助劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

劉曉麗

柔印水墨因印刷時(shí)不產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)溶劑，而被稱(chēng)為綠色印刷材料。然而，目前柔印水墨在軟包裝印刷領(lǐng)域的市場(chǎng)份額只占到3%～5%，但出于包裝的安全考慮，應(yīng)大力推廣柔印水墨在軟包裝尤其是嬰幼兒用品包裝、女性用品包裝、食品包裝等領(lǐng)域的應(yīng)用，這就對(duì)柔印水墨的性能提出了更高的要求，迫使行業(yè)開(kāi)發(fā)并使用新型柔版水性油墨。助劑是柔印水墨的重要成分之一，對(duì)柔印水墨的各項(xiàng)性能及提高柔印質(zhì)量至關(guān)重要。本文分別闡述并探討了潤(rùn)濕劑、流平劑、消泡劑、成膜助劑、蠟乳液、pH值調(diào)節(jié)劑等不同助劑的添加對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響。

潤(rùn)濕劑、流平劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

薄膜（如BOPP）屬于非吸收性材料，基材表面能低。薄膜柔印水墨的表面張力大，對(duì)薄膜類(lèi)非吸收性材料的潤(rùn)濕效果不理想。在薄膜柔印水墨中添加合適的潤(rùn)濕劑和流平劑，可以降低水性油墨的靜態(tài)表面張力和動(dòng)態(tài)表面張力，賦予油墨優(yōu)異的潤(rùn)濕性和流平性，改善油墨在薄膜表面的鋪展情況，提高墨膜的潤(rùn)濕及流平效果。另外，在采用高速印刷時(shí)，油墨與薄膜表面的分子間距離瞬間急劇減小，也要求添加合適、高效的具有低泡性能的潤(rùn)濕劑和流平劑，以更好、更快地潤(rùn)濕薄膜表面。

選取BYK、TEGO、科寧化工（中國(guó)）有限公司、空氣化學(xué)公司等的20種潤(rùn)濕劑和10種流平劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空氣化學(xué)公司的潤(rùn)濕劑W4（有機(jī)硅類(lèi)）和BYK的流平劑L5（有機(jī)類(lèi)）添加量分別為0.3%和0.2%時(shí)，油墨在薄膜表面的流平效果最好，墨膜更加細(xì)膩，其中，添加L5的油墨打樣效果最好。圖1是未添加任何潤(rùn)濕劑、流平劑的油墨和添加0.2%（質(zhì)量份）的流平劑L5的油墨打樣效果對(duì)比。圖2是添加0.2%（質(zhì)量份）的流平劑L5與市售薄膜柔印水墨的樣張?jiān)谕瑞ざ龋?4s，涂4#杯）下的對(duì)比?？梢钥闯觯瑞ざ认?，添加L5的油墨的打樣效果優(yōu)于市售薄膜柔印水墨的打樣效果。

消泡劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

由于薄膜柔印水墨中含有潤(rùn)濕劑、流平劑、乳化劑等易起泡的表面活性劑，配墨階段過(guò)多的氣泡會(huì)影響油墨分散，印刷階段油墨產(chǎn)生大量的氣泡會(huì)降低印刷品質(zhì)量，故消泡劑是水性油墨中不可或缺的重要助劑。在薄膜柔印水墨的配墨階段以及印刷過(guò)程中，消泡劑起著消除泡沫并抑制泡沫產(chǎn)生的作用。消泡劑不僅要控制配墨和印刷階段的消泡速度，還需與油墨體系有良好的相容性，不會(huì)產(chǎn)生墨膜縮孔、橘皮、針眼等表面缺陷，保證印刷過(guò)程的順利進(jìn)行和印品質(zhì)量。

為研究消泡劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響，采用分散機(jī)攪入空氣法，選取了礦物油類(lèi)、非硅類(lèi)聚合物、聚硅氧烷類(lèi)、聚醚硅氧烷類(lèi)四種不同類(lèi)型不同廠家的20種消泡劑進(jìn)行梯度實(shí)驗(yàn)。使用RK手動(dòng)柔版打樣機(jī)和IGT柔印打樣機(jī)在BOPP上進(jìn)行打樣模擬上機(jī)印刷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚醚硅氧烷類(lèi)消泡劑F1在薄膜柔印水墨體系中的消泡速度快，但會(huì)導(dǎo)致油墨墨膜產(chǎn)生縮孔、橘皮、針眼等表面缺陷；聚硅氧烷類(lèi)消泡劑F10在薄膜柔印水墨體系中的消泡速度快，流平和重涂效果好，墨膜比較細(xì)膩，不會(huì)產(chǎn)生上述表面缺陷，當(dāng)F10添加量為0.3%（質(zhì)量份）時(shí)，消泡效果最佳；未添加消泡劑的樣張因配墨階段氣泡過(guò)多導(dǎo)致油墨分散不好，配墨結(jié)束后泡沫消失慢，效果較差。添加消泡劑F1、F10的油墨及未添加消泡劑的油墨打樣效果對(duì)比如圖3所示。所以在薄膜柔印水墨中添加合適的消泡劑是非常必要的，但消泡劑的添加量應(yīng)在保證消泡效果最好的前提下，越少越好。

