěn)定，具有適當(dāng)?shù)奈阅?，從而保證印刷效果。目前，國內(nèi)煙包級(jí)無熒光白卡紙基本能符合凹印水性油墨的印刷要求。

2.根據(jù)凹印水性油墨主要特點(diǎn)研究油墨最佳配方

（1）組分及作用

凹印水性油墨主要由水溶性樹脂、顏料、水（水和助溶劑）、助劑等經(jīng)過混合、研磨、分散、過濾后制成。其中，水溶性樹脂主要用來包裹分散的顏料，以使油墨能良好地轉(zhuǎn)移到承印物表面；顏料一般包括有機(jī)顏料和無機(jī)顏料，在油墨中起顯色、著色作用；水主要作為稀釋載體，助溶劑則主要用于增加溶解度，一般為少量醇類溶劑；助劑主要用于輔助改善油墨使用時(shí)的缺點(diǎn)，主要有消泡劑、分散劑、流平劑、抗磨劑、增稠劑、防腐劑等。

（2）細(xì)度

凹印水性油墨的細(xì)度與顏料、樹脂等物質(zhì)有關(guān)，是凹印水性油墨的重要指標(biāo)之一。凹印水性油墨的顆粒太粗不僅會(huì)影響刮刀和印版的使用壽命，而且油墨本身也容易產(chǎn)生沉淀，流平性也會(huì)變差。因此，考慮到印版網(wǎng)穴深淺、墨層厚度和研磨的經(jīng)濟(jì)影響，一般要求凹印水性油墨的細(xì)度在15μm以下。

（3）黏度

印刷上機(jī)時(shí)原墨的黏度一般較高，需要添加適量的水或乙醇和水的混合液（水和乙醇的比例一般為1∶1～1∶2）進(jìn)行稀釋。如果凹印水性油墨黏度較高，則容易產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致印刷不實(shí)或出現(xiàn)針孔現(xiàn)象；如果黏度太低，則會(huì)使印刷字體變粗，圖案邊緣變模糊，印刷質(zhì)量不穩(wěn)定。調(diào)整凹印水性油墨黏度時(shí)，應(yīng)預(yù)先將水與醇類溶劑按一定比例混合均勻，然后邊攪拌邊加入油墨，一般使用2#察恩杯測(cè)量油墨黏度，黏度以19～21s為宜。需要注意的是，不能單獨(dú)將醇類溶劑加入油墨，否則會(huì)導(dǎo)致油墨返粗變質(zhì)。

（4）pH值

目前市場上凹印水性油墨一般偏堿性，主要是因?yàn)檫@些產(chǎn)品大部分使用的是堿溶性連結(jié)料。我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，油墨pH值的控制也比較重要，通常控制在7.5～9.0為宜，此時(shí)凹印水性油墨的性能非常穩(wěn)定，能保證印刷質(zhì)量的穩(wěn)定性。

根據(jù)凹印水性油墨的特點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終確定最佳的凹印水性油墨配方為：10%～20%的高級(jí)顏料、30%～40%的丙烯酸樹脂、1%的助劑（分散劑、消泡劑、耐磨劑）、0.8%的微量助劑（X、Y、Z）、30%～40%的溶劑（水、乙醇）。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水和乙醇的比例為1∶4時(shí)，印刷效果較為理想，但還需根據(jù)季節(jié)及印品特點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。

3.干燥系統(tǒng)的改進(jìn)

干燥是凹印水性油墨印刷中的重要環(huán)節(jié)，除了與凹印水性油墨本身的干燥速度有關(guān)外，與印版網(wǎng)穴深淺、烘箱溫度也有很大關(guān)系，一般紙張類凹印干燥時(shí)的熱風(fēng)溫度應(yīng)控制在80～110℃。此外，適當(dāng)提高凹印機(jī)烘箱的通風(fēng)量和加熱功率，也可以改善凹印水性油墨的干燥效果。

4.制版參數(shù)的改進(jìn)

