高温耐蒸煮凹版复合油墨在配方上的选材

1 前 言

　　我国的软包装技术发展迅速，水平不断提高，制作的软包装材料款式多样，其中复合软包装材料现已成为国内较成熟的主要包装材料之一。如使用的薄膜基材就有 PET 、 BOPP 、 VMPET 、 VMCPP 、 PE 、 CPP 和 AL 等，未来软包装的趋势向着高阻隔性、耐高温蒸煮性的方向发展。特别是食品、药品等的外用软包装材料，更要求有高温杀毒、环保卫生等高性能，这样就要求有符合如此高性能条件的、适用于高温耐蒸煮的复合印刷油墨与之相配套。 于是，高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨应运而生。

2 高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨及其特性

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨系用有关的氯醋树脂、特殊聚氨酯作连结料，加入一系列的特殊助剂和有机溶剂，配以有耐高温性能的有机颜料经均匀搅拌、分散研磨、调粘对色而成。它适用于低速至高速塑料薄膜里面印刷，基材一般是 PET 、 BOPP 、 NYLON （尼龙）和镀铝膜等复合塑料薄膜。印后的产品既可用于普通的复合工艺，更适用于高温蒸煮的复合工艺，墨膜溶剂残留量低、无臭无毒、环保安全，可用于食品和药品的包装，符合卫生要求。

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨有以下几点特性：①附着牢度高，适用于多种印刷薄膜；②粘度低、流平性好、固含量大、颜色鲜艳、色浓度高、网点重现性佳，适用于层次版的套色印刷；③印刷适性优良，油墨转移性佳，适用于不同的机速和版深；④印品能耐高温蒸煮，一般单组分使用时可水煮达（ 90 ～ 100 ）℃、高温蒸煮达（ 100 ～ 120 ）℃；双组分印刷时加入 3% ～ 4% 固化剂可提高油墨印品的耐高温性能、成膜性能、印刷适性、复合牢度等。

3 配方设计注意要点

3.1 连结料的选择

　　油墨的粘度、流动性、干燥性、转移性、光泽度和固着性等性能主要由连结料所决定，其耐酸碱性、耐高温蒸煮性等特性也与连结料的性能密不可分。因而高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方的开发重点就在于有关连结料的研究和选择。目前能够适用于高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方的连结料，提高油墨身骨的树脂只有氯醋树脂和聚氨酯树脂。

　　氯醋树脂实名为氯乙烯（ VC ）和醋酸乙烯（ VAC ）的共聚物，它实质上是干燥的漆基，在配方中所含的挥发性有机溶剂蒸发后即形成薄膜。在高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方中，一般选用成膜后具有高韧度、有持久柔顺性、抗磨耐损性、低水溶胀性、低透气性、耐高温蒸煮性等特点的氯醋树脂。由于凹版油墨应用在各种不同的塑料薄膜基材上，这些塑料薄膜表面光滑，因此，在油墨配方中选择该类型的氯醋树脂时，应考虑氯醋树脂分子中带有羧基（— COOH ）的一类，因此类氯醋树脂在表面光滑的基材上表现有很好的附着力，尤其是对铝箔等基材。所以，含有羧基的氯乙烯和醋酸乙烯以及二元羧酸的三聚物（即是三元氯醋树脂）是高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方中必不可少的连结料之一。酮类、酯类和氯化烃类是含有羧基的氯醋树脂的常用溶剂，油墨用的三元氯醋树脂一般是先用丁酮、异丙醇、醋酸乙酯、甲苯等混合溶剂配成固含量为 20% 左右的氯醋树脂液，用卡仑桶或储油罐存放待用。

