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薄膜柔印水墨 未來可期

2018/12/12 9:00:20??????點擊:

       柔印水墨憑借綠色環保、無毒無害的優勢,在食品、衛生包裝等以薄膜為基材的包裝領域嶄露頭角。筆者根據多年來在高分子合成與改性以及水墨制備方面積累的經驗,從柔印水墨的組成、柔印水墨的性能要求和測試分析以及柔印水墨的發展趨勢等方面進行探討。


 柔印水墨的組成

  1.連接料

  作為柔印水墨“心臟”的連接料決定著水墨印刷性能。從高分子材料角度講,柔印水墨中常用的水性樹脂連接料是水溶性樹脂和水稀釋性樹脂。水溶性樹脂和水稀釋性樹脂性能參數對比如表1所示,可以看出,二者在各項性能中具有一定的互補性。根據筆者制備柔印水墨的經驗,水稀釋性樹脂作為主樹脂,水溶性樹脂作為助樹脂,以制備黑色水墨為例,水溶性樹脂添加量從1%增加到5%,水墨的復溶性和流平性均有所改進,如圖1所示;同時,初/徹干時間逐漸增加,當水溶性樹脂量為5%時,徹干相對值>1。因此,綜合考慮水墨的復溶、干燥、耐水、流平等性能,水溶性樹脂的添加量最高為5%。

2.顏料

  顏料是油墨的著色物質,青/品/黃一般用有機顏料,白墨多用鈦白粉,黑墨多用炭黑。顏料的研磨細度一般控制在10μm以內,低細度的顏料能夠保證良好的穩定性和展色性。無論是有機顏料還是無機顏料,一般會經過陰離子或非離子處理。原因是:①水的表面張力和極性都較大,色料的分散較困難,如未經處理,色料分布不均勻,不利于印刷;②由于水墨的連接料大多為堿性,顏料分子中若含有與堿性物質發生反應的磺酸基/羧酸基等基團,就會發生凝結反應,因此顏料一般要經過陰離子或非離子處理。

  3.助劑

  水墨根據性能的不同,還需要添加助劑,如分散劑、潤濕劑、消泡劑、附著力促進劑等。通常助劑選擇非離子型或陰離子型。此外,將助溶劑也歸入助劑中,是因為雖然助溶劑用量小,但對水墨性能的提高有很重要的作用。在這里著重探討助溶劑的作用及篩選原則。

  助溶劑的主要作用:①助溶解水性樹脂連接料;②調節水墨黏度;③調節水墨干燥速度。助溶劑選擇的3條規則:①極性相近原則,即極性相近的物質可以互溶;②溶劑化原則,溶劑化是指溶劑分子對溶質分子產生的相互作用,當作用力大于溶質分子的內聚力時,便使溶質分子彼此分開而溶于溶劑中;③溶解度原則,即如果溶劑的溶解度和聚合物的溶解度相近或相等時,就能使該聚合物溶解。根據上述3條規則對助溶劑進行選擇,能夠有效改善水墨黏度、干燥性、穩定性、分散性、流動性等性能。

柔印水墨的性能要求測試分析

  1.附著力

  由于薄膜樹脂極性不同,既有極性的聚酯PET、尼龍PA、聚氯乙烯PVC,也有非極性的聚丙烯PP和聚乙烯PE,因此柔印水墨在各種薄膜上的附著力成為首要問題。

  附著力的測試方法按照《液體油墨附著牢度檢驗方法》,獲得良好附著力的2個必要條件:足夠面積的緊密接觸(清潔表面、潤濕、擴散)、分子間的吸引力甚至形成化學鍵。為滿足上述2個條件,在保證水墨在基材上具有良好潤濕性的條件下,通過機械粘接理論、擴散理論以及吸附理論來提高附著力。

  2.表面張力

  柔印水墨的表面張力控制是否得當將直接影響印刷效果,首先影響最大的是水墨在基材上的流平性,低表面張力的物質易在高表面張力的物質表面鋪展,而高表面張力的物質則不會在低表面張力物質的表面鋪展;其次影響水墨在基材上的附著性,水墨的表面張力越高,對基材的潤濕程度越差,樹脂與基材之間的粘接點減少,進而影響附著力。此外,當薄膜表面張力較低或水墨表面張力較高時,會導致一定印刷樣張出現縮孔等現象。