成膜助劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

成膜助劑對(duì)薄膜柔印水墨的成膜有很大的促進(jìn)作用，但成膜助劑是有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其限制的不斷嚴(yán)格，成膜助劑必將向高沸點(diǎn)、多功能、低氣味、多組分化以及低毒、安全、可接受的生物降解性方向發(fā)展。

在薄膜柔印水墨配方中加入高沸點(diǎn)成膜助劑，能促進(jìn)涂料成膜，較好地滿足薄膜柔印水墨的性能要求。但高沸點(diǎn)的成膜助劑揮發(fā)速度較慢，在墨膜中保留時(shí)間較長(zhǎng)，與低沸點(diǎn)的成膜助劑相比，對(duì)墨膜的硬度和耐污性有一定的負(fù)面影響。故可選取多功能化的非離子型成膜表面活性劑，在降低油墨表面張力、保證低泡的同時(shí)，還能降低油墨的最低成膜溫度（MFFT），符合VOCs的排放要求。

選取空氣化學(xué)公司的非離子型成膜表面活性劑D1、D2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種成膜助劑均提高了油墨的流平性、成膜性以及耐揉搓性，與未添加成膜助劑的油墨相比，添加D1、D2的油墨流平效果更好，墨膜更細(xì)膩。此外，對(duì)同一油墨樣品的樣張進(jìn)行50℃的烘干，烘干時(shí)間分別為5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘。結(jié)果表明，隨著烘干時(shí)間的延長(zhǎng)，墨膜在附著牢度及耐揉搓方面有很大提升，這可能是因?yàn)槌赡ぶ鷦┑奶砑咏档土擞湍淖畹统赡囟龋∕FFT），隨著烘干時(shí)間的加長(zhǎng)，成膜助劑釋放得更加徹底，使墨膜的成膜性變好。

蠟乳液對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

在薄膜柔印水墨中加入水性蠟乳液，可以降低油墨摩擦系數(shù)和提高油墨的滑爽性，從而提高墨膜的耐磨性、耐劃傷性、表面疏水性、耐化學(xué)品性、耐沾污性和抗粘連性等。

選取多個(gè)廠家推薦的性能優(yōu)異的蠟乳液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證翁開(kāi)爾公司的蠟乳液WE5在配方墨中的效果最佳。采用未添加蠟乳液的油墨打樣的樣張，揉搓5下即有損壞，用粗糙紙張來(lái)回摩擦1次，墨層全被破壞，墨膜膠帶的附著牢度（用3M膠帶進(jìn)行檢測(cè)）也稍欠佳；添加2%的WE5（WE5固含量為50%）后，油墨的耐揉搓性、耐磨性及附著牢度有很大提升，揉搓墨膜至100下沒(méi)有任何損壞，用粗糙紙張來(lái)回摩擦樣張5次，墨層沒(méi)有損壞，墨膜膠帶的附著牢度也變好。圖4是添加蠟乳液WE5的油墨和未加蠟乳液的油墨打樣效果對(duì)比。

pH值調(diào)節(jié)劑對(duì)薄膜柔印水墨性能的影響

對(duì)于成膜樹(shù)脂為丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂的薄膜柔印水墨，pH值的變化將直接影響油墨黏度。pH值調(diào)節(jié)劑以氨為主，印刷油墨轉(zhuǎn)移至承印材料上以后，隨著氨的釋放，墨膜發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成鹽類(lèi)，使墨膜的附著牢度更好。采用有機(jī)胺類(lèi)pH調(diào)節(jié)劑AMP-95和易揮發(fā)的氨水對(duì)油墨的pH值進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行干燥性測(cè)試。測(cè)試表明，使用AMP-95制備的薄膜柔印水墨由于胺揮發(fā)速度慢，初干時(shí)間較長(zhǎng)，復(fù)溶性也較好，符合了柔版水性油墨“初干慢、徹干快”的要求；而使用氨水制備的薄膜柔印水墨，由于氨極易揮發(fā)，初干時(shí)間特別快，印刷過(guò)程中極易造成堵版。

pH值為8.0～9.5時(shí)，油墨性能最佳。pH值太低（低于8.0），油墨黏度增加，再溶解性降低，干燥速度加快，易堵塞印版及網(wǎng)紋輥；pH值太高（高于9.5），油墨黏度降低，再溶解性提高，干燥速度變慢，易造成印刷品背面蹭臟、印刷后一色時(shí)混入前一色墨等質(zhì)量問(wèn)題。所以實(shí)際印刷操作中，要實(shí)時(shí)監(jiān)控薄膜柔印水墨的pH值，將其控制在8.0～9.5之間，保證油墨在印版上具有良好的慢干性（初干慢）和在薄膜表面有良好的干燥速度（徹干快）。