PVC塑料水性凹印油墨研究试制及性能分析

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　　摘要：凹版水性油墨目前主要应用于印刷纸张类包装印刷品，塑料水性凹印油墨的应用研发已成为油墨研究领域的焦点和热点。由于水性油墨的节能环保优势突出，水性油墨代替溶剂型油墨是印刷业及油墨制造业发展的必然趋势， 而且这种趋势也越来越紧迫。塑料水性凹印油墨基墨的制备方法是采用高速研磨分散方式，将基墨与水溶性树脂、助溶剂和助剂按一定比例混合试制油墨样品。通过测试油墨样品的相关性能，探讨了水性油墨与溶剂型油墨的对比。
　　关键词：水性油墨；绿色环保；生产工艺；应用研发
　　中图分类号：G43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00
　　当前，随着石油、煤炭等资源日益枯竭以及人们环保意识的增强，在印刷中开发利用节能环保油墨已成为油墨发展要考虑的关键问题，其中水性油墨是当前研究探索的一个热点方向。水性油墨与目前常用的溶剂型油墨对比，其主要优势体现在水性油墨的连结料使用水作为溶剂，在应用过程中能够有效减少有机挥发物（VOC）的排放量，对人体无伤害。水性油墨是当今世界公认的经济、环保型油墨，也是目前唯一获得美国美国食品药品监督管理局（FDA）认证的油墨。当前，水性油墨在塑料薄膜的应用方面还存在一些问题，主要是由于承印物的表面吸收性差及油墨的印刷适性不良引起的。笔者在PVC塑料水性凹印油墨应用方面存在的问题做了一些研究，并对比溶剂型油墨做了一些探讨。
　　1 水性油墨的研究试制
　　水性油墨传统生产工艺基本上是分两步进行：首先是将水溶性树脂、颜料、助剂和溶剂（水）等混合，利用高速分散机搅拌、分散、研磨来制备水性油墨用色浆；其次是将制备好的色浆与辅助剂、溶剂水等混合搅拌，通过研磨分散生产出水性油墨。
　　采用上述方法研制生产的塑料水性凹印油墨，在印刷工艺过程中总是表现出水性油墨的印刷品着色力不强、油墨与塑料薄膜之间的附着牢度不佳及印刷品光泽度低等不利问题。笔者通过长期研究和试验，本项目拟采用特殊合成和乳化的创新型三步骤生产工艺流程，通过实验结果显示水性油墨的各项印刷适性指标得到了进一步提升。
　　1.1水溶性合成树脂配方研究
　　聚酰胺（二胺+顺丁烯二酸酐+C16二聚酸）50%、丙烯酸20%、季茂四醇6%、氧化镁5%、松香（其余）15%、交联剂5%等物质通过反应斧在250～260℃下进行搅拌、反应和聚合，制成水溶性合成树脂备用。
　　1.2水溶性树脂油配方研究
　　水溶性合成树脂（45～60%）、AMP-95（10～20%）、溶剂水（30～40%）等物质通过反应斧在75～85℃下进行反应、搅拌和乳化，制成水溶性树脂油备用。
　　1.3水性油墨配方研究
　　水溶性树脂（55～65%）、颜料（15～35%）、溶剂水（15～25%）、助剂（2%～10%）通过分散、研磨和过滤等工艺技术，制成最终的塑料水性凹印油墨产品用于实验测试。
　　2 水性油墨与溶剂型油墨对比分析
　　本文所用的溶剂型油墨为当前企业常用的油墨品牌，测试方法按照国标规定方法测试。
　　2.1印刷适性测试分析
　　油墨的印刷适性包括着色力、干燥性、附着牢度等方面，两种油墨测试条件相同，相关数据如表2.1所示。
　　表2.1 水性油墨与溶剂型油墨相关性能分析表
　　油墨种类 着色力（%） 细度（um） 粘度（s） 附着牢度 初干性（mm・（30s）-1）
　　溶剂型 <=98 <=18 <=20 好 8
　　水性 >=99 <=6 <10 好 14
　　从表中数据对比分析可知，在相关印刷适性方面水性油墨基本达到了溶剂型油墨的技术指标，在部分指标上甚至超过了溶剂型油墨。由于水性油墨自身性能的影响及印刷机设备烘干设施的不完善，使得水性油墨的干燥性很难达到良好的效果。
　　2.2油墨使用成本分析
　　对于印刷企业而言，在当前竞争日趋激烈的情况下，经济效益、印刷耗材的成本是要考虑的重要因素。相关数据如表2.2所示。
　　表2.2 成本情况表
　　油墨种类 油墨量/（g・m-2） 单价/（元・kg） 成本/元
　　溶剂型 5 26 100
　　水性 4 40 105
　　水性油墨固体成分含量高、油墨的着色力强，所以印刷同样的面积的印刷产品油墨用量比溶剂型油墨的用量约少45%左右，同时考虑水性油墨的干燥速度问题，其烘干要求高于溶剂型油墨导致能耗高，该部分成本可以和溶剂型油墨中使用的溶剂相抵，但同时水性油墨的连结料中主要介质是水，价格起伏小，不会像溶剂型油墨当中使用的有机溶剂随市场变化的波动大，综合以上各因素考虑，即使水性油墨价格比溶剂型油墨高，其实际使用成本仍然低于溶剂型油墨或与之持平。
　　2.3节能减排环保性能
　　水性油墨与溶剂型油墨对比最大的优势是环保，主要是水性油墨在使用中有机物挥发量极少、有害溶剂残留量及有机溶剂的使用量极少，测试数据如表2.3所示、表2.4。
　　表2.3 有机溶剂挥发量
　　油墨种类 有机溶剂挥发量/（g/l） 溶剂残留量/（mg/m2） 有机溶剂使用量/kg
　　溶剂型 5 4 0.5
　　水性 <=3 0 0
　　表2.4 产品重金属检测指标
　　砷 汞 铬 镉 锑 硒 铅
　　标准要求
　　（mg/kg） ≤25 ≤60 ≤60 ≤75 ≤60 ≤500 ≤90
　　实测结果 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 未检出 13.5
　　溶剂型油墨的干燥是依靠油墨中有机溶剂的快速挥发，所以溶剂型油墨当中的使用的溶剂一部分挥发到空气中、一部分残留在承印物表面，都会对环境及人体造成伤害，而水性油墨由于不使用有机溶剂故不存在类似问题。同时，在油墨当中未检出有砷、汞、铬、镉、锑、硒等重金属物质，铅的含量也远小于标准值，主要是油墨制造过程中添加的颜料当中含有及少量的无法避免的铅。
　　3 结语
　　水性油墨的环保性能优势明显且市场前景好，义乌市获批国际贸易综合改革试点后进一步拉动了外贸经济的发展。但同时，对于出口到欧美等发达国家市场的包装印刷品的检测要求更高，尤其对使用溶剂型油墨的塑料类制品已基本上难以通关，因此研发应用水性凹版油墨迫在眉睫。通过对上述油墨性能分析，笔者研制的此款塑料水性凹印油墨具有如下特点：油墨储存稳定性好不易产生沉降物，印刷耐水耐气候性好性能比较稳定，印刷转移性能良好及油墨与塑料薄膜间的附着牢度好，基本上同溶剂性复合蒸煮油墨类型相当；水性凹版塑料油墨有良好使用性价比，单位面积印刷材料上的印刷成本下降；环保性能好，可以用于外贸出口类包装印刷品的印刷。
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