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水性凹印油墨 —配方设计原理、印刷实践解析 云南熙乐科技有限公司 张志明
前 言 21世纪印刷油墨发展方向之一是环保型油墨，即低污染或无污染油墨，包括高固体分及无溶剂油墨、水性油墨、粉末油墨和辐射（UV/EB）油墨四大类型。其中，水性油墨是重中之重。近年来，我国包装业给环境带来的污染非常严重。当前面临的严峻问题是，所使用的印刷油墨大多是传统的溶剂型产品，印刷过程中大量的挥发性有机溶剂（特别是酯类、苯类、酮类溶剂）及印刷品内残留的许多有害物质，已给环境及人们的身心健康带来了极大的危害。因此，印刷商及油墨制造商均在积极地寻求新材料、新技术以替代传统的溶剂型油墨，这些都将促进环保型的水性凹印油墨的研究、生产和应用。
前 言 水性印刷油墨一直是引导着国内印刷技术发展的潮流，溶剂残留、重金属、其他有毒有害物质标准的推行，对印刷行业如何通过严格的质量控制手段，实现VOC残留、重金属、其他有毒有害物质达标，而如何改进印刷工艺，改善印刷工作环境和安全，也是一个迫切的课题，相信通过业内人士的努力，必将使我国的印刷产业发展到一个新的阶段。
一、水性凹印油墨配方设计原理 核心：持续印刷适应性 包装适应性 卫生安全环保性
一、持续印刷适应性指标解析 1、水墨的干燥性能 2、水墨的流平性能（触变性） 3、水墨的表面张力问题 4、水墨的PH值问题 5、水墨的色浓度问题 6、水墨的附着力问题 7、水墨的气泡问题 8、水墨中助溶剂酒精的选择问题
一、持续印刷适应性指标解析 9、水性印刷时的色相稳定性问题 10、水墨印刷时满足过机耐抗性及印后加工 性问题 11、水墨中颜料选择问题 12、水墨中连接料选择问题 13、水墨中助剂选择问题 14、水墨印刷版雾及拉线、拉条问题 15、水墨印刷中印版耐印性问题
一、持续印刷适应性指标解析 16、水墨印版清洗问题 17、水墨印刷中叠印及网点问题 18、油墨厂制造的方便、高效、稳定性问题
二、水性凹印油墨配方设计时的辅助检测方法 1、一些通用指标的常规检测 粘度、干燥性、细度、色相等 2、精密仪器分析检测 气相色谱、质谱分析、原子吸收光谱、电镜分析、X衍射等 3、水性印刷油墨实验室打样分析 RK凹版油墨打样机
三、水性凹印油墨配方设计时的辅助理论 CPVC理论 油墨配方中，当颜填料量很少，乳液量很多，涂膜中的基料能够充分润湿和包裹颜料粒子，这时颜料分散在基料中，处于不连续的分散状态，随着配方中颜填料量的增加，基料量的减少，当配方中恰巧有足够的黏结料或乳液润湿颜填料粒子，此时的颜料体积浓度PVC称之为临界颜料体积浓度CPVC。继续增加粉料量，减少乳液用量，即PVC高于CPVC，此时，基料无法润湿所有的颜填料颗粒，粉料松散地存在于涂膜中，从而使涂膜质量变差。随着涂料配方中PVC的变化，涂料施工后其涂膜在拉伸强度、涂膜密度、附着力等机械性能，渗透性、起泡性、抗锈蚀等渗透性，光泽、遮盖力、着色力等光学性能都发生变化，涂膜诸多性能在CPVC点及附近将发生急剧变化。
四、包装适应性指标解析 1、满足包装生产高速自动化包装的要求 耐磨性、耐刮性、耐热性、柔韧性、耐蒸煮性等 2、满足店面销售时要求 耐晒性等
五、卫生安全环保性指标解析 1、VOC要求(以烟草油墨为例) 烟草规定的22个物质+不确定的N个（应注意水墨本征VOC残留的要求，比如：含氮物质--有机胺等） 限量标准： YC263-2008卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量 检测标准： YC/T207-2006 卷烟条与盒包装纸中挥发性有机物的测定 顶空----气相色谱法
