包裝印刷用油墨及其新的工藝方案

■ 文/陸健

一、聚氨酯基油墨在軟包裝中的優(yōu)勢

新一代軟包裝印刷用聚氨酯樹脂基油墨為多種基材使用同種油墨提供了可能性，它不僅拓展了水基柔印油墨的應(yīng)用范圍，滿足了耐蒸煮要求，而且為大幅度減少揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)和CO2排放作出了貢獻(xiàn)。

為了滿足印刷質(zhì)量、印刷性能、印刷成本、印刷效益的要求，印刷廠會(huì)考慮選用特種油墨。這些油墨必須適用于包裝材料的最終用途，包括考慮到某些包裝必須被冷凍、被煮，甚至被蒸，對(duì)于所用油墨都有不同的耐熱、耐水等要求。

另一個(gè)需要考慮的地方，就是承印薄膜類型的選擇。從目前來看，有些油墨適用于某種承印薄膜，但不適用于其他類型的薄膜，印刷廠只能不停地變更印刷工藝以滿足不同客戶的印刷要求。這就意味著，一旦改變了承印薄膜，勢必要改變油墨類型。在這種情況下，印刷廠需要存儲(chǔ)大量的油墨以適用各種基材。

最終，印刷廠不得不要考慮成本因素。一旦更換油墨（從一種油墨換作另一種油墨），就要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行清洗工作；另外，大量儲(chǔ)備不同類型的油墨將給印刷廠的生產(chǎn)成本帶來負(fù)面影響。

二、樹脂是關(guān)鍵

作為油墨的基礎(chǔ)材料——樹脂是區(qū)分油墨類型的關(guān)鍵要素之一。樹脂作為油墨的連結(jié)料，不僅將油墨的其他成分粘結(jié)在一起，而且能讓油墨粘附在承印物上。另外，樹脂還賦予油墨其他特性，包括光澤、耐熱、耐化學(xué)、耐水等。因此，選擇合適的油墨就是選擇正確的樹脂。

硝化纖維素和丙烯酸樹脂已被大量用于制造軟包裝印刷用油墨，不過，這類油墨有其局限性。例如，這類油墨無法應(yīng)用到各種承印物上（配方體系沒有實(shí)質(zhì)性的變化），使得印刷廠很難使用同種油墨來印刷不同的包裝體系。此外，這些油墨沒有足夠的靈活性以滿足多種應(yīng)用要求，包括高要求的蒸煮包裝。

三、聚氨酯樹脂的優(yōu)勢

基于聚氨酯(PU)樹脂的油墨，無需將配方體系進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的改變，就能應(yīng)用到各種承印物上。這一優(yōu)勢能直接產(chǎn)生兩個(gè)積極效果：

1.印刷廠只需儲(chǔ)備少許幾種油墨，就能大范圍地覆蓋各種承印材料的印刷要求，從而使油墨的庫存量降至最低，有利于降低生產(chǎn)成本。

2.由于換墨作業(yè)（根據(jù)承印物要求進(jìn)行換墨）不再煩瑣（清洗），印刷作業(yè)的變更也就更加快捷。

PU樹脂基油墨還有個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是比其他油墨擁有更好的性能。由于其內(nèi)部的柔韌性和墨膜（印刷表面）的高強(qiáng)度，這些油墨能適合作業(yè)要求極高的場合，如蒸煮加工、高速印刷等。

日本的東洋油墨公司多年從事PU樹脂的研究，開發(fā)出了一系列凹印油墨和柔印油墨?；赑U樹脂的交聯(lián)技術(shù)，用PU樹脂配制的油墨在溶劑殘留（極低氣味）方面表現(xiàn)出色并具有極好的耐熱性。這些PU樹脂基油墨可以直接印刷在不同的承印物（如經(jīng)電暈處理的OPP、PET、尼龍）上，且無需對(duì)承印物進(jìn)行打底涂層或者化學(xué)處理。

另外，憑借PU樹脂的低玻璃化溫度，這些油墨具有極好的應(yīng)力松弛能力，這在復(fù)合包裝（油墨被夾在兩層之間）的蒸煮加工過程中尤為重要。當(dāng)溫度升高或者降低時(shí)，不同的層表現(xiàn)出不同的性能（薄膜可能會(huì)擴(kuò)展或收縮）。

產(chǎn)自東洋油墨公司的PU樹脂基油墨，如Lioalpha 溶劑基凹印油墨、Rexta 溶劑基柔印油墨、Aquaecol 水基柔印油墨，都適合用于蒸煮的復(fù)合包裝，其配方成分均符合有關(guān)食品包裝的主要法規(guī)，如瑞士條例或雀巢指導(dǎo)。

