水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的穩(wěn)定性改進(jìn)

王重聲 李榮輝 武海濤

（山西精華科工貿(mào)有限公司，太原，030006）

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，工業(yè)生產(chǎn)及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的應(yīng)用逐漸向零排放零污染方向發(fā)展。在包裝印刷行業(yè)人們對(duì)包裝材料及印刷油墨提出了更為嚴(yán)格的要求。

油墨在包裝印刷過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用，通過(guò)印刷將文字和圖案生動(dòng)形象地呈現(xiàn)在承印物上，油墨品種的選擇及印刷效果的好壞直接影響消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的喜好。在人們安全環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)中，塑料軟包裝復(fù)合里印所用的油墨經(jīng)歷了從苯酮型到無(wú)苯無(wú)酮型，再到目前正在推廣的含醇水性和水溶性油墨。溶劑型油墨在生產(chǎn)及印刷過(guò)程中會(huì)排放出對(duì)人類(lèi)和環(huán)境均有害的揮發(fā)性有機(jī)化合物。在當(dāng)前保護(hù)環(huán)境和綠色生產(chǎn)為主題的大環(huán)境下，溶劑型油墨已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)于綠色生產(chǎn)生活的要求。為了解決溶劑型油墨對(duì)安全和環(huán)境的影響，科研技術(shù)人員開(kāi)始了對(duì)水性油墨的探索，水性油墨主要以為水作為溶劑，在生產(chǎn)印刷過(guò)程中幾乎沒(méi)有揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，具有良好的安全性。但是由于水的沸點(diǎn)高，以水作為溶劑的水性油墨不能滿(mǎn)足高速印刷的要求。同時(shí)水的表面張力較大，對(duì)顏料的潤(rùn)濕性較差，制成的水性油墨色飽和度低，附著牢度差，在印刷過(guò)程存在堵版、刀絲現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，而且油墨的存儲(chǔ)穩(wěn)定性也較差。

在本論文中我們通過(guò)特殊的預(yù)制體工藝，制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨具有色彩鮮艷，色飽和度高，用淺版印刷即可達(dá)到傳統(tǒng)溶劑型油墨深版印刷的效果；且印刷過(guò)程中刀線(xiàn)問(wèn)題，儲(chǔ)存穩(wěn)定性也大幅提高。這樣一方面大幅提高了印刷速度，另一方面也替客戶(hù)節(jié)省了油墨的使用量，降低了成本，減少VOCs 的排放。連接料選用我們自已合成的聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液，自制的具有特殊功能結(jié)構(gòu)的乳液具有良好的耐Ca2+，Mg2+性能，這樣在制備水性油墨的過(guò)程中可直接添加自來(lái)水，而且也增強(qiáng)了水性油墨的再溶解性能，解決了印刷過(guò)程中的堵版問(wèn)題。

目前，在塑料包裝印刷領(lǐng)域，與傳統(tǒng)溶劑型油墨相比較，水性油墨在市場(chǎng)上的占有率很小，應(yīng)用市場(chǎng)還有很大的上升空間。水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨較之傳統(tǒng)溶劑型油墨在安全環(huán)保方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，但是其在干燥性、附著牢度、復(fù)合強(qiáng)度及印刷性能等個(gè)別方面較之傳統(tǒng)溶劑型油墨相對(duì)較差。本論文提出的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨針對(duì)塑料凹版用水性油墨存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。該水性油墨主要以自來(lái)水作為溶劑，在該水性油墨的制備及印刷過(guò)程中，幾乎沒(méi)有VOCs 的排放。該水性油墨通過(guò)配方的調(diào)整和油墨制備工藝的改進(jìn)來(lái)完善水性油墨所需的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

1. 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

自來(lái)水，95%的乙醇，自制水性丙烯酸乳液和自制水性聚氨酯乳液，市購(gòu)C.I.PW6 和市購(gòu)C.I.PR146，聚二甲基硅氧烷，聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚，聚氧乙烯醚，聚合物型潤(rùn)濕分散劑，雙組份聚氨酯無(wú)溶劑粘合劑，復(fù)合用PE 薄膜，12μ mPET 印刷用薄膜，3M 600 附著牢度膠帶。

