豆油基油墨因其突出的環(huán)保特性而得到越來越廣泛的應(yīng)用。
世界包裝業(yè)綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢正不斷影響著我國印刷工業(yè)的發(fā)展，隨著國內(nèi)在印刷包裝方面環(huán)保要求的不斷提升，與印刷工業(yè)相關(guān)的環(huán)保法規(guī)正在不斷完善，環(huán)保油墨也越來越受到印刷廠的青睞。隨著技術(shù)的進步和市場的發(fā)展，我國的油墨制造工業(yè)在近年來取得了長足的進步，其中占據(jù)主導(dǎo)地位的平版膠印油墨，其市場需求量保持穩(wěn)步增長。但是，與國際發(fā)達地區(qū)相比，無論是在油墨的研發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，還是在解決印刷車間的環(huán)境污染問題、改善油墨的環(huán)保性能等方面尚有很大的差距，這一切皆給我國印刷工業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機遇。豆油基油墨作為環(huán)保型膠印油墨的發(fā)展方向之一，具有減少印刷油墨VOC、使用可再生資源等優(yōu)勢，可滿足印刷包裝業(yè)的綠色環(huán)保要求。本文將介紹這一油墨的技術(shù)特性及其發(fā)展趨勢。
背景介紹
上世紀七十年代中期，由于石油價格提升，原材料供應(yīng)問題嚴重影響了油墨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1979年，美國報紙協(xié)會倡導(dǎo)開發(fā)新型植物油基印刷油墨來替代石油基印刷油墨。最初的豆油基油墨主要應(yīng)用于輪轉(zhuǎn)報紙印刷，隨著油墨技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在膠版印刷中的單張紙印刷、熱固輪轉(zhuǎn)印刷、冷固型輪轉(zhuǎn)印刷和商用表格印刷等都可以使用豆油基油墨。近幾年來，隨著印刷環(huán)保概念和意識的增強，環(huán)保型豆油基油墨越來越受到印刷廠的重視。日本從1995年開始倡導(dǎo)使用豆油基油墨，到1998年豆油基油墨消耗量已達859噸，年。目前在日本有230家油墨廠生產(chǎn)黃豆油墨，并有175個印刷廠使用。美國作為世界最大的豆油基油墨市場，目前其三分之一的報紙印刷采用豆油基油墨，超過90％ 的彩色報紙印刷是使用豆油基油墨。
依據(jù)美國大豆油協(xié)會的規(guī)定，豆油基油墨配方中大豆油成分的含量必須達到一定的標(biāo)準(zhǔn)。表1為美國大豆油協(xié)會大豆油成分的含量標(biāo)準(zhǔn)。
目前，國內(nèi)的幾大油墨廠商也分別推出了環(huán)保型豆油基油墨，其中主要有天津東洋油墨的TOH—AFSOY無芳烴豆油型熱固膠印輪轉(zhuǎn)油墨，杭華油墨的 EXCEL SOYA、BCSOYA和HS．G SOYA環(huán)保型大豆油油墨系列，上海牡丹油墨的PSE系列無芳烴豆油基單張紙膠版油墨，深圳阪田油墨有限公司(Sakata Inx)的平版膠印環(huán)保大豆油墨。
豆油基油墨技術(shù)特性
