第二章綠色包裝印刷材料(2)

1、第二章 綠色包裝印刷材料第二節(jié) 包裝印刷油墨 一、水性油墨水性油墨以水和乙醇為溶劑，VOC排放量極低，對(duì)環(huán)境污染小，也不危害人體健康，是目前唯一經(jīng)美國(guó)食品藥品協(xié)會(huì)認(rèn)可的油墨。優(yōu)點(diǎn)：不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，沒有有毒、有害物質(zhì)在印刷品中殘留，不會(huì)對(duì)包裝商品造成污染。同時(shí)，水性油墨可以降低由于靜電和易燃溶劑引起的火災(zāi)危險(xiǎn)和毒性，對(duì)印刷設(shè)備清洗方便，具有不易燃燒、色彩鮮艷、不腐蝕版材、附著力好、抗水性強(qiáng)等特點(diǎn)。特別適用于食品、飲料、藥品等產(chǎn)品包裝的印刷。1.1水性油墨的組成及配方 印刷油墨組成：顏料、連接料和輔助劑。 水性油墨組成：高級(jí)顏料、水溶性樹脂(如水基型丙烯酸樹脂、水基馬來酸松香樹脂、聚乙烯醇、乳

2、膠、羥基甲基纖維素等)、水(分散連結(jié)料)，并添加助溶劑(乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇等)，經(jīng)物理化學(xué)過程混合研磨而制備的均勻漿狀物質(zhì)。水性油墨簡(jiǎn)稱水墨(柔性版水性墨也稱液體油墨）。顏料： 顏料是以微粒狀態(tài)均勻地分布在連結(jié)料中，顏料顆粒能夠?qū)饩€產(chǎn)生吸收、反射、折射和透射作用，因此能夠呈現(xiàn)出一定的色彩。 顏料的種類和制造過程不同，其表面性質(zhì)如極性、酸性、堿性也不同。 油墨的相對(duì)密度、透明度、耐光性、對(duì)化學(xué)藥品的耐抗性等都與顏料有關(guān)。水性油墨大多使用堿溶性樹脂作為連結(jié)料，因此水性油墨大部分為堿性，其顏料應(yīng)選擇耐堿性的顏料；包裝材料需要色彩鮮艷、著色力強(qiáng)的顏料。如柔印使用高網(wǎng)線的網(wǎng)紋輥傳輸油墨，轉(zhuǎn)移的

3、油墨量較少，印刷品的墨層薄，因此更需要色彩鮮艷的顏料。水性油墨的顏料要在已選定的樹脂中易被分散，顏料分散的好壞決定著油墨的細(xì)度、黏度，穩(wěn)定性和抗水性能等。影響顏料分散性的重要因素：顏料的相對(duì)密度和顏料的組合。如果顏料的相對(duì)密度比較懸殊，相對(duì)密度小的顏料容易漂浮在上，例如，墨綠色水性油墨常以炭黑、酞箐藍(lán)等顏料配合調(diào)色。容易產(chǎn)生浮色、發(fā)花、沉淀等現(xiàn)象;顏料的相對(duì)密度太大時(shí)，則因其容易沉淀結(jié)塊而破壞水性油墨的穩(wěn)定性。不同顏料的化學(xué)性質(zhì)，如相對(duì)密度、酸堿性、極性及結(jié)晶狀況等均不相同，若采用多重顏料、填料常因其物化性質(zhì)差異較大，會(huì)出現(xiàn)顏料沉淀、浮色等現(xiàn)象，因此在制作水墨時(shí)選用的顏料、填料的種類應(yīng)盡量少一