五、卫生安全环保性指标解析 2、重金属及有害金属要求 铅（ Pb）砷（As）镉（Cd）汞（Hg）铬（Cr）镍（Ni）锰（Mn）硒（Se） 钡（Ba） 主要针对接装纸油墨和铝箔衬纸油墨 限量标准：多为烟企标准 检测标准： QB 2930.1-2008 油墨中某些有害素的限量及其测定方法 第1部分:可溶性元素 QB2930.2-2008 油墨中某些有害元素的限量及其测定方法第2部分：铅，汞，镉，六价铬
五、卫生安全环保性指标解析 3、可迁移低分子物质要求 烟草目前对增塑剂中邻苯二甲酸酯类物质作了要求（应注意APEO、可迁移物质等） 限量标准：多为烟草企业的标准 检测标准：可参考《烟用水基胶邻苯二甲酸酯的测定 气相色谱-质谱联用法》
五、卫生安全环保性指标解析 4、烟用材料许可使用物质名单要求 许可使用物质名单对接装纸油墨、铝箔衬纸油墨、烟支油墨作了相应的要求 依据：YQ15.2-2012烟用材料许可使用物质名单（中国烟草总公司）
五、卫生安全环保性指标解析 5、菌落总数要求 针对接装纸油墨和铝箔衬纸油墨，有烟草企业对油墨提出具有杀菌性和抑菌性的要求
五、卫生安全环保性指标解析 6、水性油墨生产、使用过程优势 满足了节能减排要求（要注意油墨清洗废水问题） 消除了生产、使用工人的职业卫生健康问题 克服了大量使用的易燃易爆溶剂的安全问题（生产使用、安全、运输安全）
六、水性凹印墨的性价比 与醇酯型油墨性价对比（以红墨为例）
七、印刷实践指标解析 （1）凹版印刷塑料水基墨的印版要求 采用水基墨作塑料印，如印版采用电雕版或激光雕版，以其高色浓度作前提，版深可在22—32um，明显浅于溶剂墨用印版（版深一般为35—55um）。版浅能提高印速，并节约用墨。烘干温度以50——60℃为宜，而且风量要大，出风角度要调整好，使转移到薄膜上的油墨迅速干燥。在印刷前水基墨倒入墨槽后，要让印版空转2—3分钟，起到润湿印版和搅拌搅拌作用，印刷过程中如观察印刷品等需要临时停机时，不得使印版停止转动，以免印版上的墨干涸而造成塞版（万一堵塞版，只能用专用洗版液润湿清洗）。印前根据版的深浅调整好墨的黏度后，在印刷过程中尽量不要往墨中加水，只要加预配好的新墨即可，以保证印刷品前后颜色及色浓度一致。印刷完毕应立即清洗印版，余墨装好，将清水放入槽中，转动印版进行清洗或调入3%洗衣粉溶液进行清洗。
七、印刷实践指标解析 • （2）塑料水性油墨的干燥 干燥性是指转移在承印物表面的油墨层由液态转化为固态的现象。印刷后的油墨在较短时间内从液态到固态，整个过程是经过部分连接料的渗透或挥发，部分连接料产生化学或物理反应，使墨膜逐渐增黏变稠变硬加仑而与承印物黏为一体。干燥性是徇油墨质量和性能的重要指标之一，因此，控制好油墨的干燥性能是取得良好印刷效果的一个重要手段。水基墨在塑料薄膜上只能为单一的挥发性干燥，目前对此存在一个先天的矛盾：一方面由于塑料水基墨干燥后的不可复溶性导致在印版和网纹辊上逐步并堵塞网纹，造成半色调网点和丢失或者破坏，实地部分出现漏白等；另一方面油墨印刷后的干燥速度过慢，严重制约印刷速度的提高，在多色叠印中还会引起背面黏脏。 • 在实际运用中，塑料水基的干燥速度取决于凹印机的印刷速度，干燥装置的烘干能力、承印材料的性能以及油墨自身的组成成分等。首先对凹印机干燥系统必须予以从技术层面改进，提高水基墨印刷速度和效率，加速水基墨干燥，并做适应水环境要求的小革新，保证使用水基墨的经济性。一方面宜根据水的蒸发性能，在不增加运行成本的前提下改进操作方法以防止油墨在印版上干涸；另一方面在少量增加凹印设备成本的前提下重新设计加热装置及热风进出角度，在风压适当的范围内乞求尽量大的风速、风量来达到最大的干燥速度，适宜的干燥温度为50——60。另外在实际印刷中，油墨的黏度和pH值也会对油墨的干燥性能产生一定的影响，例如黏度过高会使油墨的干燥速度降低；pH过低则会使油墨干燥过快。因此，在塑料凹版印刷过程中应该首先调整并控制好水基墨的黏度和pH值，然后再根据实际印刷速度调整温度、风速、风量等，以获得适宜的干燥速度。