1.2 試驗(yàn)儀器

臥式砂磨機(jī)，200 公斤料罐，RDS 4#絲棒，壓印床，PARAM XLW 智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，恒溫培養(yǎng)箱，吹風(fēng)筒，蔡恩3#粘度杯，細(xì)度版，激光粒徑測(cè)試儀，攪拌機(jī)，過(guò)濾機(jī)。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

稱(chēng)取C.I.PW6 顏料40 份，自制水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按1:1 混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）30 份，聚合物型潤(rùn)濕分散劑5份、聚氧乙烯醚5 份，聚二甲基硅氧烷1 份，自來(lái)水14 份，95%的乙醇5 份。制備油墨時(shí)，首先將稱(chēng)取的聚二甲基硅氧烷與95%的乙醇兩者在1500r/min 的攪拌速度下混合均勻，再將C.I.PW6、自制乳液、自來(lái)水和聚氧乙烯醚按所稱(chēng)取的量加入料罐形成混合物，并在8000r/min 的速度在0.1 mm-0.8mm 的研磨介質(zhì)中持續(xù)分散，然后將聚二甲基硅氧烷和95%的乙醇混合物緩慢勻速地加入該料罐，使其均勻進(jìn)入混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)得到成品油墨，在整個(gè)操作過(guò)程中，料罐內(nèi)的溫度不得超過(guò)50℃。

稱(chēng)取C.I.PR146 顏料10 份，自制水性乳液（聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液按1:1 混合的聚丙烯酸-聚氨酯混合乳液）60 份，聚合物型潤(rùn)濕分散劑5份，聚氧乙烯醚0.4 份，消泡劑聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚1 份，95%的乙醇5 份，自來(lái)水18.6 份。制備油墨時(shí)，首先將稱(chēng)取的消泡劑與95%的乙醇兩者在1500r/min 的攪拌速度下混合均勻，再將稱(chēng)取的C.I.PR146、自制乳液和潤(rùn)濕劑按所稱(chēng)取的量加入料罐形成混合物，并以8000r/min 的速度在0.1 mm-0.8mm 的研磨介質(zhì)中持續(xù)分散，然后將混合后的消泡劑和95%的乙醇緩慢勻速地加入料罐，使其均勻進(jìn)入混合物，以得到油墨初成品，將該油墨初成品再經(jīng)過(guò)過(guò)濾機(jī)得到成品油墨，在整個(gè)操作過(guò)程中，料罐內(nèi)的溫度不得超過(guò)50℃。

1.4 水性油墨性能表征

本論文制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨，其性能包括粘度、細(xì)度、光澤、遮蓋、透明度，附著牢度、剝離力、VOCs 含量均采用GB/T 26394 水性薄膜凹印復(fù)合油墨中采用的方法。水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的穩(wěn)定性檢測(cè)是將制備得到水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨留樣在50℃的恒溫培養(yǎng)箱中放置一定時(shí)間，觀(guān)察留樣的分層情況和沉淀情況。

2. 結(jié)果與討論

2.1 不同制備工藝對(duì)油墨分散性的影響

油墨的分散性是指油墨中顏料被包裹分散的程度，分散性對(duì)油墨的光澤、透明度及穩(wěn)定性均有很大的影響，顏料被分散的越好，顏料越不容易團(tuán)聚，進(jìn)而油墨的光澤、透明度及穩(wěn)定性越好。本論文采用兩種不同工藝分散C.I.PR 146 來(lái)對(duì)比制備得到的油墨的粒徑分布。傳統(tǒng)的油墨采用一體研磨的工藝來(lái)分散顏料，見(jiàn)圖1，本論文采用的是預(yù)制體工藝來(lái)分散顏料，見(jiàn)圖2，制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨粒徑分布見(jiàn)圖3。

