柔性版水性油墨的发展与应用

柔性版水性油墨的发展与应用
我国水性油墨发展回顾
上世纪早在60 年代，人们开始了水性油墨的研究和应用，由于环保的要求和石油原材料的紧张，一些发达国家逐渐部分禁止使用石油产品用于制造印刷油墨。

于是人们开始着手研究非有机溶剂型油墨，使得水性油墨取得了较大的进步和发展，最初水性油墨主要使用糊精、虫胶、酪素、木质酸钠等物质为水性油墨的连接料，制备的水性油墨主要用于一些低档的产品印刷。

到了60 年代末期，随着材料科学的发展，松香、马来酸改性树脂的合成技术成功，取代了酪素、虫胶等材料，成为水性油墨的主要材料，基本能够满足当时的印刷需要，但是这些初级产品依然存在一些弊端，如光泽差、抗水性不佳、附着力差容易起泡、存放稳定性差等弊病。

后来，人们把此阶段生产的水性油墨称之为第一代产品。

到了70 年代，由于石油危机，导致油墨用原材料再度十分紧张，同时各发达国家政府立法控制空气品质，限制有机挥发物（VOC向大气中排放，对于食品、饮料、药品等卫生条件要求严格的包装印刷制品（重金属、残留容积等）进行包装。

各国油墨研发人员又继续进行深入的研究，制出溶液型苯乙烯- 丙烯酸共聚树脂为连接料的第二代水性油墨，该产品弥补了第一代水性油墨抗水性和存放稳定性差的弊病。

但是在光泽和印刷适性方面与溶剂型油墨对比仍有差距。

为此油墨研发人员在第二代水性油墨的基础上，引进丙烯酸之类单体与苯乙烯聚合，研制出一种具有核壳结构和网状结构的聚合物乳液树脂，该系列树脂大大改善了油墨的光泽和干燥性，促进了水性油墨的发展，使水性油墨与溶剂型油墨的竞争不断拓宽应用领域。

水性油墨进入
了一个新的发展时期
我国水性油墨最早是在天津油墨厂生产的，当时主要为凹版印刷服务，因当时凹版印刷油墨由苯类溶剂改进为汽油基溶剂后，虽在毒性上比苯型油墨有所降低，但易燃性并未改进。

因此，就提出了对凹版印刷油墨再改进为无毒不燃的水性油墨，当时叫水凹油墨。

由于该墨是以松香酸胺盐为主连接料而制作的。

该连接料在水介质中存放不稳定，因此使油墨在存放中易失光、变烯、干燥性差、抗水性不良，易造成纸张收缩等弊端，使我国的凹版印刷及柔版印刷受到了限制，不得不采用价高进口的高档水性油墨，无形中增加了印刷成本，限制了我国印刷业的发展。

2003年底，武汉现代工业技术研究院研制出水性油墨系列产品，具有无毒、无刺激性气味、无腐蚀性、不易燃、不爆、使用安全性好等特点。

新型油墨系列生产技术可广泛应用于金、银卡纸、铜版纸、白板纸、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装袋及书刊杂志的印刷等。

2004 年初，上海美德精细化工有限公司最新推出了全水性低温热固油墨。

该产品的甲醛含量在15ppm以下, 符合日本、德国纺织印染环保要求。

MD-1002全水性低温热固油墨具有极高的遮盖力，质感细腻，能过250目以上的丝网，不堵网，操作方便，油墨颜色可以自己任意调配。

该油墨无气味，属于高品质环保型产品。

由于过去的热固油墨必须经过高温焙烘，因此常常造成面料变色变形，而这种全水性低温热固油墨完全避免了上述现象的发生。

一般对成品热处理可以像普通胶浆印花一样，120C焙烘，1-2分钟即可。

该油墨对针织物具有极好的拉伸性，水洗、干摩牢度达4级以上，在密封阴凉处保持期可达5年。

它的最大优点是节约电费，从而大大降低了生产成本。

该产品可广泛应用于防水尼龙布除
外的全棉、化纤等各种面料。

水性油墨的组成及特点同一般印刷油墨组成一样，水性油墨通常也有着色剂，连
结料，辅助剂等成分组成。

着色剂是水性油墨的呈色物质，给油墨一特定颜色。

在柔印中为使印迹色彩艳丽，其着色剂一般选用化学稳定性好，着色力高的颜料
; 连结料由水，树脂，胺类化合物及其他有机溶剂组成。

树脂为水性油墨中最重要的成分，通常使用水溶性丙烯酸树脂，连结料成分直接影响油墨的附着功能，干燥速度，防粘脏性能等，同时也影响油墨光泽及传墨性，胺类化合物主要维持水性油墨的碱性PH值，使丙烯酸树脂提供更好的印刷效果，水或其它有机溶剂主要是溶解树脂，调节油墨的粘度及干燥速度; 辅助剂主要包括有：消泡剂，阻滞剂，稳定剂，冲淡剂等几种。

