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摘要：本文對(duì)影響OPS(聚苯乙烯收縮膜)油墨性能的主要因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,主要從毒性的角度，對(duì)OPS水基油墨主要組份的環(huán)保性能進(jìn)行分析；通過(guò)對(duì)連結(jié)料、pH值、粘度及干燥性及其相互關(guān)系的研究，分析水基OPS油墨的抗水性；通過(guò)對(duì)助溶劑、聚合物單體、pH值及顏料分散的研究，分析OPS水基油墨的印刷適性；通過(guò)對(duì)水基油墨的分散、粘性及助劑的研究, 分析OPS水基油墨的抗摩擦性。以此為OPS水基油墨配方的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，優(yōu)選出科學(xué)的OPS油墨配方；進(jìn)行相應(yīng)的性能測(cè)試后所得性能數(shù)據(jù)與預(yù)期指標(biāo)進(jìn)行對(duì)照；結(jié)果表明，試生產(chǎn)所得油墨的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足使用要求標(biāo)?！　￡P(guān)鍵詞：水基OPS油墨；環(huán)保；抗水性；耐摩擦性；配方研究　　前言：隨著全球性環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破壞程度的加劇，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注生命、關(guān)注環(huán)境與發(fā)展，提倡生產(chǎn)、使用綠色產(chǎn)品，特別是對(duì)于食品包裝的衛(wèi)生性、環(huán)保性提出了更嚴(yán)格的要求，為此出現(xiàn)了OPS收縮膜包裝材料。但是OPS收縮膜的材料極性低于PVC收縮膜，造成印刷一系列問(wèn)題，對(duì)油墨提出更高要求。　　本文研究目標(biāo)是以提高OPS收縮膜水基油墨的環(huán)保性能、抗摩擦性、抗水性及色澤度為重點(diǎn)，確定POS水基油墨配方設(shè)計(jì)的最優(yōu)解決方案。一、OPS水基油墨配方的設(shè)計(jì)原則OPS收縮膜水基油墨是一種新型的凹版油墨，還沒(méi)有形成一套完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。參照各類塑料凹版油墨檢驗(yàn)方法與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，OPS收縮膜水基油墨配方設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下原則：(1)所選的溶劑不能對(duì)OPS膜有影響，油墨干燥后不能有氣味，要有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。(2)要按印刷品類型和要求來(lái)決定油墨原料的選定和油墨墨性的預(yù)定。只有對(duì)印刷品的類型和使用目的，在設(shè)計(jì)之前就有所了解，才能依照它的特點(diǎn)，選擇原料和預(yù)定油墨質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[1]。要求OPS水基油墨牢度好，能滿足收縮要求，且顏色鮮艷。(3)對(duì)顏料和染料的選用要根據(jù)承印物的類型來(lái)確定：例如油墨中若使用鐵藍(lán)會(huì)變色，還有常在櫥窗內(nèi)陳列的產(chǎn)品，久經(jīng)日光照射，油墨中若使用鹽基玫瑰紅等色淀顏料，則會(huì)嚴(yán)重變色。二、影響凹版水基油墨性能的關(guān)鍵因素分析2.1 環(huán)保性能分析　　對(duì)于油墨的環(huán)保問(wèn)題，主要應(yīng)考慮的是油墨的毒性、印刷及使用過(guò)程中對(duì)人健康的危害程度、易燃易爆性能以及能量損耗等幾個(gè)方面。水基油墨是一種新型的環(huán)保型油墨。從成本及耗能角度來(lái)說(shuō)是最優(yōu)秀的，而且水基油墨的快干特性使得柔性版印刷工藝不僅適于紙張印刷，也非常適于塑料類非吸收性材料的凹版印刷[2]。