凹版一般采用激光雕刻版或者電子雕刻版，原有溶劑型油墨的印版網(wǎng)穴深度一般在45～55μm，濕膜涂布量為6.0g/m2，但由于凹印水性油墨的干燥速度比溶劑型油墨慢，經(jīng)過多次試驗(yàn)，可將印版網(wǎng)穴深度控制在35～40μm，濕膜涂布量為4.5g/m2，不僅能保證較好的印刷效果，同時(shí)還能兼顧油墨的流平效果與干燥效果，最終達(dá)到較快的印刷速度。

煙包產(chǎn)品質(zhì)量分析

1.物理指標(biāo)、色差與滑爽性

煙包產(chǎn)品的物理指標(biāo)主要取決于紙張的特性。采用溶劑型油墨與水性油墨生產(chǎn)的煙包產(chǎn)品，在物理指標(biāo)方面差異不是很大，基本都能達(dá)到中煙公司的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；在色差方面，凹印水性油墨在使用過程中沒有溶劑揮發(fā)，且油墨流平均勻、色相穩(wěn)定、色彩飽和度高；在滑爽性方面，由于凹印水性油墨中的水性樹脂及連結(jié)料與溶劑型油墨不同，墨層干燥后滑爽性較好，有利于卷煙廠高速包裝作業(yè)。

表1所示是“泰山（紅將軍）”煙包采用凹印水性油墨與溶劑型油墨印刷時(shí)的主要質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比。從表中可以看出，相比采用溶劑型油墨印刷的煙包產(chǎn)品，采用凹印水性油墨印刷的煙包產(chǎn)品色差小，且由于凹印水性油墨在使用過程中不易揮發(fā)，不需要頻繁補(bǔ)充溶劑來維持油墨黏度的穩(wěn)定，進(jìn)一步保證了印品色差的穩(wěn)定性；動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)煙包產(chǎn)品的上機(jī)適用性具有較大的影響，動(dòng)摩擦系數(shù)較小，說明凹印水性油墨煙包產(chǎn)品具有良好的滑爽性，更符合高速包裝機(jī)的上機(jī)適用性要求。

2.VOCs指標(biāo)

在“泰山（紅將軍）”煙包的7色凹印中，紅色油墨和光油均為水性產(chǎn)品，根據(jù)“泰山（紅將軍）”煙包的成本分析，紅色油墨與光油的使用量占油墨總使用量的30%，因此，凹印水性紅墨能從根本上解決30%的VOCs排放問題。表2是根據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 207-2006《卷煙條與盒包裝紙中揮發(fā)性有機(jī)化合物的測(cè)定 頂空-氣相色譜法》對(duì)“泰山（紅將軍）”煙包中有機(jī)化合物殘留（VOCs指標(biāo)）的檢測(cè)結(jié)果，從凹印水性紅墨與溶劑型紅墨的對(duì)比來看，采用凹印水性紅墨能明顯改善煙包產(chǎn)品中有機(jī)化合物殘留問題。

通過對(duì)表2進(jìn)行分析，筆者得出以下結(jié)論。

（1）使用凹印水性紅墨生產(chǎn)的“泰山（紅將軍）”煙包產(chǎn)品，乙醇?xì)埩袅枯^高，其他VOCs指標(biāo)均比溶劑型油墨低。

（2）除乙醇外，“泰山（紅將軍）”凹印水性油墨煙包產(chǎn)品其他指標(biāo)均比溶劑型油墨煙包產(chǎn)品低很多，但與“泰山（白將軍）”凹印水性油墨煙包產(chǎn)品相比，卻高出很多，這與兩種煙包產(chǎn)品的油墨結(jié)構(gòu)有關(guān)，超出部分主要來自“泰山（紅將軍）”煙包的兩次珠光印刷。

（3）下一步，研發(fā)并應(yīng)用水性珠光油墨是從根本上解決“泰山（紅將軍）”煙包產(chǎn)品VOCs殘留量超標(biāo)的重要措施。

效益分析

1.經(jīng)濟(jì)效益

凹印水性油墨的直接采購成本雖然較高，但是由于其使用水和乙醇作為溶劑，大量節(jié)省了乙酸正丙酯的使用量，綜合使用成本有所降低。表3所示為1000大箱“泰山（紅將軍）”煙包小盒使用凹印水性紅墨與溶劑型紅墨的成本對(duì)比。通過對(duì)表3進(jìn)行分析，可得以下結(jié)論。