四、環(huán)保型柔印油墨

由于可持續(xù)性日益受到重視，油墨制造商正在尋找方法來改善其油墨產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響。Aquaecol是東洋油墨公司首批推向市場的環(huán)保系列水基柔印油墨產(chǎn)品之一，尤其適用于里?。?biāo)簽印刷和復(fù)合里印），承印材料包括可蒸煮加工的食品包裝材料等。經(jīng)過測試，目前耐蒸煮溫度在120℃～135℃之間。

為了滿足客戶要求，東洋油墨推出了AquaLiona系列產(chǎn)品，對(duì)以前產(chǎn)品的性能作了改善：

1.采用一種特殊的顏料分散體以提高顏料含量；

2.VOCs含量降低到2%；

3.提高了干燥性能，穩(wěn)定了網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)，從而改善了高速印刷性能；

4.達(dá)到了復(fù)合所需的粘接強(qiáng)度。

憑借新的水基聚氨酯樹脂技術(shù)，東洋油墨已經(jīng)在柔印材料上取得了成果。在塑料薄膜上，即便是低乙醇含量的油墨配方體系，在高速印刷狀態(tài)下也能展現(xiàn)出極好的流平性和網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)性。

新款A(yù)quaLiona系列產(chǎn)品，采用一種顏料分散體系進(jìn)行配制，它可以使油墨在網(wǎng)穴更小的網(wǎng)紋輥上進(jìn)行印刷，從而得到更高的色密度；而且液體的排出量較低，因而印速可以提高到500 m/min，如表1所示。

表1 AquaLiona新舊產(chǎn)品網(wǎng)紋輥線數(shù)和網(wǎng)穴容積的比較

此外，更高的色強(qiáng)度使得印刷品的色域更加寬廣。為了提高印刷圖像的分辨率，應(yīng)當(dāng)按照加網(wǎng)版上的線數(shù)來選擇網(wǎng)紋輥上的線數(shù)。高色強(qiáng)度油墨可允許印刷機(jī)使用分辨率超過150 lpi的高分辨率加網(wǎng)版進(jìn)行印刷，從而得到優(yōu)良的印刷圖像。

AquaLiona系列產(chǎn)品適用于復(fù)合包裝印刷和在PET、OPP、尼龍、PE和PP膜上進(jìn)行里印。對(duì)印刷品進(jìn)行復(fù)合的方式有多種，主要包括：擠出復(fù)合、干式復(fù)合、無溶劑復(fù)合。用新款產(chǎn)品進(jìn)行印刷，使溶劑殘留達(dá)到較低水平，安全性也得到了提高。

五、減少生態(tài)負(fù)擔(dān)

從環(huán)保方面看，水基聚氨酯油墨能極大降低VOCs的排放量。相同的包裝材料，選用不同的油墨和不同的印刷方式，在印刷過程中測量相應(yīng)的VOCs排放量。結(jié)果表明，在凹版印刷中，若將溶劑基油墨改換成水基油墨，則VOCs排放量會(huì)下降58%；在柔版印刷中，換成水基油墨后，VOCs排放量會(huì)下降85%，如圖1所示。使用新研制的、VOCs含量僅為2%的AquaLiona系列產(chǎn)品，VOCs排放量將比以往減少得更多。

圖1 換成水基油墨，VOCs排放量下降85%

另一方面，在整個(gè)包裝物制造過程中（包括制版、油墨生產(chǎn)、印刷、復(fù)合和包裝制品加工），對(duì)CO2排放量進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若將凹印改換成柔印，標(biāo)準(zhǔn)溶劑基油墨改換成水基油墨，干式復(fù)合膠黏劑改換成無溶劑膠黏劑，則CO2的排放量將明顯降低。若將溶劑基油墨改換成水基油墨，干式復(fù)合膠黏劑改換成無溶劑膠黏劑，則CO2的排放量將下降15%；若將凹印改換成柔?。ㄊ褂盟湍蜔o溶劑膠黏劑），則CO2的排放量將下降44%。如圖2所示。

圖2 換成柔印、水基油墨和無溶劑膠黏劑，CO2排放量下降44%

六、小結(jié)

PU樹脂基油墨的通用性和高性能滿足了當(dāng)前和不久將來的市場要求。它們對(duì)各種基材具有優(yōu)異的粘合性能，適用于各種包裝材料。這種多功能性和高性能并結(jié)合水基油墨的環(huán)保性能，符合高要求客戶的期望。

