环保型水性上光油的研制与应用

学涂

目前，涂布上光技术已被越来越多的印刷厂家所采用，促使上光油的需求量不断上升。由于水性上光油具有无毒、无味、透明感强、无有机挥发物（VOC）的排放、成本低、原材料来源广等特点，在使用中能赋于印刷品良好的光泽性、耐折性、耐磨性和耐化学品性，尤其是它所具有的环保性能特别适合食品、药品和烟草等行业包装印刷材料的加工。 　　关键词：水性上光油  环保性能  研制  应用
　　一、 前言
　　随着人类环境保护意识的提高，人们在生产作业和生活消费等活动中对生态环境变化的影响已日益重视。在印刷领域，环保的重要性也不例外，对于印刷行业也增加了许多卫生、环保、劳动保护等方面的要求和制约条件。特别是对食品包装，印刷的要求更为严格。目前，涂布上光技术已被越来越多的印刷厂所采用，促使上光油的需求量不断上升。经过近几年的努力，武汉现代工业技术研究院研制成的环保型水性上光油已取得了突破性的进展，完全能够替代溶剂型上光油和油性上光油。本文就环保型水性上光油的研制和应用进行一些探讨。
　　二、环保型水性上光油的研制
　　水性上光油主要由树脂、溶剂及功能助剂组成。
　　1．树脂
　　水性成膜树脂是水性上光油中最重要的成份。它影响和支配着上光油涂膜层的光泽、附着力、耐磨性、抗水性、柔韧性及干燥性能，起到纸和油墨表面的保护作用。
　　水性成膜树脂的品种很多，有松香改性马来酸树脂、水溶性现丙烯酸树脂、苯乙烯改性马来酸树腊、水性氨基树脂及聚乙烯醇等。它一般有三种形态，其特点详见表1。

表1  水性成膜树脂的特性

形态	水溶性	分散型	乳液型
项目
外观	透明	半透明	乳白色
粒径	<0.001μm	0.001-0.1μm	>0.1μm
分子量	小-中	中	大
粘度	高	中	低
固含量	低	中	高
流平性	好	稍差	差
干燥性	差	稍差	好
成膜强度	低	中	高

