淺議擠出復(fù)合油墨配方工藝設(shè)計(jì)及其生產(chǎn)應(yīng)用注意問(wèn)題

王治飛，吳秉禎，魏作楠

（1.黃山新力油墨科技有限公司，安徽 黃山 245900 2.大慶油田采油六廠 第二油礦地質(zhì)工藝隊(duì)，黑龍江 大慶 163155）

淺議擠出復(fù)合油墨配方工藝設(shè)計(jì)及其生產(chǎn)應(yīng)用注意問(wèn)題

王治飛1，吳秉禎1，魏作楠2

（1.黃山新力油墨科技有限公司，安徽 黃山 245900 2.大慶油田采油六廠 第二油礦地質(zhì)工藝隊(duì)，黑龍江 大慶 163155）

擠出復(fù)合油墨是針對(duì)軟包裝印刷后加工工藝—擠出復(fù)合工藝而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種專用型油墨。由于擠出復(fù)合工藝與干濕復(fù)合工藝差別很大，對(duì)油墨的性能要求個(gè)性化很高。為了滿足擠出復(fù)合工藝的要求，特別是擠出復(fù)合強(qiáng)度的要求，從油墨的配方用原材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝關(guān)健因素的制定和控制、油墨應(yīng)用過(guò)程的控制，暢述影響油墨質(zhì)量和應(yīng)用性能的因素，制備出性能符合擠出復(fù)合工藝要求的油墨。

油墨；擠出復(fù)合；干式復(fù)合；復(fù)合強(qiáng)度；高速分散；砂磨；個(gè)性化

前言

隨著復(fù)合軟包裝技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合包裝材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加。在干式復(fù)合和擠出復(fù)合等復(fù)合薄膜中，用擠出復(fù)合薄膜替代干式復(fù)合薄膜作為熱封基材在生產(chǎn)成本、加工性能和材料性能上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

相比干式復(fù)合，濕式復(fù)合，覆膜，熱融復(fù)合等，擠式復(fù)合擁有許多優(yōu)點(diǎn)。尤其現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)境，健康等方面的關(guān)注，使得擠式復(fù)合迅速發(fā)展起來(lái)，而且在成本、效率上的優(yōu)勢(shì)，也使得企業(yè)逐漸加大擠式復(fù)合產(chǎn)品的產(chǎn)量。

目前市場(chǎng)對(duì)包裝物的要求正向著多元化、個(gè)性化方向發(fā)展，包裝物對(duì)包裝材料的要求也各不相同。選用共擠復(fù)合基材的復(fù)合薄膜材料越來(lái)越受到客戶的青睞，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)包裝物的使用要求制定相應(yīng)的配方，形成最佳的制造成本，給使用廠家?guī)?lái)了利潤(rùn)空間和具有個(gè)性化差異的產(chǎn)品，增加企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，因此應(yīng)用市場(chǎng)前景被十分看好。

1 擠出復(fù)合油墨

1.1 擠出復(fù)合應(yīng)用及其范圍

1.1.1 擠出復(fù)合油墨應(yīng)用

擠出復(fù)合油墨是通過(guò)印刷工藝技術(shù)將油墨轉(zhuǎn)移到BOPP、PET、PE等塑料基材的表面，然后將印刷好的薄膜通過(guò)擠出復(fù)合工藝與PE、PP等塑料粒子高溫熔融擠出復(fù)合，得到一種無(wú)整的復(fù)合產(chǎn)品。

1.1.2 應(yīng)用范圍

用于塑料／鋁箔、塑料／紙、塑料／塑料以及塑料鋁箔紙之間的多層復(fù)合，其產(chǎn)品可加工成復(fù)合包裝袋、復(fù)合紙盒、復(fù)合軟管等，主要用于食品、飲料、化妝品、牙膏等產(chǎn)品的包裝，也可用作水泥袋、化肥袋以及集裝袋等大型包裝袋等。

1.2 擠出復(fù)合材料及原輔材料

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式有：?jiǎn)蚊鎻?fù)合、雙面復(fù)合、夾芯復(fù)合、組合復(fù)合。

1.2.1 熱粘接材料

熱粘接材料即膠黏劑，大多熱粘接材料采用低密度聚乙烯（LDPE）樹(shù)脂，此外還使用離子型聚合物，聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物等[1]。