4、些。 總之，為獲得色彩艷麗的印跡，水性油墨的顏料必須選用化學(xué)穩(wěn)定性良好、具有高強(qiáng)度著色力、在水中分散性較好的顏料。 通常選用色澤鮮艷的有機(jī)顏料作為水性油墨的顏料，如金光紅、酞箐藍(lán)、聯(lián)苯胺黃、永固黃等。另外，白色選用鈦白粉，黑色選擇高色素炭黑。連結(jié)料：由水性高分子樹脂、水、胺類化合物及其他有機(jī)溶劑組成。樹脂在油墨中主要起連結(jié)料的作用，使顏料顆粒均勻分散，使油墨具有一定的流動(dòng)性，并提供與承印物的黏附力，使油墨能在印刷后形成均勻的膜層。它對(duì)水性油墨的黏度、附著力、光澤、干燥性及印刷適應(yīng)性都有很大的影響。通常一個(gè)新型水性油墨的出現(xiàn)往往與所使用的樹脂連結(jié)料配方有關(guān)。水性油墨連結(jié)料中通常同時(shí)含有水溶性樹脂

5、、膠態(tài)分散體(水溶膠)、乳液聚合物三類水性樹脂，將這幾種樹脂混合使用，可彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。水溶性樹脂：用于調(diào)節(jié)油墨的黏度和流動(dòng)性，穩(wěn)定分散效果，賦予油墨墨膜固著顏料的性能。膠態(tài)分散體：分子中具有極性基，通過調(diào)整pH值及添加助溶劑，可使溶解性能和黏度改變。乳液聚合物：使墨膜富有彈性。 溶劑作用：溶解樹脂，給予墨性；調(diào)節(jié)黏度，給予印刷適應(yīng)性；調(diào)節(jié)干燥速度。 溶劑組成：主要是純凈水和少量醇類，如水、丁醇、異丙醇等。純凈的水加入少量的醇可以提高油墨的穩(wěn)定性、加快干燥速度、降低表面張力，異丙醇還起到減少發(fā)泡的作用。溶劑不僅作為油墨的載體，而且可以調(diào)整油墨黏度，增加流動(dòng)性，方便印刷。 輔助劑作用：提高油墨體

6、系內(nèi)的穩(wěn)定性，增加附著力，提高光澤的亮麗程度，調(diào)節(jié)油墨的pH值、干燥性等，從而確保獲得平滑、均勻、連續(xù)的墨膜。 主要有：pH值穩(wěn)定劑、慢干劑、消泡劑、沖淡劑、增稠劑、偶聯(lián)劑、潤(rùn)濕分散劑等。 pH值穩(wěn)定劑： 一般使用胺類化合物（氨水或乙醇等)做穩(wěn)定劑。主要是用來調(diào)節(jié)和控制水性油墨的pH值，使PH值穩(wěn)定在8.0-9.5范圍之內(nèi)。同時(shí)，它還可以調(diào)節(jié)水性油墨的黏度，并對(duì)油墨進(jìn)行稀釋。一般來說，在印刷過程中每隔一定時(shí)間就應(yīng)該加入適量pH值穩(wěn)定劑，使水基油墨保待良好的印刷狀態(tài)。水墨中顏料的密度較溶劑型油墨要大得多，而水的表面張力及極性都與溶劑型差別很大，使得顏料分散較為困難，從而影響到油墨的穩(wěn)定性、黏度和

7、pH值。 氨水的揮發(fā)比較快，可較快地得到耐水的膜，但可能導(dǎo)致在印刷機(jī)上的不穩(wěn)定，而且氣味較大；有機(jī)胺類因揮發(fā)性慢，故在印刷機(jī)上比較穩(wěn)定，但因?yàn)樗鼈儠?huì)長(zhǎng)期地留在墨膜內(nèi)，成膜后抗水性差，因此應(yīng)根據(jù)需要選用不同比例的氨或胺類。 黏度：黏度低，油墨轉(zhuǎn)移快，會(huì)造成色淺、網(wǎng)點(diǎn)變形、傳墨不勻等弊端；黏度高，油墨轉(zhuǎn)移慢，墨色不勻、顏色反而印不深、易造成臟版及糊版等弊病。黏度低可用新墨拼混調(diào)整；黏度高可用水或水與乙醇(各50%)稀釋，也可采用水墨穩(wěn)定劑進(jìn)行調(diào)整。粘度大小除與連結(jié)料中樹脂的黏度及其密度有關(guān)外，溫度對(duì)油墨黏度也有較大影響，通常溫度升高黏度下降，反之則黏度升高，所以在印刷過程中為了保持印品密度一致，應(yīng)

