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塑料薄膜水性凹版印刷油墨的应用和最新发展
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浅谈烟包凹版印刷用水性油墨的配方设计
【摘要】本配方设计过程中采用特殊工艺制作水溶性树脂液，并遴选国内外功能助剂及颜料制作出水性油墨用色浆；对水性色浆采用乳液型树脂及相关功能助剂进行调整，制作出满足烟包凹版高速印刷的水性油墨。【关键词】烟包凹版印刷 水性油墨 配方设计1 烟包用水性凹版油墨的开发背景在我国凹版印刷领域中，目前仍然在大量使用溶剂性油墨，一方面溶剂油墨在使用过程中所大量排放的碳氢化合物对大气造成了极大的污染，日益带来环境的恶化；另一方面在食品包装及人体接触包装中的溶剂残留也给人体造成直接的危害，因此在印刷油墨中要求减少甚至完全不用有机溶剂的呼声此起彼伏，所以，将凹版印刷油墨水性化作为防污染大气的理想手段，就越来越受到印刷行业和油墨行业的关注。（剩余2524字）
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提示： 根据笔者经验，在此再谈几点体会，以供业内同仁和读者共同探讨。(1)目前市售的乳液型塑料水性油墨，一般在室温5℃以下，大部分水性油墨都会出现果冻现象。但由于采用的配方不同，有的油墨厂家生产的水性油墨在温度低于20 ℃时就会出现果冻现象，这是一个非常棘手的问题！如此略有温度差别即出现果冻现象就无法印刷了。(2)
&&& 根据笔者经验，在此再谈几点体会，以供业内同仁和读者共同探讨。
(1)目前市售的乳液型塑料水性油墨，一般在室温5℃以下，大部分水性油墨都会出现果冻现象。但由于采用的配方不同，有的油墨厂家生产的水性油墨在温度低于20 ℃时就会出现果冻现象，这是一个非常棘手的问题！如此略有温度差别即出现果冻现象就无法印刷了。
(2)现在的塑料水性油墨还离不开乙醇，但是，如采用发酵型乙醇，在夏天运输途中及储存环境温度偏高时特别容易发生再发酵反应生成乙酸，致使塑料水性油墨产生异味而只能报废。因此使用水性油墨时一定要向供应商咨询明白，注意季节性气候带来的副作用。
(3)塑料水性油墨在印刷中的起泡现象还没有得到彻底解决，加消泡剂会影水性油墨的性能。现在有设备厂家试探采用递墨辊传墨解决该问题，但由于未进行正式的中试，该法实际效能如何，还尚待进一步考察后才能下定论。
(4)与塑料溶剂墨的印刷成本相比塑料水性油墨的使用成本相对要低，从以下几个方面可以说明。
&&& ①从单价方面水性油墨现在5原色平均单价为35元／kg，而溶剂墨的5原色平均单价为25元/kg。
&&& ②从性能方面水性油墨普遍具有多功能性，可以一墨多用，印刷于不同薄膜上，而溶剂墨一般不具有这样的功能。
&&& ③从耗墨量方面& 水性油墨凹印一般制版深度为15～28μm，以白墨为例，每千克水性油墨如作满版印刷能印180～200m2；而用溶剂墨，须用35～48μm深度印版印刷出来上述标样的效果，印刷面积则为100~120 m2（说明溶剂墨耗墨量大或每千克油墨的印刷面积大为减少）。其他各种色墨情况也差
不多。如此水性油墨使用量可较少，仅相当于溶剂墨用量的七成，所以它实际单价就相当于24.5元/kg。
&&& ④从溶剂方面水性油墨基本上在使用时就是添加自来水（仅2元／t），几乎可以忽略不计；溶剂墨印刷时必须用有机溶剂来稀释，因企业的作业环境不同，如通风、温度等原因，造成稀释用有机溶剂用量的不同，一般为溶剂墨用量的50%-100%。按混合溶剂单价10元/kg计，等于在25元/kg单价基础上平均增加了7.5元/kg的有机溶剂成本。所以，相当于溶剂型油墨的成本价在32.5元／kg以上，由此得出比水性油墨综合成本高三成左右。
