一、柔版印刷油墨的構(gòu)成
油墨是由顏料、連結(jié)料和輔料等按一定的比例經(jīng)混合、研磨等工藝加工制成的。其中顏料是油墨中的成色物質(zhì),決定了油墨的色相;而連結(jié)料是顏料的分散介質(zhì)和成膜劑,它是決定油墨性能的關(guān)鍵因素,不同類(lèi)型的油墨常要用不同性質(zhì)的連結(jié)料,目前連結(jié)料主要包括油脂、樹(shù)脂以及溶劑等。油墨中僅有顏料和連結(jié)料還不能滿(mǎn)足各種各樣的印刷要求,還必須加入一定量的輔助材料,目的是為了實(shí)現(xiàn)特定的印刷適性和改善油墨的性能。按照溶劑的不同,柔版印刷油墨可以分為三類(lèi):水基油墨、溶劑性油墨和UV固化型油墨。
水基油墨由水溶性(或醇溶性)樹(shù)脂、顏料、水和輔料組成。組成比例如下:水(40%—60%)、顏料(10~25%)、樹(shù)脂(15~25%)以及輔料5%。由于油墨中不含有有機(jī)溶劑,因此具有無(wú)污染和經(jīng)濟(jì)性?xún)纱髢?yōu)點(diǎn),深受印刷界重視。油墨中加入水溶性樹(shù)脂的主要目的是調(diào)節(jié)油墨的粘度和流動(dòng)度、賦予顏料的分散效果、賦予油墨墨膜形狀和油墨固著性能以及穩(wěn)定分散效果等。目前使用的水基油墨的樹(shù)脂大多為堿溶性樹(shù)脂,這種樹(shù)脂本身并不溶于水,但可溶于氨水或胺類(lèi),而制咸水性連結(jié)料,因此水性油墨要求其顏料具有耐堿性。水性油墨的助溶劑多為酒精或乙二醇酯類(lèi),含量一般在5%左右,其功能是降低水性油墨的表面張力,改善其對(duì)承印物潤(rùn)濕效果,提高樹(shù)脂溶解度,保持適當(dāng)粘性,調(diào)節(jié)干燥速度等。
溶劑性油墨主要由有機(jī)溶劑、樹(shù)脂連結(jié)料、顏料以及輔料組成。其組成比例如下:有機(jī)溶劑(45%~65%)、樹(shù)脂連結(jié)料(10~20%)、顏料(15~25%)以及輔料5%。在溶劑性油墨中加入溶劑的作用是溶解樹(shù)脂,使油墨具有流動(dòng)性和一定的粘度,以便在印刷時(shí)實(shí)現(xiàn)油墨的轉(zhuǎn)移,并可控制干燥速度。在溶劑性油墨的制造過(guò)程中通常采用下列有機(jī)溶劑:
● 醇類(lèi)(乙醇、異丙醇等)
● 乙二醇衍生物(甲基溶纖劑、氨基苯甲酸甲基乙酯等)
● 酉同類(lèi)(丙酉同、環(huán)己酉同等)
● 碳?xì)浠衔?汽油、礦質(zhì)松節(jié)油等)
● 酯類(lèi)(醋酸丁酯、乙二醇酯等)
溶劑性油墨的樹(shù)脂連結(jié)料可以分為合成樹(shù)脂和天然樹(shù)脂兩類(lèi)。真正意義上的天然樹(shù)脂不適合充當(dāng)油墨的連結(jié)料,譬如:松香、蟲(chóng)膠等;在油墨制造工業(yè)中通常采用化學(xué)反應(yīng)來(lái)改性天然樹(shù)脂,使其適合制作連結(jié)料,譬如:松香改性酚醛樹(shù)脂、干性油改性羧醛樹(shù)脂等;而合成樹(shù)脂是目前油墨連結(jié)料中使用最多的樹(shù)脂,譬如:光硬化型樹(shù)脂、塑料樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂等。
UV固化型油墨是能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng),在短短幾秒鐘內(nèi)即可固化的油墨。油墨的主要成份是光聚合性樹(shù)脂、光聚合引發(fā)劑、顏料和輔料,一般地說(shuō),UV固化油墨中也不含有機(jī)溶劑。四類(lèi)組成成份比例關(guān)系是:連結(jié)料(55%~80%)、顏料(10%~20%)、光聚合引發(fā)劑(5%~15%)以及 5%~10%的輔料。目前光聚合性樹(shù)脂主要是些由幾個(gè)基本分子相聚合的低聚物或低粘度、高沸點(diǎn)的單體等物質(zhì)。光聚合引發(fā)劑是誘導(dǎo)光聚合反應(yīng)的催化劑。它的反應(yīng)機(jī)理就是光聚合引發(fā)劑吸收紫外線(xiàn)能量,生成自由基,其原子團(tuán)與單體或低聚物反應(yīng),并開(kāi)始聚合,通過(guò)一系列連鎖反應(yīng),在瞬間形成硬化墨膜。