由于水性油墨是一种皂组合物，使用中易产生气泡，因此要加入硅油作为消泡剂，来抑制和消除气泡，同时提高油墨的传递性能。

阻滞剂用于抑制水性油墨的干燥速度，防止油墨在网纹辊上干固，减少糊版。

稳定剂可以调节油墨PH值，也可作稀释剂来降低
油墨的粘度。

冲淡剂是用来减淡水性油墨的颜色，也可作为一种亮光剂，提高水性油墨的亮度。

另外水性油墨中还要加入一些蜡质来增加其耐磨性。

水性油墨在干燥之前可与水混合，一旦油墨干固后，则不再溶于水和油墨。

所以使用前水性油墨须充分搅拌，保持油墨成分均匀。

加墨时，墨槽中余墨如含有杂质应先行过滤掉，再配以新墨使用。

印刷时切勿让油墨干固在网纹辊上，以免堵塞着墨孔。

阻碍油墨的定量传输造成印刷不稳定。

在印刷过程中柔性版要始终保持被油墨润湿，避免油墨干燥后堵塞印版上的文字图案。

另外发现水性油墨粘稠度稍大时，不宜随便加水，以免影响油墨的稳定性，可以加入适量的稳定剂来调节。

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。

水性油墨的优势与不足
水性油墨由于不含挥发性有机溶剂，大大减少了有机挥发物（VOC下同）
的排放，从而减轻了大气污染，改善了印刷操作人员的环境，有利于职工健康。

它可以完全消除溶剂型油墨中某些有毒有害物质，消除对人体的危害和对被包装商品的污染，改善了总体环境质量，特别适用于烟、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。

此外，它不仅可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患，还可以减少印刷表面残留的毒性，而且清洗印刷设备方便。

不管是进口水性油墨还是国产水性油墨，印刷性能和质量都达不到溶剂性凹版油墨的标准。

目前水性油墨都存在不抗碱、不抗乙醇和水、干燥慢、光泽度差、易造成纸张收缩等弊端。

这主要是由于水的表面张力较高（72 达因/ 厘米），导致油墨难润湿，干燥缓慢。

为了使水性油墨能在凹版印刷机中使用，不但油墨和树脂需要先进的技术，而且凹印设备也需要改进。

例如，将
槽深大约38-42um蚀刻滚筒改变为槽深大约24-28um激光制版滚筒，还需要更有效、更强力的干燥设备和用耐腐蚀材料制造的滚筒、泵和刮刀等组件。

因所有这些需要大量的投资，所以现在水性凹版油墨仍没有在欧洲和美国大量普及。

水墨在聚乙烯等基材上难以很好地润湿和印刷；干燥时间仍是水墨应用中最重要的问题，除非印刷机配有足够的干燥设备，否则印刷速度因此而受影响；水墨光泽性低于溶剂型油墨，大大限制了水墨在光泽度要求高的场合使用。

由于水性凹版油墨还不能够全面替代甲苯类油墨，所以油墨工业一直在努力开发易被环境接受的醇溶油墨。

醇溶油墨能够帮助我们解决甲苯类油墨对健康所产生的伤害和溶剂残留影响包装食品质量等问题。

在欧洲和美国，这种发展已成为一种趋势。

要达到抗碱、抗乙醇、抗水和提高光泽度，只有采用柔性版UV油墨。

这样不仅提高了印刷成本，而且增加了印刷工序。

如有的啤酒包装版自动生产线，使用含碱性的润滑剂，其PH值为9-10，水性油墨
承受不了，碰上就掉色。

还有夏天南方销售啤酒时不仅要进冰箱，有的还在冰水中长期浸泡，水性油墨则承受不了。

用于柔印中的水性油墨，当然有其自身特
点，如水性油墨不影响人体健康，不易燃烧，墨性稳定，色彩鲜艳，不腐蚀版材，操作简单，价格便宜，墨层印后附着力好等优点。

但是也有其缺点，如干燥速度比较慢，色饱和度不高，稳定性差，不宜印刷大面积实地，久置易发生沉淀、分层等不利方面水性油墨原料的发展
水性油墨大致分为两类：一类是松香-马来酸改性树脂系列（低档）；另
一类是丙烯酸树脂系列（高档）。