(5)现在在国外还有一种新的降低印刷油墨成本的采购模式，这种模式是将水性油墨按成分拆开购买．也就是向油墨生产厂只购买色浆，另外向树脂生产厂或经销商购买树脂。因为树脂在水性油墨的配方中所占的份额较大，树脂经过了油墨厂必定会增加费用，成本就会增加。另外一种材料则是几乎不花钱的水。采用这种模式，减少了运费，减少了包装。按照这种模式生产出来的水性油墨，单价在25元／kg左右，再按耗墨量、溶剂的成本等计算方式，实际单价在17.5元/kg左右。应用这种低价位品质的水性油墨不但使印刷企业减少印刷成本，还可以帮助企业冲减因石油原材料涨价所带来的风险。这个模式在国外大行其道，在我国也有部分的凹版、柔版纸张印刷企业采取这种模式，它不仅可降低印刷成本，而且可根据印刷需要随时变换墨种。如可将表印墨变成复合墨，复合墨变回表印墨，凹版复合墨调整为柔版印刷墨等。不过该模式目前尚不适合塑料软包装凹版印刷，因为现在的塑料水性油墨生产厂家还非常不成熟，况且现在市售的树脂尚难满足塑料水性油墨的要求，一般油墨厂生产的色浆也很难满足塑料水性油墨特性要求，故目前我们还以用油墨厂直接供应的水性油墨成品为宜。
(6)塑料水性油墨凹印时黏结不实的因素及解决办法分析如下。印刷品的好坏直接影响产品的地位，影响企业的效益及发展前途。塑料水性油墨凹印也同溶剂墨一样，虽然随着技术的提高，印刷质量得到了提高，但塑料水性油墨凹版印刷是一项专业性较强的技术，在实际使用时常发生质量问题。如印刷品实地不实（色块出现斑点）、图文线条残缺、印刷品有刀线、层次再现性差或网点丢失等着墨不实等不良现象。层次再现性不良又常常发生在网线深度20μm以下的层次版上面居多。总结起来有多种因素。
&&& ①塑料薄膜表面张力不良& 塑料软包装最常用的聚乙烯、聚丙烯等薄膜属于非极性材料，表面致密、光洁，表面张力仅为29～30mN／m，表面张力偏小，导致油墨的转移不理想；表面光滑、无毛细孔存在，油墨层不易固着或固着不牢，印好一色，容易被下一色叠印的墨黏掉，使图案及文字不完整，造成缺陷。另外，经电晕处理过的表面存在羧基等基团（红外光谱测得）及印刷过程中薄膜添加剂的析出（在其表面形成一层油质层）等，均会影响油墨在薄膜表面牢固黏结，这也是油墨着墨不实的根本原因所在。因此需要通过电晕处理法等提高塑膜的表面自由能，电晕处理后，通过放大镜可以看到原来致密、光洁的表面呈现出凹凸不平状毛孔而变得粗糙，由此基材与墨层的亲和性、相容性增大了，油墨附着力也就增强了。但是这种处理方式一般只能使基材表面张力达到40mN／m左右，对于水性油墨来说还希望强化处理至45mN／m以上。
&&& ②油墨堵版引发印刷时着墨不实故障一般来说，在凹版印刷中，印版网穴中的油墨只有1／3～2／3转移到承印材料表面，导致印刷品出现斑点的原因有以下几个。
&&& a．水性油墨于涸于印版表面网穴中，这是堵版的主要原因之一。由于水性油墨干燥后不复溶，故因油墨黏度高、印刷速度过慢或不适当停机等都会造成堵版，尤其是网纹印版．此现象较为常见。水性油墨的黏度及干燥控制极为重要，所以在实际印刷中应注意：如果黏度过高，水性油墨中水含量相对较少，更易于挥发而干涸，因此必须适当降低水性油墨的黏度；水性油墨干燥过快，容易产生堵版，对此可以调整加快印刷速度，印刷速度过慢，等于增加了水性油墨中溶剂水连续挥发的时间，使油墨容易干涸于网穴中。对此除适当提高印刷速度外，还可根据实际情况考虑缩短刮墨刀刮墨点与压印点之间的距离。另外需要注意的是，中途停机时间较长时，应升起刮墨刀，并让印版辊筒在墨槽中低速运转，防止油墨在版面干涸。一旦发生堵版现象，应立即用去污粉进行洗版处理。若印刷完毕，必须视情况使用洗衣粉和清水将印版擦洗干净，并涂上保护油，用毛毯包裹，放置通风干燥处，以免下次印刷发生堵版现象。同时，环境因素也很重要，印刷车间温度宜为21--23℃，相对湿度在60%左右为佳，环境温度过高，相对湿度过低，水挥发快，易造成堵版，必须适当加快机速。
