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几种柔性版油墨干燥特性分析与研究

《广东印刷》2011年第3期 作者:刘淑凤 更新日期:2011-08-01

近年来柔性版印刷领域发展迅猛,其发展前景被看好,是未来包装印刷领域的主要印刷方式之一。而油墨是印刷过程中所使用的呈色物质,不同类型的油墨由于组成成分及性质不同,使得其干燥机理及对环境的影响有所不同,本文主要探讨了柔性版印刷中使用的溶剂型油墨、水性油墨及UV油墨的不同干燥方式及表现出来的优缺点。
油墨是由色料、连接料、填充料和助剂混合而成的物质。色料为油墨提供颜色;连接料是油墨中的液体成分,是色料和填充料等固体粉末的载体,它将色料和填充料均匀分散其中,使油墨具有适当的流变性能和干燥性能。同时它又是一种成膜物质,颜料要依靠连结料的干燥成膜性牢固地附着在承印物表面;填充料在油墨中能起到调节油墨的稠度、粘度、粘性、流动性和屈服值等墨性,并有调整油墨浓度的作用;助剂是为了改善油墨的某些性能而加入的辅助材料,如增塑剂、润滑剂、消泡剂等。在油墨的几种组成成分中,连接料决定着油墨的干燥性和膜层品质,下文主要从连接料的角度展开阐述。
1.溶剂型油墨
溶剂型油墨的连接料主要是溶剂加树脂组成。树脂主要是聚氨脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯、酚醛树脂、EVA树脂、PP树脂、氯化PP树脂等。溶剂有醇类、酯类、苯类、酮类、醚类等有机溶剂,溶剂型油墨的有机溶剂占到油墨总量的30%~50%,在喷涂油墨中占到80%左右。其干燥机理主要是依靠油墨中的溶剂向空间挥发来完成干燥,其干燥过程为:油墨转移到承印物上以后,连结料中的溶剂向空气中挥发,剩余的连结料(主要是树脂)与颜料一起形成固体膜层,固化在承印物表面。
由于溶剂型油墨以溶剂挥发使树脂等凝聚而干燥,具有快固着,迅速干燥的特点,适合于高速印刷,另外由于其油墨中含有大量的有机溶剂,流动性好,表面张力低,附着力强,适应于吸收性和非吸收性等承印物的印刷。印刷表面具有很好的流平性与光泽、光亮感,并且具有优良的过网性能,使精细图案和细小文字的印刷成为可能。
溶剂型油墨的缺点在于其干燥过程中会挥发出大量的有机化合物(简称VOC),长期接触会使皮肤干裂,渗入皮肤和血液,会随血液危及人的血球及造血功能,被吸入人体会对肝、肾造成一定的损伤,工人长期处于这种环境工作对神经系统造成极大损伤。因此,对于使用溶剂型油墨印刷的产品需检验其VOC的含量。例如在国家烟草行业标准YC263—2008中,对于挥发性有机化合物主要有十六种物质:苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、丙二醇甲醚、4-甲基-2-戊酮、环己酮,其所要求的含量如下表:
表1 卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的技术指标
2.水性油墨
水性油墨的连接料是由水、树脂、胺类化合物及其他有机溶剂组成,树脂主要是使用水溶性丙烯酸树脂。水性油墨的干燥机理和过程和溶剂型油墨是一样的,只是挥发的主角由溶剂换成了水,水的挥发速度直接影响着油墨的干燥速度。
水性油墨的优势在于其使用的溶剂为水或醇类,明显的减少了VOC的排放,能防止大气污染,不影响人体健康、不易燃、墨性稳定、不腐蚀印刷基材、防止迁色、抗水性强等。它不仅可以降低由静电和易燃溶剂引起的失火危险隐患,还可以减少印刷表面残留的毒性,而且清洗印刷设备很方便,故特别使用于食品、饮料、药品等包装行业,以及与人身直接接触的产品如T恤及其他纯棉、弹性布料,鞋垫的印花行业也有相当广泛的用途。它是世界公认的环保材料,也是目前所有印刷油墨中唯一经美国食品协会认可的油墨,因此使用水性油墨的用量也越来越大。
水性油墨在使用过程中需控制的指标是PH值,其正常的PH值范围是8.5~9.5。当PH值高于9.5时,碱性太强,油墨的粘度降低,干燥速度变慢,耐水性能变差,而当PH值低于8.5时,碱性太弱,粘度会升高,墨易干燥,堵塞版及网纹辊,引起版面上脏,并且产生气泡。另外,水性油墨同溶剂型油墨相比其印品的表面光泽度较低,限制了其在光泽精细度要求较高的场合应用。同时,水性油墨的干燥时间也是应该注意的问题。
3.UV油墨
UV油墨的连接料为UV型连接料,主要为光固树脂+交联剂+光敏剂组成,其干燥机理是利用紫外线照射使光敏剂分解形成自由基,这些自由基使光固树脂与交联剂交联固化在承印物表面。其干燥过程为:油墨转移到承印物上以后,光敏剂受到紫外线的照射被激发形成自由基,自由基使光固树脂和交联剂交联共聚,从而完成干燥过程。
UV油墨的优势在于印刷过程中没有溶剂挥发,固体物质100%的留在承印物上,很薄的油墨层就可以达到良好的印刷效果,在UV光的照射下,油墨能够瞬间干燥,可立即叠起堆放以及进行后续加工。并且在印刷过程中不向空气中散发有机物,不影响人体健康,不易燃,适用于食品、饮料、药品等卫生条件要求高的包装印刷品。
由于UV油墨的干燥装置工作时会产生很高的温度,这些热量如果不及时排除,会缩短UV灯管的使用寿命,同时,也会使承印物变热,如果是在热敏塑料上印刷的话,太多的热量会带来套印问题,因此必须设有冷却系统,减少干燥器的输出能量。同时应做好车间的通风,因为UV油墨在固化时与氧气反应会散发臭氧,致使UV油墨印品有气味,一般采用密封性能较好的通风管道即可,在机组间和收纸台上方都要安装。
综上所述,柔性版印刷主要使用的三种油墨在使用过程中由于其连接料组成及干燥方式的不同各有优缺点,在实际印刷过程中需根据印品特点合理的选择使用油墨的种类。