作为环保型印刷材料的水性油墨是以水作为溶剂,以水溶性或碱溶性树脂作为连接料的一种新型油墨。与传统油墨相比,水性油墨大的优点是不含有挥发性有机溶剂、不燃烧、不会损害印刷操作者的健康、对大气环境无污染,并以水和少量醇作为溶剂,具有绿色环保、使用安全的特性。在提倡绿色印刷、人类环保意识增强的今天,水性油墨已在国内外的包装印刷和商业印刷中得到广泛的应用,并被越来越多的印刷企业看好。
一、水性油墨的组成
水性油墨主要由色料、水性高分子树脂连接料、溶剂、助剂等经配制产生物理、化学反应而制成。水性油墨与溶剂型油墨的主要区别在于水性油墨中使用的溶剂不是有机溶剂而是水,也就是说水性油墨的连接料主要是由树脂和水组成。
1.水性油墨的色料
色料是油墨的着色物质,在生产时多选用色谱齐全、色浓度高,容易达到较高遮盖力的有机颜料,如品红墨、黄墨、青墨等一般均用有机颜料;白墨多用钛白粉;黑墨则用炭黑。不管使用何种颜料,好都要经过阴离子、非离子表面活性剂处理后进行使用,原因是水性油墨中水的表面张力和极性都比较大,使色料的分散比较困难,如未经处理,色料分布会不均匀,不利于印刷。选择水性油墨的色料适性及其原因见表1。
2.水性油墨的连接料
连接料是水性油墨的重要组成部分,是影响水性油墨性能的重要因素。连接料要对色料具有良好的润湿性和展色能力,并有优良的成膜性和干燥性、良好的耐水性;组合后连接料需提供给水性油墨一定的流动性、提供给承印物合适的黏附力。普通的水溶性树脂连接料的耐水性极差,必须经过氨化处理生成胺盐, 胺盐电离溶于水,但当水性油墨转移到承印物上干燥时又会由于部分碱性物质的挥发使墨膜不溶于水从而使墨膜具有耐水性。当前较理想的连接料是碱溶性的丙烯酸树脂。目前国内外油墨公司对油墨的研制与开发多集中在连接料的研究上,通常有如下几类。
1) 水溶性连接料
这类连接料包括聚乙烯醇、强乙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮等。这类连接料可永久地被水溶解,因而用它调配的油墨的适用范围会受到一定的限制。它们只能应用在不接触水的场合中。
2) 碱溶性连接料
这类连接料在印刷时可以被水溶解,而在印刷干燥后变成不溶于水的物质。此类连接料通常是一种酸性树脂的碱溶液中加入过量的氢氧化铵,两者在化学作用后形成可溶性树脂盐。这类油墨的性能主要取决于所采用的酸性树脂的种类。现在国内外普遍采用丙烯酸树脂作为连接料,由于水溶性丙烯酸共聚树脂在光泽、耐候性、耐热性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面具有显著的优势,使其在直接分散溶解或合成高分子乳液时具有优良的性能。目前,丙烯酸树脂在国内外被广泛应用于水性油墨和水性涂料中。
3) 扩散性连接料
这种连接料是悬浮在水中的细小树脂粒子,通常被称为乳胶。这种连接料通常含有丙烯、乙烯或丁苯聚合物。乳胶比溶解的树脂具有更显著的优点:其一,乳胶密度很高而黏度很低,这可以生产高质量的薄涂层;其二,乳胶还可以包含相当大的聚合物分子,大分子一般都比小分子硬,耐磨损耐热而且附着力也很好。乳胶油墨大的问题是印刷比较困难,而且难以清洗,因为一旦乳胶凝结,就会变成不溶性的物质,所以乳胶通常作为涂层油墨。此外乳胶还有可以与碱溶性连接料混合使用,这样既可保留乳胶特有的一些性能又具备碱溶性连结料所具有的印刷适性。
3.水性油墨的溶剂
水性油墨的溶剂是水,再加入少量的醇。醇类通常是使用乙醇、异丙醇或多元丙醇等。加入醇类有助于提高油墨的稳定性,加快干燥速度,降低表面张力。异丙醇还起到消泡的作用。
3.水性油墨的助剂
水性油墨助剂的作用是改善水性油墨的性能、适应多变的印刷条件,提高印刷质量,它是水性油墨的的辅助材料,是水性油墨不可缺少的重要组成部分但是助剂的加入量要适中, 否则会适得其反。常见助剂及其功能见表2。