使用大豆油來取代油墨配方組分中的礦物油成分，可以制造豆油基油墨以替代普通石油基油墨，從而減少印刷油墨的揮發(fā)性有機物組份，降低對大氣環(huán)境的污染。與傳統(tǒng)油墨中的礦物油(不可再生資源)不同，豆油基油墨所含的大豆油組分為可再生而且可降解的自然資源，所以豆油基油墨被認為是一類具有綠色特征、可持續(xù)生產(chǎn)的環(huán)保型油墨。相對于傳統(tǒng)油墨．豆油基油墨在環(huán)保和印刷應(yīng)用方面具有多項技術(shù)上的優(yōu)勢，使其在膠印油墨市場中的所占份額不斷擴大。在膠版印刷方面，豆油基油墨主要應(yīng)用于膠印的報刊輪轉(zhuǎn)和單張紙印刷方面，如表2所示為豆油基單張紙和輪轉(zhuǎn)油墨的標(biāo)準(zhǔn)配方。
在實際印刷過程中，膠印油墨的干燥原理主要包括氧化催化結(jié)膜和滲透干燥兩種，其中氧化結(jié)膜干燥方式主要是依靠油墨配方中的干性或半干性植物油在催干劑存在的情況下與氧氣發(fā)生氧化聚合反應(yīng)而成膜。滲透干燥的原理是在印刷過程中油墨中的低黏度組分(礦物油或植物油)滲透到紙張的纖維中促使油墨的快速固著。而對于豆油基油墨而言，由于豆油組分取代傳統(tǒng)油墨配方中的大部分礦物油，因此豆油組分的性能對于豆油基油墨的固著和干燥速度有著十分重要的意義。
大豆油屬于半干性植物油，所以在油墨配方中直接使用20％以上的大豆油無法滿足實際印刷對干燥性能方面的要求。所以為了改善豆油基油墨的干燥性能，提高氧化結(jié)膜速度，通過采用催化劑改性技術(shù)，使用一種同質(zhì)催化的方法，即在不改變分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高豆油的不飽和雙鍵含量和位置，來加強氧化聚合反應(yīng)能力，從而改善油墨氧化干燥性能。但是由于這種同質(zhì)催化方法沒有改變豆油的分子結(jié)構(gòu)，相對于礦物油，同質(zhì)催化法所獲得的改性豆油在多項物化指標(biāo)上仍有很大的差異，特別是黏度上的差異導(dǎo)致其無法達到與礦油同樣的滲透速度，從而影響油墨在實際印刷時的固著和干燥性能。
植物油都是由長鏈的脂肪酸甘油酯的混合物組成，分子結(jié)構(gòu)基本相同。只是其中脂肪酸分子鏈節(jié)中的碳鏈數(shù)目，不飽和雙鍵數(shù)量和位置隨著植物油種類的不同而有所差異，一般不飽和雙鍵數(shù)量或共軛雙鍵數(shù)量越多，植物油的氧化干燥速度越快，通過聚合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的能力越強。另外，從印刷油墨的分子結(jié)構(gòu)的角度來看，植物油分子與礦油分子有著很大的差異，礦油分子在不考慮分支的情況下，小于植物油分子3～5倍，如圖1和圖2所示。
所以植物油不但在比重上比礦油大許多(揮發(fā)性因此而大為降低)，而且在黏度上也比礦油高很多，如礦油的黏度為5mpa．s(23℃C)，亞麻油的黏度為 44mpa，s(23℃)，大豆油的黏度為55mpa．s(23℃)，這種差異不但會影響到油墨體系的流變性能，而且會影響到流體在涂布紙張上的吸收，從而影響油墨在印刷基材上的固著速度。
為了進一步改善豆油基油墨的干燥性能以滿足高速印刷的需求，目前的技術(shù)趨勢主要是使用植物性酯的成分來替代豆油，以改善油墨固著慢的缺點。這種植物性酯主要來自于豆油脂肪酸和醇的酯化反應(yīng)作用，其分子結(jié)構(gòu)與礦油相似，特別是碳鏈的長度和整個分子的大小，以及黏度都和礦油十分接近，如圖3P#示。這種豆油脂肪酸酯和礦油一樣可以很快被涂布紙張所吸收，具有優(yōu)良的滲透性，從而解決了豆油基油墨固著慢的問題，另外脂肪酸酯對樹脂表現(xiàn)出很好的溶解性，也為油墨配方的調(diào)整提供更多的彈性。
總之，豆油脂肪酸酯的性能和礦油很接近，卻沒有礦油的缺點，因此值得繼續(xù)深入的研究。目前，一種由大豆油脂肪酸和甲醇合成的大豆油甲基酯．具有較強的稀釋性和溶解力．它不僅能夠作為顏料和油墨清洗劑．而且具有價格低 容易降解 低毒性和低VOC等特性．其主要物理性能如表3所示。
