水性油墨因其优良的环保性能，可以解决当前包装与印刷行业所存在的排放与污染问题，受到了越来越多的关注，成为了今后研究的主要对象，同时，它的使用也必将替代传统的溶剂型油墨。我国已明确将水性油墨及其相关原材料列为了今后发展研究的重点和油墨行业发展的主要方向。水性油墨是２１世纪的新型“绿色”印刷材料，具有两个显著的特点：一是黏度低，流动性好；二是不使用有机溶剂，有利于环境保护。水性油墨是以水为溶剂的，其中ＶＯＣ含量极低，与溶剂型油墨相比，大大改善了油墨制造者和印刷操作者的工作环境，从而降低了有害物质对他们身体的危害。另外，也降低了由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和毒性，为今后包装与印刷行业走向绿色化和环保化提供了有利条件。尽管水性油墨因其环保性在包装与印刷行业占有很大的优势，但依然无法做到零排放，其中仍含有少量醇、醚，甚至还含有有机胺类，这些对环境的污染很小，但对车间的空气污染严重。
 

１　水性油墨的发展

１．１　国外水性油墨的发展

国外对水性油墨的研究始于２０世纪６０年代，先后主要经历了３个阶段：第１阶段是以松香、马来酸改性树脂为连接料的代水墨产品，第２阶段是以溶剂型苯乙烯－丙烯酸共聚树脂为连接料的第二代水墨产品，第３阶段是以聚合乳液树脂为连接料的第三代水墨产品。在研究的第１阶段中，水性连接料用树脂的设计和开发是水性油墨发展的技术关键。随着将由丙烯酸类单体与苯乙烯聚合制备出的具有核壳结构和网状结构的聚合乳液树脂用于水性油墨中，不仅使油墨的光泽度和干燥性得到了很大的改善，还促进了水性油墨的发展并拓宽了与溶剂型油墨的竞争领域，水性油墨的发展开始进入了一个崭新的发展阶段。目前，在美国和一些欧洲国家已开始使用绿色环保型油墨并禁止使用含苯的溶剂型油墨。在美国市场上，塑料印刷中有４０％采用水性油墨，水墨销售额日益攀升，由此可见，水墨已成为了印刷的主要用墨。在其他发达国家，水墨也逐渐将成为塑料薄膜印刷中的主要用墨，据报道英国已立法禁止使用溶剂型油墨来印刷包装食品用的薄膜。

１．２　国内水性油墨的发展

与国外相比，国内在水性油墨的研究方面起步较晚，大致可分为４个阶段：代水墨产品是从新加坡引进的，第二代水墨产品是在代水墨的基础上开发出来的，第三代水墨产品是从国外直接引进的，第四代水墨产品是目前使用的高档水墨。目前使用的高档产品是由自行研发的树脂或直接使用进口树脂生产的，且由天津油墨厂首先研制成功并投产的。加入ＷＴＯ后，面对严峻的挑战，研发环保型和节能型油墨来替代传统的溶剂型油墨逐渐被提上了日程，所以环保性能好的水性油墨也越来越受到研发人员的青睐，并向着“高速、多色、快干、无污染、低能耗、标准化”的目标发展。２００３年底，武汉现代工业技术研究院研制出了具有无毒、无刺激性气味、无腐蚀性、不易燃、不爆和使用安全性好等优点的水性油墨系列产品［７］，广泛用于金、铜版纸、白板纸、瓦楞纸、不干胶纸及书刊杂志等的印刷中。２００４年初上海美德精细化工有限公司新推出了无气味高品质环保型全水性低温热固油墨ＭＤ－１００２［８］，该产品中的甲醛含量在１５ｐｐ以下，符合日本、德国纺织印染环保的要求，并具有极强的遮盖力、质感细腻、能通过２５０目以上的丝网、操作方便、油墨颜色可自己任意调配的优点。２００５年有文献报道用苯丙树脂作为原料合成的水性油墨，与国外水墨相比，其细度优于国外同类产品，油墨光泽与之相当，黏度略高于国外水墨。同年有文献报道采用聚氨酯－聚丙烯酸酯复合乳液为连接料和以酞菁蓝为颜料制备了塑料凹版水性油墨，该产品对ＰＥＴ薄膜和ＯＰＰ薄膜具有良好的附着牢度并具有良好的耐水性能。２０１１年有文献报道将交联改性的苯丙乳液用于制备水性油墨，制备的产品具有相对较好的摩擦牢度、稳定性、耐水性能、光泽和着色力。与之前相比，我国的水性油墨在研发和技术方面取得了很大的进展，生产的四色墨、网点、叠印和高速印刷纸箱水性油墨基本上已能够满足大多数纸箱厂的要求，该产品除了具有较低的成本外，其质量也不逊色于进口墨，受到了广大客户的信赖。近年来，随着对包装审美意识和环保意识的不断提高，我国引进组合式柔印生产线的数量每年都在不断地增加，其中有不少用于瓦楞纸彩色印刷的进口高档三色、四色水性油墨印刷开槽机等。
 

