水性油墨性能及应用分析

水性油墨性能及应用分析
本文介绍了水性油墨的性能及其在印刷领域的实际应用情况。（转自：中国印刷港）

随着人类环境保护意识的不断增强，绿色环保已成为21世纪的发展主题。近年来，很多国家已在包装印刷方面增加了许多卫生、环保方面的要求和制约条件，尤其是对食品包装印刷，由于使用有机溶剂油墨和上光油．会排放碳氢化合物．污染空气．并有损健康．所以目前发达国家的食品包装印刷已基本上不再使用溶剂型的印刷材料，而是研究开发和应用公害小，污染少的绿色包装印刷材料．可见有利于环境的绿色包装印刷材料必将更加受到重视和发展。

一、水性油墨的组成

水性油墨是由特定的水性高分子树脂、颜料、水，：添加助溶剂经物理化学过程组合而制备的油墨，简称：墨。溶剂的不同是水性油墨与溶剂油墨的最大区别．水油墨是以水作为溶剂．油墨转EI~fJ承印物后，水分挥发i环境中或者渗入承印物中．油墨随水分的挥发而干燥。：性高分子树脂是水性油墨最主要的组成部分，它在水墨I主要起连结料的作用．它使颜料可以均匀分散，使油墨：有一定的流动性，并提供与承印物材料的粘附力，使油能在印刷后形成均匀的墨层。目前研制与开发使用较多的是碱溶性树脂，这类树脂可以被水溶解．制成水性连结料，印刷干燥后变成不溶于水的物质。

水性油墨的色相主要取决于颜料．颜料以微粒状态均匀地分布在连结料中，颜料颗粒能够对光线产生吸收、反射、折射和透射作用．因此能够呈现一定的颜色。一般要求颜料具有鲜艳的色泽．适合的着色力和遮盖力．以及较高的分散度。此外，根据使用目的的不同．还可以选择具体不同耐抗性的溶剂。溶剂的作用是溶解树脂．使油墨具有一定的流动性，在印刷过程中能够顺利地实现转移．并对油墨的黏度和干燥性能进行调整。助剂对水墨性能的影响很大．是水墨不可缺少的重要组成部分。水墨中常用的助剂有PH值稳定剂、慢干剂、消泡剂、冲淡剂等。

二、水性油墨的环保安全特性

水性油墨区别于溶剂型油墨最大的特点在于所用的溶解载体。溶剂型油墨的溶解载体是有机溶剂，如甲苯、乙酸乙酯、乙醇等．而水性油墨的溶解载体是水和少量的醇(约3％～5％)。由于用水作溶解载体．水性油墨具有显著的环保安全特点：安全

无毒 无害 不燃不爆 几乎无挥发性有机气体产生，主要表现在以下四个方面。

1．对大气环境无污染。由于水性油墨用水作溶解载体．所以无论是在其生产过程中，还是被用于印刷时．几乎不会向大气散发挥发性有机气体(VOC)，而VOC被认为是当今全球大气环境的主要污染源之一。这是溶剂型油墨所无法比拟的。溶剂型油墨在生产过程中，散发出大量的低浓度VOC。根据估算．一般溶剂型油墨制造工厂．若采用未完全密闭的生产设备，有机溶剂的挥发损失约占油墨产量的0．3％～1％。而对于低浓度VOC的处理，除了绝少数油墨工厂采用如活性炭吸附等高成本的处理方法外．大多数都高空直接排入大气。不仅如此，在印刷过程中，溶剂型油墨中的有机溶剂几乎完全被干燥而快速挥发出来．除了在印刷机上方的高浓度VOC被采用如催化燃烧或微生物处理工艺处理外，弥漫在印刷车间空气中的低浓度VOC往往被直接排入大气，如果按照溶剂型油墨中有机溶剂所占比例为25％～35％

计算，其直接排入大气环境的VOC数量相当惊人。而水性油墨恰恰克服了这一缺点。这一独有的对大气环境无污染的特点正在被越来越多的印刷企业所看好。

2．减少印刷品表面残留毒物．保证食品卫生安全。水性油墨完全解决了溶剂型油墨的毒性问题。由于不含有机溶剂，使得印刷品表面残留的有毒物质大大减少。这一特性．在烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装印刷产品中更体现了良好的健康安全性。在人类越来越重视食品安全的当今．已经关注到了食品包装的卫生安全．对包装材料和包装印刷的有害物质的残留量都非常重视。如肯德基、麦当劳等快餐公司对其食品包装上溶剂残留量都有严格的限制。上海烟草集团公司对烟盒上苯类物质的残留量也要求严格。使用溶剂型油墨的印刷品要达到食品卫生安全的要求相当困难．而这对于使用水性油墨的印刷品．却是轻而易举的事。