水性油墨应用于瓦楞纸印刷，在国外已有相当长的一段时间，在国内也已有20多年了。

瓦楞纸印刷是由铅印（凸印）、胶印（平印）、橡皮版水可洗印刷，发展至今为柔性凸版水性油墨印刷。

柔性凸版水性油墨也从松香-马来酸改性树脂系列（低档）发展到丙烯酸树脂系列（高档）。

印刷版材也从橡皮版向树脂版过渡。

印刷机也从大辊筒之单色或双色机逐渐发展到3色或4色的FLEXC M。

网纹辊也由150-200目之间的金属辊逐步发展
到180-250 目之间的陶瓷辊。

随着印刷技术日新月异，水性油墨的品质越来越重要了。

随着社会不断发展，人们消费水平的提高，瓦楞纸箱的印刷必须逐步向高档次、高质量、多色彩、视觉效果强烈的方向发展。

以彩面多色网点印刷为方向，也就是以商品包装替代运输包装，以白板牛卡替代箱板牛卡，达到色彩鲜艳、光泽度好、美观等特点。

要达到上述标准，对制版、油墨提出较高的要求，中高档纸箱印刷制版必须以柔性版替代橡皮版，还必须采用高质量水性油墨，达到光泽鲜艳、快干、适应高速生产的要求。

为了消除溶剂基体系所释放的VOCS即达到EPA( the . EnvironmentalProtectibn Agency )降低或消除VOCS勺要求，印刷商开始寻求新的技术。

对于油墨配方设计者，一种可能性是开发水基体系，该体系能降低VOCS EPA一直要求VOCS勺最终将会促进水墨的应用。

现阶段有来自于各方面的压力表明：环境问题将进一步得以关注。

为达到愈加严厉的环境管理目标，印刷商始终在寻找溶剂墨印刷操作工艺的新方法以达到政府的规定。

印刷行业目前重点是加
强对溶剂墨印刷过程中排放物的处理，通常的做法是使用“焚化炉”吸收和焚化VOCS其他的更具创造性的是应用以VOCS 为食物的微生物或细菌的处理体系。

所有这些方法都依靠高效地吸收传输VOCS1U能使之被中和处理的系统，或是焚化或是被微生物所吸收。

目前水墨用户要求改进的性能还有：PH稳定的水墨体系，水墨制造工业必须开发出在印刷过程中PH值稳定的水墨，即在印刷中无须再检测和调整PH值；再溶性是另一重要的研究领域，当胺挥发的过程中树脂趋于固化，甚至在印版上固化。

近来，水墨制造商已改进了树脂的性能使之更易于溶解，这意味着印刷系统能更长时间的运转，即提高了生产量；水墨应用要求继续改进聚乙烯基材的应用性能；水墨印刷包装的耐碱性、以及在冷冻食品包装的应用。

水墨制造工业有望提高水墨印品的表面耐性使更多的产品水性化，特别是在耐油、耐脂以及更好的耐热和耐冷冻性方面。

水性丙烯酸树脂是制造水性油墨的重要原料之一，为满足印刷工艺对油墨的各项要求，水性丙烯酸树脂向更高水平的方向发展。

通常情况下，用水溶解丙烯酸树脂和其它水溶性树脂，都要使用氨水。

氨水气味大，为减小氨味，现在已有不使用氨水或胺类的无氨/ 胺类油墨，这种油墨基本没有特殊气味，是由磺化聚酯树脂和水溶性丙烯酸树脂组成的独特体系。

要制造更加环保的油墨，可用聚合丙烯酸树脂代替常用的低分子聚合物。

因为低分子聚合物会产生一定程度的分子迁移，油墨印刷到承印物后，部分树脂会从墨膜进入到基材和包装内。

而使用50%的聚合丙烯酸树脂不仅能达到相同的增塑效果，还不会破坏油墨的性能，印刷后也不会发生分子迁移。

新的水性油墨中使用了醇酸和丙烯酸混合技术，这种混合树脂是在丙烯酸浮
液中加入一种特殊的水分散型长油基醇酸树脂制成，使油墨具有良好的快干性和附着性，低VOC耐酸、耐碱性良好，可用于制造复合纸凹印和柔印油墨、罩光油和底漆。

水性油墨需求前景广阔环保型水性油墨目前最主要的应用领域是柔性版印刷与凹版印刷，这两种印刷方式的产品大多数是包装产品，其中食品包装、烟酒包装、儿童玩具包装等占有相当大的比例。

近年来，柔性版印刷在世界范围内飞速发展，在欧美发达国家被认为是“地球上最优秀，最有前途的印刷方式” 。

美国95%的柔性版印刷品和80%的凹版印刷品采用水性油墨。

柔性版印刷在我国尚处于起步阶段，目前仅占印刷领域的3%左右。

在柔性版包装印刷中，国内外绝大部分都采用水性油墨印刷。

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，英国也在2003年6 月立法，禁止用溶剂型油墨印刷包装食品用的薄膜。