七、印刷实践指标解析 • （3）塑料凹版水性油墨的色浓度 油墨的色浓度是由油墨特定颜色的饱和度高低而体现出来的深与浅，油墨色浓度是影响印刷质量的重要因素之一。油墨色浓度高，则印刷品色彩鲜艳，色调再现性好。影响油墨色浓度的因素有颜料本质及分散度、度等。颜料在油墨中超着显色作用。油墨中颜料含量的大小以及颜料的质量，一定程度上决定了油墨色浓度的高低。颜料含量越高，油墨色浓度越高。同时颗粒细、密度小、遮盖力强、稳定性好、色彩鲜艳的颜料，制成的油墨色浓度就高。另外，颜料在料中分散度高低，对油墨的色浓度也有影响。由于颜料不溶于连接料，但可以均匀地分散在连接料中，一般提高分散度能使颜色变得鲜艳，油墨的色浓度也就越高。 • 塑料水基墨的色浓度要比溶剂墨高，颜料的选择除遮盖力高、色彩鲜艳外，还要在水性树脂中要有很好的分散性。对于食品、药品的塑料包装印刷还要注意颜料的重金属含量及毒性。就色浓度而言除颜料本身含量、质量和颗粒大小影响外，黏度也是影响水基墨色浓度的一个因素。调小水基墨的黏度，色浓度降低，反之，色浓度升高。
七、印刷实践指标解析 （4）塑料水基墨的黏度和PH值 黏度是表征水基墨印刷作业适性的主要性能指标。水基墨的黏度相比溶剂墨来得低，水基墨的黏度过大或过小均不得印刷作业的进行。因为水基墨溶解度的大小取决于PH值的大小，塑料凹版水基墨是呈碱性的，使用时要密切关注PH值的变化，应尽量控制在8.0——9.5。不然将直接影响印刷品的印刷质量，使用过程中可通过加入PH值稳定剂量的大小来控制其在合理范围。实验表明，当PH值太庙时，体系的碱性太强，则会过度地溶解体系中的碱性树脂，因而水基墨黏度变得过低，会造成油墨生变差，在传递过程中易越泡，印刷品易出现针孔、发虚、晕圈、水纹、粉化、掉灰等故障，再者水溶性变好，但干燥速度降低，易出现印刷品背面黏脏和耐水性差的问题。 （5）塑料凹版水基墨的流动性及其调控 流动性是与水基墨黏度、黏性和稠度相关联的综合表征，受水性连接料的特性、颜料、填料的结构及水基墨组成中固体万分的含量等因素的影响。
七、印刷实践指标解析 • （6）塑料凹版水基墨起泡沫及其消除 水基墨低黏度、稀薄而呈液态状，空气会不可避免地混入流动的墨中，因水基墨的表面张力较大而形成液包空气的气泡。 • （7）塑料凹版水基墨的稳定性及其调控 水基墨的稳定性是指油墨在储存或使用过程中所表现的连续均匀性。 • （8）塑料凹版水基墨的光泽度 光泽度是指印刷墨层在固定光源照射下，从某一角度反射光线的能力。 • （9）塑料凹版水基墨的触变性 当油墨受到外力搅拌时，油墨随的搅拌的作用由稠变稀，当停止搅拌后，油墨又会由稀变稠，这种现象称为触变性。 • （10）塑料凹版水基墨的黏着性 油墨阻碍墨膜剥离的能力，称为油墨的黏着性。 • （11）塑料凹版水基墨的附着性 水基墨附着性是指彻底干燥后的墨膜在印刷对象表面黏结牢度的性能。 • （12）塑料凹版水基墨的耐抗性 水基墨的耐抗性主要是指印膜过水、有机溶剂、酸碱液的耐久保色等性能。
八、水性凹印油墨主要印刷故障及排除方法 • （一、阶调再现性出现的故障 • 1、故障原因 • 水性油墨与溶剂型油墨相比干燥慢，黏性低。由于干燥性慢，凹版网穴中的油墨几乎不干燥，从刮刀刮过之后到转印之间，油墨黏度不上升，高调部位的转移极为良好。又由于黏度低，暗调部位转移差，因此层次的反差有减弱的倾向。水性油墨对纸张也有一定的选择性，在涂料纸上印刷时，印刷效果较好，印刷品光泽良好，但在凹版纸上印刷时，在暗调部位，油墨渗透过度，墨膜密度差，因此印刷品光泽差。 • 2、解决办法 • 2.1把凹版的阶调比例做成和溶剂型不同的阶调，使印版的中间调到高光的网穴深度比溶剂型的浅些。这就要求凹版制版时将阶调变陡一些，景调部位稍深些中间调至亮调部位稍浅些，只有顾及了这点，亮、暗调渐变就能完美再现。 • 2.2使水性油墨的转移性、渗透性接近溶剂型油墨，也就是要改变水性油墨的干燥速度和流动性，以减少暗调部位的渗透性。