２　水性油墨研究现状

２．１　连接料的研究现状

连接料作为水性油墨的基料对油墨的使用性能和印刷效果起着决定性作用，在连接料的技术研究方面的创新，推动了油墨技术的迅速发展。被称为２１世纪绿色树脂的水性树脂因其具有低毒、不易燃、不含任何有机溶剂、无污染等优良特点而受到越来越多的关注和研究。目前，国内外对连接料的研究较多，主要有改性松香水溶性树酯、聚丙烯酸水溶性树脂及乳液型水溶性树脂。

２．１．１　改性松香水溶性树脂

该树脂用于配制水性油墨的量约占７０％，具有价格便宜、制作工艺简单、油墨光泽度高等优点，缺点是用于印刷后其抗水性差、印刷过程不稳定及达不到中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性要求。陈学恒等用富马酸和季戊四醇对天然松香进行改性，制备了具有成本低、有较高软化温度、各种溶解性好和综合性能优良等特点的富马酸改性松香水性树脂。冯练享等利用丙烯酸对松香改性后，再与聚乙烯醇缩丁醛（ＰＶＢ）共聚制得的水性油墨连接料具有优良的粘结性和水溶性，并适合于烟用水松纸。

２．１．２　聚丙烯酸水溶性树脂

主要用于高档水性油墨的制备中，具有优良的成模性、耐光性、粘接性、耐腐蚀和耐候性。经过多年的研究，在改性方面取得了很大的进展。但目前存在的主要缺点是耐水性和耐沾污性差，在非吸收材料上的附着力较小，且干燥速度慢，所以对其进行改性以提高其附着力和耐水性仍是主要的研究方向。ＥＰ１０５９３４１中将一种含硅有机物加入到丙烯酸树脂类和苯乙烯共聚中，合成了可用来制备喷墨用水性油墨的水溶性丙烯酸树脂，由它制备的水墨具有良好的耐磨擦性、耐光性和耐水性，但该油墨的成本较高，只能作为高档的商标印刷用墨。所以研发具有低成本和广泛使用性用墨仍是今后的研究方向。

彭学军等以偶氮二异丁腈为引发剂Ｎ、Ｎ－二甲基乙醇胺为中和剂，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸和Ｎ－羟甲基丙烯酰胺四元单体共聚制备出了适用于柔性版四色套印水性油墨的分散树脂和成膜树脂，以此作为连接料研发出了一组三原色与黑色的四色套印的水性油墨。该工艺过程简单且成本低廉，另外有机挥发物含量远低于国内同类产品水平，与目前进口的水墨产品不差上下，具有一个好的应用前景。刘旭等通过引入环氧树脂对丙烯酸树脂进行了改性，提高了其附着和复合牢度，由它配制得到的水性油墨的指标已达到或优于国家标准，并符合实际应用的要求，在凹版复合塑料油墨领域中具有较大的应用价值和市场前景。
２．１．３　乳液型水溶性树脂