使用這種豆油酯來替代部分或全部的石油系礦物油應(yīng)用于豆油基油墨中．不但可以有效地解決豆油基油墨固著速度慢等問題．而且可有效減少油墨中不可再生資源— —礦物油的消耗?？傊畬τ诙褂突湍裕褂王ピ谄渲械膽?yīng)用將具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>
應(yīng)用優(yōu)勢
印刷性價比高。豆油基彩色油墨的原材料成本與石油系彩色油墨相近．在油墨價格方面具有一定的競爭力。作為報紙印刷的黑色豆油基油墨．雖然在油墨價格方面不占優(yōu)勢．但就長期印刷而言．由于具有較好的印刷穩(wěn)定性．其印刷效率高．和普通黑色報墨相比同樣具有較強的競爭優(yōu)勢。另外．由于具有更好的顏料潤濕性．豆油基油墨表現(xiàn)出更高的色濃度和厚實、亮麗的印刷顏色效果．在實際的印刷中．消耗同樣油墨量大約可增加10％～15％的單位印刷量．有利于降低印刷成本。
印刷適性好。豆油基油墨所含有的植物油成分較多．由于植物油的沸點相對比礦物油要高．在實際印刷中．黏性增值較?。哂辛己玫挠∷⒎€(wěn)定性和印刷適性。另外．Tack O—Scope實驗測試表明．豆油基油墨相對于普通油墨具有更加好的水墨平衡性．如圖4所示．豆油基油墨和潤版液接觸時達到平衡的速度快．并可保持更加穩(wěn)定的乳化平衡性能．這對于改善印刷質(zhì)量．提高生產(chǎn)效率有著十分重要的意義。
耐擦性(Rub—off resistance)佳。據(jù)美國報紙協(xié)會報導(dǎo)通常報紙讀者比較關(guān)心其手是否會被沾黑。傳統(tǒng)石油系油墨由于印刷的耐擦性不良．容易沾黑讀者的手．而豆油基油墨中的豆油組分不同于作為惰性溶劑的礦物油．由于含有不飽和雙鍵可以參與氧化成膜．所以相對于油性油墨具有更好的耐擦性能．從而解決了報紙讀者的手容易被油墨污染的問題。
脫墨性(Deinking)。豆油基油墨具有較好的脫墨性，而且對紙質(zhì)纖維的損傷小．可提高再生紙的品質(zhì)．同時由于脫墨后的油墨殘渣比石油基油墨更加容易分解．可改善廢水處理的工藝．有效降低紙張回收處理成本。
避免VOC的揮發(fā)。石油系油墨含有大量的VOC及毒性成分．而以豆油取代石油系礦物油．能夠避免石油系礦物油揮發(fā)有害成分而造成的環(huán)境污染．無論是在制造油墨、印刷干燥．或是清洗制造設(shè)備等過程都不會產(chǎn)生VOC。
豆油基油墨現(xiàn)狀與展望
目前豆油基輪轉(zhuǎn)油墨在面對輕量化紙張的印刷實驗上已獲得成功．在日本已有印刷廠商實現(xiàn)了豆油基油墨在33g／c㎡ 、27g／c㎡和20g／c㎡等超薄再生紙上的印刷。如果豆油基油墨在這方面能夠完全滿足實際印刷的需求．將有效降低印刷用紙成本．使再生紙資源得以充分利用。通過評估豆油在uV油墨中的應(yīng)用．Lehigh大學(xué)的研究顯示在uV膠印油墨中至少有25％的丙烯酸酯類組分可以被處理過的豆油類產(chǎn)品所取代。目前．研究人員已確認在uV油墨中加入20％的豆油．油墨的印刷適性和固化性能將保持或得到改善。使用豆油組分取代一部分更加昂貴的丙烯酸酯預(yù)聚物不但可以降低固化過程中所產(chǎn)生的VOC數(shù)量．而且將改善顏料潤濕性．降低氣味．改善印刷產(chǎn)品的生物降解性．有利于紙張的回收利用。美國化學(xué)公司的輻射固化部門正試圖實現(xiàn)這種產(chǎn)品的商業(yè)化．我們期待有更多的供應(yīng)商能夠提供這樣的豆油基產(chǎn)品以滿足市場需求。
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