摘 要：隨著人們環保意識的不斷提高，綠色環保成為21世紀的發展主題。水性油墨由于具備無毒、不燃、不污染環境等優良特點， 廣泛應用在柔性版和凹版印刷中，水性油墨的應用研發成為油墨研究領域的重點。
關鍵詞：綠色環保；水性油墨；應用研發
中圖分類號：C93 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）31-0223-02
為加快節能減排技術開發，大力推廣共性節能減排技術的要求，國家《包裝行業“十二五”發展規劃綱要》、《塑料包裝工業今后三年調整振興規劃》、《國家高新技術產業發展“十二五”規劃》、《國家發展改革委關于做好中小企業節能減排工作的通知（發改企業[2007]3251號）》、國家質檢總局自2008年1月1日實行的《食品用包裝、容器，工具等制品生產許可通則》均對水性油墨的研發和產業化計劃提出了要求。塑料軟包裝水性印刷技術（清潔生產）產業化項目屬于國家及行業重點支持和鼓勵使用的“零排放”技術，符合國家相關的產業政策及技術政策。
在工業經濟迅速發展過程中，人口、資源、環境的矛盾進一步加大，污染物體排放總量和農村面源污染持續增加，生態環境保護的壓力日益加重。目前中國塑料包裝印刷仍以溶劑型油墨為主（約占90%），由于這類油墨中含揮發性有機物（VOC）的有機溶劑一般占組成物的60%，因此干燥時會有大量VOC排放到大氣當中，將對環境造成污染，也會對員工的身體健康構成危害，而且有機溶劑會殘留在包裝袋中，最終對消費者造成損害。僅中國塑料軟包裝行業年排放到大氣中各類溶劑就達百萬噸之巨。
水性油墨區別于溶劑型油墨最大的特點在于所用的溶解載體。溶劑型油墨的溶解載體是有機溶劑。如甲苯、乙酸乙酯等，而水性油墨的溶解載體是水和少量的醇（約3%～5%）。由于用水作溶解載體，水性油墨具有顯著的環保特點：安全、無毒、無害、不燃不爆、幾乎無揮發性有機氣體產生等。
一、水性油墨的組成及特性
1.水性油墨組成
水性油墨是由特定的水性高分子樹脂、顏料、水，并添加助溶劑經物理化學過程組合而制備的油墨。水性油墨最大特點是以水作為溶劑，油墨轉印到承印物后，水分揮發到環境中或者滲入到承印物中，油墨隨水分的揮發而干燥。水性高分子樹脂是水性油墨最主要的組成部分，它在水墨中主要起到連結料的作用，它使顏料可以均勻分散，使油墨具有一定的流動性，并提供與承印物材料的黏附力，使油墨能在印刷后形成均勻的墨層。助劑對水性油墨性能的影響很大，是不可缺少的重要組成部分，常用的助劑有PH值穩定劑、慢干劑、消泡劑、沖淡劑等。
2.水性油墨印刷適性
環境特性：水性油墨作為一種新型包裝印刷油墨，其最大的優點是不含有揮發性有機溶劑，它的使用降低了有機揮發物（VOC）的量，不會損害油墨制造者和印刷操作者的健康，改善了環境質量。水性油墨的最大優勢是對環境無污染，對人體健康無影響，不易燃燒，安全性好。它不僅可以減少印刷品表面殘留的毒性，使印刷設備清晰方便，而且可以降低由于靜電和易燃溶劑引起的失火危險，水性油墨是一種新型的“綠色”包裝印刷材料。
印刷特性：水性油墨墨性穩定，不腐蝕版材，操作簡單，價格便宜，印后附著力好，抗水性強，干燥也較迅速（印刷速度可達150米～200米/分鐘）。水性油墨除了運用于凹印外，也適用于發展潛力很大的柔印和網印。但因水性油墨中水的沸點高，蒸發熱大，印刷品干燥慢，需熱風干燥裝置，而且有些油墨的印刷品還可以因環境濕度過大而吸濕反粘，另外印刷品的光澤相對來說差一點。
3.水性油墨印刷應用
柔性版印刷領域：在全世界掀起的“綠色革命”浪潮的沖擊下，柔印發展很快，最主要的原因是柔印絕大多數都采用水性油墨，具有優良的環保性能，符合現代包裝印刷的發展趨勢。在美國有95%的柔印產品采用水性油墨，在日本，70%柔性版用于瓦楞紙板的印刷，其中95%都已使用水性油墨。
凹版印刷領域：水性凹印油墨于20世紀70年代就廣泛應用于包裝紙、厚紙板紙盒的印刷中，由于紙印刷中蒸發干燥與吸收干燥較好，因此水性油墨的干燥問題比較好解決，普及的也較早，在美國有80%的凹版印刷品采用水性油墨。
網版印刷領域：目前已經大量使用水性網印油墨的國家有瑞典、德國和美國。自20世紀80年代以來，國際上已開發出織物、紙、PVC、PS、鋁箔及金屬上網印有光和無光水性油墨。中國的網版印刷發展速度很快，而網印水性油墨的研制開發及普及的進展速度卻較緩慢。據報道，中國在紙張和塑料等承印材料上已經應用了網印水性油墨。
二、一種PVC塑料凹版水性油墨制備
PVC塑料凹版水性油墨應用研發是以水作溶劑的無毒無害水性油墨，在生產過程中無任何苯類有機溶劑揮發，在塑料軟包裝制品中無任何苯類有機溶劑殘留，相對于現有的溶劑型油墨，具有清潔生產、衛生安全等方面的優勢。
（一）制備工藝流程