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，加上水墨在瓦楞纸箱包装印刷上的广泛应用，有相当大的市场潜力随着我国经济的快速发展，人们的包装审美意识和环保意识不断提高。

我国从1995 年开始至1998 年底，短短几年间就引进了130 多条组合式柔印生产线，分布在全国20多个省市，其中90%是窄幅柔版印刷机，国内现在窄幅柔性版印刷生产线近200条。

现在正以每年30 台左右的数量递增，而且还有不少用于瓦楞纸彩色印刷的进口高档三色、四色水性油墨印刷开槽机等。

我国平均每省有大小纸箱厂1000 多家左右，如按10%采用水性油墨印刷高档纸箱来计算，每家用油墨10 吨计，每省每年需用水性油墨1000吨左右。

这还不包括柔性版、凹版印刷的其它印刷包装产品所用油墨（目前国内柔性版印刷100%采用水性油墨，凹版印刷80%采用水性油墨）。

大力研制、开发、生产高档次的水性油墨已是当务之急，该产品可广泛应
用于金银卡纸、铜版纸、白板纸、塑料薄膜、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装、书刊杂志等印刷的柔印及凹印领域。

虽然柔性版印刷在我国还是起步阶段，目前仅占印刷领域的3%左右，但随着环保包装的逐渐流行，很多烟厂、酒厂、药厂、化妆品厂、儿童玩具类企业，都准备采用柔版印刷产品包装，柔版印刷在印刷领域的比重将逐步增大，特别是包装印刷领域。

因此大力研制、开发、生产高档水性油墨已是当务之急，市场潜力极大。

该
产品可广泛应用于金银卡纸、铜版纸、白板纸、塑料薄膜、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装、书刊杂志等印刷的柔印领域。

水性墨的特点
(1)已能很好适用于各类纸张的印刷，但应用于薄膜印刷尚须进一步提高干燥性、润湿性和附着力等性能；
(2)呈碱性，PH值一般在8-10范围内，影响粘度、粘性等；
( 3)氨(胺)等反映性组分影响某些颜料的分散性和发色性；
(4)粘度变化规律复杂，除温度、水的稀释因素外，还容易受PH值、少量挥发组分和助剂的影响；
( 5 )消泡：生产过程和印刷使用过程中都要注意；
( 6)双重干燥机理：渗透吸收固着(初干)和氨挥发干燥(彻底干燥)
瓦楞纸的多色套印更需要控制干燥性和叠色效果；
( 7)印膜耐性较差，需要多种助剂调整，高档品印刷最好再进行罩光
(一般用水性光油或UV光油)。

( 1 )使用和取样前都要充分摇匀油墨，在同等条件或固定条件下确认色
相、色浓度和流动粘度；
( 2)确定上机粘度：根据印刷速度、印版网点状况和需要的色浓度；
(3)用水或专用稀释剂稀释时注意稀释过度(水性墨的粘度很容易下
降)，粘度过低时，最好用原墨调整，尽可能避免再用增稠剂；
(4)印刷过程中经常检测粘度的变化，作好记录，及时调整，有时还
要检测控制PH值(如用久或开启时间过长的墨)；
（5）出现较多泡沫时，可添加少量消泡剂，但要注意用量和添加方法；
（6）印刷结束时应尽快清洗有关机械设备，经常保持网纹辊清洁且易清洗的状态；
（7）未用完的墨要密闭妥善保管，重新使用时最好经80 目的网过滤后再使用。

水墨的使用需求
1.不能将水墨与溶剂油墨混合使用。

在使用过程中适当补加水，确实需要调整粘度或干燥速度时，适量加入醇类或酯类等助剂。

2.使用前应搅拌均匀然后倒入墨槽，用水适当调整粘度，才可以使用。

未使用的应盖好包装桶，不能让水墨在自然中挥发。

3.使用前应检测各项技术指标，特别是色相是否符合自己的要求，若色相偏差较大，请通知水墨厂家进行适当调配，从而避免因色相误差造成双方的纠纷。

4.在印刷过程中由于水的挥发原因，会影响水墨原有的粘度和pH值,
需要经常检测粘度和pH值，需要时应适当加入纯净自来水或pH值稳定剂。

5.印刷后残留在印刷设备上的水墨应用清水冲洗，印刷机网纹辊上的墨迹最好用清洗剂进行清洗，以便为下一次印刷服务瓦楞纸箱的柔性印刷
瓦楞纸印刷发展的几个阶段特征。