8、該使印刷車間的溫度保持恒定。 pH值：對(duì)油墨黏度和干燥性都有影響。水性油墨為弱堿性，pH9左右。pH值對(duì)水性油墨的印刷適性影響，主要與黏度和干燥性有直接關(guān)系。黏度隨pH值的下降而下降；隨著pH值的逐漸升高，水性油墨的干燥性降低。水性油墨的使用問題：(1)助劑的使用增稠劑稀釋劑慢干劑快干劑消泡劑PH值穩(wěn)定劑(2)PH值的控制(3)溫、濕度的控制(4)通風(fēng)程度與印件堆放方式(干燥速度)(5)承印材料(紙、塑料、織物等承印載體)(6)印刷速度 1.2 應(yīng)用范圍 1.柔印領(lǐng)域 柔印大部分用于包裝印刷產(chǎn)品，尤其是食品包裝、煙酒包裝、兒童玩具等衛(wèi)生條件要求嚴(yán)格，迫切需要“綠色”印刷油墨，而水性油墨是最佳選

9、擇之一。在全世界掀起的“綠色革命”浪潮的沖擊下，柔印已被公認(rèn)為是一種“最優(yōu)秀、最有前途”的印刷方式。一方面在于柔印方式所具有的廣泛適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性，另一方面更重要的是柔印絕大部分都采用水性油墨，具有優(yōu)良的環(huán)保性能，符合現(xiàn)代包裝印刷的發(fā)展趨勢(shì)。 2.凹印領(lǐng)域 凹版印刷主要應(yīng)用于包裝印刷領(lǐng)域，溶劑是凹印油墨的重要組成部分(占50%)，也是塑料薄膜復(fù)合黏合劑中不可缺少的材料，其中甲笨等有機(jī)溶劑往往會(huì)殘留在印刷薄膜中，這種印刷品若使用在食品包裝中，會(huì)帶來很大的危害。凹印在出版領(lǐng)域目前基本上可采用水性油墨；在包裝領(lǐng)域，水性凹印油墨于20世紀(jì)70年代就廣泛應(yīng)用于包裝紙、厚紙板紙盒的印刷中，由于紙印刷中蒸發(fā)干

10、燥與吸收干燥較好，因此水性油墨的干燥問題比較好解決，普及得也較早，在美國(guó)有80%的凹版印刷品采用水性墨。但在塑料軟包裝印刷中由于干燥問題，至今仍未達(dá)到真正的實(shí)用階段。薄膜凹印水性化將成為一個(gè)重要的課題。 3.網(wǎng)印領(lǐng)域 近年來網(wǎng)印在紙張、塑料上得到了廣泛應(yīng)用，還為紡織、電子、金屬、玻璃、陶瓷等工業(yè)部門所采用，發(fā)展迅速。目前網(wǎng)印大部分使用溶劑型油墨，這種油墨含有50%60%的揮發(fā)性有機(jī)溶劑組分，因此，如果能開發(fā)使用水性油墨的輪轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷機(jī)，減少環(huán)境污染，提高印刷速度，網(wǎng)印將會(huì)得到更大的發(fā)展。自20世紀(jì)80年代以來，國(guó)際上已開發(fā)出在織物、紙、PVC、PS、鋁箔及金屬上絲網(wǎng)印刷的有光和無光水性油墨。目

11、前已經(jīng)大量使用水性網(wǎng)印油墨的國(guó)家有瑞典、德國(guó)和美國(guó)。我國(guó)網(wǎng)印水性油墨的研制開發(fā)及普及進(jìn)展速度比較緩慢。 二 UV油墨 紫外線干燥油墨，簡(jiǎn)稱UV油墨： 目前已廣泛用于柔印和膠印，遍及膠印、凸印、柔印、凹印、網(wǎng)印以及噴墨印刷領(lǐng)域。全世界每年都有10%以上的增長(zhǎng)速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般印刷油墨的發(fā)展。 2.1 UV油墨的組成 包括顏料、填料、光聚合性預(yù)聚物、感光性單體(相當(dāng)于溶劑)、光引發(fā)劑及各種助劑。 顏料： 不同的顏料對(duì)于紫外光譜的吸收和反射率是不同的，因此要求選擇對(duì)于紫外線光譜吸收率小的顏料，以保證油墨具有良好的固化速度。 顏料的濃度要高，色澤要鮮艷，要有優(yōu)良的分散性和足夠的著色力。 顏料的拼混性要

