水性油墨的问题

水性油墨的研发
水性油墨简称为水墨，柔性版水性墨也称液体油墨，它主要由水溶性树脂、有机颜料、溶剂及相关助剂经复合研磨加工而成。水性油墨特别适用于烟、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。

1.水溶性树脂

水溶性树脂或水分散性树脂皆为水性墨的连接料，它对油墨的粘度、附着力、光泽、干燥及印刷适应性都有很大的影响。在国内，常采用松香改性马来酸树脂作连接料来制作油墨，但此种油墨仅能用于印刷一般纸箱，满足不了中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性的要求。氨基甲酸乙酯树脂的稳定性较好，但印刷适应性和可溶性略差一些，其他还有用苯乙烯改性马来酸树脂、水性氨基树脂以及聚乙烯醇和羧甲基纤维素等，这些高分子树脂一般均含有－COOH（羧基）、－OH（羟基）、－NH2（胺基）等亲水基团，经过特定的工艺处理，成为完全溶于水的树脂，可以作为水性油墨的连接料。但是，依然明显地存在一些不尽人意的地方，且对水性油墨的印刷适应性、光泽度、耐水性等都有不同的影响（见表1）。

马来酸树脂 氨基甲酸乙酯树脂
水性氨基树脂 羧甲基纤维素 水溶性丙烯酸树脂
颜料分散性 中 中 良 良 优
印刷适应性 中 中 中 良 优
耐湿摩擦性 中 中 良 中 优
耐干摩擦性 差 中 差 中 优
油墨稳定性 中 良 中 中 优
耐热性 差 差 中 中 极优
耐水性 差 差 中 差 优
着色性 中 中 差 中 良
光泽 差 差 中 差 良

由表1可知，选用水溶性丙烯酸改性树脂作水性油墨的连接料，其光泽度、耐候性、耐热性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面均具有显著的优势，在直接分散溶解或合成高分子乳液时，也均能表现出优良的性能。用该树脂制成油墨，产品可达到国外先进产品的质量水平。

2.水性油墨的颜料

颜料赋予了油墨颜色特征，满足了印刷对色彩的要求。 一般的有机颜料和无机颜料都可用于水性油墨。由于水性油墨的树脂大多为碱溶性的，所以选用颜料时，须使用能耐碱性的颜料。但是，水墨中颜料的分布密度较溶剂型油墨要大得多，而水的表面张力及极性都与溶剂差别大，使得颜料分散较为困难，直接影响到油墨的稳定性、粘度和pH值。采用添加表面活性剂可增加树脂和水的亲和力及颜料与水溶性连接料的亲和力，从而解决油墨的稳定性问题。水墨的粘度和pH值是需要精确控制的。当pH值高于9.5时，碱性太强，油墨的粘度会降低，干燥速度变慢、耐水性能变差；当pH值低于8时，碱性又太弱，油墨的粘度升高，干燥速度加快，会造成脏版、糊版、起泡等缺陷。在印刷过程中选用颜料时，应选择国产颜料中色泽艳亮、粘度低、体系稳定的高级颜料来制作水性油墨。

3.水性油墨所用助剂

为提高水性油墨的各项性能需添加各种助剂，而水性油墨所用助剂较溶剂型油墨更为重要。常用的水性油墨助剂有以下几种：

①消泡剂：用来消除水性油墨中的泡沫，用量一般为1％～2％。

②稳定剂：主要防止水墨在贮藏、运输中聚结、发霉，降低水墨粘度和调节水墨的pH值，一般使用氨水或乙醇胺等助剂。

③其他助剂：分散剂、防腐剂、流平剂、增滑剂及交联剂等。通过科学使用这些助剂来改善水性油墨的弱点，可提高水性油墨的稳定性能。

4.水性油墨所用溶剂

水性油墨所用溶剂需具有：①溶解树脂，给与墨性；②调节粘度，给与印刷适应性；③调节干燥速度。水性油墨还要求具有无毒的特性，因而它的溶剂主要是纯净水和少量的醇类，如水、乙醇、丁醇、异丙醇等。这些溶剂可以辅助水增强溶解树脂的能力，提高颜料的分散性能，并加速渗透，抑止发泡。