  一般來說,水墨中的水性樹脂連接料的表面張力都大于印刷基材的表面張力(水的表面張力為72mN/m)。通常選用表面張力較小的溶劑來降低水墨體系的表面張力,如異丙醇、醋酸異丙酯等,此外還可以通過選擇合適的助劑來降低表面張力,如流平劑、潤濕劑、消泡劑等,都可降低水墨的表面張力。

  3.黏度

  水墨的黏度主要由水性樹脂連接料決定。為了保證高速印刷的進行,必須使用高固低黏的水性樹脂連接料。對水性樹脂連接料來說,很多人認為高固含、低黏度很難同時獲得。筆者經過多年研究,現已研發出一款高固(50%)低黏(<250mPa?s)樹脂,適合薄膜柔印水墨印刷,證實了高固低黏柔印水墨的可行性。

  4.干燥速度

  按照印刷需求,水墨在一定范圍內滿足“初干慢、徹干快”才是最佳狀態。為解決水墨干燥問題,除了常用的提高溫度、降低濕度、提高風速等方案外,主要還是從水墨角度來改進。一方面是提高水墨的固含量,即上文提到的使用高固低黏水性樹脂連接料,將水墨的黏度控制在柔印所需范圍內,盡可能提高水墨的固含量,減少蒸發水分的總量;另一方面盡可能選擇沸點較低的真溶劑,加快徹干時間。

  5.復溶性

  對于復溶性目前沒有一個明確的量化指標,大多時候是根據經驗來判斷水墨的復溶性。復溶性過強,在印刷以及涂膠過程中容易發生“咬色”現象(即后面的顏色把前面的顏色溶解一部分),進而影響印刷質量、復合強度等。復溶性較弱,其網穴底部殘留的水墨較難被墨槽中的水墨再次溶解,故容易堵版,并且造成淺網部分的再現較差。因此水墨的復溶性是影響印刷復合產品質量的一個重要印刷。在實際應用中,可通過兩種方法改善水墨的復溶性:①添加助溶劑,這里所說的助溶劑是指水性樹脂連接料的真溶劑;②選擇合適的水溶性樹脂并調整其比例。

  6.耐水性

  通常選用氨水或有機胺作為pH值調節劑。氨水的揮發較快,可以較快地得到耐水的墨膜,但是在印刷過程中水墨可能不穩定,而且氣味比較大;有機胺揮發較慢,印刷過程中不需要頻繁地調節pH值,但是有機胺的沸點較高,它們會長期留在墨膜內,成膜后抗水性較差。因此氨水與有機胺混合使用,可提高水墨的綜合性能。

  柔印水墨的發展趨勢

  1.高固低黏

  高固低黏水墨不僅可以縮短水墨的干燥時間,對水墨的附著力、流平性、光澤度等方面均有改善。高固含、低黏度雖然是一對矛盾體,但是在一定范圍內可以找到二者的平衡點。隨著水性樹脂合成技術的發展,固含量≥50%已可以實現。

  2.高色密度

  將柔印水墨用于薄膜包裝產品,一個重要的方面是要表現精細圖像的印刷質量,這就需要采用高線數印版來表現圖案豐富的層次,同時匹配高線數的網紋輥,網紋輥線數越高,著墨量越低,必然導致印刷出來的墨層較薄、色密度低。因此要提高柔印水墨的色濃度,即提高顏料含量。筆者通過實驗測試,柔印水墨的顏料可以提高到20%以上,使色密度達到C1.7~2.0,M1.7~2.0,Y1.2~1.5,K1.8~2.1(濕膜厚度9μm)。關鍵點在于未來采用柔印水墨印刷樣張的密度值能達到要求,層次表現力不低于凹印。

  薄膜柔印水墨的市場前景是可以期待的,而技術的腳步將沿著低VOCs、高性能、低成本的方向繼續前進。



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