近年来乳液型连接料的发展十分迅速，特别是复合型乳液的发展。ＵＳ４９７３６１７中将聚酰胺加入到马来酸酐与松香反应的体系中，得到的产物用于对乳液丙烯酸树脂进行改性，再加入少量丙醇制成连接料，将该产品用于水墨中能使水墨的印刷适性和耐水性得到了一定的改善。蔡栋雨等综合了水性聚氨酯和丙烯酸树脂的各自优点，采用乳液聚合的方法制备了具有良好的耐水性能及对ＰＥＴ和ＯＰＰ薄膜都具有优良附着牢度、良好稳定性能等的水性油墨连接料—聚氨酯－聚丙烯酸酯（ＰＵＡ）复合乳液，由它制备的水性油墨主要在塑料的凹版印刷中使用。胡明进等以丙烯酸甲酯作为硬单体、以丙烯酸丁酯作为软单体、以丙烯酸作为功能单体，将这些原料通过预乳化工艺合成乳液连接料，由它制备出了光泽度、耐水性及细度等都达到了优良指标的超细水性油墨。蒋晨等采用核壳乳液聚合的方法合成了一种内交联型聚丙烯酸酯乳液，探讨了此乳液在室温和热固化下的成膜物对常用食品包装材料的附着性、耐水性、耐溶剂性、硬度等性能的影响。研究结果表明，不同合成工艺的核壳设计、软硬单体配比及功能单体的选择与用量等因素对水墨连接料的性能有很大的影响。

张琳设计的以Ｔｇ高的硬单体为核，Ｔｇ低的软单体为壳，在核中加入交联单体Ｍ 轻微交联和在壳层中掺入羧基、酰胺基等功能基团并在干燥过程中发生交联反应从而合成的一种核壳丙烯酸乳液。研究发现，当交联单体Ｍ 用量占核单体质量的０．５％，ＭＡＡ和ＭＡＭ 总量占壳单体质量的１％且ＭＡＡ／ＭＡＭ＝１时，得到的产品其涂膜的耐水性好。王海侨等将含有偶联剂双键的硅烷Ａ－１７４与丙烯酸单体共聚合成了一种可应用于塑料薄膜基材上的水性油墨用丙烯酸乳液，该乳液在成膜的过程中，可通过硅羟基迅速交联，从而提高涂膜的耐水等一系列性能。研究表明，Ａ－１７４硅烷偶联剂的使用能够提高聚合物的耐水性，并大大提高其配制的水性油墨的耐洗刷性。由此可知，利用含硅有机物来提高乳液的耐水性，制备质量可控的乳液聚合物以解决其复溶性差的缺点将是今后研究的主攻方向。近些年对乳液型水溶性树脂的研究比较热，但目前仍存在复溶性差和耐水性差的特点，因此确定和聚丙烯酸树脂复配时的佳用量及开发新的复合型乳液型水溶性树脂以改善以上缺点仍是今后努力的方向。

２．２　助剂的研究现状

助剂作为改变水性油墨性能的重要原料，近年来对它的研究逐渐兴盛起来。目前常用的助剂有：ｐＨ 值稳定剂、快干剂、消泡剂、冲淡剂、慢干剂、润湿分散剂、流平剂、杀菌剂等。通过科学的使用这些助剂可以改善水性油墨性能上的缺点从而提高水性油墨的稳定性能。有文献报道，对于高档纸箱水墨，为获得耐磨和滑爽性能，使用蜡助剂成为关键。选择了３种形式的蜡：超微粉蜡（具有窄的粒径分布）、蜡乳液（具有精细的粒径）和蜡分散体，研究结果表明：蜡可以提高印模耐磨性、抗粘连性，另外蜡的加工方法不同会对蜡在油墨中的使用性能产生影响。所以在选用蜡助剂时，要综合考虑蜡的粒径、分散体系等对油墨性能的影响。