1.2.2 復(fù)合基材

紙類：牛皮紙、優(yōu)質(zhì)紙、玻璃紙等；

塑料薄膜：PA、PE、BONY、BOPP、BOPET薄膜等；其它：鋁箔、布類、聚丙烯編織布等。

1.2.3 粘結(jié)促進(jìn)劑

是為增加擠出復(fù)合的黏合強(qiáng)度，而在基材上預(yù)先涂布的一層底膠，又稱AC劑。

1.3 擠出復(fù)合工藝原理和圖示

擠出復(fù)合工藝是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保型的工藝，擠出復(fù)合工藝流程如圖1所示，在硅橡膠輥和冷卻輥之間送入印刷好的薄膜材料，同時(shí)從機(jī)頭的狹長(zhǎng)口模中擠出聚乙烯等熱塑性塑料熱熔膜胚，涂覆到印刷基材上，在輥壓的作用下，熱熔膜胚和印刷基材復(fù)合在一起，由冷卻輥冷卻定型，通過(guò)牽引與切邊，卷繞得得到卷筒復(fù)合材料。

圖1 擠出復(fù)合示意圖Fig.1 The diagram of extrusion composite

1.4 擠出復(fù)合的特點(diǎn)及與干式復(fù)合的區(qū)別

擠出復(fù)合一般是以PE、PP作為膠黏劑，經(jīng)擠出機(jī)T型模頭擠出后成熔融薄膜，在膠黏劑處于熔融狀態(tài)時(shí)將兩種基材黏合在一起，冷卻定型后成為復(fù)合薄膜。擠出復(fù)合是一種用途廣泛的復(fù)合方法，其特點(diǎn)是將各種基材與塑料的性能組合在一起，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，具有一般單塑料薄膜所無(wú)可比擬的物理性質(zhì)，如耐磨性、可密封性、阻隔性、阻氣性、隔光性、保香性、耐油性、耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)成本低，約為干濕復(fù)合材料的三分之二；生產(chǎn)速度高，最高生產(chǎn)速度可達(dá)250m/min。生產(chǎn)環(huán)境清潔，環(huán)境污染少[2]。擠塑溫度高，約為300℃，而其它成型加工工藝只有200℃。擠出復(fù)合與干式復(fù)合的區(qū)別如表1所示。

表1 擠出復(fù)合與干式復(fù)合的區(qū)別Table 1 The differences between extrusion composite and dry compound

1.5 擠出復(fù)合工藝對(duì)復(fù)合油墨性能的要求

1.5.1 對(duì)油墨印刷適性的要求

表2 擠出復(fù)合油墨技術(shù)性能指標(biāo)Table 2 The performance index of extrusion composite ink technology

擠出復(fù)合油墨具有與干濕復(fù)合油墨類似的油墨性能和印刷適性[3]，如光澤度、細(xì)度、附著力、抗粘連性、溶劑釋放性[4]和高速印刷適性，能適應(yīng)高速印刷（250～300m/min）[5]。其技術(shù)性能指標(biāo)如表2。

1.5.2 對(duì)印刷加工性能（擠復(fù)性能）的要求

擠出復(fù)合油墨應(yīng)適應(yīng)如PP或PE粘子與BOPP印刷膜的熔融擠出工藝和高溫（300℃）擠出復(fù)合工藝要求為擠復(fù)性能達(dá)到：剝離強(qiáng)度≥1.0N/15mm，熱封強(qiáng)度≥10N/15mm。

因此，擠出復(fù)合油墨不僅要有良好的印刷適應(yīng)性和在印膜上良好的附著力，而且在擠復(fù)條件下具有與擠出材料較強(qiáng)的粘接性能[6]。

1.6 擠復(fù)實(shí)驗(yàn)

1.6.1 擠復(fù)實(shí)驗(yàn)

一般采用在塑料薄膜上打樣或刮樣兩種方式，接著在印刷公司的擠復(fù)機(jī)上進(jìn)行擠出復(fù)合，最后進(jìn)行熱封。

1.6.2 進(jìn)行擠復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)注意事項(xiàng)

（1）塑料薄膜的寬幅必須與正在進(jìn)行擠出復(fù)合的薄膜一致；

（2）必須在塑料薄膜的處理面上進(jìn)行打樣或刮樣（薄膜的處理度必須大于38 dyne/cm），而且薄膜的兩端不可有缺口（防止在擠出復(fù)合時(shí)斷料）[7]；

（3）由于每次實(shí)驗(yàn)的條件不盡相同，所以一定要進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，一般以兩次以上試驗(yàn)出現(xiàn)同一結(jié)果為該油墨的擠復(fù)強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度；

