紙基復(fù)合材料水性凹印金屬油墨的研究

王睿

摘要： 本文通過介紹水性油墨和金屬油墨的發(fā)展現(xiàn)狀，其中包括樹脂、連結(jié)料、助劑的概述，都是結(jié)合了目前為止最實用的配料，由此提出一種新型的水性金屬凹印油墨用于替換現(xiàn)有的煙包生產(chǎn)中紙鋁復(fù)合的加工工藝，目的在于代替紙鋁復(fù)合工藝所采用的膠水粘合劑等的殘留物質(zhì)影響健康，煙有害健康，但是包裝本身沒有害，所以要在包裝的同時避免有害物質(zhì)的產(chǎn)生，不能錯上加錯。

Abstract： In this paper， through the introduction of the current situation of the development of water-based ink and metallic ink， including the introduction of resin， binders and additives. They are combined with the most useful ingredients so far. Therefore， a new kind of water-based gravure ink metal is put forward to replace the processing technology of paper and aluminum composite in the cigarette package. Now， the residual substances such as glue and adhesive used in the paper aluminum composite process are harmful to people's health. Smoking is harmful to health， but there is no harm in packaging. So， it is important to avoid the formation of harmful substances in the packaging to avoid the added mistake.

關(guān)鍵詞： 水性油墨；金屬油墨；樹脂；連結(jié)料；助劑；水性金屬凹印油墨

Key words： water-based ink；metal ink；resin；binders；additives；water-based metal gravure ink

中圖分類號：TQ630.6+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0131-03

0 引言

近年來，伴隨著工業(yè)化的發(fā)展，國家對印刷行業(yè)低碳環(huán)保要求的不斷深入，對低碳環(huán)保型的印刷油墨需求越來越迫切，油墨市場的低碳競爭日趨激烈、環(huán)保低碳的呼聲愈來愈高，傳統(tǒng)的溶劑型（苯或酯）類油墨已不能適應(yīng)和滿足現(xiàn)代印刷業(yè)的發(fā)展需求，具有環(huán)保性、低碳性、無毒無污染、適應(yīng)國家環(huán)保發(fā)展需要的水性金屬油墨亟待推出。

作為一種新型的環(huán)保油墨，水性金屬油墨的探索響應(yīng)了我國綠色印刷的號召，加速了綠色進程，其主要優(yōu)勢有：不含揮發(fā)性有機溶劑，不僅能減少印刷品表面殘留的有害物質(zhì)，易于印刷設(shè)備清洗，還能降低由于靜電和易燃溶劑引起的火災(zāi)隱患。唯一不足的是現(xiàn)有的技術(shù)水平印刷出來的產(chǎn)品僅能達到現(xiàn)有揮發(fā)性溶劑油墨的金屬光澤和印刷效果的70%。

1 水性凹版油墨的發(fā)展

1.1 凹版印刷原理

在印刷過程中，印版滾筒的一部分浸漬于墨槽中并在墨槽中滾動，使整個印版表面涂滿油墨，然后用刮刀刮去印版空白部分的油墨，使圖文部分著墨，非圖文部分不著墨，再由壓印機將凹下的圖文部分油墨壓印到承印物表面，完成油墨向承印物的轉(zhuǎn)移[1]。

凹版油墨的黏度很低，并且有大量揮發(fā)性的有機溶劑，生產(chǎn)凹印油墨時一般用球磨機或砂磨機研磨，以減少溶劑揮發(fā)[2]?，F(xiàn)在，工業(yè)材料、包裝裝潢印刷等都采用了凹版印刷，其中包括塑料（聚丙烯、聚乙烯、聚酯、尼龍等）、鋁箔、卡紙、玻璃紙等。目前，對產(chǎn)品不斷創(chuàng)新是促進油墨增長的一條不錯的途徑[3]。

1.2 國外水性油墨的發(fā)展

早在20世紀60年代，由于環(huán)保的要求和石油原材料的緊張，一些發(fā)達國家逐漸限制使用石油產(chǎn)品制造印刷油墨。由此人們開始研究非有機溶劑型油墨，使得水性油墨取得了較大的進展。