12、好，拼混后不能在有效存放期內(nèi)膠化。 顏料暴露在紫外光下或固化反應(yīng)時(shí)應(yīng)不變色。 許多顏料在黑暗中會(huì)促進(jìn)載色劑自然聚合，自然聚合要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)生，給UV墨庫存時(shí)間帶來問題。 填料： 在UV油墨中可以改變油墨的流變性能，起到消光、增調(diào)和防止顏料沉降的作用。價(jià)格低，可降低油墨成本。常用的有碳酸鈣、硫酸鋇、二氧化硅等。 連結(jié)料： 由光固樹脂或預(yù)聚合物、交聯(lián)劑（單體交聯(lián)劑或預(yù)聚物交聯(lián)劑）、光引發(fā)劑（光敏劑）組成。 光聚合性預(yù)聚物也稱感光樹脂：是指具有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，是一種高分子量和高黏度的單體，具有高度的不飽和性，可進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，擴(kuò)展成為交聯(lián)固化體；傳統(tǒng)油墨所用的樹脂，是一種已經(jīng)聚合了

13、的化合物，可能是固態(tài)或液態(tài)；而UV油墨的預(yù)聚物是一種未經(jīng)聚合的液態(tài)化合物，必須在紫外光波的作用下才能聚合。它在輻射固化油墨配方中起著極其重要的作用，它是構(gòu)成UV油墨連結(jié)料的主體部分，決定油墨在輻射固化后的整體性能，如固化速度、光澤、附著力、機(jī)械性、化學(xué)性、物理性等。 單體：UV固化體系中的單體是有機(jī)合成材料最基本的單元，又稱UV固化稀釋劑，是一種簡(jiǎn)單的分子量較小的化合物，也是UV油墨連結(jié)料的組成部分。它能與不飽和雙鍵面和線型結(jié)構(gòu)的高聚物進(jìn)行交聯(lián)共聚，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的成膜物質(zhì)。它可降低黏度，分散顏料，溶解樹脂，決定油墨的固化速度和附著力，并參與UV樹脂的固化交聯(lián)反應(yīng)。 光聚合引發(fā)劑：在波長(zhǎng)為200

14、400nm紫外光照射下能分解成自由基，引發(fā)聚合和交聯(lián)作用的物質(zhì)。光引發(fā)劑是UV油墨中最重要的組成部分，是光聚合反應(yīng)的開始，對(duì)油墨的固化速度起著關(guān)鍵作用，起化學(xué)反應(yīng)的橋梁作用。 助劑：使油墨產(chǎn)品性能趨向穩(wěn)定而添加的輔助劑，主要有阻聚劑（如對(duì)苯二酚）、交聯(lián)劑（如苯乙烯）、硬化劑（氧化亞錫）、消泡劑、流平劑、基材潤(rùn)濕劑等。 2.2 UV油墨技術(shù)特點(diǎn) (1)綠色包裝印刷技術(shù)，可用于食品、飲料、煙酒、藥品等衛(wèi)生條件要求高的包裝印刷品。 (2) UV固化不需要熱源，節(jié)能，在快干型油墨中發(fā)展最快。 (3)低溫固化，適應(yīng)范圍廣。 (4)物理、化學(xué)性能優(yōu)良。 (5)印刷適性好，質(zhì)量高。 (6)用量少，經(jīng)濟(jì)、節(jié)能