七、包裝印刷用UV固化油墨

自從三十多年前，UV固化油墨首次引入到金屬印刷和包裝應(yīng)用領(lǐng)域，便得到了快速發(fā)展。與普通油墨相比，UV固化油墨具有顯著優(yōu)勢，包括快速干燥，極大提高印刷質(zhì)量，降低應(yīng)用成本。另外，它們不含任何揮發(fā)性有機(jī)溶劑，因而提高了可持續(xù)性。

這項(xiàng)技術(shù)始于英國。二十世紀(jì)七十年代，Edward Marsden公司推出了全球第一款UV油墨。早期的UV油墨雖然印刷效果良好，但也有其局限性，導(dǎo)致初期增長減緩。特別是，該油墨含有丙烯酸酯單體，如果不小心處理，就會(huì)引起皮膚刺激和過敏。

英國印刷行業(yè)在UV設(shè)備上投入了大量資金，并熱衷于使之成為一種可行的工藝。該行業(yè)曾與英國印刷油墨制造商協(xié)會(huì)（現(xiàn)在是英國涂料聯(lián)盟成員，BCF）合作推出了多項(xiàng)舉措，包括針對(duì)自律使用合適原材料的丙烯酸酯選擇標(biāo)準(zhǔn)；與BCF印刷工業(yè)技術(shù)委員會(huì)促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的安全操作技能。

八、結(jié)合技術(shù)

早期的UV油墨在平版印刷性能上表現(xiàn)相對(duì)較差，直到二十世紀(jì)八十年代才得以解決。Edward Marsden和Wiederholdt（ICI分公司），結(jié)合紫外技術(shù)，推出了首款Eurocure油墨系列產(chǎn)品（現(xiàn)在Eurocure系列產(chǎn)品屬于阿克蘇諾貝爾）。這些油墨提供了非凡的印刷性能，從而導(dǎo)致在印刷及印刷設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域里發(fā)生了變革。

在印刷領(lǐng)域里，隨著數(shù)字技術(shù)和隨機(jī)式加網(wǎng)技術(shù)（能印刷較小的不規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)圖案）的引入，印前作業(yè)，包括排版、膜分離和制版，都發(fā)生了變革。允許多色分離，使圖像更加精細(xì)，色域更加寬廣，可使用特殊顏色進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)。

UV油墨應(yīng)用于金屬包裝印刷相對(duì)較晚。典型的金屬包裝印刷用單張紙印刷機(jī)的制造已延續(xù)多年，服役四十多年的Crabtree或者M(jìn)ailander印刷機(jī)仍在滿負(fù)荷生產(chǎn)的并不少見。然而，許多公司將其傳統(tǒng)的單色和雙色普通型印刷機(jī)改裝成UV印刷機(jī)和混合型印刷機(jī)（第一單元為UV印刷裝置，后跟普通型印刷機(jī)和烘箱）。此類印刷機(jī)開始變得越來越復(fù)雜，運(yùn)行速度也越來越快，并能配置多色機(jī)組和機(jī)組間UV系統(tǒng)。

UV油墨在金屬印刷中的一個(gè)主要優(yōu)勢在于能夠進(jìn)行濕疊干印刷。雖然用普通型油墨的濕疊濕印刷可以印制一些半色調(diào)圖案，但是只適用于有限的幾種圖案類型。如果使用UV油墨，就可以在最新式的高速多色印刷機(jī)上進(jìn)行高質(zhì)量濕疊干印刷，機(jī)速可達(dá)到8 000印張/h。

九、安全標(biāo)準(zhǔn)

UV油墨被廣泛用于食品包裝，值得關(guān)注的是，有一些成分可能會(huì)遷移到食品中，導(dǎo)致出臺(tái)了大量的監(jiān)管規(guī)則和行業(yè)指導(dǎo)。金屬包裝雖然也被關(guān)注，但關(guān)注的焦點(diǎn)主要還是紙箱和軟包裝行業(yè)。

因此，應(yīng)用于食品包裝印刷的UV油墨，必須進(jìn)行特殊配制，才能在包裝制品加工中達(dá)到“良好操作規(guī)范”的要求，這是非常重要的。阿克蘇諾貝爾繼續(xù)與BCF和EuPIA（歐洲印刷油墨協(xié)會(huì)）合作，捍衛(wèi)安全配方和制造標(biāo)準(zhǔn)的使用。