　　由于选择适合的树脂是水性上光油的关键，必须具备易形成溶盐、上光成膜后附着牢度高、耐热性能好、防粘脏性能好、水的释放性能好、干燥迅速等特点，因此国风外使用较为普通的是丙烯酸体系的共聚树脂。而水性丙烯酸共聚树脂的性能取决于单体的组成、性能和合成工艺。选择不同特性的单体共聚，可以得到由硬到软共聚树脂，以适应不同印刷方式、印刷设备、印刷速度、印刷纸张和质量要求的水性上光油。该院经过剖析国内外配方，进行反复试验，选用了丙烯酸及其丙烯酸酯类单体共聚物，用科学方法将水溶性树脂与乳液进行复配。用此种复合树脂研制的上光油达到了使用的最佳效果，完全满足了当前食品、药品、烟草及日用品包装的印刷要求，能够赋于印刷品良好的光泽性、耐折性、耐磨性和耐化学品性能。
　　2．溶剂
　　溶剂的主要作用是溶解、分解可稀释复合树脂和各种功能助剂。用来调整上光油的粘度和干燥性能。环保型水性上光油的溶剂主要是水，水的挥发性为零，其流平性能好，来源广泛，且无色、无毒、无味，属“绿色材料”，是别的溶剂所无法相比的；它的缺点是干燥速度较慢，一般在使用中采用乙醇和水的混合溶液，这样可以提高水性溶剂的干燥性能，改善水性上光油的加工适性。
　　3．功能助剂
　　功能助剂的作用是改善水性上光油的转移性、流平性、干燥性能、滑爽性；调整粘度、提高光泽和加工特性。助剂的种类很多，一般根据上光油的使用方法适当添加。
　　用消泡剂可以控制上光油的起泡，解决上光油使用中出现的鱼眼、针孔等质量缺陷问题；用表面活性剂来降低水性溶济的表面张力，提高流平性；用分散剂来改善树蠡的分散性能，防止粘脏和提高耐磨性；用涂膜增强剂来提高成膜物质与承印物的粘附能力；用增塑剂来发送上光后的耐折性能；用增光剂来使用上光油光泽度好、透明感强。
　　4．根据以上所述，经多次反复试验，利用正交设计法，制定了以下水性上光油的最佳配方：
　　水溶性丙稀酸树脂：20~30%
　　丙烯酸乳液：      40~50%
　　水+乙醇：         30~40%
　　功能助剂：        3~5%
　　生产过程分两步进行，先配制复合树脂，然后合成上光油。其工艺过程为：以一定量的水溶性丙烯酸树脂和其他两种以上的丙烯酸乳液加水和乙醇均匀搅拌，然后将助剂等分别添加进去，分散均匀后，检测有关指标，合格后即可过滤包装入库。
　　5．用上述方法研制的水性上光油主要技术指标如下：
　　外观：              白色乳液
　　PH值：             8~9
　　固含量：            ≥30%
　　粘度（涂~4杯）25℃  ≥30秒
　　该上光油具有无毒无味、透明感强、无有机挥发物（VOC）的排放、成本低、原材料来源广泛等特点。在使用中具有良好的光泽性、耐折性、耐磨性和耐化学品性，尤其是它所具有的环保性能特别适合食品、药品和烟草等行业包装印刷材料的加工。
　　三、水性上光油的应用
　　近年来，根据我们在实际应用中的经验，认为水性上光油有如下优点：
　　（1）透明度高，光泽度好。对印刷品颜色无不良影响，即使在长期强烈阳光的照射下，水性上光油的涂膜也不易泛黄。
　　（2）耐磨性强、抗划痕。被印物表面耐磨、不掉色、斥水、斥油，深受用户的欢迎和依赖。将水性上光油用在烟盒上，在速度高达300~500包/ 分钏的高速运转中，烟标要随很大的机械负荷，而水性上光油完全满足了这一要求，而且无论是凹印还是胶印均无发现烟包掉色的现象。
　　（3）无毒无味，使用、运输、贮存方便，安全。水性上光油以水为溶剂，只有少量昀挥发的食用乙醇为辅助溶剂，有利于安全生产和改善职工劳动条件。上完光后可直接用水清洗设备，没有任何危险。
　　（4）结膜速度快，干燥迅速，且耐高温、热封性能好。水性上光油在海德堡CD五色连上光胶印机上应用，在印刷速度13000张/小时、红外线干燥、功率5.4kw×5支×2组、温度65℃条件下完全干燥，取得了满意的应用效果。烟包采用PP薄膜作外包装，水性上光油显示出了良好的热封性能。
　　（5）平整度好、抗卷力强。水性上光油对温度没有过高要求，在凹印机上的使用方法同一般溶剂型上光油相比更为方便。凹印印刷中一个最难解决的问题是被印物经过几个色组的连续干燥后，纸张含水率极低，特别容易卷曲，以致无法使用。用水性上光没给软包装上光，产品经切大张，然后烫金分切，仍保持良好的平整度和抗卷性，用户使用后很满意。
　　值得注意的是，水性上光油的应用必须根据不同的印刷方式、印刷设备、印刷速度、纸张的类型、印刷设备、印刷速度、纸张的类型、产品质量要求等因素综合考虑，才能取得良好的效果。主要应注意以下几点：
　　（1）粘度控制。在涂布上光过程中，要合理控制上光油的粘度和固含量，稀释只能在一定的固含量范围内进行。
　　（2）纸张类型不同与涂布上光的工艺有很密切的关系。厚纸尺寸稳定性好，薄纸尺寸稳定性差，而尺寸稳定性是印刷品质量的关键指标之一。与印刷中水的用量、纸张的调温、干燥的时间和方式、粘度的控制都有关系。
　　（3）涂布量控制。水性上光油的涂布量不易控制，一般应结合本厂的实际情况、经验来定。
　　（4）干燥时间控制。使用水性上光油，如果采用红外线干燥装置，效果最好，因为在干燥过程中上光油被加势，底层快速渗透干燥，同时中间的水方被高温加热蒸发，经排风管排走，这对多色印刷中最后一色进行涂布上光油时是最佳的方式。
　　综上所述，水性上光油在操作中可消除对人体的危害及给环境带来的污染，已越来越受到食品、烟草包装印刷企业的青睐。它所具有的技术先进、使用方便、经济合理的优势具有很大的发展前途，已逐步替代溶剂型上光油和油性上光油，在包装印刷工业中将占据主导地位。
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