水性油墨基本配方及水墨生产工艺

     水性油墨简称为水墨，柔性版水性墨也称液体油墨，它主要由水溶性树脂、有机颜料、溶剂及相关助剂经复合研磨加工而成。水性油墨特别适用于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装印刷产品。
     一、水溶性树脂 　　
     水溶性树脂或水分散性树脂皆为水性油墨的连接料，它对油墨的粘度、附着力、光泽、干燥及印刷适应性都有很大的影响。在国内，常采用松香改性马来酸树脂作连接料来制作油墨，但此种油墨仅能用于印刷一般纸箱，满足不了中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性的要求。氨基甲酸乙酯树脂的稳定性较好，但印刷适应性和可溶性略差一些，其他还有用苯乙烯改性马来酸树脂、水性氨基树脂以及聚乙烯醇和羧甲基纤维素等，这些高分子树脂一般均含有－COOH（羧基）、－OH（羟基）、－NH2（胺基）等亲水基团，经过特定的工艺处理，成为完全溶于水的树脂，可以作为水性油墨的连接料。水溶性丙烯酸改性树脂作水性油墨的连接料，其光泽度、耐候性、耐热性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面均具有显著的优势，在直接分散溶解或合成高分子乳液时，也均能表现出优良的性能。用该树脂制成油墨，产品可达到国外先进产品的质量水平。 
     二、水性油墨的颜料 　　
     颜料赋予了油墨颜色特征，满足了印刷对色彩的要求。一般的有机颜料和无机颜料都可用于水性油墨。由于水性油墨的树脂大多为碱溶性的，所以选用颜料时，须使用能耐碱性的颜料。但是，水墨中颜料的分布密度较溶剂型油墨要大得多，而水的表面张力及极性都与溶剂差别大，使得颜料分散较为困难，直接影响到油墨的稳定性、粘度和pH值。采用添加表面活性剂可增加树脂和水的亲和力及颜料与水溶性连接料的亲和力，从而解决油墨的稳定性问题。水墨的粘度和pH值是需要精确控制的。当pH值高于9.5时，碱性太强，油墨的粘度会降低，干燥速度变慢、耐水性能变差；当pH值低于8时，碱性又太弱，油墨的粘度升高，干燥速度加快，会造成脏版、糊版、起泡等缺陷。在印刷过程中选用颜料时，应选择国产颜料中色泽艳丽、粘度低、体系稳定的高级颜料来制作水性油墨。
     三、水性油墨所用助剂 　　
     为提高水性油墨的各项性能需添加各种助剂，而水性油墨所用助剂较溶剂型油墨更为重要。常用的水性油墨助剂有以下几种：
     1、稳定剂：主要防止水墨在贮藏、运输中聚结、发霉，降低水墨粘度和调节水墨的pH值，一般使用氨水或乙醇胺等助剂。其中pH值稳定剂主要是用来调节水墨pH值。 水墨的pH值问题，通过各油墨生产厂商向印刷企业推广水墨产品时常被提到，pH值低容易造成油墨结块，pH值高的话，其粘度则相对较低。一般在印刷过程中应检测水墨pH值变化，当pH值低于8时，应加入适量的pH值稳定剂，从而使水墨保持良好的印刷状态。
欧洲国家水墨的pH值是以中性为标准，pH值调整在8.5时，其流动性、光泽度达到最佳状态，但在印刷过程中（1h内）由于胺类溶剂的挥发，水墨粘度会迅速增高，光泽度下降，流动性变差，以至会出现大量的不合格产品，如调整pH值，需加入胺类溶剂，而且在印刷过程中（1h内）要进行不断检测（用酸度计），稍有不慎，废品就会出现，而且整个车间充满了难闻的气味，这样的产品在印刷适性中被视为不良，如水墨的pH值在7～8之间，水墨的稳定性最好，用户可以加入纯净水作溶剂降低粘度，这样不会增加成本，还会使水墨的树脂味道降低。     
     2、消泡剂： 水墨粘度过高、pH值偏低、印刷速度较快和印刷技术人员加水过多，都容易产生气泡。气泡比较大时会出现印刷品露白、上墨量少等现象，严重影响印刷质量。一般建议在水墨中加抑泡剂和表面消泡剂两种混合使用，以解决水墨起泡现象，其使用比例为1%～2%。硅油可作为消泡剂，来抑制和消除气泡。
     3、快干剂： 水墨在使用过程中由于油墨厂家选用的树脂不同或机器转速过快，可能会造成水墨干燥速度较慢。加快干剂能调整水墨干燥速度达到印刷机转速要求，提高生产效率，其使用比例为2%～3%。 
     4、慢干剂： 慢干剂可以抑制和减缓水墨干燥速度，起到保湿作用，防止油墨在印版或者网纹辊上发生干燥，减少堵版和糊版等印刷故障的发生，使用比例为1%～2%之间。 
     其他助剂：分散剂、防腐剂、流平剂、增滑剂及交联剂等。通过科学使用这些助剂来改善水性油墨的弱点，可提高水性油墨的稳定性能。如加有1％(按固体量计)二氨基官能硅烷能保持较好的抗水性和附着力，对表印油墨作用很大。    