水性油墨傳統生產工藝是：將水溶性丙烯酸樹脂25%～35%、水15%～25%、乙醇5%～15%、顏料10%～30%和助劑1%～3%直接混合、攪拌、分散和研磨生產出水性油墨。生產工藝大多是采用二步法：即：第一步為研磨制備色漿：將水溶性樹脂、顏料、助劑和溶劑（水）等混合，通過高速分散機攪拌分散、研磨成備用色漿。第二步為配制油墨：將備用色漿、助劑和溶劑（水）等攪拌混合均勻，通過研磨分散生產出水性油墨。上述研制開發的產品，在使用中總存在著著色力和附著牢度不佳，光澤度差等弊病。
本研究采用特殊合成和乳化的三步法生產工藝技術，打破了目前水性油墨的傳統工藝流程和方法。
第一步：合成樹脂：聚酰胺（二胺+順丁烯二酸酐+C16二聚酸）+丙烯酸+大豆油+季茂四醇+氧化鎂+松香+文聯劑等—反應斧（250～270攝氏度）—攪拌—反應—聚合—水溶性合成樹脂—檢驗。
第二步：乳化樹脂油：水溶性合成樹脂+AMP95+溶劑（水）—反應斧（70～100攝氏度）—攪拌—乳化—水溶性樹脂油—檢驗。
第三步：研磨油墨：水溶性樹脂油+顏料+溶劑（水）+助劑（活性劑、消泡劑、穩定劑、分散劑、防腐劑、流平劑、增滑稽等）分散—研磨—過濾—水性油墨產品—檢驗。
（二）解決水性油墨生產的關鍵技術
1.水性油墨配方
本項目采用正交試驗的方法，獲得了最佳的合成配方，具體為：（1）水溶性合成樹脂配方：聚酰胺（二胺+順丁烯二酸酐+C16二聚酸）45%、丙烯酸25%大豆油12% 、季茂四醇6%、氧化鎂3%、松香（其余）、文聯劑6%等物質通過反應斧在250～270攝氏度溫度下進行攪拌、反應和聚合，制成具有知識產權的獨特水溶性合成樹脂。（2）水溶性樹脂配方：水溶性合成樹脂45-60%+AMP-95 10-20%+溶劑（水）30-40%通過反應斧（70～80攝氏度）反應、攪拌和乳化，制成水溶性樹脂油。（3）水性油墨配方：水溶性樹脂50-60%+顏料10-30%+溶劑（水）10-20%+助劑（活性劑、消泡劑、穩定劑、分散劑、防腐劑、流平劑、增滑稽等）1-8%通過分散、研磨和過濾等工藝技術，制成水性油墨產品。
2.PH值穩定性增強
水性油墨的PH值低容易造成油墨結塊，高則粘度則相對較低。以往一般水性油墨在印刷過程中常要檢驗水性油墨PH值變化，當PH值低于8時，應加入適量的PH值穩定劑，從而使水性油墨保持良好的印刷狀態。水性油墨的PH值是以中性為標準，PH值調整在8.5時，其流動性、光澤度達到最佳狀態，但在印刷過程中由于胺類溶劑的揮發，水墨粘度會迅速增高，光澤度下降，流動性變差，以至會出現大量的步合格產品。
為達到穩定PH值的目的，本研究采用AMP-95和普通的陰離子分散劑混合使用，其分散效果遠比單獨使用一種分散劑好的多。AMP-95能賦予水性油墨極優異的PH值穩定性，氨水是一種較弱的胺而且比AMP-95更易揮發。因此，加氨水的涂料本項目穩定性差，而且氣味比AMP-95大的多。AMP-95強力共分散劑后還將具有其他一些功能，如提高水性油墨的光澤度、減少銹蝕、有助于生產低氣味涂料、降低涂料成本等。由于AMP-95是一種多功能助劑，所以能在降低成本的同時，使水性油墨的性能仍能相當于甚至超過不加AMP-95的水性油墨。
3.自制低分子量聚酰胺樹脂連接劑
聚酰胺是美國DuPont公司最先開發用于纖維的樹脂，聚酰胺為韌性角狀半透明或乳白色結晶性樹脂。目前市場上常規的中性聚酰胺其分子量一般為1.5～3萬，當作為高檔水性油墨的配方連接劑原料時，其粘結性、韌性、光澤性并不理想。為提高水性油墨的粘結、光澤、快干性能，降低膠凝性和氣味，因此，本研究采用自制合成聚酰胺的方法，生產出低分子量聚酰胺樹脂。工藝流程為：篩選了不同種類的不飽和二胺與順丁烯二酸酐，C16二聚酸反應聚合制成含有不飽和健，分子量小于1萬用于水性油墨的低分子量聚酰胺樹脂連接劑。
（三）產品技術指標
經過對產品主要技術參數測定，能夠達到以下指標：著色力（%）：>=99；細度（um）：<=6；PH值：8.0-9.5；初干性（mm）：>=12；附著牢度（%）：>=98；粘度（s）：<=30；表面張力（N/cm）：>=
38*10^-5；揮發性有機化合物（g/l）： <=3；溶劑殘留量（mg/m^2）： <=2；有害物限量（mg/kg）：鋇：<0.1；鎘：<0.1；砷：<0.1；汞<0.1；硒<0.1；銻：<0.1；鉛：<1.3。
三、結束語
經過對生產工藝的創新改進、配方的調試及自制低分子量聚酰胺樹脂連接劑的應用，制備出的新型水性油墨能夠極好地應用在PVC塑料凹版印刷。
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[責任編輯 王曉燕]
收稿日期：2013-06-18
基金項目：義烏市第六批科技攻關項目（2012-G1-14）
作者簡介：周剛（1981-），男，黑龍江齊齊哈爾人，教師，從事包裝印刷技術與教學研究。