由于印刷適性的約束，絕對(duì)沒(méi)有毒性的水基油墨是不存在的，只有在不影響印刷適性的前提下，把水基油墨的含毒量進(jìn)一步降低。從水基油墨組成中，對(duì)環(huán)保性能影響最大的是溶劑。在選擇溶劑、設(shè)計(jì)水基油墨時(shí)，應(yīng)十分重視溶劑的氣味、對(duì)人體的毒性、空氣污染限制和安全性。對(duì)于具有令人不愉快的氣味的溶劑、對(duì)人體毒性大的溶劑、易燃易爆的溶劑和不符合空氣污染法限制的溶劑應(yīng)盡量不選用。(1) 從顏料方面來(lái)講,大多數(shù)有機(jī)顏料的毒性非常小，不含有無(wú)機(jī)顏料中的重金屬。而高檔的有機(jī)顏料品種不僅具有優(yōu)異的耐曬牢固度、耐氣候的牢度、耐熱性能和耐溶劑性能，而且在耐酸堿方面也要優(yōu)于無(wú)機(jī)顏料[3]，因此可以實(shí)驗(yàn)中選用的顏料為高檔有機(jī)顏料。(2) 從溶劑的角度來(lái)講，首先是胺化樹(shù)脂液。胺化樹(shù)脂液主要組成成分中對(duì)環(huán)保方面有影響是乙醇和氨水，而實(shí)際上乙醇由于所含甲醚量極其微小，所以，在VOC黑名單中已被排除[4]。乙醇的加入可提高對(duì)樹(shù)脂的溶解能力和增強(qiáng)顏料的分散性能，并能加速滲透，抑制發(fā)泡作用。(3)助溶劑的選擇。由于顏料的自身特性，單獨(dú)使用乙醇的油墨還不能完全滿足水基油墨的印刷適性要求，因此，需要加入其他的助溶劑來(lái)補(bǔ)償。由于丙二醇醚毒性小，且溶解力強(qiáng)及揮發(fā)慢,因此作為溶劑可以提高涂膜的流平性、光澤和豐滿度，降低乳液的最低成膜溫度，是丙烯酸樹(shù)脂的良好溶劑[5]。2.2 抗水性的分析　　OPS水基油墨的抗水性除了指油墨中所用的顏料對(duì)水的耐抗性能之外，還受諸如連結(jié)料、助劑等輔助材料的影響?？顾缘臏y(cè)定是油墨涂在OPS收縮膜上，并在干燥后測(cè)定的，實(shí)際上它主要是測(cè)定油墨在固化后的牢度以及形成的墨膜對(duì)水的耐抗性能。因?yàn)镺PS水基油墨經(jīng)常應(yīng)用在如：乳品、飲料等包裝印刷中，經(jīng)常會(huì)在水中長(zhǎng)期浸泡，或在冰箱中長(zhǎng)期冷凍，如抗水性能差，會(huì)導(dǎo)致水基油墨遇水乳化而失去光澤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)完全掉色，影響產(chǎn)品形象。(1) 連結(jié)料的抗水性分析　　OPS油墨目前所使用的連結(jié)料主要是高酸值的可以溶解于堿(常用氨水等揮發(fā)性堿)的丙烯酸樹(shù)脂、馬來(lái)酸改性松香樹(shù)脂等，如表2.1所示，不同種類的樹(shù)脂的抗水性是不同的[6]。從表中可以看出，在常用的樹(shù)脂當(dāng)中，堿溶性丙烯酸樹(shù)脂的抗水性能最優(yōu)。表2.1  不同種類的樹(shù)脂的抗水性比較項(xiàng)目 馬來(lái)酸樹(shù)脂 氨基甲酸乙酯樹(shù)脂 水性氨基樹(shù)脂 羥甲基纖維素 堿溶性丙烯酸樹(shù)脂 顏料分散性 中 中 良 良 優(yōu) 耐水性 差 差 中 差 優(yōu) 　　堿溶性樹(shù)脂液作為水基油墨分散研磨顏料的基料，有助于改善顏料的性能，特別是顏料分散性能從而改善油墨的穩(wěn)定性和抗水性能，而顏料分散性能的好壞與研磨時(shí)間、樹(shù)脂的種類、助劑的加入與否等都有很大關(guān)系。表2.2 是在對(duì)水基油墨抗水性研究中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得到的一組色漿不同的研磨時(shí)間與所得水基油墨抗水性(抗水時(shí)間)比較數(shù)據(jù)。表2.2  色漿不同的研磨時(shí)間與所得水基油墨抗水性比較         研磨時(shí)間性能 0.5h 1.0h 1.5h 2.0h 2.5h 3.0h 細(xì)度 40μm 37μm 33μm 30μm 28μm 20μm 抗水性 5h 10h 13h 15h 18h 15h 　　從表2.2可以看出，隨著研磨時(shí)間的增長(zhǎng)，水基油墨的細(xì)度在增加，抗水性在增強(qiáng)。但研磨時(shí)間超過(guò)2.5 h以后，抗水性反而下降。這是由于隨著研磨時(shí)間的增長(zhǎng)，胺類物質(zhì)揮發(fā)加快，堿性變?nèi)?