     四、水性油墨所用溶剂 　　
     水性油墨所用溶剂需具有：①溶解树脂，给与墨性；②调节粘度，给与印刷适应性；③调节干燥速度。水性油墨还要求具有无毒的特性，因而它的溶剂主要是去离子水和少量的醇类，如乙醇、丁醇、异丙醇等。这些溶剂可以辅助水增强溶解树脂的能力，提高颜料的分散性能，并加速渗透，抑制发泡。 
     五、优选出的水性油墨基本配方 　　
     水溶性丙烯酸树脂25％～35％ 　　
     去离子水15％～25％ 　　
     乙醇5％～15％ 　　
     三乙胺5％～10％ 　　
     颜料10％～30％ 　　
     助剂1％～3％ 
     六、水性油墨的生产工艺 　　
     第一步为研磨制备色浆：将水溶性树脂、颜料、助剂和溶剂（水）等混合，通过高速分散机搅拌分散、研磨成备用色浆。 　　
     第二步为配制油墨：将备用色浆、助剂和溶剂（水）等搅拌混合均匀，通过研磨分散，使之具有足够的细度、光泽及着色力，过滤包装即为水性油墨产品。　　综上所述，我们选择各种不同类型和品种的水溶性丙烯酸树脂，通过对比试验筛选了颜料和助剂，并与丙烯酸酯类乳液复配，加入交联剂，通过正交试验优选配方，研制成水性油墨产品。　　
     七、水性油墨的环保指数　　
     水性油墨与溶剂型油墨相比，其环保性能更进了一步。它不仅不含芳香烃溶剂，而且VOC也大大减少了，但依然无法做到零含量，仍含有少量醇、醚，甚至有机胺类。它对环境影响较小，主要是污染车间空气。 
     八、好的水性墨特征之一：色浓度高，粘度低
     水性油墨使用浅版来印刷，避免了水波纹的现象，提高了印刷速度，更为重要的是增加了印刷面积，这就要求水墨的色浓度高，粘度低（除丝网等），这关系着油墨生产厂商所选的原材料，如树脂的分子量的大小、配方、生产工艺等。
     九、水性油墨在印刷成本上的优势
     使用水性油墨印刷，首先它不需要用任何的有机溶剂稀释，只用去离子水便可，且溶剂不会象溶剂型油墨一样容易挥发。在印刷过程中，它不会因为粘度的变化而引起颜色的变化，更不会像油墨那样，因印刷途中需加入稀释剂而有可能产生废品，这就节省了溶剂的成本。
     十、印刷厂水性油墨使用的新模式
     水性油墨的生产与油墨不同，所以它的销售方式也有所不同，油墨销售的是成品墨，如果油墨的颜色饱和度不够，只能制深版来适应，这不单费时，还增大了耗墨量，而水性油墨的销售，除了成品墨外，印刷企业还可以向水性油墨生产厂商购买色浆，同时由水性油墨厂提供树脂供应商及后工序的工艺，实行自己配墨，自己生产和添加去离子水，这样的做法不但可大大降低成品墨的成本和运输成本，还可以根据印刷订单随时调整印刷墨的类别，如里印复合后，可将剩余的水性油墨调整为表印墨，也可以将凹版表印调整为柔版印塑、印纸等。实行一墨多用，减少墨的库存量，减少资金的占用，这种模式以其灵活性和低成本在国外大行其道，我国有相当部分企业已采用这种做法，用这种方法配成的墨单价比购买成本墨低20%左右，按耗墨量的计算方式，只用15万元左右的水性印刷墨便能完成27.4万元油墨的印刷量。
     十一、水性油墨印刷设备新技术
     水性油墨随着水的比例增加，表面张力增大，水分挥发比溶剂难，成为制约水性油墨的两大瓶颈，笔者通过多年实践，采取以下新技术解决上述难题：
     1、采用常压下低温等离子准辉光放电装置，提升印刷基材表面能
     南京苏曼电子有限公司研制出了常压下低温等离子准辉光放电（the One Atmosphere Uniform Glow Discharge Plasma）装置，材料经处理后表面能可达72达因以上，且放电均匀，基材性能不会造成大的影响，可解决基材表面能低的难题，该装置克服了以往辉光放电只能在真空环境或充He氦气中才能工作的极限性，使运行成本和制造成本大大降低，达到国际先进的技术水平。目前该设备也已成功运用到苏州星辰科技硅油涂布上。
     2、采用特殊的红外线加热系统，达到高效节能的目的
     使红外线加热管发出波段的主要能量部分集中在需加热挥发的水和其他有机溶剂的吸收波段附近，形成谐振，使水和其他有机溶剂快速挥发，高效节能。
     3、采用低风阻、高效率转轮式热交换器回用余热
     采用低风阻、高效率的耐较高温转轮式热交换器，把印刷涂布机排出温度较高气体通过耐较高温转轮式热交换器与新风对吹预热新鲜空气，再把预热过的气体回用到烘干箱。目前国内如中德合资无锡特瑞杰生产的转轮式热交换器，回收效率可达70%，而风阻只有150—250Pa,这将大幅度降低设备的能耗。