　　聚氨酯塑料 (PU) ，化学名称为聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料，它是聚氨酯单体树脂液与聚醚多元醇或聚酯多元醇经催化剂及其它助剂反应而得的泡沫塑料，按原料的组分不同，分为聚醚型和聚酯型两种，并有软质和硬质之分。油墨配方中所用的聚氨酯树脂液只是以上所说的聚氨酯塑料（ PU ）的单体成分，经过改性并配以酮类和酯类等有机溶剂，固含量一般为 30% 左右，无色或浅黄色透明粘稠状液体。作为油墨的连结料，该类聚氨酯树脂液分子中一般含有— NCO 基团，分子的聚合度较少，但是分子结构复杂，种类繁多，其中的简单单体就有甲苯二异氰酸酯（ TDI ），二苯基甲烷二异氰酸酯（ MDI ），多苯基多次甲基多异氰酸酯（ PAPI ），三羟基聚醚（甘油聚醚）。市面上出售的油墨用聚氨酯连结料，就是经过改性的聚氨酯单体树脂液，引进一些重要的分子官能团，使其成膜后具备各种优异的性能。特别是与某些固化剂（主要成分为聚醚或聚酯多元醇化合物）反应后能生成性能各异的墨膜，如具有软质、较高的拉伸强度、较好的耐油耐溶剂性、优异的绝热和阻隔性等；特别是耐高温蒸煮性，是在设计高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方时，要考虑选用该类聚氨酯树脂液作主连结料的主要因素。

　　在选择油墨用的聚氨酯树脂液时，要求做成的油墨具有与塑料薄膜优异的粘结性，墨膜有很好的耐热耐水煮性，溶剂释放性好、残留量少，对颜料的润湿性良好，光泽度高等性能。现市面上出售的油墨用聚氨酯树脂液，主要组成部分多数为聚氨基甲酸酯化合物、异丙醇、丁酮、甲苯等，外观为无色或浅黄色透明粘稠液体，固含量一般为 25% ～ 35% ；在油墨配方中添加量通常为 35% ～ 45% 。

3.2 颜料的选择

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨对颜料有一系列的特殊要求：①颜色要鲜艳；②光泽度要好；③着色力要高，这是衡量颜料使用意义和经济价值的条件；④透明性和遮盖力要好，根据油墨用途的不同，对颜料的透明性与遮盖力有不同的要求；⑤吸油量要小，这样才能使油墨浓度易于提高，墨性容易调节；⑥润湿分散性要好，颜料在油墨连结料中的分散能力直接影响到制备油墨的成败；⑦其它物化性能，如耐光、耐热、耐溶剂、耐酸碱、耐迁移等各项性质兼而有之的颜料很少，只有根据应用方面的特殊要求，选择合适的品种。

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨用的颜料首先要耐溶剂，其次要有耐高温蒸煮性，能承受 160 ℃ 以上高温而不分解变色。按照标准，油墨中应用的黑色颜料全部是炭黑；白色颜料多数选用金红石型钛白粉；色墨则要有条件地试验选用，例如经过颜料化处理的缩合偶氮类、苯并咪唑酮偶氮类、酞青蓝和酞青绿等，它们都能经 200 ℃ 高温而不变色。

3.3 润湿分散剂的选择

　　颜料的润湿分散是高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨制造技术的重要环节，把颜料粉碎成细小的颗粒，均匀地分布在油墨的连结料中，以期得到一个稳定的悬浮混合体系。油墨中的颜料分散相当复杂，一般认为有润湿、粉碎、稳定三个相关过程。润湿是指用树脂液、有机溶剂或添加剂，取代颜料表面上的吸附物如空气、水分等，即由固 / 气界面转变为固 / 液界面的过程；粉碎是指用机械力把凝聚的 2 次团粒分散成接近一次粒子的细小粒子，构成悬浮分散体；稳定是指形成的悬浮分散体在无外力的作用下，仍能处于分散悬浮状态。润湿分散剂实质是一种特殊的表面活性剂，对颜料兼备润湿和分散两大功能。它的润湿分散作用就是降低物质的表面张力，使表面活性剂的分子吸附在颜料的表面上，从而产生电荷斥力或空间位阻，防止颜料产生有害的絮凝，使分散体系处于稳定的悬浮状态。高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨用的分散剂一般为阴离子型的表面活性剂，它的主要成分为碳酸酯或者特殊的金属铝铬合物，浅黄色或黄棕色液体，是油溶性分散剂，改善颜料在油墨中的分散性能，防止油墨中颜料的溢流和变色，提高色浓度和展色力，增强墨膜与塑料薄膜的附着力和复合牢度。

