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水性油墨的研究现状及应用中存在的问题讨论

发布者:发布时间:2019-04-25浏览次数:233

摘要:本文详细介绍了水性油墨的组成及研究现状,同时也指出了水性油墨在当前存在的一些问题。随着我国经济建设的高速发展,环境污染问题受到人们越来越多的重视。自2015年下半年开始,全国各省市陆续出台文件,对工业企业开征挥发性有机物(VOCs)排放费,作为VOCs排放大户的包装印刷企业成为重点治理对象。因此,推进环保无污染的水性油墨的商业化应用也成为必然趋势。

水性油墨是以水为分散介质的油墨,主要由颜料、水性树脂、助剂、水等部分组成。水性油墨是当前印刷行业最为环保的油墨之一,与溶剂型油墨相比,其优势主要为气味小,VOCs排放低,溶剂残留低,在食品包装上应用更安全等。

树脂连接料为油墨在印刷基材上提供牢度,同时也起着分散颜料的作用,对油墨性能起决定性作用。水性树脂由于具有低毒、不易燃、不含VOC等特点而受到越来越多的研究和关注。水性树脂按其在水中的分散状态可以分为水溶性树脂、水溶胶树脂(碱溶性树脂)和水分散树脂(乳液型树脂)。

(1) 水溶性树脂

水溶性树脂可分为天然树脂、改性天然树脂和合成树脂。目前在油墨中应用比较多的水溶性树脂有改性松香、纤维素酯以及聚丙烯酸等。大多数水溶性树脂具有价格便宜、制作工艺简单、体系稳定、光泽度高等优点,但由于这些高分子树脂在水中完全溶解,会使体系粘度过高,影响印刷质量,同时水溶性树脂成膜后仍具有吸水性,其抗水性也很差。

(2)水溶胶树脂

水溶胶树脂也叫作碱溶性树脂,这类树脂的高分子链上具有一定量酸性基团,这些基团在碱性条件下酸性基团被中和生成具有水溶能力的高分子盐,从而形成能在水中均匀分散的水溶胶。这种树脂光泽度和透明性比水溶性树脂稍差,但抗水性更好。且树脂粘度和成膜性更适宜印刷。目前市场上应用比较广泛的水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂都可作为凹版印刷油墨连接料使用。

(3)水分散树脂

水分散树脂是指通过乳液聚合形成能均匀分散于水中的树脂,呈乳白色不透明状,其颗粒大于水溶胶。由于乳液型树脂的分子量较大,其具有较好的力学性能、干燥性、耐水性、耐腐蚀性。由于其亲水性较差,需要加入大量乳化剂,由其作为连接料制作的油墨配方也较复杂。目前市场上水性丙烯酸乳液体系的油墨在纸质基材上应用广泛。

耐水性差、在塑料基材上附着力不佳仍制约着水性油墨的广泛应用。针对这些问题,人们开发出水性复配乳液。复配乳液是以亲水性高分子低聚物为表面活性剂,与憎水的高分子单体进行乳液聚而得合。这种复合高分子树脂既能均匀分散于水相中,又增强了抗水性能。例如,用丙烯酸改性水性聚氨酯制备的水性油墨,能大大改善油墨的干燥性、抗水性等。

颜料决定着水性油墨的色相和色浓度。一般除了黑色、白色、茶色及金属颜料,大多数都为有机颜料。由于水性油墨的树脂大多为碱溶性的,所以选用颜料时,须使用能耐碱性的颜料。但是,水墨中颜料的分布密度较溶剂型油墨要大,而水的表面张力及极性都与溶剂差别大,使得颜料分散较为困难,直接影响到油墨的稳定性、粘度和pH值等。通过添加表面活性剂可增加树脂和水对颜料的润湿性能,从而提高油墨的光泽度和分散稳定性。随着水性环保油墨的不断发展,开发色泽艳丽、稳定性好、安全性高的颜料仍是今后的研究方向。

助剂对水性油墨起着改善性能的作用。目前常用的水性助剂有润湿分散剂、消泡剂、流平剂、PH值稳定剂、防腐剂等。

润湿分散剂:润湿分散剂能降低颜料与水性树脂乳液的界面张力,提高颜料的分散均匀性和稳定性,同时也能提高油墨的光泽度和遮盖力。

消泡剂:与溶剂油墨相比,水性油墨在印刷过程中会产生大量气泡,影响印刷质量。消泡剂能降低油墨的界面张力,抑制气泡的产生。消泡剂可以在印刷过程中根据情况添加。目前常用的消泡剂有有机硅类和聚醚类。近来人们开发出的有机硅-聚醚复配消泡剂,消泡效果更佳。

pH值稳定剂:PH值稳定剂起调节水墨的PH值的作用。当pH值过高时,碱性太强,油墨的粘度降低,耐水性能变差;当pH值过低时,油墨的粘度升高,干燥速度加快,会造成脏版、起泡等缺陷。一般水墨的PH值在8-9.5为宜,常用氨水、乙醇胺来调节。

防腐剂:水性油墨在存储时很容易引起细菌滋生,导致油墨发霉变质。添加防腐剂能有效抑制油墨的变质,延长保质期。

随着我国包装印刷行业在安全、环保方面投入越来越多的精力。助剂作为水性油墨重要组成部分,也不断朝着安全、无毒、低价方面不断发展。

水性油墨在我国经过二十余年的发展,目前已经成功替代部分溶剂型油墨。但综合多方面因素考虑,它仍有很多不足之处,这些成为水性油墨广泛推广应用的障碍。

(1)成本问题

与溶剂型油墨相比,水性油墨大部分原材料价格都比较高。再加上水性油墨本身的高固含,使其价格远远高于溶剂型油墨。同时,由于水的挥发速度慢,在印刷过程中需要加大风量和提高烘箱温度,这都在一定程度上为企业增加了生产成本。虽然,一些大型企业通过降低印版深度来降低单位面积的着墨量,减少水性油墨消耗;也可通过改造烘道来降低干燥所需的能量消耗,并取得不错的效果。但对于大部分中小企业来说,这些措施在没有推广开前,他们不愿意冒险尝试。

(2)污染控制

水性油墨虽然以水替代溶剂,降低了对环境的污染,但在油墨生产、使用环节会产生污水,这种污水处理起来难度更大,成本更高。另外,对于塑料薄膜印刷的凹版水性油墨体系,为增加油墨在基材上的润湿性和加快油墨干燥速度,油墨配方中都会添加10%-30%的有机溶剂。这种方法与绿色印刷的初衷相悖,且造成尾气回收困难。

(3)技术问题

水性油墨在技术方面也存在不少缺陷,在使用过程中易出现各种问题。首先是油墨干燥速度慢,这极大影响了印刷速度,降低了生产效率。同时,水性油墨的复溶性相对要差,在印刷过程中易造成堵版,需要经常停机洗版,这无疑也增加了劳动成本。另外,水性油墨在印刷过程中需要调节油墨的PH值,这需要对一线操作人员具有较高的技术能力,对员工的培训也需要一定的时间和成本。

虽然水性油墨在目前还存在各种各样的问题,但是它符合当前包装印刷行业安全环保的发展潮流,也是国家大力提倡的绿色环保油墨的一部分。我们有理由相信,随着相关各方面人员的共同努力,水性油墨会朝着低成本、简单化、高效率、安全无污染的方向快速前进。




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