，酸性增?qiáng)，粘度增加，樹(shù)脂顏料分散性變差，才導(dǎo)致抗水性變差?？梢?jiàn)在色漿研磨實(shí)驗(yàn)中將研磨時(shí)間控制在2.5h，可以獲得最佳的抗水性能。(2)干燥性、pH值及粘度對(duì)抗水性的影響　　OPS水基油墨在印刷時(shí)可與水混合，一旦油墨干固后，則不能再溶于水，即油墨的抗水性。干燥快，抗水性就好，但也不能太快，只有良好的干燥才有利于提高水基油墨的抗水性能。而干燥性能又明顯受到pH值和粘度的影響，通常水基油墨pH值范圍應(yīng)在8.0～9.5之間，這時(shí)水基油墨的印刷性能最好，印品質(zhì)量最穩(wěn)定[7]。在水基油墨的研究中，通過(guò)氨水來(lái)調(diào)解胺化樹(shù)脂液的pH值，獲得了水基油墨不同pH值所對(duì)應(yīng)的粘度、初干性及抗水性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表2.3所示。表2.3  不同pH值對(duì)應(yīng)的粘度、初干性及抗水性pH值 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 粘度 42 34 28 25 20 16 初干性mm/25℃15s 11 9 8 7 6 4 抗水性 11h 14h 17h 18h 14h 12h 2.3抗摩擦性分析　　顏料分散穩(wěn)定化是固化后油墨牢度好、墨膜耐摩擦的根本保證。顏料分散性能的好壞與研磨時(shí)間、樹(shù)脂的種類、助劑的加入與否等都有很大關(guān)系。表2.4 是在對(duì)水基油墨研究中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得到的一組色漿不同的研磨時(shí)間與所得水基油墨抗摩擦性的比較數(shù)據(jù)。表2.4  色漿不同的研磨時(shí)間與所得水基油墨抗摩擦性比較      時(shí)間油墨性能 0.5h 1.0h 1.5h 2.0h 2.5h 3.0h 細(xì)度 40μm 37μm 33μm 30μm 28μm 20μm 抗摩擦性 干磨 2次 干磨 5次 干磨 7次 干磨 9次 干磨11次 干磨 8次 濕磨 1次 濕磨 4次 濕磨7次 濕磨 8次 濕磨9次 濕磨 7次 　　從表2.4可以看出，隨著研磨時(shí)間的增長(zhǎng)，水基油墨的抗摩擦性能逐漸增強(qiáng)，但研磨時(shí)間超過(guò)2.5小時(shí)后，印膜的抗摩擦性明顯下降。其原因在于隨著顆粒的逐漸變小，比表面積增大，溶解性增強(qiáng)，溶劑釋放性變差，干燥性變差，導(dǎo)致抗摩擦性變差。$分頁(yè)符$三、OPS水基油墨配方設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)3.1 OPS水基油墨配方設(shè)計(jì)1、降低毒性，符合環(huán)保。在油墨配方當(dāng)中，以符合環(huán)保性能的丙二醇甲醚替代對(duì)人體有害的乙二醇丁醚[5]。同時(shí)降低其組份含量，由此而引起的流平性能的損失可用加入流平劑的辦法加以補(bǔ)償。2、改善墨膜外觀，滿足收縮要求。平整光潔的印膜是獲得高質(zhì)量印刷品的基本前提，為了解決起泡、縮孔、發(fā)花且流平性能不佳問(wèn)題，進(jìn)行了消泡劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要是：①分析不同種類的消泡劑的消泡能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到合適的消泡劑型號(hào)。②確定消泡劑的最佳用量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為硅酮類消泡劑選擇的型號(hào)為：DC－65AD，0.5%的消泡劑用量是最優(yōu)的選擇。進(jìn)行了增滑劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要目的是研究不同種類的蠟對(duì)水基油墨印膜的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到適合水基油墨的蠟的最佳型號(hào)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，杜邦公司的PTFE是一種堅(jiān)韌耐久的良好材料，耐熱達(dá)315.60C.