可食性油墨及其印刷適性

馬 海 龍, 霍 李 江, 王 潤 桃, 郭 鵬 瑛

( 大連工業大學 輕工與化學工程學院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

傳統油墨在生產及印刷過程中會造成嚴重的環境污染,在食品及藥品的包裝中,油墨會對內裝物產生影響[1],因而印刷油墨生命周期內的環保性能現已受到高度重視[2]。可食性油墨既具有傳統油墨的特點,滿足印刷適應性及其顏色要求,又具有可食性[3],是環保型油墨發展的新方向。

目前可食性油墨的制備已有實驗研究先例[4]。在其基礎上,本實驗選用性能相對更加穩定、成本較低、易獲取的材料作進一步研究,為實現可食性油墨產業化奠定基礎。用于制備可食性油墨的各組分的名稱、作用及質量分數如表1所示。其中色素選用符合我國食品添加劑使用衛生標準GB 2760—1996規定的人工合成色素亮藍、胭脂紅等,其他原料也均符合可食用的要求,并且制備過程產生的物質對人體及環境無害,均達到國家指定的相關標準。

表1 可食性油墨組分

1 實 驗

1.1 材料及設備

主要材料:蒸餾水,蔗糖,食用色素(亮藍、胭脂紅),黃原膠,大豆油,70 g/m2膠版紙,80 g/m2銅版紙等。

主要設備:D-971型無級調速攪拌器,100網目絲網版,KGZ-1A鏡像光澤度儀,X-RITE530分光密度儀,MCJ-01A摩擦實驗機等。

1.2 可食性油墨的制備

接通電熱恒溫水浴鍋,調節使其加熱升溫至50 ℃。量取20 mL蒸餾水加入250 mL燒杯中,并將燒杯置入溫水浴鍋中。用電子天平稱取蔗糖35.8 g,將其緩慢加入燒杯中,并用攪拌器進行攪拌,直到蔗糖完全溶解。稱取色素1 g、黃原膠0.2 g,使其混合均勻,然后將色素與黃原膠的均勻混合物緩慢加入到燒杯中。待色素及黃原膠的混合物完全溶解后,稱取大豆油43 g 緩緩加入,使其和水充分乳化。靜置0.5 h油墨無分層,可食性油墨即制備完成[5]。

1.3 絲網印刷

根據實驗設計方案,選用100網目的絲網版。采用直接制版方式,曝光時間設置為4 min,制得符合測試條件的220 mm×50 mm實地測試條。將已制備的可食性油墨分別印刷在70 g/m2膠版紙和80 g/m2銅版紙上。制得220 mm×50 mm的實地圖文,自然靜置待其完全干燥。

1.4 印刷適性檢測

1.4.1 印品密度的檢測

采用X-RITE530分光密度儀,在測量之前先進行儀器的校正,之后調整儀器的測量方式匹配待測印品,在各印品上檢測出相應的密度值。

1.4.2 印品牢固度的檢測

首先將印品剪切成規格為220 mm×50 mm的試樣,用壓紙裝置固定在MCJ-01A摩擦實驗機的摩擦臺上；將80 g/m2的清潔膠版紙剪成尺寸為250 mm×50 mm的摩擦紙,用偏心壓輪將其固定在摩擦體上；接通電源,設定摩擦回數為40,開始摩擦實驗。再用X-RITE530分光密度儀測量出摩擦前后印品的密度,根據以下公式計算印品墨膜的牢固度。

1.4.3 印品光澤度的檢測

采用KGZ-1A鏡像光澤度儀,分別選用60°及75°視角,測量印品在不同視角時的光澤度值。儀器使用執行標準是TAPPI-8254,每個印品取5個點進行測量,取平均值。

2 結果與討論

2.1 印品的密度

采用X-RITE530分光密度儀,對所制得的每個印品取6個點進行密度的測量,然后取其平均值,結果如表2所示。

表2 印品密度

由表2可知,可食性油墨在紙質承印物上密度的變化波動很小,密度值較為穩定,即可食性油墨在承印物表面分布較為均勻,且銅版紙上印品的平均密度高于膠版紙上印品的平均密度,說明可食性油墨在表面平整的銅版紙上附著量較大,因為印品密度由油墨連結料決定。未經涂布的膠版紙表面裸露的纖維會使油墨中的連結料大量滲入紙內,導致紙張表面的連結料減少,因此印品密度隨之降低。相反,經過涂布的銅版紙,顏料粒子之間的空隙形成毛細管通道,油墨的滲入幾率降低,因此密度值增大。

