水性塑料印刷油墨的研究

学涂

　　过去，人们对油墨的关注大多停留在颜色和流变性能等方面，而当前环保呼声越来越高，印刷商在生产中要严格执行环境保护标准，因此，印刷原材料供应链上的各个环节也产生了连锁反应。为消除油墨溶剂体系释放的VOC，印刷商开始寻求新的油墨产品，水性油墨正是应运而生的一种新型环保印刷材料，特别适用于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装产品，在特定的包装市场具有显著的增长潜力，是油墨行业发展的新方向。
　　水性塑料印刷油墨的特点是无毒、无味，适用于各种类型的凹版及轮转柔版印刷工艺，转移性和附着牢度良好；水性油墨使用方便,稀释剂为水和酒精的水溶液,印刷墨层光泽度高,具有良好的透明性、耐水性和耐候性。为测试水性塑料复合印刷油墨的印刷适性，本实验采用了PET薄膜、PE薄膜和BOPP薄膜等承印材料。

实验介绍
      1.原料与试剂
      溶剂：水、异丙醇；
      树脂：315树脂、310树脂、M04树脂、317树脂、54树脂、Z604树脂、36树脂、81树脂、73树脂、14树脂；
      颜料：艳红、立索尔大红、联苯胺黄、酞青蓝、炭黑、钛白粉；
      此外，还有分散剂、消泡剂。
      2.实验设备及检测仪器
      SGM-1.4L砂磨机、美国5400红魔鬼搅拌机、刮墨棒、酸度计、美国产展色轮、光泽计、QXD型刮板细度计(0～50μm）、3＃察恩杯、同济旋转黏度仪、英国R-K印刷试验机。
      3.水性油墨配制
      按配方准确称量各原料，搅拌均匀后送入砂磨机均匀分散，直至细度合格，逐步加水研磨至细度达到指标要求，加兑乳液即可出料。

实验结果与讨论
      1.水性树脂连结料的选择
      连结料的主要成分是树脂，它是水性油墨的心脏。油墨的黏度、光泽度、抗水性、干燥性、流动性、转移性和固着性等性能主要由连结料决定，油墨的耐酸性，耐碱性和耐溶剂等性能也与连结料有一定的关系，因而水墨的开发重点在于油墨连结料的研发。
      选择水溶性树脂的重要指标是分子量（Mw）和酸值（AV），而其中又以分子量最为重要。具有高固体含量的低分子量树脂，可以使油墨具有较高光泽度，减少水分蒸发，加快干燥速度。高酸值树脂在油墨中复溶性高，可改进颜料的润湿性，但会降低耐湿磨性。低酸值树脂耐碱性和耐洗涤剂性好，但颜料的分散性和复溶性较差。
      选用丙烯酸树脂作为水性油墨的连结料，油墨在光泽度、耐候性、耐热性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面都具有显著的优势,在直接分散溶解或合成高分子乳液时,也具有优良的性能。所以，目前国外大多数采用丙烯酸酯类碱溶性树脂及马来酸酐等改性丙烯酸酯树脂作为水墨成膜树脂使用。
      聚合物之所以具有可溶性，是因为树脂中含有亲水官能团(-O-、-COOH、-NH2、-OH），胺中和侧链上的羧基成盐具有水溶性。采用成盐胺化法是高分子水性化常用的方法，含一定量酸性官能团（羧基、磺酸基、酸酐）的高分子，在酸值为30～150时，用胺中和盐，即可形成高分子水性体系。采用几种水溶性树脂配制的水性蓝墨的性能如表1所示，从表1及图1可以看出：
      ①各树脂在PET薄膜上的附着力良好,而在BOPP薄膜上的附着力依次减小，即M04>315＋SGY>315>Z604>54树脂液>315＋聚乙二醇4000。     
      ②综合考虑墨膜附着力和油墨的黏性，选择丙烯酸树脂作为研磨分散颜料的连结料效果较好。
      2.胺化剂的选择
      胺的用量和种类对树脂水化及水化后的成膜性能有较大影响,要求胺化剂可挥发，稳定性好，气味较小。水化程度愈高，油墨的黏度愈大，达到水溶性及储存稳定性的要求后，没必要进一步水化至100％，一般pH值控制在7.5～8.5为佳。同类型水溶性丙烯酸树脂加胺化剂进行比较试验的结果见表2。
      在用于树脂水化的几种胺中，以氨水作为胺化剂干燥最好，但氨水容易挥发，导致树脂液稳定性不好。从黏度和光泽度考虑，以二甲氨基乙醇最合适，但从成本和性能上综合考虑，二甲氨基乙醇价格较高，可选择氨水加少量AMP，以弥补氨水不稳定易挥发的不足，同时也提高了油墨的显色性。
      3.乳液型树脂的选择
      乳液型树脂是主要的成膜树脂，通过控制乳液的流变性可保持油墨的最终性能。例如高Tg值（玻璃化温度）乳液能增加墨膜的硬度、光泽度、耐热性，并加快墨膜的干燥速度。低Tg值乳液具有优良的成膜性并能增加墨膜的耐水性、耐油脂性和柔韧性，以及对无孔承印物，如聚乙烯、聚丙烯、聚酯薄膜及铝箔的附着性。
      通过对多种成膜树脂进行复配研究及正交试验，再确定适宜的乳液型树脂及水墨配方。配制的油墨在BOPP薄膜上进行凹版印刷并复合制袋，印刷时可通过红外加热或高频加热干燥，印刷速度达20～80米/分钟，剥离强度在2.8N/cm以上。

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