十、UV的可持續(xù)性

總體來說，UV印刷及UV上光產(chǎn)品與普通產(chǎn)品相比，具有更高的環(huán)保性和可持續(xù)性。UV油墨，零VOCs排放，無需使用燃?xì)夂嫦?，只消耗相?dāng)少的能量進(jìn)行干燥；印速高、轉(zhuǎn)換快，可在線進(jìn)行多色印刷，使得印刷成本大大降低。此外，UV生產(chǎn)線與普通生產(chǎn)線相比，所占空間更小。

十一、小結(jié)

阿克蘇諾貝爾提供全套系列油墨和涂料產(chǎn)品，以滿足包裝行業(yè)所有細(xì)分市場包括食品和飲料市場的需求。該公司一直投資UV包裝油墨產(chǎn)品的開發(fā)并緊跟全球UV包裝油墨市場的發(fā)展。近來，該公司在中國松江新建的包裝油墨廠開始投產(chǎn)。這家新廠將成為阿克蘇諾貝爾在中國當(dāng)?shù)氐挠湍?yīng)商，以加強(qiáng)其在當(dāng)?shù)匕b市場的地位。

十二、機(jī)上控制金屬油墨顏色的解決方案

過去，從科學(xué)角度上看，在印刷機(jī)上對(duì)金屬油墨的顏色控制不是很精準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，機(jī)上金屬油墨是按照客戶視覺的接受度來控制顏色。金屬油墨的光澤度不能通過密度計(jì)或分光光度計(jì)按0°/ 45°或45°/ 0°的設(shè)置進(jìn)行測量，因?yàn)闇y量結(jié)果往往會(huì)有誤差。此前，測量金屬油墨的唯一方案是使用配有漫射照明或者測量幾何結(jié)構(gòu)d/8°的分光光度計(jì)。然而，這類分光光度計(jì)通常不適用于印刷車間。

國外科研人員在對(duì)金屬油墨的測量研究中發(fā)現(xiàn)，將一個(gè)偏振濾波器設(shè)置在密度計(jì)的光路上，可以達(dá)到非常好的測量效果。在加拿大圣地亞哥舉行的2010 TAGA年度技術(shù)會(huì)議上，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)被公布并發(fā)表在該會(huì)議的論文集中。唯一的問題是，密度計(jì)廠家所用偏振濾波器的類型存在差異。

新ISO 13655標(biāo)準(zhǔn)的頒布，公開了三種測量模式，并明確定義了測量條件。以下是所規(guī)定的測量條件：

M0—傳統(tǒng)模式（任何照明光源，主要是鎢絲燈）；M1—D50，含UV模式（設(shè)備可以使用兩種不同的方法來實(shí)現(xiàn)這種模式）；M2—不含UV模式（不含波長低于400 nm的UV光）；M3—偏振模式。

M0模式被稱為傳統(tǒng)模式，目前一些印刷車間所使用的測量裝置都選擇這種模式。選擇這種模式進(jìn)行測量的儀器通常使用經(jīng)藍(lán)光校正的鎢燈泡作為被測樣品的光源。以鎢絲燈為光源的儀器，所產(chǎn)生的UV光線（波長范圍300 nm ～400 nm）的光量極低。

M1模式被稱為“D50”模式或“含UV”模式。儀器光源必須使用CIE標(biāo)準(zhǔn)光源D50。相對(duì)于以前對(duì)D50的規(guī)定，新測試方法作了如下改進(jìn)，即在明確D50光源的波長光譜功率分布的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)明確UV光線的光量。

M1模式源自于ISO 13655，是因ISO 3664標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)取景窗口的升級(jí)而產(chǎn)生。ISO 3664還規(guī)定了在取景窗口中必須明確UV光線的光量。

M2模式被定義為“無UV”模式。設(shè)定了M2測量模式的儀器只能使用發(fā)射波長為400 nm以上的光源。

M3模式為偏振模式。它使用兩個(gè)偏振濾光器用于屏蔽UV光線，一個(gè)設(shè)在光源的前面，另一個(gè)設(shè)在測量傳感器的前面。ISO 13655表述如下：“M3對(duì)樣品照明的要求同M2一樣，在光路的流入和流出位置都設(shè)有偏振濾波器，它們的偏振主軸處于正交方向或者‘交叉’方向”。