5.优选出的水性油墨基本配方

水溶性丙烯酸树脂25％～35％

水15％～25％

乙醇5％～15％

三乙胺5％～10％

颜料10％～30％

助剂1％～3％

6.水性油墨的生产工艺

第一步为研磨制备色浆：将水溶性树脂、颜料、助剂和溶剂（水）等混合，通过高速分散机搅拌分散、研磨成备用色浆。

第二步为配制油墨：将备用色浆、助剂和溶剂（水）等搅拌混合均匀，通过研磨分散，使之具有足够的细度、光泽及着色力，过滤包装即为水性油墨产品。

综上所述，我们选择各种不同类型和品种的水溶性丙烯酸树脂，通过对比试验筛选了颜料和助剂，并与丙烯酸酯类乳液复配，加入交联剂，通过正交试验优选配方，所研制成的水性油墨产品，经过有关单位检测使用，证明其各项指标均达到国内外同类产品先进水平，得到了使用单位的一致好评。其主要技术指标见表2。 项目 技术指标 实测指标 检测标准
颜色 标样 近似标样 GB/T13217.1
着色力(％) 90～110 100 GB/T13217.6
粘度(S) 50±30 50 GB/T13217.4
光泽(％) (60℃) >80 GB/T13217.2
细度(μm) ≤10 8 GB/T13217.3
pH值 8.0～9.5 9 1
初干性(mm) 15～30 19 1
耐碱、耐水 24h 良好 1
贮存稳定性 5～30℃ 良好
所谓油墨的印刷适性是指油墨在特定的印刷机上以一定的印刷速度，在一定印刷压力的条件下，转移到印刷对象表面，待印膜干燥后固着于印刷对象表面以表达印刷预期效果的性能。由此可见，油墨的印刷适性，是油墨在印刷、干燥过程和印刷质量三方面适性的总和。
1，黏度
黏度是表征流体分子间相互吸引而产生阻碍其分子间相对运动能力大小的物理量，在印刷过程中，油墨具有一定的黏度是保持油墨正常传递、转移的主要条件。黏度是水性油墨应用中主要的控制指标之一，它直接影响着油墨的转移性和印刷品的质量，主要表现在印刷过程中，水性油墨的黏度会影响到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、(中国金包网是印铁制罐行业门户网站) 印刷品的色强度等等。因此，对水性油墨黏度的控制就显得至关重要。
水性油墨的黏度过低时，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。
柔性版水性油墨一般不稀释就直接使用，其粘度范围可以在30s～45s/25℃。纸箱用柔性版水性墨粘度可低一些，只要定时补加适量稳定剂，其粘度变化就可以基本得到控制。凹印水性油墨按传统习惯一般使乙醇和水按1∶1的稀释剂进行稀释，使用粘度一般控制在15s～25s/25℃。

2．pH值
pH值表示溶液酸性或碱性程度的数值，即所含氢离子浓度的常用对数的负值。因为水性油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。
水性油墨的pH直接影响到印品的印刷质量，实验表明，水性油墨的PH值应该控制在8.0~9.5之间为宜。当水性油墨的pH值太高时，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．油墨干燥缓慢，易出现印品背面粘脏和抗水性差的问题，同时耐水性变差。当水性油墨的pH值太低时，体系的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。

3，干燥性
干燥性是指转移在承印物表面的油墨层由液态转化为固态的现象。印刷后的油墨在极短时间内从业态到固态。整个过程是经过部分连接料的渗透或挥发，部分连接料产生化学或物理反应，使墨膜逐渐增黏变稠变硬，最后使固体墨膜和承印物黏为一体。干燥性是衡量油墨质量和性能的重要的指标之一，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。
水性油墨的干燥方式主要是挥发型干燥和渗透型干燥。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。
选择油墨干燥速度的一般原则是：在印刷机现有的条件下，油墨在进行下一印刷色组之前及进行复卷或堆叠之前应该能够充分干燥，但是在印版上却不能干燥。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，会出现印刷品异味的现象，或者在多色叠印的情况下会引起背面粘脏。
在实际印刷中，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。