2.2 印品的牢固度

摩擦之后印品的密度與印品初始密度的比值即為印品的牢固度,結果如表3所示。

表3 印品牢固度

由表3可知,可食性油墨在膠版紙和銅版紙上的牢固度均較高,牢固度在87.8%～93.3%。根據國家標準GB 7706—1987的規定,印品墨膜牢固度應大于70.0%,因此可食性油墨可以滿足在此類紙質承印物上印刷。銅版紙上墨膜的牢固度略低于膠版紙上墨膜,是由于銅版紙表面的印品密度大,其對油墨的吸附量較大,在進行摩擦實驗時損失的墨量比膠版紙損失的墨量相對較多。

2.3 印品的光澤度

采用KGZ-1A鏡像光澤度儀在60°及75°視角,測量紅色油墨和藍色油墨分別在膠版紙和銅版紙上的印品光澤度,結果如表4所示。

表4 印品的光澤度

由表4可知,無論在60°或75°視角,可食性油墨在銅版紙上的印品光澤度明顯大于在膠版紙上的印品光澤度。這主要是由于銅版紙經過涂布處理,其表面光滑平整、質地緊密,使油墨更易附著于表面,因此可食性油墨在銅版紙上印刷所得的印品光澤度高。由此可見,可食性油墨所呈的光澤度與承印物的表面狀況具有很大的相關性。

2.4 承印物對可食性油墨印刷效果的影響分析

由表2、3、4的結果可知,可食性油墨分別在膠版紙與銅版紙上印刷時,得到的印品在光澤度、密度及牢固度指標上都具有顯著區別,即不同承印物對可食性油墨的印刷效果將產生直接影響。

從膠版紙與銅版紙的材料結構做進一步分析可知,未經涂布的膠版紙與經過涂布處理的銅版紙的微觀結構明顯不同,非涂布紙與涂布紙的400倍掃描電鏡圖如圖1所示[6]。

(a) 非涂布紙

Fig.1 The scanning electron microscope of non- coated paper and coated paper (400×)

由圖1可見,經過涂布處理的銅版紙質地緊密、纖維緊湊分布均勻,而未經涂布的膠版紙纖維間存在間隙。針對基于大豆油制備的可食性油墨,組分中充當連結料成分的油基會在膠版紙表面進入纖維間隙進而滲入膠版紙,使可食性油墨中的油基逐漸與其他組分分離,導致紙張表面的連結料減少,產生光澤度下降、密度下降等不良的印刷效果。而銅版紙表面光滑,可食性油墨中的油基很難滲入其中,從而使油墨能穩定的附著于銅版紙表面,得到較好的印刷效果。

3 結 論

經過對可食性油墨組分與制備的實驗研究,所確定的可食性油墨牢固度可以達到有關印刷品質量標準的要求,可用于與食品、藥品等產品直接接觸的紙質包裝印刷。經過對可食性油墨的印品檢測,結果顯示可食性油墨適合于銅版紙這類表面光滑平整、質地緊密、不易滲入的承印物。隨著人們對食品安全意識的提高以及可食性印刷包裝材料及技術的發展,可食性油墨印刷產品會有更為廣闊的發展前景。

[1] 王尚偉. 綠色印刷:環保油墨知多少[J]. 廣東印刷, 2007(2):49-51.

[2] GOTOH T. Environmental friendly ink in the commercial printing field[J]. Journal of Printing Science and Technology, 2004, 41(2):7-12.

[3] 范小平,張欽發,岳淑麗. 可食性油墨及應用現狀研究[J]. 包裝工程, 2007, 28(5):172-174.

[4] 范小平,張欽發,向紅,等. 網印用可食性油墨的研制及其性能研究[J]. 包裝工程, 2010, 31(23):43-46.

[5] 蘇羽航,趙秀萍. 可食性油墨的制備及其性能的測定與分析[J]. 包裝工程, 2009, 30(6):32-33.

[6] 劉艷新,王玉瓏. 輕涂紙的特點及其印刷適性[J]. 印刷技術, 2005(31):75-76.