到了20世紀70年代，由于石油危機，導(dǎo)致油墨用原材料再度緊張，同時對于食品等包裝的要求也進一步提升。水性油墨經(jīng)過不斷的升級，解決了光澤度和印刷適性等方面的不足，最終促進了水性油墨的發(fā)展。在美國，95%的柔版印刷品和80%的凹版印刷品采用了水性油墨；在日本，70%的柔性版印刷用于瓦楞紙箱行業(yè)，其中95%的業(yè)務(wù)使用的是水性油墨。

1.3 國內(nèi)水性油墨的發(fā)展

我國近代水性油墨的發(fā)展首先是從網(wǎng)印用水性油墨開始的，是利用一些水溶性淀粉、骨膠之類的天然高分子物質(zhì)作為連接料，與顏料研磨得到水性油墨，人們習(xí)慣稱之為皮漿，用于絲網(wǎng)印刷。對于油墨環(huán)保性能的要求的越來越高，已有部分水基凹印油墨開始使用，最早使用的水性油墨是用一種溶于乙醇和堿性水溶液的天然樹脂蟲膠作為連接料，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，松香、馬來酸改性樹脂成為了油墨中主要的成分。

1.4 水性金屬油墨的現(xiàn)狀

同其他油墨一樣，金、銀墨主要也是由顏料和連結(jié)料兩大部分組成的，簡單的說金墨是用搗墨法制成的金粉和調(diào)金油調(diào)配而成的印刷油墨，銀墨是由鋁粉和調(diào)銀油墨而成的。不同于溶劑型金屬顏料，水性金、銀墨使用的水性金屬顏料需要進行特殊的表面處理，從而獲得親水性和耐水性，更好地分散于水環(huán)境，適應(yīng)強極性高張力體系[4]。

但是水性金屬顏料粉末是細顆粒物，長時間懸浮與空氣中造成一定的空氣污染。

2 油墨用樹脂等助劑的研究現(xiàn)狀

2.1 樹脂的研究現(xiàn)狀

油墨樹脂常見的有水性氨基樹脂、馬來酸樹脂、羥甲基纖維素、水溶性丙烯酸樹脂、氨基甲酸乙酸樹脂、松香改性酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚酰胺樹脂等。其中水性丙烯酸樹脂由于它在光澤度、耐熱性、耐水性、光澤、著色性等方面具有顯著的優(yōu)勢，現(xiàn)在國外大多數(shù)采用它作為連結(jié)料。具體優(yōu)勢如表1所示。

應(yīng)用于水性油墨的丙烯酸樹脂可分為兩類：一類是乳液型；一類是水溶型。水溶型丙烯酸樹脂干燥速度慢，連續(xù)成膜型差，一般都配合其他乳液使用。

2.1.1 松香改性酚醛樹脂

松香改性酚醛樹脂是由酚與醛在催化劑作用下縮合，再與松香進行反應(yīng)，之后經(jīng)過多元醇酯化得到得。

松香改性酚醛樹脂顏色為透明黃棕色，能容與大多數(shù)有機溶劑。主要使用的為以下4種：

①210松香改性酚醛樹脂；

②2116松香改性酚醛樹脂；

③2118松香改性酚醛樹脂；

④2134松香改性酚醛樹脂。

2.1.2 聚氨酯樹脂

聚氨酯樹脂能溶于醇、酯等溶劑或其他混合溶劑，并且不需要依靠毒性很大的苯溶劑，因此可以用來生產(chǎn)符合環(huán)保要求的油墨。

①PU-3401聚氨酯樹脂；

②PU-3403聚氨酯樹脂；

③PU-1818L聚氨酯樹脂。

2.1.3 聚酮樹脂

聚酮樹脂是由環(huán)己酮-醛縮合的中性、淡黃透明并且不會皂化的樹脂。它的分子鏈上的羰基和羥基官能團可以使其可溶于乙醇或異丙醇溶劑中。酮-醛縮聚過程中可以提高涂膜的光澤度和韌性。

2.2 連結(jié)料的研究現(xiàn)狀

油墨連結(jié)料是油墨的關(guān)鍵組成部分，能夠?qū)㈩伭霞爸鷦┑冉M合在一起，形成具有流動性能的油墨混合物。主要是由樹脂、有機溶劑及輔助劑制成，一般需要通過加熱反應(yīng)生產(chǎn)。