水性油墨普遍存在光泽度不够的问题，严重阻碍了水性油墨在包装印刷领域中的广泛应用。据光泽度实验分析知，水性墨的光泽度随添加的消泡剂的质量分数的增加而变小，这表明当水墨中加入消泡剂时，会对水性油墨的分散性产生不良的影响，从而使得油墨的光泽度变差；增稠剂在一定用量范围内可提高水墨的光泽度，但超过一定的用量后，光泽度反而下降；另外，由于亮光浆型的撒淡剂本身光泽度很好，所以用其来调配水性油墨，得到的产品其墨色浅且有透明感，同时也使墨膜的效果和光泽度得到了一定的提高。在助剂的使用方面，有文献报道在水墨体系中，采用挥发性极低且无气味的水性聚合物型多功能助剂，能够快速有效的控制体系的ｐＨ值。为了能达到良好的分散和稳定效果，可选聚氨酯、聚丙烯酸、羧酸类等高分子作为水性油墨的分散剂；为了避免缩孔、鱼眼、桔皮等不良现象的出现，一定要遵循“用量小，消泡效果佳”的消泡剂使用原则；常将聚氨酯作为水性油墨体系中常用的流平剂。另外，有文献报道将抑泡剂和内外两种表面增塑消泡剂混合使用且加入消泡剂的量为２％时，能够使水墨起泡的问题得到很好的解决。

２．３　颜料的研究现状

选择颜料时，色相是首要考虑的因素，其次是易分散性、耐醇耐碱性及和其他成分的相溶性等因素。水性油墨一般选用与水性树脂相容性好的水性颜料，以达到良好的分散体系。由于色淀类颜料会导致存储过程中水墨的稳定性变差和在碱性介质中其粘度增加使墨膜变厚，所以一般用色淀类颜料来制备水性油墨。对于有机颜料，一般采用偶氮系或双偶氮系、酞青系及其他高级颜料作为水墨用颜料，从而满足水墨配方的设计要求。在印刷过程中，选择色泽艳亮、粘度低、体系稳定的国产高级颜料来作为水墨用颜料较好。随着水性油墨的不断发展，开发适合水墨用性能良好的颜料仍是今后研究的热点。目前国外关于水性油墨的专利主要集中在连接料的开发方面，比如添加松香和引入水溶性有机化合物、乳化液、烷基聚氧乙烯醚磺酸盐等单体，可使图像的清晰度得到明显的改善，得到的产品颜料均匀、颗粒流动性好、光密度大于０．９及能快速干燥的水性油墨产品。
 

３　研究方向

目前，不管是进口还是国产水墨都存在不抗碱、不抗乙醇和水、干燥慢、光泽度差、易造成纸张收缩等弊端。有文献报道采用ＵＶ油墨可以解决上述弊端，但这样既增加了印刷工序又提高了印刷成本，得不到一个好的经济效益。然而水性ＵＶ油墨因具有很好的发展和应用前景将成为今后研究的一个热点。另外，随着纳米材料及纳米技术的进一步发展，对纳米水墨的研发也会逐渐兴盛起来。黏度作为水墨的重要技术指标，对其控制相当重要，有实验研究发现，胺化试剂对水墨体系的黏度变化及其黏度的稳定性起着至关重要的作用，这一发现为今后高固低黏水墨配方体系的设计和获得理想的水墨应用黏度提供了重要的理论依据。

干燥时间、起泡及干燥后颜色不光泽和不均匀仍是水墨应用中急需解决的主要问题，这直接影响了水性油墨取代溶剂型油墨的进程速度，使水性油墨的广泛应用受到了限制。所以开发新型水墨用助剂和颜料，以改善水墨性能、降低成本仍是我们今后研究的方向。

综上所述，水性油墨作为一种无溶剂挥发、无溶剂残留的环保型油墨，特别适用于卫生条件要求严格的包装印刷产品，因此，对水性油墨的研发是符合市场要求的，也是能够适应市场需求的。虽然水性油墨既环保健康又具备良好的印刷适应性，但对它的开发仍存在一些不足，例如，油墨干燥速度慢，干燥能耗高，生产效率低，成本高等，这也是今后对水性油墨的研究需要解决的问题。需要科研人员进一步研究和开发新型的水墨用原料，以改善水墨的性能，降低价格，从而更好地适应市场需求。