（4）試驗(yàn)時(shí)一定要記錄試驗(yàn)條件，如擠復(fù)速度、擠出溫度等。

1.6.3 檢測(cè)結(jié)果

（1）分橫向和縱向兩種條件進(jìn)行測(cè)定擠復(fù)強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度；

（2）檢測(cè)時(shí)，一定要取空白處進(jìn)行測(cè)定，以防由于擠復(fù)工藝缺陷導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2 擠復(fù)油墨配方工藝設(shè)計(jì)原理

2.1 擠出復(fù)合粘接原理

擠出復(fù)合粘接原理主要包括機(jī)械粘接原理和化學(xué)粘接原理，印膜經(jīng)高溫?cái)D出復(fù)合后要達(dá)到一定的剝離強(qiáng)度和復(fù)合強(qiáng)度。

2.1.1 機(jī)械粘接原理

對(duì)于多孔基材如紙、布等在復(fù)合時(shí)，熱熔膜胚在輥壓作用下，能進(jìn)入基材空隙，被牢牢地“鉚”在基材上，形成許多微小的機(jī)械連接點(diǎn)，從而產(chǎn)生較大的粘接強(qiáng)度。主要影響機(jī)械粘接強(qiáng)度的因素有：

（1）基材的特性，樹(shù)脂的熔體指數(shù)，熔料溫度和力輥壓等（如基材的空隙多，熔料的流動(dòng)性大，輥壓大，則復(fù)合強(qiáng)度大，反之則小；

（2）提高基材的溫度，降低基材的濕度，也可增強(qiáng)復(fù)合強(qiáng)度。

2.1.2 化學(xué)粘接原理

對(duì)于表面光滑無(wú)空隙的基材，如PP、PA、PET、玻璃紙鋁箔等，復(fù)合時(shí)主要靠化學(xué)粘接力。提高化學(xué)粘接強(qiáng)度的途徑有：

（1）增加熱熔膜表面的氧化程度，賦予更多的活性基團(tuán)，提高熱熔膜胚的氧化程度，使氧化反應(yīng)的速度加快；降低涂覆速度，更熱熔膜胚有更多的時(shí)間起氧化反應(yīng)；

（2）提高熱熔膜胚的厚度，使其不易冷卻；

（3）增加基材表面活性基團(tuán)，如對(duì)基材進(jìn)行電暈處理；

（4）在基材表面涂布AC劑，對(duì)基材表面進(jìn)行化學(xué)改性等。

2.2 擠出復(fù)合油墨設(shè)計(jì)原理

依據(jù)擠出復(fù)合粘接原理，對(duì)于PP類印刷基材擠出復(fù)合PE或PP熱熔胚的BOPP印刷油墨的配方設(shè)計(jì)，對(duì)于表面光潔無(wú)孔隙的PP類基材主要依靠高溫下的化學(xué)粘接力。為提高其粘接力，印刷廠家可提高熱熔膜胚的溫度來(lái)增加熱熔膜胚表面的氧化程度，賦予熱熔膜胚更多的極性基團(tuán)。在油墨配方設(shè)計(jì)過(guò)程中，為滿足擠復(fù)工藝的要求，從以下幾個(gè)方面考慮優(yōu)選油墨原材料：

2.2.1 樹(shù)脂的選擇

擠出復(fù)合工藝還要求在很短的時(shí)間內(nèi)要完成類似干濕復(fù)合狀態(tài)下較長(zhǎng)時(shí)間的熟化過(guò)程，要求樹(shù)脂應(yīng)具有一定的極性和粘接性或反應(yīng)性，并且在高溫狀態(tài)下應(yīng)具有的穩(wěn)定性。同時(shí)，熱熔要求在熱封溫度和壓力條件下油墨的連接料處于熔融或黏流狀態(tài)以利于達(dá)到一定的熱封強(qiáng)度[8]。因此，樹(shù)脂的選擇應(yīng)考慮：

（1）樹(shù)脂的相溶性和樹(shù)脂對(duì)顏料的分散性能[9]；

（2）樹(shù)脂對(duì)附著力的影響；

（3）樹(shù)脂對(duì)油墨印刷轉(zhuǎn)移性能的影響；

（4）依據(jù)擠出復(fù)合的工藝要求應(yīng)選擇與擠出熱胚M(jìn)I（熔融指數(shù)）相近的連接料以利于在擠出復(fù)合狀態(tài)下同步的熔融流動(dòng)。