圖1 一體研磨工藝

圖2 預(yù)制體工藝

圖3 不同工藝制備得到的水性油墨粒徑分布對(duì)比

2.2 不同水性連接料的使用對(duì)水性油墨穩(wěn)定性的影響

連接料是油墨的構(gòu)成主體，連接料的選擇直接影響油墨的制作成功與否。在水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨中，采用不同水性乳液制備得到的水性油墨在存儲(chǔ)穩(wěn)定性及關(guān)鍵性能指標(biāo)上均有明顯差異。

本論文選用C.I.PW6 制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨測(cè)試其穩(wěn)定性，C.I.PW6 在油墨中占比大，一般在30%-40%之間，其穩(wěn)定性相比別的顏色更難控制，水性連接料對(duì)復(fù)合強(qiáng)度的影響選用了C.I.PR146 制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨測(cè)試。

穩(wěn)定性測(cè)試共采用了以下幾種測(cè)試方案：水性油墨1#，所用水性連接料為單一的水性丙烯酸乳液；水性油墨2#，所用水性連接料為水性丙烯酸乳液與水性聚氨酯乳液按比例2/1 混合的水性乳液；水性油墨3#，所用水性連接料為水性丙烯酸乳液與水性聚氨酯乳液按比例1/1 混合的水性乳液；水性油墨4#，所用水性連接料為水性丙烯酸乳液與水性聚氨酯乳液按比例1/2 混合的水性乳液。

按預(yù)制體工藝制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨在50℃的恒溫培養(yǎng)箱中觀(guān)察穩(wěn)定性，觀(guān)察結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同水基連接料對(duì)C.I.PW6 制備的油墨存儲(chǔ)穩(wěn)定性影響對(duì)比

不同配比連接料制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 C.I.PW6 制備的油墨關(guān)鍵性能指標(biāo)對(duì)比

不同聚氨酯含量對(duì)水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的復(fù)合強(qiáng)度影響對(duì)比圖見(jiàn)圖4。

圖4 聚氨酯含量對(duì)C.I.PR146 制備的油墨剝離力影響的對(duì)比

表3 不同含量的分散劑對(duì)C.I.PR146 制備的油墨性能影響的對(duì)比

2.3 不同分散劑對(duì)水性油墨性能及穩(wěn)定性的影響

傳統(tǒng)的水性油墨制作過(guò)程中很少使用水性分散劑，由于水性連接料本身對(duì)顏料具有分散性，為了改進(jìn)水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的穩(wěn)定性，本論文在制備油墨的過(guò)程中，對(duì)C.I.PR146采用了聚合物型潤(rùn)濕分散劑，測(cè)試分散劑對(duì)水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨關(guān)鍵性能及穩(wěn)定性的影響，見(jiàn)表三，其中光澤透明度與市場(chǎng)上大量使用的溶劑型油墨對(duì)比。

同時(shí)對(duì)C.I.PW6 使用了聚合物型潤(rùn)濕分散劑，測(cè)試分散劑對(duì)水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨穩(wěn)定性的影響，見(jiàn)表四，其中光澤與市場(chǎng)上大量使用的溶劑型油墨對(duì)比。

表4 不同含量的分散劑對(duì)C.I.PW6 制備的油墨的穩(wěn)定性對(duì)比

3. 結(jié)果與討論

通過(guò)大量的試驗(yàn)對(duì)比，得出采用我司自創(chuàng)的預(yù)制體工藝制備得到的水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨細(xì)度小于5μ m，粒徑分布可控制在400 nm-600 nm，與傳統(tǒng)的一體研磨制備工藝相比，預(yù)制體制備得到的水性油墨粒徑更小，分布更集中；采用我司自制的水性丙烯酸乳液和水性聚氨酯乳液按1/1 混合后做水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的連接料，制備得到的水性白墨在50℃放置30 天無(wú)明顯分層，無(wú)明顯沉淀；在上述預(yù)制體工藝和連接料的基礎(chǔ)上再在水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨加入5%的聚合物型潤(rùn)濕分散劑，對(duì)水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的光澤透明度更好，且不影響水性塑料里印復(fù)合凹版印刷油墨的其它性能。