以上三種類(lèi)型油墨都可采用相同的顏料,顏料分為:無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料,無(wú)機(jī)顏料多為簡(jiǎn)單的金屬氧化物或無(wú)機(jī)鹽,通常在色相、著色力等方面不是很強(qiáng),但遮蓋力、耐熱性、耐溶劑性和價(jià)格等方面具有優(yōu)勢(shì);而有機(jī)顏料色澤鮮艷、著色力強(qiáng)、分散度高,但遮蓋力、耐熱性、耐溶劑性不是很好。目前油墨制造業(yè)多使用人工合成的有機(jī)顏料,結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜。另外,在包裝印刷領(lǐng)域中為了實(shí)現(xiàn)特定的顏色效果,人們也采用金屬、珠光物質(zhì)以及發(fā)光材料等來(lái)充當(dāng)油墨的顏料。
二、應(yīng)用領(lǐng)域
相對(duì)于水基油墨和UV固化型油墨來(lái)說(shuō),溶劑型油墨具有更大的應(yīng)用范圍。它是目前應(yīng)用最廣泛的油墨類(lèi)型,它不受承印材料的化學(xué)組成成份和物理化學(xué)性質(zhì)的限制,既可以印刷在以紙張、卡紙等為代表的吸收性材料上,也可以印刷在以鋁箔、或其它合成材料為代表的非吸收性材料上;既可以印刷在承印材料正面,也可以印刷在承印材料反面。
水基油墨采用水和樹(shù)脂作為本身的連結(jié)料,由于水揮發(fā)性比較小,所以水基油墨的溶劑平衡性好,也正是這一點(diǎn),導(dǎo)致水基油墨的干燥速度要比溶劑性油墨慢的多,所以適合于水基油墨的承印材料比較窄,并且采用水基油墨印刷作業(yè)的生產(chǎn)效率不高。水基油墨在通常干燥條件下只能選擇具有吸收性的材料進(jìn)行印刷, 因?yàn)橛湍幸徊糠炙衷谟∷r(shí)被吸收性材料所吸收,從而加快了油墨干燥過(guò)程、減少了用于油墨干燥所消耗的熱能。目前水基油墨被廣泛用于瓦楞紙印刷和禮品包裝、墻紙印刷、餐巾紙印刷、水果汁軟包裝、洗衣液軟包裝、香煙包裝等等。如果在印刷設(shè)備上配備理想的油墨干燥系統(tǒng),我們也可以在非吸收性承印材料上采用水基油墨進(jìn)行印刷,譬如:在聚酰胺材料或PVC材料上印刷PE手提袋或背袋等,這時(shí)要求油墨具有很好的附著性、在經(jīng)過(guò)燙印和熱消毒處理后油墨還有很好的耐磨性以及具有不退色性、耐寒性、耐水和溶劑性等性質(zhì)。
UV固化型油墨可以在吸收性材料或在非吸收性材料上進(jìn)行印刷。由于UV固化型油墨里不含有機(jī)溶劑或水,只是低聚物和顏料的混合物,所以該油墨濃度高、穩(wěn)定性好、印刷適性和印刷效果都比較理想,它的印品具有足夠高的光澤。目前最典型的應(yīng)用領(lǐng)域就是采用紙張或聚酯薄膜為承印材料的標(biāo)簽印刷、口杯印刷、卡紙印刷以及用于食品包裝的紙袋和塑料袋印刷等。
UV固化型油墨與水基油墨一樣都是先進(jìn)的印刷材料,在市場(chǎng)上的占有率還不是很高,而且還有一段很長(zhǎng)的推廣道路要走。但就目前的包裝印刷來(lái)言,人們應(yīng)該多考慮如何選擇合適的承印材料與不同配方的水基油墨和UV固化型油墨相匹配,從而獲得更加理想的印刷品,達(dá)到進(jìn)一步推廣水基油墨和UV固化型油墨的目的。這里我們以圖示食品包裝袋為例:
這種包裝材料就是一種由聚酯、鋁箔、其它聚合物等混合而成的合成材料。由于它采用更少的原材料、質(zhì)量又比較輕,對(duì)油墨有比較理想的粘附性,所以它相對(duì)于由金屬或鋁制成的食品包裝罐更具經(jīng)濟(jì)性和資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)性?梢韵胂,隨著材料合成技術(shù)的進(jìn)步將不可避免地推動(dòng)油墨的推廣和使用。目前在柔印UV固化型油墨應(yīng)用過(guò)程中還存在有一個(gè)尚未解決的問(wèn)題:UV射線(xiàn)容易發(fā)出氣味,這將限制其在對(duì)氣味敏感的印刷場(chǎng)合應(yīng)用。
三、環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)