&&& b．水性油墨性能不良及印版质量问题的影响。水性油墨颜料颗粒较大或未被充分分散，水性油墨储存期过长导致变质，碱基平衡发生变化，引起水性油墨溶解性降低，不同类型的水性油墨调配使用不当而引起化学反应、流平性不良、水性油墨转移率降低等均会造成堵版；水性油墨中混有杂质，如刮墨刀的刀屑，未被溶解的墨渣，水性油墨存放过久结团等也会导致堵版，则应通过过滤油墨来解决。现在塑料凹印版大多采用电子雕刻，制版加工过程中，可能会由于工艺等原因使网穴内壁生成疵点，镀铬留下表面缺陷或者发生网点丢失，产生印刷不完整等故障，必须予以注意，以便及时发现。
&&& ③着墨不实与压印辊筒表面老化、磨损、细滑度差有关，由于水性油墨比剂墨更细腻，因此压印辊筒表层细腻度、光洁度比溶剂墨要求更高，才能保证着墨良好。压印辊筒表层采用的是聚亚氨酯橡胶，由于印刷时承受较大的压力，而且长期处于碱性环境的侵蚀，表面极易发胀、老化、磨损，甚至出现裂纹或微小的凹坑，印刷时与缺陷位置相接触的图案部分就会不着墨，从而造成图文残缺，特别是当印刷版面为层次版，而且网穴深度极浅时最易出现。大多是印不上去，呈块状分布，解决办法则是更换同型号的压印辊筒。如果压印辊筒表面附着灰尘或异物，在图文处常常表现为颗粒性的斑点，斑点的空隙处与异物黏附情况相吻合。
&&& ④导致着墨不实的其他因素
&&& a．塑料水性油墨凹版印刷带有网点产品时，印刷品层次如再现性差，通常会出现细小的花絮状斑点，主要是因为网点部分网穴深度较浅，油墨的转移性差，而且油墨容易干涸于网穴中，难以真实反映图案的阶调层次。
&&& b．PET印刷时最易产生静电，使印刷品出现斑点。除使用静电消除刷外，还可以用物理方法加以调节，如调节印刷车间的温湿度等。
&&& c．刮墨刀的作用是将无网穴处的油墨刮净，使网穴内的油墨匀净地转印在基材上。如果印刷层次版，刮墨刀的角度就极其重要。角度太大，压力太大，容易造成印刷品文字线条、印版磨损至网点印不全；刮墨刀的角度太小、压力太小，则印版刮墨不净而糊版。印刷时，刮墨刀的压力和刮墨角度大小是根据印版图文的深浅以及印刷品的着墨情况具体而定的。
(7)如何在生产中提高凹印版的耐印力& 在保证印刷质量的前提下，一块印版所能承印的最高印刷数量称为印版的耐印力。凹版耐印力的高低直接关系到凹印生产的经济效益，是降低成本、提高产量、保证质量的关键之一。在塑料水墨凹印过程中，我们时常会遇到版面部分颜色浅于正常颜色的问题，并且随着印数的增加而愈趋严重，直接影响印刷品质量。停机观察可发现部分版面图文被磨损，着墨孔开口变小、深度变浅至网穴传墨单元面积减小，总传墨量也相应减少，墨色的总趋势变淡，从而无法使用。经分析，影响印版磨损的主要因素有表面摩擦、凹版的制版质量、刮墨刀的压力、印刷压力、印版辊筒和压印辊筒的线速度、油墨及材料的性能等。这些因素对印版磨损的影响虽是不可避免，但如何减小这些不良因素对印版产生的不良影响，对提高印刷品质量，降低印刷成本，缩短印刷周期是非常必要的。
&&& ①表面摩擦是降低印版耐印力的主要原因& 印刷离不开压力，有压力，必然会产生摩擦，导致印版表面磨损。压力越大，摩擦力也大，印版磨损也越严重。印版辊筒表面主要存在以下几种形式的摩擦。
&&& a．刮墨刀与印版辊筒之间存在的摩擦。
&&& b．印版辊筒和压印辊筒之间存在的摩擦。
&&& c．油墨中的颜料、填料的粗细度和颗粒，承印物表面结构质地疏松和粉尘的脱落等均可产生额外的摩擦。
&&& ②制版质量对印版耐印力的影响