八、水性凹印油墨主要印刷故障及排除方法 • 二、灰雾及糊版出现的故障 • 1、故障原因 • 凹版水墨高速印刷时，易产生灰雾或糊版。灰雾是水性凹印刷油墨使用中面临的重大研究课题。产生灰雾的主要原因：a、水性油墨蒸发发干燥速度慢，附着在凹印滚筒表面的油墨薄膜易于转移到纸上；b、水性油墨易于影响纸张表面，使纸粉等混入油墨中，刮刀阻力易于变大；c、油墨的再溶解性差，在版上干燥的油墨会增加刮刀的阻力等。 • 2、解决方法 • a、提高印版的研磨精度； • b、加大刮刀压力（随之而来的是刮刀和版面都有降低寿命的倾向）。
八、水性凹印油墨主要印刷故障及排除方法 • 三、干燥速度慢的故障 • 1、水性油墨与溶剂型油墨干燥性的对比 • a、用凹版印刷用纸印刷时，在完全无风状态下，溶剂型油墨的干燥反而比水性墨慢；但当有冷风或热风时，溶剂型油墨则以加倍的速度干燥。 • b、提高油墨黏度时，水性油墨的干燥性变差，而溶剂型油墨所受影响很少。 • c、用溶剂型油墨叠印时，若进行热风干燥，不会因叠印而降低干燥速度；而当用水性油墨叠印时，渗透干燥会受到阻碍，干燥速度将下降，例如第四色的干燥时间需为第一色的2倍以上。 • d、在完全没有渗透性的玻璃板上印刷时，水性墨将溶剂型油墨干燥速度的5——6倍的时间。 • e、网穴深度对干燥速度的影响也很大，例如33网穴深度比18深度的干燥时间多1倍以上；并且，水性墨18深度的干燥速度快也不比溶剂型油墨33的干燥速度快。 • 2、解决方法 • a、水性油墨干燥速度慢，所以庙宇干燥条件时普通的热风式、热滚筒式的温度都应比使用溶剂型油墨时要高20——30，风量也要加大一些。 • b、用高频介电加热干燥时，过去高频介电加热的电磁波频率为10——150，现在正在研究使用300——30000的微波加热干燥方式，这是在不减少纸张水分的情况下，使水性油墨快速干燥的比较好的干燥方式，对非吸收性塑料薄膜使用水性油墨时的干燥问题的解决也有帮助。 • c、使用预热方式提高印刷用纸表面温度也可提高干燥速度。 • d、少量添加乙醇，提高黏度，在满足质量的前提下降低印刷速度。
八、水性凹印油墨主要印刷故障及排除方法 • 四、水性油墨pH值变化导致的故障 • 水性墨一般呈弱碱性，在印刷中水性墨里的胺类物质和其他万分不断挥发，其PH值也会不断发生变化，若pH值偏高，碱性较强，就会导致水性墨的黏度降低，印刷网点不清晰，墨层不实。反之pH值偏小，黏度会升高，流动性变差，转移也变差。干燥速度变快，易堵塞印版网点，只能采取印刷过程中少加及勤加新墨使pH值稳定的办法，以防止转移不佳问题的出现。
八、一些水凹印墨的检测标准 • GB3586 涂料产品的取样 • GB/T13217.1 凹版塑料油墨检验方法、颜色检验。 • GB/13217.3凹版塑料油墨检验方法 细度检验 • GB/T13217.5凹版塑料油墨检验方法，初干性检验。 • GB/T13217.6凹版塑料油墨检验方法，着色力检验 • GB/T13217.7凹版塑料油墨检验方法 附着牢固检验 • GB/T 26395-2011 水性烟包凹印油墨 • YC/T207_2006 卷烟条与盒包装纸中挥发性有机物的测定 顶空----气相色谱法 • YC263-2008卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的限量 • GB/T 3979-2008 物体色的测量方法 • QB 2930.1-2008 油墨中某些有害素的限量及其测定方法 第1部分:可溶性元素 • QB2930.2-2008 油墨中某些有害元素的限量及其测定方法第2部分：铅，汞，镉，六价铬 • YQ15.1-2012 烟用材料许可使用物质名单
谢谢大家 2014-5-9