4．细度
细度是指油墨中颜料颗粒的大小及其在连接料中分散的均匀程度，它会反映到印品的质量，影响到印版的耐印率，是衡量油墨性能的一个重要指标。
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。油墨颗粒太粗，容易引起网点边缘发毛、糊版等弊病；如果油墨颗粒太细，则油墨的流动性太大，就会造成网点扩大，也会影响到印刷质量。
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。
细度按GB／T13217_3—9l检测．一般水墨的细度在5～25微米。

5．光泽度
光泽度是指印刷墨层在固定光源照射下，从某一角度反射光线的能力。墨层的光泽对印刷品的外观有很大影响，光泽好，色彩鲜艳，能够显著提升印刷品档次。光泽度差．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。因此，光泽度是水墨的一项重要性能指标，
水性油墨以水为溶剂，当水的含量较大时，印刷过程中纸张对油墨吸收率提高，油墨黏度明显增大，油墨流平过程过早中止，很难形成平滑墨层，影响了油墨光泽度。如果含水量太低，固含量增大，油墨黏度相应增大。由于对同一吸收强度的纸张来说，油墨吸收率同黏度成反比，黏度值越大，吸收率越小，流平性也就越差，印刷后墨膜表面的平整度也就越差。
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。

6,触变性
当油墨受到外力搅拌时，油墨随搅拌的作用由稀变稠，当停止搅拌后，油墨又会由稀变稠，这种现象叫做触变性。水墨应具有一定的触变性，在印刷机上，由于墨辊的作用，油墨传递时的流动性、延展性也随之增大。直至转移到印张后，由于外力消失，其流动性、延展性减小，随之由稀变稠，从而保证印迹网点的准确性与清晰度。油墨具有良好的触变性时，有利于油墨顺利、均匀的转移，提高油墨的转移率。
水性油墨要具有适当的触变性。如果水墨的触变性过大，由于柔性版印刷的传墨系统较短，会造成供墨不流畅，甚至会出现供墨中断的现象，影响供墨量的均匀和准确程度。如果水墨的触变性过小，由于油墨在纸张上的浸润和过度铺展会造成网点扩大，文字线条版印刷时线条会变粗。不同类型的柔性版印刷对油墨的触变性会有差异。一般网线版、文字版和线条版的印刷要求油墨的触变性略大些；大面积的实地版则略小些。
水墨放置时间久了以后，有些稳定性差的油墨容易沉淀、分层，还有的出现假稠现象。这时，可充分搅拌，经过一定时间的搅拌后，以上问题自然消失。在使用新鲜水墨时，一定要提前搅拌均匀后，再作稀释调整。在印刷正常时，也要定时搅拌墨斗。

7，黏着性
墨膜本身所表现出来的阻止墨膜破裂的能力，叫油墨的黏着性。油墨的黏着性实质上是油墨内聚力（油墨分子间连结力）在附着力的作用下的一种表现。黏着性
黏着性的大小对于保证印刷过程的顺利进行是极其重要，在柔版印刷中，水性油墨的黏着性要小于纸张的结合力。水性油墨的黏着性较大时，油墨分离困难，印刷机上油墨延展就不均匀。油墨层在纸张与印版间分离时，如果阻力超过了纸张的结合力，就会产生纸张拉毛，甚至剥离的现象。多色印刷时，在前色的油墨未干的状态下迅速印刷后一色，要求第一色油墨的黏着性要大一些，后面各色油墨均要逐渐降低黏着性，否则，就有可能出现后印的油墨会把先印的油墨粘走的现象。