溶劑油墨中含有輕度揮發(fā)的有機(jī)連結(jié)科,印刷時(shí)油墨的消耗量又比較大,因此污染了周?chē)h(huán)境,使印刷工人發(fā)生急性或慢性中毒癥,同時(shí)容易引起火災(zāi)。歐盟安全生產(chǎn)條例規(guī)定:有機(jī)溶劑在空氣中的含量不能超過(guò)其極限值;在印刷機(jī)組的電器設(shè)備上應(yīng)配備有防爆裝置,并應(yīng)經(jīng)常檢查維修,以免火災(zāi)發(fā)生;盡可能使工作場(chǎng)所排氣通風(fēng),讓空氣中有機(jī)溶劑的濃度降到最低;有條件的地方應(yīng)該安裝溶劑回收器。
由于水基油墨中只含有少量的醇類(lèi)物質(zhì),因此可以不必安裝廢氣處理裝置,不過(guò)出于安全生產(chǎn)的角度考慮,在車(chē)間內(nèi)有必要安裝排氣扇, 目的是減少空氣中氨氣的濃度,據(jù)測(cè)試,在印刷過(guò)程中空氣中氨氣的MAK值可以高達(dá) 20DDm,所以在水基油墨使用過(guò)程中我們可以要盡可能多地使用醇類(lèi)物質(zhì)以減少氨氣的使用量,不過(guò)這樣又產(chǎn)生了一個(gè)新問(wèn)題,因?yàn)榇家彩且讚]發(fā)性物質(zhì),在印刷過(guò)程中受熱很容易揮發(fā)到周?chē)諝庵,如果空氣中醇的含量過(guò)高,就存在引起火災(zāi)甚至爆炸的危險(xiǎn)。
使用UV固化型油墨印刷不會(huì)涉及到溶劑揮發(fā)問(wèn)題,所以人們可以節(jié)省用于溶劑處理裝置和電器上防爆裝置的巨額投資、同時(shí)由于不需裝備龐大的昂貴的干燥裝置,也使柔印機(jī)變得更加小巧。
三種類(lèi)型的油墨涉及到三種不同類(lèi)型的化學(xué)混合物,我們?cè)趯?duì)這類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的處理過(guò)程中應(yīng)該考慮其潛在的危險(xiǎn)性,按照其危險(xiǎn)等級(jí)分別給以注明,譬如溶劑性油墨要注上“易燃 (F)”標(biāo)記,UV固化型油墨要注上“刺激性(Xi)”標(biāo)記。
四、剩余油墨的處理
印刷結(jié)束后剩余油墨如何處理將涉及到環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)以及資源的可重復(fù)利用等方面。對(duì)于溶劑性油墨,如果剩墨中含有足夠多的溶劑,我們就可以對(duì)其中的溶劑進(jìn)行蒸餾處理,得到的液體還能重復(fù)使用,剩余殘?jiān)ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單地燃燒來(lái)處理。對(duì)于UV固化型油墨,我們可以采用特殊的燃燒熱處理裝置來(lái)處理剩余油墨。而對(duì)于水基油墨,我們顯然不能采用燃燒處理的方法來(lái)處理剩余油墨,不過(guò),借助于物理和化學(xué)的方法,在特定的PH值下向油墨中加入某些金屬鹽,讓油墨中顏料與金屬鹽反應(yīng)生成沉淀,然后過(guò)濾這種混合物,過(guò)濾殘?jiān)鼘⒆鳛樘厥饫环贌幚恚^(guò)濾后的水在經(jīng)過(guò)檢測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題后,方能排入下水管道,所以水基油墨剩墨的處理費(fèi)用比較高。
五、總結(jié)
經(jīng)濟(jì)合算、印刷方便和安全性能好將是水基油墨應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大的原因所在,目前柔版印刷領(lǐng)域中水基油墨的比重占35%,并且這個(gè)比率隨著環(huán)境保護(hù)、安全性要求、溶劑成本、溶劑利潤(rùn)率等因素的變化而進(jìn)一步增加。而UV固化型油墨由于其干燥的設(shè)備投資和運(yùn)行成本都比較低,不存在有機(jī)溶劑的蒸發(fā),不存在大氣污染,印刷品幾乎無(wú)臭無(wú)味,色澤鮮艷等一系列的優(yōu)點(diǎn)也將在油墨市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。