（1）相比溶劑型紅墨，使用凹印水性紅墨使得“泰山（紅將軍）”煙包的油墨綜合成本降低了20.42%，按年產(chǎn)20萬箱進(jìn)行計(jì)算，可節(jié)約26.74萬元的成本，加上配套的條盒，節(jié)約成本可達(dá)40.00萬元。

（2）使用凹印水性紅墨比溶劑型紅墨的輔助材料種類少，后者共使用6種輔助材料，而凹印水性紅墨僅使用3種，更便于操作。

（3）物流倉儲(chǔ)方面，生產(chǎn)1000大箱“泰山（紅將軍）”煙包小盒需要溶劑型油墨318.44kg，需要凹印水性油墨147.00kg。可見，凹印水性油墨的物流量不足溶劑型油墨的一半，每年可減少34.2噸的材料裝卸、庫房及生產(chǎn)過程物流工作量，而且?guī)齑婵梢詼p少一半，同時(shí)可在普通倉庫儲(chǔ)存，有效消除了?；穫}庫的安全隱患。

（4）溶劑使用量大幅減少。根據(jù)國家《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》相關(guān)條款，有機(jī)溶劑的排污費(fèi)約為8元/千克。按照我公司年產(chǎn)量20萬箱計(jì)算，使用溶劑型油墨需消耗正丙酯和慢干劑共44.2噸，大概需繳納35.36萬元排污費(fèi)，而使用凹印水性油墨至少可省去該項(xiàng)費(fèi)用。

2.社會(huì)效益

（1）溶劑型油墨的主要溶劑是正丙脂、丙二醇甲醚等，每年約向大氣排放44.2噸氣態(tài)有機(jī)化合物。而采用凹印水性油墨則能避免這部分有機(jī)化合物排放，有效保護(hù)了環(huán)境。

（2）凹印水性油墨的主要溶劑是水和乙醇，均不易揮發(fā)，生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場溶劑氣味較小，改善了印刷車間的作業(yè)環(huán)境，保障了員工的身體健康。

（3）由于凹印水性油墨不易燃燒，可消除印刷車間易燃易爆的火災(zāi)隱患，有利于安全生產(chǎn)。

凹印水性油墨使用注意事項(xiàng)

1.印版的使用及清洗

凹印水性油墨干燥后不再溶解于水，因此停機(jī)后要及時(shí)將印版清洗干凈，避免油墨干燥后堵塞印版網(wǎng)穴。若不慎發(fā)生堵版，可先用水和乙醇的混合溶液進(jìn)行清洗，然后使用洗衣粉溶液清洗，最后再使用溶解性強(qiáng)的正丙酯將印版清洗干凈。值得注意的是，清洗印版時(shí)要避免清洗溶液流入油墨內(nèi)。

2.油墨的調(diào)配

為保證凹印水性油墨使用過程中的流動(dòng)性，應(yīng)將其黏度調(diào)整為19～21s。凹印水性油墨的溶劑大部分使用的是水與乙醇混合液，二者的比例為1∶4，切忌加入其他有機(jī)溶劑。

3.油墨的保存

凹印水性油墨適宜的儲(chǔ)存溫度為5～35℃。使用過程中要將墨桶密封好，以防油墨干燥起皮而影響印刷，余墨再用時(shí)務(wù)必先進(jìn)行過濾。

目前，我公司已經(jīng)固化了凹印水性紅墨的部分研發(fā)成果，也申報(bào)了相關(guān)油墨配方的發(fā)明專利，并且實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但就“泰山（紅將軍）”煙包產(chǎn)品而言，珠光金色還占據(jù)著三分之一的印刷面積，溶劑型珠光金墨依然對(duì)產(chǎn)品的VOCs指標(biāo)具有一定影響。為此，我公司將繼續(xù)與深圳布瑞特水墨涂料有限公司等先進(jìn)油墨供應(yīng)商深度合作，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，再接再厲，向水性珠光金墨的研發(fā)和應(yīng)用發(fā)起挑戰(zhàn)。