15、。 不足： (1)價(jià)格較高。 (2)印刷品不易回收。 (3)產(chǎn)生臭氧。 (4)不同的顏色其固化效果存在明顯的差別。 (5)其他不足。不能與普通油墨和上光油混合使用，輔助劑只能用專用輔助劑；UV油墨印刷需使用特制的橡膠輥和專用清洗劑或醋酸乙醋清洗；瞬間固化造成涂層內(nèi)應(yīng)力大，降低了對(duì)承印物的附著力；儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好，需要低溫保存，保持期通常為1年；紫外光燈管壽命短，大約為1000小時(shí)，價(jià)格高，耗電量高，這在一定程度上也阻礙了UV油墨的發(fā)展。 2.3 UV油墨的應(yīng)用 主要品種：UV紙張油墨、UV聚烯烴油墨、UV珠光墨、UV透明墨、UV上光油、UV助劑。從用途上分為兩大類：UV印刷油墨和UV印刷電路板油

16、墨。UV油墨將會(huì)在一定領(lǐng)域內(nèi)代替水性油墨成為最環(huán)保、最耐用的油墨。 膠印使用UV油墨，可以免去噴粉，印刷環(huán)境清潔，避免噴粉給印后加工所帶來的麻煩（如對(duì)上光、覆膜效果的影響），并可進(jìn)行連線加工。UV油墨還可以防止油墨結(jié) UV凸印油墨主要用于標(biāo)簽印刷，同時(shí)也用于包裝印刷，如軟管印刷等。在柔性版印刷中，用UV柔性版印刷油墨印刷的產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)清晰度高，網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大小，墨色鮮艷，印刷品的耐抗性好，比采用水性油墨印刷提高了一個(gè)檔次。皮現(xiàn)象的產(chǎn)生。 凹印領(lǐng)域已經(jīng)有選擇地使用了UV油墨，隨著環(huán)保呼聲越來越高，以及對(duì)包裝印刷品，尤其是食品包裝品安全性要求越來越嚴(yán)格，UV油墨將成為凹版印刷油墨的一種發(fā)展趨勢(shì)。 UV油墨在

17、絲網(wǎng)印刷中的優(yōu)勢(shì)非常明顯，在網(wǎng)版上不會(huì)因溶劑揮發(fā)而產(chǎn)生堵網(wǎng)問題，能使絲網(wǎng)版印出2530um厚的墨膜，在UV光的照射下瞬時(shí)固化。絲網(wǎng)印刷由于其印刷品墨層較厚，油墨干操困難，若無干燥裝置，印刷品很難堆積收集，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高的高速印刷也就非常困難，采用了UV油墨，這一切成為可能。三、水性UV油墨 組成：由預(yù)聚物(水基光固化樹脂)、光引發(fā)劑、顏料、胺類物質(zhì)、水、助溶劑和其他添加劑等配制而成。 水性UV油墨的干燥固化結(jié)合了UV光固化和水性油墨滲透蒸發(fā)兩種干燥形式。 20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)了含水UV油墨，結(jié)合了水性油墨與UV油墨的特點(diǎn)，已成為UV油墨的一個(gè)重要發(fā)展方向。 四、 EB油墨 EB油墨是一種在

18、高能電子束的照射下，能夠迅速?gòu)囊簯B(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的油墨，它的組成與一般油墨相似，主要由顏料、連結(jié)料、輔助劑等物質(zhì)組成。 特點(diǎn)： (1) 固化速度快、質(zhì)量好，不受墨層厚度限制。 (2)環(huán)保、安全。 (3)固化產(chǎn)生熱量少，印刷質(zhì)量高。 (4)可轉(zhuǎn)制成UV油墨。 EB油墨，是近年來發(fā)展起來的環(huán)保包裝印刷油墨。安全、無有害揮發(fā)物，對(duì)環(huán)境、包裝物沒有污染，印刷品的氣味比UV油墨小，能耗低，生產(chǎn)速度快，運(yùn)行費(fèi)用低，主要用于食品包裝印刷。 五、植物油墨及醇溶性油墨 植物油墨：它使用植物油脂作為連結(jié)料，主要有堿煉大豆油、菜子油、棉子油、葵花子油、紅花子油等。目前，大豆油墨是使用得最多的植物油墨，也是石油系溶劑油墨眾