3．减少资源消耗和降低环保成本。由于水性油墨固有的特性——

同形物含量较高．可以在较薄墨膜沉积。因此相对于溶剂型油墨．它的涂布量(单位印刷面积所消耗的油墨量)要少一些。经过试验．与溶剂型油墨相比．减少了约10％的涂布量。也就是说，印刷相同数量和规格的印刷品．水性油墨的消耗量较溶剂型油墨减少了约10％。不仅如此，由于印刷时需要经常清洗印版．因此使用溶剂型油墨印刷．需要使用大量的有机溶剂清洗液，而使用水性油墨印刷．清洗的介质则主要是水。从资源消耗的角度看．水性油墨更加经济．符合当今世界提倡的节约型社会的主题。

4．提高了作业环境的安全性，保障接触操作人员的健康。溶剂型油墨在其生产制造过程中和印刷时都相当危险。有机溶剂和溶剂型油墨本身是易燃液体．有机溶剂很容易挥发．在空气中会形成爆炸性混合气体．达到爆炸极限浓度后遇到火星即会发生爆炸。因此．生产作业环境的火灾爆炸危险性相当高。按照中国目前的法规，溶剂型油墨的生产属于危险化学生产．必须具备完善的危险化学品的生产和管理条件才能取得生产的许可证。有机溶剂特有的毒性对于生产作业人员的健康极为不利。国家卫生监督行政部门将此类作业定义为职业危害性作业．对作业现场空气中的VOC浓度有严格规定．作业人员须定期做职业健康体检，以保障接触操作人员的健康。

三、水性油墨的应用概况

从印刷方式上看，水性油墨目前对胶印还不适用，其最主要的应用领域是柔性版印刷与凹版印刷。

1．在柔性版印刷领域的应用。我们知道，柔性版印刷与凹印产品大多数是包装产品，其中食品包装．烟酒包装、儿童玩具包装等对卫生条件要求严格的包装印刷品占相当大的比例。因此，迫切需要”绿色”印刷材料，而水性油墨无疑成为最佳的选择之一。在全世界掀起的”绿色革命”浪潮的冲击下，柔性版印刷发展很快，最主要的原因是柔性版印刷绝大多数都采用水性油墨．具有优良的环保性能，符合现代包装印刷的发展趋势。在美国有95％的柔性版印刷产品采用水性油墨，在日本，70％

柔性版用于瓦楞纸板的印刷，其中9

5％都已使用水性油墨。在我国，柔性版印刷占的比例与日俱增，国内现有窄幅柔性版印刷生产线近200条，年需水性油墨10多万吨。

2．在凹版印刷领域的应用。水性凹印油墨于20世纪70年代就广泛应用于包装纸、厚纸板纸盒的印刷中．由于纸印刷中蒸发干燥与吸收干燥较好，因此水性油墨的干燥问题比较好解决，普及也较早。在美国有80％

的凹版印刷品采用水性油墨。另外．从整体上看．水性凹印油墨迟迟得不到进一步普及的一个重要原因是凹印速度和印刷质量与凹印干燥机的性能之间的矛盾没能得到解决。

3．在网印领域的应用。目前已经大量使用水性网印油墨的国家有瑞典、德国和美国。自20世纪80年代以来，国际上已开发出用于织物、纸、PVC

PS、铝箔及金属上网印的有光和无光水性油墨。我国的网版印刷发展速度很快，而网印水性油墨的研制开发及普及的进展速度却较缓慢。值得欣慰的是，我国在网印水性油墨研发上已引起人们的关注．经过几年的努力已取得一些成果。据报道，我国在纸张和塑料等承印材料上已经应用了网印水性油墨。

四、水性油墨性能对印刷质量的影响

1．黏度。黏度是水性油墨应用中最主要的控制指标．是阻止流体流动的一种性质。由于黏度直接影响着油墨的转移性和印刷质量，因此对油墨黏度的控制就显得非常重要。在印刷过程中．水性油墨的黏度会影响到以下这些因素：油墨在承印物上的铺展性、网点的扩大率、图像阶调层次的再现性、印刷品的色强度等等。水性油墨的黏度过低，就会使油墨在干燥前产生一个缓慢的扩展，或者由于水墨的铺展不匀而导致墨膜的不平整，造成光泽度低、色浅、网点扩大、传墨不均匀等弊病。而水性油墨的黏度过高．则油墨的转移性能会比较差，印刷时很难转移到印版上．造成印刷品色强度差，同时容易出现脏版、糊版等弊病。

2．pH值。水性油墨通常呈碱性．因为水墨是以丙烯酸碱溶性树脂作连结料的，丙烯酸树脂呈酸性本身不溶于水，只有加入氨或胺类物质并在一定的搅拌条件或者温度条件下．发生中和反应生成可溶性盐才能溶于水，因而溶解度的大小取决于pH值的大小．同时水墨是呈碱性的。pH值的大小是影响水墨稳定性和干燥性的重要因素。如果pH值太高．体系的碱性太强，则会过度地溶解体系中的碱溶性树脂，因而水墨黏度变得过低．Ep,~J时容易产生气泡，水溶性变好．但干燥速度降低．同时耐水性变差。如果pH值过低，碱性太弱，即体系中的碱溶性树脂得不到很好的溶解，导致水性油墨黏度增大，干燥速度变快，容易造成印版和网纹辊的堵塞，引起版面上脏。印刷时若要保持水墨性能的稳定。一方面要尽可能避免氨类物质的外泄．盖好油墨槽的上盖．另一方面要定时定量地向墨槽中添加水墨PH值稳定剂。当PH值为8～9时．水墨的综合印刷性能最好。