2.2.2 顏料的選擇

（1）易被分散，無(wú)分層、返粗現(xiàn)象；

（2）與所選定體系無(wú)反應(yīng)，穩(wěn)定性好（不變性、著色力強(qiáng)）；

（3）對(duì)附著力和復(fù)合強(qiáng)度無(wú)負(fù)面影響。

2.2.3 助劑的選擇

（1）應(yīng)避免使用易受高溫影響的有機(jī)助劑，或在高溫?cái)D復(fù)條件下對(duì)擠復(fù)性能產(chǎn)生負(fù)作用的助劑；

（2）對(duì)擠復(fù)強(qiáng)度的熱封強(qiáng)度無(wú)負(fù)作用的助劑。

根據(jù)擠出復(fù)合油墨應(yīng)用上的要求，結(jié)合油墨生產(chǎn)過(guò)程每個(gè)工藝階段的特點(diǎn)，篩選油墨用原材料進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)，以期達(dá)到設(shè)想的結(jié)果[10]。

2.3 樹(shù)脂溶解

擠復(fù)油墨中所使用的A，B，C，D按照表3溶解配比進(jìn)行溶解。由于在冬季經(jīng)常出現(xiàn)溶解不良等現(xiàn)象，加入油墨中，油墨會(huì)返粗，這是無(wú)法通過(guò)延長(zhǎng)溶解時(shí)間或通過(guò)增加研磨遍數(shù)來(lái)降低細(xì)度的。所以將濃度降低為10%，分散時(shí)間設(shè)定為2h，使冬節(jié)和夏季都能充分溶解。如果有條件，最好加熱溶解，既能使樹(shù)脂溶解完全，而且加熱溶解后的油墨凍點(diǎn)降低[10]。

表3 樹(shù)脂溶解比例Table 3 The data of resin dissolving

2.4 高速分散

在高速分散過(guò)程中，在所用的樹(shù)脂中，B的分散性最好，其次是A，有的配方中沒(méi)有B，所以一般采用A，或者A+B分散顏料。如果采用A分散，分散時(shí)間比B型同種顏色等量產(chǎn)品多5min。

物料投入方法和分散速度類似B型工藝，遵循由輕到重原則。在擠復(fù)體系中，助劑很少，即使有，建議在調(diào)墨料中混合溶劑一起加入，很多助劑在研磨前期加入沒(méi)有效果，而且研磨后會(huì)改變助劑分子結(jié)構(gòu)，降低使用效果[9]。

2.5 砂磨

砂磨機(jī)研磨是對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)分散的物料的進(jìn)一步加工，它的作用有：（1）借助于機(jī)械動(dòng)力克服顏料聚集體的內(nèi)聚力（主要是靠研磨介質(zhì)的剪切力），使顏料聚集體盡可能地分散成單個(gè)的顏料粒子并被樹(shù)脂包裹；（2）進(jìn)一步使顏料被與之接觸的連接料所潤(rùn)濕，所以，研磨是顏料被潤(rùn)濕過(guò)程的繼續(xù)。砂磨過(guò)程的進(jìn)料速度要均勻，進(jìn)料壓力不能過(guò)高，研磨溫度控制在50℃以內(nèi)。

2.6 物料調(diào)整

擠復(fù)油墨的物料調(diào)整包括加入三次料，調(diào)色，并墨，沖淡等步驟，色墨加入三次料后直接放墨，白墨上過(guò)濾機(jī)。助劑混合溶劑要過(guò)350目濾布加入。分散5～10min使三次料和研磨料混合均勻。

3 結(jié)果與討論

3.1 配方體系中樹(shù)脂對(duì)擠出復(fù)合的影響

配方的設(shè)計(jì)一定要根據(jù)擠出復(fù)合工藝的特殊需要來(lái)選擇原材料。由于擠出復(fù)合油墨直接接觸到高溫（300℃）流延的薄膜，因此，在選擇原材料主體樹(shù)脂時(shí)，一定要選擇MI（熔融指數(shù)）相近的樹(shù)脂以利于在擠出復(fù)合狀態(tài)下同步的熔融流動(dòng)，確保達(dá)到擠出復(fù)合強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度。

3.2 配方體系中顏料對(duì)擠出復(fù)合的影響

在顏料的選擇過(guò)程中，應(yīng)選擇分散性能優(yōu)質(zhì)顏料。如果顏料的分散性能差，生產(chǎn)的油墨產(chǎn)品體系就會(huì)不穩(wěn)定，容易分層，細(xì)度容易返粗，印刷適應(yīng)性就會(huì)差，不能滿足印刷工藝要求，產(chǎn)品不能正常應(yīng)用。