M3模式最初被定義為測量濕墨膜，它可以消除所有的表面反射。M3模式還可以用來測量特殊效果油墨，包括測量金屬油墨。

有研究人員曾選用X-Rite eXact和Tenchkon SpectroDens作為測量工具。這兩種光密度計(jì)允許用戶在多種測量模式之間進(jìn)行切換。這兩種儀器都配有相應(yīng)的軟件用于數(shù)據(jù)采集，而且提供了無線(Techkon)或藍(lán)牙(X-Rite)傳輸數(shù)據(jù)功能。這種便捷功能可允許操作者遠(yuǎn)程測量顏色，而不必將計(jì)算機(jī)直接與儀器連接。

首先，用Prüfbau印刷適性儀對(duì)10種金屬油墨進(jìn)行打樣，以PANTONE?金屬油墨色卡作為顏色參考，并利用DE2000色差公式測定印樣與色卡之間的色差。因?yàn)橛肈E2000色差公式計(jì)算出的色差值比肉眼觀察到的精確。光密度計(jì)通常用于測量印樣的反射光，得到L*a*b*值和墨膜密度值。因此，可能會(huì)用M3模式來測量金屬油墨并得到墨膜密度，其測量結(jié)果也被大多數(shù)印刷機(jī)操作者所認(rèn)可。

這10種金屬油墨分別是：P874、P877、P8063、P8083、P8203、P8283、P8682、P8783、P8824和P8863。如前所述，這10種金屬油墨印樣與PANTONE?金屬油墨色卡進(jìn)行比對(duì)。一旦顏色匹配，即可連續(xù)印刷。其間，還必須觀察L*a*b*值和墨膜密度的變化情況。采用海德堡Quickmaster QM46-2實(shí)驗(yàn)室印刷裝置制作印樣，從10種金屬油墨中采集6個(gè)印樣。打樣順序依次為：P874、P877、P8063、P8203、P8682和P8824。一旦油墨的密度達(dá)到標(biāo)樣密度，即可停止供墨并在銅版紙上印制200張印樣。涂布紙顏色與PANTONE?色卡顏色相近。在這200張印樣中，每10張印樣選取1張，用上述兩種光密度計(jì)分別測量它們的L*a*b*值和墨膜色密度并作好記錄。

測量結(jié)果表明，這兩種儀器(Techkon SpectroDens和X-Rite eXact)對(duì)同一印樣的測量結(jié)果是吻合的，Techkon Spectrodens和X-Rite eXact對(duì)金屬油墨密度的測量接近一致。這兩種測量裝置上的密度函數(shù)可以很容易地跟蹤印刷機(jī)上墨膜密度。當(dāng)操作者試圖印刷一種非常強(qiáng)烈或濃重的顏色時(shí)，墨膜開始變厚，L*a*b*與墨膜密度的差別就開始顯現(xiàn)。原因在于厚重墨膜和高密度墨膜使得極少量的光到達(dá)光傳感器上，導(dǎo)致L*a*b*和墨膜密度的計(jì)算值開始略有偏差。

另一個(gè)測試項(xiàng)目是跟蹤墨膜的L*值，L*是一個(gè)亮度測量值。如果測得的L*值低于目標(biāo)L*值，則表明墨色太暗，上墨量太多；如果測得的L*值高于目標(biāo)L*值，則墨色太淺，上墨量太少。

許多印刷工作室在印前和印刷作業(yè)中配備了不同的儀器，還有一些印刷商為每個(gè)印刷廠的不同場所配置了同一臺(tái)儀器。新ISO 13655標(biāo)準(zhǔn)把所有這些不同的儀器緊密地聯(lián)系在一起，并提供了不同的測量模式，包括含UV光測量、屏蔽UV光測量，以及用于測量金屬油墨的M3模式。這些變化整合在一起，為印刷業(yè)的測色、配色等實(shí)際操作提供了巨大的優(yōu)勢。

這并不是營銷炒作，印刷廠的確應(yīng)該為升級(jí)他們的儀器去尋找方案。Techkon SpectroDens和X-Rite eXact光密度計(jì)符合新ISO 13655標(biāo)準(zhǔn)，配有軟件驅(qū)動(dòng)裝置，易于使用。具體而言，在本項(xiàng)測試中，使用Techkon SpectroDens和X-Rite eXact光密度計(jì)按M3模式對(duì)機(jī)上金屬油墨進(jìn)行測量。不難理解，機(jī)上控制墨膜密度的測量值可以顯示在這兩種儀器的液晶顯示屏上，印刷機(jī)操作者利用這些測量值像控制四色版油墨一樣對(duì)金屬油墨進(jìn)行測量和控制。