3．细度。水性油墨的细度是指油墨中颜料颗粒的大小及其在连结料中分散的均匀程度．它是一个很重要的质量指标．直接影响到水墨的印刷质量。水性油墨的细度通常是在生产水墨色浆过程中完成的，在生产色浆过程中最好要加入分散剂和润湿剂．使得水墨的细度达到一定的要求。油墨的细度不仅会对油墨的着色力

色相等性能产生一定的影响．还会影响到油墨的流变性。通常油墨的细度越好．其浓度也就越大．着色力也就越强，产品印刷质量就越高。反之，油墨的细度低．颜料的颗粒粗．印刷过程中摩擦系数大．就会降低印版的耐印力。并且颗粒粗的油墨．在印刷网点图案时．容易引起网点边缘发毛或空虚的现象．并可能导致糊版、积墨以及传墨和布墨不均等弊病。但如果油墨颗粒太细．则油墨的流动性过大．将会造成网点扩大．也会影响到印刷质量。细度按GB／T13217_3—

9l检测．一般水墨的细度在5～25微米。

4．光泽度。油墨的光泽度是指油墨印样在某一角度反射光线的能力，主要是靠连结料干燥后结膜产生的。光泽度是水墨的一项重要性能指标，它对印品的外观质量有很大的影响。光泽度好的．印品色泽鲜艳．看起来比较精神．迎合了人们的心理需要．因而比较受欢迎；光泽度差的．色泽比较暗淡，给人一种陈旧、抑郁的感觉，就会大大降低产品的宣传效果。目前水墨普遍存在着光泽度不高的情况，严重制约了水墨在某些领域的应用和发展．因而提高水墨的光泽度是开发高档水墨急需要解决的一个问题。

5．干燥速度。水墨的干燥方式主要是挥发型干燥和渗透型干燥。油墨的干燥性能是指油墨转移到承印物上之后干煤所需要的时间，高档水墨要求具有快干性．因而干煤速度也是影响水墨质量和性能的重要因素之一。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。水性油墨的干煤速度取决于印刷机的印刷速度、干燥设备的干燥能力、承印物材料的性能以及油墨自身的组成成分。如果油墨干燥太快．就会在印版和网纹辊上干燥并逐步堆积．并有可能堵塞网纹辊．造成半色调网点的丢失或者破坏．实地部分出现漏白等等。如果油墨的干燥速度过慢，在多色叠印中还会引起背面粘脏。实际上，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，比如黏度过高会使油墨的干燥速度降低．PH值过低则会使油墨干燥过快。因此．在印刷过程中应该首先调整并控制好水性油墨的黏度和PH值．然后再根据实际印刷速度向油墨中加入适量的快干剂或者慢干剂．调节水性油墨的干燥速度。

6．色浓度。油墨的色浓度也就是油墨颜色的深浅．生产工艺情况表明．油墨色浓度是影响印刷质量的重要因素之一。色浓度高的水墨．印品色彩鲜艳．饱和度高，色调再现性好。而目前水墨普遍存在着色浓度不高．印刷效果不好的情况。影响水墨色浓度的因素有颜料、分散度，黏度等等。颜料是油墨的着色物质．在油墨中起到显色作用。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．水墨色浓度越高．同时颗粒细、比重小、遮盖力强、稳定性好、色彩鲜艳的颜料．制成的水墨色浓度就高。另外颜料在连结料中分散度高低．对水墨的色浓度也有影响。由于颜料不溶于水也不溶于连结料，但可以均匀地分散在连结料中．分散度反映颜料颗粒的大小．颗粒越小的颜料其分散度越高。一般提高分散度能使颜色变得鲜艳．水墨的色浓度也就越高。黏度也是影响水墨色浓度的一个因素．调小水墨的黏度．色浓度降低．反之色浓度升高，但是也不可以一味地利用黏度来改变色浓度．否则会造成水纹、光泽度低等问题。

五、水性油墨未来的发展趋势

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。以水性印刷为主要发展对象的包装印刷在国际上已经形成一种趋势。从国际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．多色套印方面发展。在美国和一些欧洲国家已禁止使用含苯的溶剂型油墨．取而代之的是绿色环保型油墨。目前．美国塑料印刷中有40％采用水性油墨。其他发达国家，如日本，德国，法国等，在塑料薄膜印刷中也越来越多地使用水性油墨，英国已立法禁止使用溶剂型油墨印刷包装食品用的薄膜。近年来，我国对食品的包装也做出了一些规定．水性油墨印刷的地位在我国正得到不断的提高．目前我国软包装方面的水性油墨以占35％ 的用量排在其他印刷油墨之首。