二、水性油墨的印刷适性
1.黏度
黏度是油墨内聚力的大小,同时也是水性油墨应用中主要的控制指标。如果黏度过低,会造成色浅、网点扩大量大、高光点变形、传墨不均等弊端;如果黏度过高,会影响网纹辊的转移性能,墨色不均,颜色有时反而印不深,同时容易造成脏版、糊版、气泡、不干等弊病。
1)温度对水性油墨黏度的影响
1)温度对水性油墨黏度的影响
温度对水性油墨的黏度的影响很大,见表3。
在实际印刷生产中,当使用带有刮墨刀的印刷机时,温度过低时油墨的传墨量不如温度稍高时稳定。油墨温度升高会使黏度下降,其结果是使印品密度降低,膜层冲淡。要保持印刷质量的一致性,就必须保持油墨黏度一致。车间温度对印刷质量的影响见表4。
由上表可得出,在冬季和夏季温差大时,黏度的表现为敏感。温度高时,水分蒸发快,干燥快,在操作时,就要注意延长干燥时间或提高机器速度;温度低时,水分蒸发慢,水墨干燥慢,在操作时,可以提高水性油墨的干燥速度或加快烘干装置。
2)触变性对黏度的影响
触变性是指油墨在外力搅动作用下流动性增大,停止搅动流动性逐渐减小,恢复原状的性能。水墨放置时间久了以后,有些稳定性能差的油墨容易产生沉淀、分层,有的还出现假稠现象。这时,可充分搅拌,经过一定时间的搅拌后,以上问题自然消失。在使用新鲜水墨时,一定要搅拌均匀后,再作稀释调整。
触变性是指油墨在外力搅动作用下流动性增大,停止搅动流动性逐渐减小,恢复原状的性能。水墨放置时间久了以后,有些稳定性能差的油墨容易产生沉淀、分层,有的还出现假稠现象。这时,可充分搅拌,经过一定时间的搅拌后,以上问题自然消失。在使用新鲜水墨时,一定要搅拌均匀后,再作稀释调整。
2.pH 值对油墨性能的影响
当pH 值在8.5~9.5 时,水墨的流动性好,黏度适中,可以很好地润湿承印物并在其上铺展,墨层也具有良好的干燥性。同时颜料溶解透彻、分散性好、色相保持正常,水性油墨结构和性能稳定。如果pH 值太低,碱性太弱,树脂连接料溶解度降低 使水性油墨黏度增大干燥变快和转移困难,产生堵版或脏版故障,同时显色性也会差甚至还可能分层、絮凝结团,如果水性油墨pH 值太高,碱性太强,连接料溶解度增大,使水性油墨黏度过低,流动性增强,耐水性变差,网点扩大严重。
3.油墨的附着与干燥
1)油墨的干燥性能
油墨附着在承印物上,便从液态的胶状物变为固态的皮膜,黏结在承印物上,这一变化的过程称为油墨的干燥。这一过程分为两个过程完成:油墨由液态变为半固态,不能再流动转移,是油墨的初期干燥阶段,用初干性表示。半固态油墨中的连接料的主体部分发生物理或化学反应完全干固成膜,是油墨的干燥阶段,用彻干性表示。油墨的初干阶段和彻干阶段称为油墨的固着干燥。
2)油墨的干燥速度对附着性的影响
油墨的干燥速度影响油墨的附着性,随着干燥时间的增加,油墨的黏着性逐渐增加到大值,在下降到零。如果油墨很快干燥,墨膜表面很快光洁干滑而失去黏着性,第二色油墨就难以附着,油墨就产生“晶化现象”。理想的叠印应在油墨初干到彻干的时间内进行。
三、水性油墨的发展前景
由于水性油墨所具有的优良环保特性,目前发达国家和地区都在努力开发和使用水性油墨,以逐步取代溶剂型油墨。以水性油墨印刷为主要发展对象的包装印刷在上已经形成一种趋势。从包装印刷的发展趋势来看,水性油墨已从单一的纸箱墨向各种基材、多套色印刷发展。另外,数字印刷技术的推广和应用,也会给水性油墨的发展提供了一个新的领域。据统计,美国在瓦楞纸箱、纸张及纸板、普通塑料膜及礼品纸的印刷方面,水性油墨已经占据了80% 的市场份额,今后十年,水性油墨的印刷质量还将会进一步提高,使用量也会增加。尤其是在水性油墨应用还不普遍的发展中国家,水性油墨的应用还会有更大的发展。