8，浓度
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。

水性油墨是由特定的水性高分子树脂、颜料、水，并添加助溶剂经物理化学过程组合而制备的油墨，简称水墨。水性油墨与溶剂型油墨的最大区别在于水性油墨中使用的溶剂是水和乙醇，油墨转印到承印物后，水分挥发到环境中或者渗入承印物中，油墨随水分的挥发而干燥。VOC含量极低，对环境污染少。
水性油墨各组成部分的作用
1、 色料
色料是油墨的着色物质，它是以微粒状态均匀地分布在连接料中。色料要求具有很高的着色力、化学稳定性和耐光性。一般选用耐碱性强、色谱齐全、色浓度高、容易达到较高遮盖力的有机颜料。色料决定着水性油墨的色相和色饱和度，对油墨的稳定性、转移性、流平性、光泽度、耐温及耐晒性产生较大的影响。
2、 连接料
水性油墨的连接料主要成分是水溶性和水分散性树脂，它能使颜料颗粒均匀分散，使油墨具有一定的流动性，提供与承印物材料的粘附力，并且使油墨在印刷后形成均匀的膜层，是影响水性油墨质量的重要因素。水性油墨的粘度、附着力、光泽度、干燥速度、流平性、抗磨性等印刷适性主要取决于连接料。
水性油墨的连接料可分为两类：一类是丙烯酸树脂；一类是松香—马来酸改性树脂。
3、 溶剂
水性油墨的溶剂主要是水和少量的醇。它的作用是溶解树脂，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，并适当调整水性油墨的粘度和干燥性能。溶剂中的醇类有助于提高油墨的稳定性，加快干燥速度，降低表面张力。
4、 助剂
为提高油墨的各项性能需添加各种助剂,而水性油墨所用助剂较溶剂型油墨更为重要。通过科学使用这些助剂来改善水性油墨的弱点,可提高水性油墨的稳定性能。改善油墨的某些特性如干燥速度、PH值等。常用的水性油墨助剂有以下几种水性油墨的助剂：快干剂、消泡剂、PH值稳定剂、慢干剂、冲淡剂等。
1)快干剂
能加快水性油墨的干燥速度，加速其表面结膜，提高叠色印刷的效果。但过量的快干剂也容易导致油墨干涸在网纹辊网穴底部以及印版上，造成传墨量不足，印刷颜色偏淡，同时不利于油墨长时间储存的稳定性；

2)消泡剂

消泡剂的作用是抑制和消除气泡的产生。用量一般为总墨量的1%～2%。一般来说，当水基油墨的pH值过低，黏度过高、或者当印刷机运转速度比较快时就容易产生气泡，如果产生的气泡量比较大，就会出现墨色不均匀、漏白，势必会影响到印刷品的质量。

3）pH值稳定剂

pH值稳定剂主要是用来调节和控制水基油墨的pH值，使其稳定在8.0～9.5范围之内，同时，它还可以调节水基油墨的黏度，并对油墨进行稀释。一般来说，在印刷过程中每隔一定时间就应该加入适量的pH值稳定剂，使水基油墨保持良好的印刷状态。一般使用氨水或乙醇胺等助剂。

4)慢干剂

慢干剂可以防止油墨在印版或者网纹辊上发生干燥，抑制和减缓水基油墨的干燥速度，减少堵版和糊版等印刷故障的发生率，一般控制在总墨量的1%～2%之间，如果油墨干燥不彻底，加入量过多，印刷品就会产生粘脏或者异味。
5)冲淡剂

用于降低颜色的深度，用量不限，加入大量冲淡剂可能会导致水墨粘度略有上升，此时可同时加入少量稀释剂进行调节。
水性油墨与UV光固化油墨 水性UV油墨作为目前主要的环保型油墨，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．不污染大气环境。VOC(挥发性有机气体)被公认为当今全球大气污染的主要污染源之一,溶剂型油墨会散发出大量的低浓度VOC,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)，。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。(中国金包网是印铁制罐行业门户网站) 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。