&&& a．铬层硬度要高& 铬层的质量是印版耐印力的基础。在印刷过程中，印版受各方面因素的影响，不断地受到磨损。如铬层硬度低、镀层薄都会导致印版的耐印力降低，所以镀铬时以硬度高些为好。
&&& b．铬层光洁度要高& 印版辊筒表面的铬层光洁度高，刮墨刀在较轻的压力下能将油墨刮净；如果表面粗糙，刮墨刀难以刮干净油墨，易产生印刷故障。
&&& ③工艺控制对印版耐印力的影响
&&& a．印版辊筒印刷时径向跳动要小& 如印版辊筒加工精度差，动平衡不好，或者辊筒轴、轴承及传动齿轮等产生磨损或变形，印刷时都会产生径向跳动，引起印刷刀线和刮墨不净，因此印刷时应确保印版辊筒径向跳动要小。
&&& b．印版辊筒表面要经常擦拭& 印版辊筒表面黏附硬物会直接损伤印版辊筒，引起印刷故障。因此，要经常检查、擦拭辊筒。
&&& c．刮墨刀的角度与压力不同对印版有不同的磨损作用& 刮墨刀的压力与角度较小，对印版的磨损作用较少，但应以刮干净为准。
&&& ④印刷压力与印版耐印力& 印刷压力大对印版磨损有着很大的影响，因此，在印迹、色调有足够保证的基础上，尽可能采用较小的印刷压力（即理想印刷压力），将有利于减少印版的磨损。
&&& ⑤印版辊筒和压印辊筒的线速度要相同& 根据凹版印刷工艺要求，印版辊筒和压印辊筒在滚压时，不但要传动平稳，瞬时传动比恒定，并且要求两辊筒表面的线速度一致。但是由于压印辊筒表面的磨损，在印刷当中压印辊筒的半径就会发生变化。由V=WR可知，在磨损前后及最低处的线速度不一致，这样就会产生速差，引起相对滑移。印刷面的速差越大，摩擦越大，版面的磨损也加剧。因此，适当对压印辊筒进行修整，使印版辊筒和压印辊筒在印刷过程中表面的线速度尽可能一致，并减少磨损所带来的速差，将有利于减少版面的磨损。
&&& ⑥油墨性能对印版的影响& 若油墨颜料的颗粒大，将起到磨料的作用，会加剧印版的磨损。油墨的黏度较高，虽可得到清晰的网点，但若纸张强度不够，易产生掉粉、拉毛现象，同样会加剧印版的磨损。因此，选择适合的油墨，对减少印版的磨损和提高印刷质量是有益的。一个质量较好的印版辊筒有比较高的耐印力，高质量的印版为印刷提供了可靠的保证，表面铬层被磨薄了，还可以重新镀铬继续使用。一般溶剂墨用凹版辊筒的耐印力可达300万～400万转，但是水性油墨用浅版凹版辊筒的耐印力目前仅能达到50万～60万转。耐印力的提高不仅取决于印版本身，还有许多外界因素直接或间接地影响印版的耐印力。笔者从印刷工艺操作方面出发，根据以往的经验和体会归纳如下。
&&& a．在保证印刷质量前提下，使用最小的压印力，减少印版辊筒与压印辊筒之间的摩擦。
&&& b．在能刮净版面油墨的前提下，尽量使用较小的刮墨刀压力和刮墨刀角度，以减少刮墨刀对印版的磨损。
&&& c．过滤油墨，定期清洗墨槽和印版辊筒，消除承印物表面的静电，以免油墨中的粗颗粒或承印物表面由静电而吸附的硬物损伤印版。
&&& d．严格控制油墨的干燥速度，避免水性油墨在印版表面过早干燥而损伤印版。
&&& e．印版表面无油墨时，刮墨刀不应接触转动的印版，因版面无油墨润滑时会损伤印版。
&&& f．在工艺全过程包括运输、储存过程中尽量避免印版辊筒受到各种不正常的损伤。
&&& 总之，印刷中产生印版磨损的因素很多，并且这些因素也是客观存在。面对问题，人人都应学会勤观察、勤动手、逐一仔细分析，排除种种易导致印版磨损的不利因素，从而使印刷过程中少停机、少换版，保证生产顺利进行，有效提高生产率。
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（责任编辑: 艾特贸易网 ）
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