3.3 配方中助劑對(duì)擠出復(fù)合的影響

擠出復(fù)合是與高溫（300℃）流延的薄膜進(jìn)行復(fù)合，若使用易受高溫影響的有機(jī)助劑，在高溫?cái)D復(fù)條件下會(huì)對(duì)擠出復(fù)合強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)作用，導(dǎo)致復(fù)合強(qiáng)度不符合要求。因此。在選擇助劑時(shí)一定要做比對(duì)試驗(yàn)，選擇耐溫性強(qiáng)對(duì)擠出復(fù)合強(qiáng)度和熱封強(qiáng)度無(wú)負(fù)作用的助劑。

3.4 基材對(duì)擠出復(fù)合的影響

在印刷復(fù)合過(guò)程中，粘接的強(qiáng)度主要依靠高分子間的化學(xué)粘接提供。因此，在選用印刷膜時(shí)，一定要選擇進(jìn)行過(guò)電暈處理的薄膜，這樣可以增加薄膜表面活性基團(tuán)，提高粘接力。否則附著力會(huì)大大降低，不能滿足包裝產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

4 結(jié) 論

擠出復(fù)合工藝雖然對(duì)擠出復(fù)合油墨要求很高，個(gè)性化很強(qiáng)，但只要對(duì)擠出復(fù)合工藝的特點(diǎn)進(jìn)行分析，將特點(diǎn)轉(zhuǎn)化成配方設(shè)計(jì)的要素，并在生產(chǎn)過(guò)程中加以控制，對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用中易出的問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，制定可行的操作方案，落實(shí)到各個(gè)細(xì)節(jié)中去，一定可以生產(chǎn)出能滿足擠出復(fù)合工藝要求的油墨產(chǎn)品。

［1］ 凌星云,恭生連.油墨技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:印刷工業(yè)出版社,2009: 366～410.

［2］ 許旭東,唐禮亮.無(wú)苯凹版塑料油墨的技術(shù)方向［J］.軟包裝技術(shù), 2014,2:8～10.

［3］ 周正中.凹印油刷油墨轉(zhuǎn)移的影響因素［J］.廣東印刷,2014,4: 15～17.

［4］ 梁春亮.軟包裝溶劑殘留控制實(shí)例分析［J］.軟包裝技術(shù),2014,5: 1～10.

［5］ 王達(dá)志,王德新.復(fù)合油墨在印刷中“發(fā)花”現(xiàn)象與處理方法［J］.軟包裝技術(shù)，2013,8:7～8.

［6］ 周健明.幾種典型的復(fù)合包裝袋質(zhì)量案例分析［J］.軟包裝技, 2007,4:5～6.

［7］ 關(guān)文強(qiáng)，將中成.五層共擠PE吹膜技術(shù)［J］.軟包裝技術(shù)，2013,6:23～25.

［8］ 馬蘭．?dāng)D出復(fù)合薄膜剝離強(qiáng)度影響素淺析［J］．印刷技術(shù), 2004,17:56～58．

［9］ 沈永嘉．有機(jī)顏料的物理、化學(xué)與應(yīng)用性能［J］．上海包裝, 2007,2:1～11．

［10］ 馬金濤．納米技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］．中國(guó)印刷,2012,10:11～13．

［11］ 王少君,崔勵(lì),焦利勇,等．印刷油墨生產(chǎn)技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004:163～190．

Study on the Extrusion Composite Ink Formulation Process Design and Problems Exist in Production Application

WANG Zhi-fei1，WU Bing-zhen1and WEI Zuo-nan2
（1.Huangshan Shining Ink Technology Co.Ltd,Anhui 245900,China；2.The Geological Technology Team of the 2nd Oil Field,The 6th Oil Extraction Plant of Daqing Oil Field,Daqing 163155,China）

The extrusion composite ink is a kind of specialized ink of extrusion composite technology for flexible package printing.Due to the big difference between the extrusion composite technology and the wet and dry compound technology,the performance of the ink should be highly personalized.In order to meet the requirements of the extrusion composite technology,especially the strength of the extrusion composite,the factors which have effect on the quality and application performance of ink are presented from the aspects of designing the raw material of formulation for ink, adopting the key factors of manufacturing and controlling the application progress of ink.Hence the ink is prepared whose performance meets the requirements of the extrusion composite technology.

Ink;extrusion composite;dry compound;composite strength;high speed dispersion;sanding;personalization

TQ 638

B

1001-0017（2015）02-0151-04

2014-12-10

王治飛(1971-），男，安徽歙縣人，工程師，主要從事高分子材料性能研究及應(yīng)用，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型軟包裝塑料印刷油墨。