然而，但價(jià)格太昂貴，密度太高(2.2)，這樣的密度，使之在低粘度的涂料體系中單獨(dú)使用時(shí)勢(shì)必沉積到桶底，而不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用[5]，測(cè)試結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。PE/PTFE復(fù)合物蠟乳實(shí)際上是PTFE借助聚乙烯(PE)的作用，使之保持懸浮，在油膜干燥的時(shí)候，即會(huì)發(fā)生表面遷移。所以，PTFE與PE的合用往往比用100%PTFE作助劑更合算，性能更好。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析確定使用PE/PTFE復(fù)合物蠟乳增強(qiáng)水基油墨的抗摩擦性和滑爽性，并確定其比例為1.0%。3、進(jìn)一步提OPS水基油墨的色度、抗水性和抗摩擦性。這幾個(gè)方面在很大程度上取決于顏料及丙烯酸樹(shù)脂的分散性能。實(shí)驗(yàn)使用碳黑顏料，確定選擇碳黑潤(rùn)濕分散劑(上海DEUCHEN化學(xué)有限公司產(chǎn)品)來(lái)加強(qiáng)顏料體系的潤(rùn)濕和分散性能，其用量為重量百分比1.0%。通過(guò)比較不同乳液聚合物對(duì)水基油墨光澤、抗水性、抗摩擦性能的影響程度，分子的聚合物對(duì)于涂料的抗水性、光澤度及抗摩擦性方面有著顯著的影響[5]，而丙烯酸乳液的分子量一般都在20MW以上，屬于大分子的聚合物。據(jù)此確定對(duì)丙烯酸乳液的性能進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，研究其在凹版水基油墨中應(yīng)用性能。得到實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果為：選用不同的乳液聚合物可獲得不同的成膜性能，都會(huì)使水基油墨的各方面性能得到不同程度的提高。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較來(lái)看，加入YF-201乳液產(chǎn)品的水基油墨，雖然在光澤度方面稍劣于勞特公司的乳液產(chǎn)品OMNICRYL 1830，但在其他諸如粘度，干燥性能、抗摩擦性、抗水性方面均優(yōu)于其它幾種產(chǎn)品，同時(shí)鑒于成本的原因，國(guó)產(chǎn)乳液比進(jìn)口乳液在價(jià)格上要低20%～25%。它的價(jià)格優(yōu)勢(shì)對(duì)增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)水基油墨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力很有幫助。所以通過(guò)本實(shí)驗(yàn)選定國(guó)產(chǎn)的YF-201乳液作為OPS油墨的組份。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硅烷的加入可以在不同程度上改善涂層的耐劃傷性、附著力及抗水性，還可以改善結(jié)合牢固度。將大約1%的硅烷加入到乳液中，可以獲得最佳的抗水性及抗摩擦性。3.2 OPS油墨配方及實(shí)驗(yàn)1、通過(guò)一系列試驗(yàn)分析，良好的OPS油墨實(shí)驗(yàn)配方如下：顏料                      14.0%丙烯酸樹(shù)脂液              27.0%乙醇                       9.0%樹(shù)脂乳液                  27.5%丙二醇甲醚                 8.0%水性分散劑                 0.5%水性乳化臘                 1.0%消泡劑                     0.5%流平劑                     0.5%水                        10.0%二氨基官能硅烷             1.0%2、實(shí)驗(yàn)方法：按照上述實(shí)驗(yàn)配方，在加入樹(shù)脂乳液的同時(shí)加入1%的二氨基官能硅烷，調(diào)勻之后，檢測(cè)OPS水基油墨的細(xì)度、粘度。