3.4 蜡粉的选择

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方中通常要添加一些特别的蜡粉，它能为印品墨膜提供优良的抗磨抗刮性，防粘和增加油墨的流动性，提高印刷适性和改善后加工性能等。由于蜡粉颗粒直径在 5 m m 左右，比颜料粒子直径和墨膜的厚度大，因而蜡粉颗粒能突出墨膜，使墨膜表面粗糙。当塑料薄膜印刷上油墨收卷长时间放置时，粗糙的墨膜有利于防止背面粘连，也有利于在后加工的胶水均匀涂布，增强复合牢度。在油墨中加蜡粉，还能消除在高速印刷过程中油墨容易脱落在滚轴上的弊病。

　　高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方多数要选用熔点高、硬度强的分子直链型合成聚乙烯蜡，有前加和后加两种方式，一般添加量为油墨总重量的 1% ～ 2% 。正常情况下是在油墨研磨前加入，有利于分散和提高流动性，注意研磨温度不要过高，以免蜡粒子发生变形和凝聚，影响性能。也有配以树脂和有机溶剂做成膏体，在做墨的调粘对色阶段添加，但是这样做就要防止某些渗透力强的有机溶剂溶解蜡粒子，产生再结晶而返粗，失去应有的性能。

3.5 抗静电剂的选择

　　凹版塑料油墨在高速印刷时，由于积聚静电会引起偏移、模糊、斑点、胡须、边缘排斥等问题，严重时甚至会发生火灾、爆炸等恶性事件。因此在油墨中添加抗静电剂，就是为了降低在印刷过程中塑料薄膜表面电阻，消除静电以解决印刷中出现的上述问题。塑料和油墨中一般选用阴离子型的抗静电剂，包括高级脂肪酸盐、烷基磷酸酯盐、烷基硫酸酯盐和磺酸酯盐等，该类型的化合物能溶于水、酮类、醇类、苯类等有机溶剂，商品是以含有活性物 30% ～ 60% 不等的有机溶剂水溶液出售。高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨主要是选用磷酸乙酯的异丙醇溶液作为抗静电剂，加入量占油墨总量的 0.1% ～ 0.3% ，对墨性无任何不良影响。

3.6 附着力促进树脂和气相二氧化硅粉末的选择

　　在聚氨酯和氯醋树脂的油墨体系中，由于氯醋树脂本身的柔韧性不够，需要使用附着力促进树脂来提高其柔顺性。高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨配方中就要添加一些改性的氯化聚丙烯树脂液，其固含量一般为 20% 左右，提高聚氨酯油墨在塑料薄膜上的粘着力，增强分散效果和流动性。

　　气相二氧化硅粉末，也叫哑光粉，一般经过有机表面处理，分散容易。它在高温耐蒸煮凹版塑料复合油墨中的作用是：①防止颜料沉降，保持油墨的长期流变性能和细度；②改善油墨在上机印刷时墨膜的流挂性能，防止水纹的产生；③也能像蜡粉一样，有利于胶粘剂的均匀涂布，提高复合牢度。

3.7 有机溶剂的选择

　　塑料凹版油墨主要是靠溶剂挥发干燥成膜，当油墨被印刷在承印物表面上时，由于溶剂挥发，墨膜厚度降低并收缩。油墨溶剂挥发成膜主要分为两个阶段：第一个是“湿阶段”，受表面层控制；第二个是“干阶段”，溶剂挥发速率受溶剂在整体墨膜里面扩散所控制。有真溶剂时，保证树脂和其它聚合物的充分伸展并相互作用，流平性好。若真溶剂挥发过快，残留溶剂中只为助溶剂时，聚合物分子就倾向于形成紧密的卷曲，甚至析出。尤其重要的是溶剂挥发引起吸热冷却和聚合物浓度上升，使墨膜的表面张力提高，产生溶液自低表面张力区向高表面张力区流动，这就是峰窝流，易产生“桔皮”和浮色现象，所以保持必需量的真溶剂是保证墨膜流平性的重要条件。

　　对聚氨酯和氯醋树脂的油墨体系来说，甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、丁酮、异丙醇是常用溶剂外，还要选择甲基异丁酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚等特殊性的有机溶剂。其中苯类和醇类对聚氨酯和氯醋树脂来说只是助溶剂，酮类和酯类虽是真溶剂，但是挥发速度太快。因而还要采用甲基异丁酮、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚等特殊的溶剂，调节挥发速率和溶解度，增强混合溶剂的色散力，提高溶解参数，使油墨始终呈现一个良好的流体状态，保证印刷工作的顺利进行。



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