2.3 助劑的研究現(xiàn)狀

助劑的種類很多，其中包括消泡劑，表面活性劑，增塑劑，催干劑，流平助劑，光引發(fā)劑等。

消泡劑主要用于黏度較低的油墨，這些油墨在傳輸過程中有可能混入大量的空氣，產(chǎn)生氣泡。在油墨印刷過程中，刮刀將油墨從制版上刮下或從印輥上流下來，油墨之間會產(chǎn)生撞擊，也會產(chǎn)生大量的氣泡。目前使用比較多的是聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑。它無毒、無污染、揮發(fā)性低、消泡能力強等特點。

表面活性劑是指少量加入即能明顯地改變表面各種性質(zhì)的物質(zhì)。油墨是由固體物質(zhì)分散在液體物質(zhì)中形成的分散體系，加入表面活性劑的目的是為了使油墨中各組分能夠均勻分散。

增塑劑在油墨中被視為一種永久的溶劑，因為它的揮發(fā)性較差，具有保留性。油墨印刷在承印物上，會形成一個墨膜，我們希望它有彈性有強度，可以忍受折疊和揉搓，所以必須加入增塑劑才能形成較好的墨膜。目前使用最廣泛、效果最好的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯。

使用催干劑是為了促進油墨在印品上的干燥速度。常見的有鈷催干劑、錳催干劑和鉛催干劑。

流平助劑可以使油墨表面平整光滑，使印品光澤度好并減少針孔現(xiàn)象。目前為止采用的是長鏈硅樹脂，例如二苯基聚硅氧烷，它也是一個表面活性劑，可以提高油墨對承印物的潤濕性，并且改善流平性。

光引發(fā)劑又稱光敏劑或光固化劑，主要用于UV金屬油墨，在紫外光的照射下發(fā)生固化反應(yīng)，迅速干燥成膜。選用2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化磷、1-羥基苯基環(huán)己酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一種或多種。

3 水性金屬油墨凹印工藝的研究

3.1 工藝過程

接通電源，檢查機器-預(yù)熱-固定原料于放料口-脫開壓臂，壓軸動力-放置襯紙-收卷軸穿入收盤紙芯管-固定襯紙-安裝刮刀-檢查輸氣系統(tǒng)-放置涂料-打開色泵-放置鋁箔-打開并調(diào)節(jié)吹風(fēng)機、主電機-調(diào)節(jié)機器轉(zhuǎn)速-調(diào)整放料軸-控制機器轉(zhuǎn)速-注意機器補料及機器運轉(zhuǎn)情況-防止烘烤過度-關(guān)閉風(fēng)機，清洗施膠輥-斷開成品，放置備用收卷軸-根據(jù)停機時間，清洗機器-生產(chǎn)結(jié)束后關(guān)閉電源-清理現(xiàn)場，規(guī)整工具。

3.2 配料及工藝參數(shù)

采用表2水性凹印金屬油墨配方印刷出來的成品經(jīng)檢驗可以達到紙鋁復(fù)合或真空鍍鋁效果的70%。

4 未來研究方向與展望

未來水性金屬凹印油墨必然會逐漸成為市場主導(dǎo)并且取代現(xiàn)有的溶劑型油墨，甚至達到并超過現(xiàn)有的紙鋁復(fù)合以及真空鍍鋁紙的效果。但是，目前的主要問題就是用水和乙醇作為溶劑會影響印刷的干燥速度，印刷出來的效果不但沒有超過現(xiàn)有的采用苯及甲苯作為溶劑的效果，而且或許遠遠達不到要求，同時通過與真空鍍鋁紙和紙鋁復(fù)合方式的對比，效果只能達到其70%，這就需要研究人員在未來的探索中繼續(xù)突破。另外采用的水性金屬凹印油墨需要配有特殊的工藝以及對機器設(shè)備的特殊要求，例如凹印輥的改造等問題都有待解決。水性金屬油墨未來的大方向或許向納米級別進軍，能否代替現(xiàn)有的色漿，這將是一個里程碑式的進步。

參考文獻：

[1]辛秀蘭，水性油墨[M].第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，2012，5.

[2]王少君，崔勵，焦利勇，張秀芳.印刷油墨生產(chǎn)技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004，5.

[3]郝發(fā)義.不斷創(chuàng)新的金屬及特殊效果油墨，中國印刷物資商情[J].2006，2.