放置24小時(shí)之后，用絲棒展于OPS收縮膜上。待完全干燥后，將印好的墨樣剪下一塊浸于盛有清水的燒杯中，放置觀察刮樣的變色程度以及溶液的染色程度。再用摩擦性測(cè)定儀(塊重量為0.5Kg)對(duì)干燥印樣的抗摩擦性能進(jìn)行檢測(cè)。3、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：印好的墨樣在水中浸泡第七天時(shí)，發(fā)現(xiàn)刮樣開(kāi)始變色；溶液開(kāi)始被染色，抗水性屬于第五級(jí)。對(duì)印樣進(jìn)行抗摩擦性檢驗(yàn)，在干磨達(dá)到97次時(shí)開(kāi)始漏出基材，在濕磨達(dá)到78次時(shí)開(kāi)始漏出基材。4、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的主要數(shù)據(jù)：對(duì)所得油墨的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，得到如表3.8所示結(jié)果。表3.8  OPS水基油墨的檢測(cè)結(jié)果項(xiàng)目 指標(biāo) 細(xì)度 8μm 干燥性 初干性 30mm/25℃15s 徹干性 125s/100μm 抗水性 5級(jí)(>144h) 光澤 62 抗摩擦性 干磨 97次 濕磨 78次 粘度(涂4＃杯)25℃，s) 40 四、結(jié)論　　綜合以上實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果，我們最終優(yōu)選確定OPS油墨在環(huán)保、耐摩擦、抗水性及光澤度諸方面的配方。其性能指標(biāo)及使用注意事項(xiàng)如下：1、OPS水基油墨的性能：①載色能力強(qiáng)，墨質(zhì)細(xì)膩,色澤鮮艷，光澤度好,特別適用于食品、飲料、藥品等衛(wèi)生條件要求嚴(yán)格的包裝領(lǐng)域使用。②附著牢度強(qiáng)，印品不易掉色、脫落,抗水性好，耐摩擦。③具有較好的干燥性能；適合印刷速度為60-90m/min的凹版印刷。④具有較好的印刷適性，不傷害OPS薄膜，能滿足收縮要求。⑤儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，不易沉淀、分層。在貯存過(guò)程中不結(jié)皮、不干結(jié)，使用中消泡效果很強(qiáng)，一般不會(huì)產(chǎn)生大量氣泡導(dǎo)致印刷故障。⑥油墨干后即變成水不溶性物質(zhì)，具有滿足包裝物特殊使用要求的性能。2、OPS水基油墨的使用注意事項(xiàng)：①宜室內(nèi)存放，并在5～35℃溫度范圍內(nèi)密閉保存。開(kāi)啟后貯存應(yīng)隨即加蓋密封好，以防揮發(fā)和塵埃掉落。②使用前應(yīng)將水基油墨整桶搖勻或開(kāi)蓋攪勻, 保持內(nèi)在成分均一。③不同印刷機(jī)械對(duì)水基油墨上機(jī)時(shí)的使用粘度要求不同，用戶可以用純凈水或軟化水進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。④pH值是OPS水基油墨的主要技術(shù)指標(biāo)之一，在使用中定時(shí)測(cè)定和調(diào)整水基油墨的pH值，以保持其穩(wěn)定在8.0～8.5?！　〈罅﹂_(kāi)發(fā)研制新的OPS水基油墨，一方面，這符合國(guó)家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，環(huán)保的加強(qiáng)解決了包裝印刷工業(yè)發(fā)展的后顧之憂，也為其開(kāi)辟了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)；另一方面，向環(huán)保產(chǎn)業(yè)進(jìn)軍可為包裝印刷業(yè)開(kāi)發(fā)新的原料來(lái)源，具有經(jīng)濟(jì)與生態(tài)雙重效益。惟其如此，才能保持包裝印刷工業(yè)的長(zhǎng)盛不衰，才能走在國(guó)際包裝印刷行業(yè)的先進(jìn)水平。 轉(zhuǎn)載自：中外企業(yè)網(wǎng)