19、多替代品中較為出色的一種新型環(huán)保油墨。 醇溶性油墨：它以食用乙醇(酒精)為主要溶劑，無毒、安全、環(huán)保、衛(wèi)生。醇溶性油墨以醇溶聚酰胺和硝化纖維素混合做連結(jié)料生產(chǎn)的塑料包裝的表印油墨，完全可以取代以甲苯與異丙醇做溶劑的表印油墨。以聚酯及聚氨酯做主體連結(jié)料的表印油墨已是歐美國(guó)家高檔軟包裝印刷的主導(dǎo)油墨，可用于食品、藥品、飲料、煙酒及與人體接觸的日用品包裝。這類環(huán)保油墨的產(chǎn)生，必將提高凹版印刷在塑料軟裝印刷領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。不過，醇溶性油墨由于還要采用部分脂類溶劑，所以仍然會(huì)導(dǎo)致一定的溶劑殘留，不能完全符合食品、醫(yī)藥等包裝安全的要求。 第三節(jié) 表面整飾及輔助材料 一、水性上光材料 傳統(tǒng)水性上光油：主劑是溶

20、解在水中或者是懸浮于水中的高分子聚合物，水的含量高達(dá)5070，干燥困難，不容易流平鋪展，上光效果不理想。 現(xiàn)代新型水性上光油：在傳統(tǒng)的水性上光油中加入助劑(主要是表面活性劑)，就形成了現(xiàn)代的新型水性上光油。解決了傳統(tǒng)水性上光油的干燥問題。 催化型水性上光油：屬于熱固性涂料，主要由四部分組成：涂料重要組成部分多功能高分子；多功能交聯(lián)高分子，可以修正主要的高分子和完成反應(yīng)；使前兩種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的催化劑；以水為主的混合系統(tǒng)的溶劑。這種上光油中的固體含量一般較高，水的含量為2040。同時(shí)，含有游離甲醛，而甲醛是一種致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康有害。 水性上光油特點(diǎn)： (1)環(huán)保特性好。 (2)成本低。 (3)

21、應(yīng)用范圍廣。 (4)使用和儲(chǔ)存方便、安全。 不足：一是缺乏UV所特有的光澤；二是對(duì)于非耐堿的油墨，有時(shí)因?yàn)閴A性(pH值為8.09.0)使感光油墨發(fā)生水化和色偏；三是容易產(chǎn)生尺寸不穩(wěn)定的問題，特別是對(duì)定量小于90 g/m2的紙張；四是需要使用橡皮版或樹脂版進(jìn)行上光；五是干燥過程較慢，需要較長(zhǎng)的干燥通道。 二、 UV上光材料 1.UV上光油的組成 UV上光油主要由輻射預(yù)聚物、稀釋劑和光引發(fā)劑等化學(xué)成分組成。 2.UV上光油的特點(diǎn) (1)環(huán)境特性好。 (2) UV上光油見到紫外光，如陽光、電弧光、曬版燈光后會(huì)立即固化。 (4)上光質(zhì)量好。 (5)不會(huì)產(chǎn)生靜電。 (6)成本低。 2.UV上光油的應(yīng)用 UV上光適合在紙制品和金屬上印刷上光。但由于氣味較濃，不適合食品包裝類產(chǎn)品的印刷，同時(shí)上光后不利于燙印等后加工工序。常用的UV上光油有亮光和亞光兩種，UV亮光上光由于其具有相當(dāng)?shù)墓饬炼?，可以取代很多產(chǎn)品的覆膜工藝。UV亞光最大的特點(diǎn)是降低產(chǎn)品的光亮度，從而不會(huì)影響產(chǎn)品的包裝成型質(zhì)量(無水霧)，適用于膠印生產(chǎn)用的各類紙張。 三、綠色覆膜材料 國(guó)內(nèi)預(yù)涂膜常用的薄膜材料是聚丙烯(BOPP)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸脂和聚脂薄膜等，其中BOPP薄膜(1520m)柔韌、無毒性幾透明度高，價(jià)格便官、是覆膜工藝中較理想的復(fù)合材料，有亮光、亞光及消光三大品種。 預(yù)涂膜使用的材料具