绿色包装印刷材料课件.ppt
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1、第二章 绿色包装印刷材料第二节 包装印刷油墨 一、水性油墨水性油墨以水和乙醇为溶剂,VOC排放量极低,对环境污染小,也不危害人体健康,是目前唯一经美国食品药品协会认可的油墨。优点:不含挥发性有机溶剂,没有有毒、有害物质在印刷品中残留,不会对包装商品造成污染。同时,水性油墨可以降低由于静电和易燃溶剂引起的火灾危险和毒性,对印刷设备清洗方便,具有不易燃烧、色彩鲜艳、不腐蚀版材、附着力好、抗水性强等特点。特别适用于食品、饮料、药品等产品包装的印刷。1.1水性油墨的组成及配方 印刷油墨组成:颜料、连接料和辅助剂。水性油墨组成:高级颜料、水溶性树脂(如水基型丙烯酸树脂、水基马来酸松香树脂、聚乙烯醇、乳胶
2、、羟基甲基纤维素等)、水(分散连结料),并添加助溶剂(乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇等),经物理化学过程混合研磨而制备的均匀浆状物质。水性油墨简称水墨(柔性版水性墨也称液体油墨)。颜料:颜料是以微粒状态均匀地分布在连结料中,颜料颗粒能够对光线产生吸收、反射、折射和透射作用,因此能够呈现出一定的色彩。颜料的种类和制造过程不同,其表面性质如极性、酸性、碱性也不同。油墨的相对密度、透明度、耐光性、对化学药品的耐抗性等都与颜料有关。水性油墨大多使用碱溶性树脂作为连结料,因此水性油墨大部分为碱性,其颜料应选择耐碱性的颜料;包装材料需要色彩鲜艳、着色力强的颜料。如柔印使用高网线的网纹辊传输油墨,转移的油墨量较
3、少,印刷品的墨层薄,因此更需要色彩鲜艳的颜料。水性油墨的颜料要在已选定的树脂中易被分散,颜料分散的好坏决定着油墨的细度、黏度,稳定性和抗水性能等。影响颜料分散性的重要因素:颜料的相对密度和颜料的组合。如果颜料的相对密度比较悬殊,相对密度小的颜料容易漂浮在上,例如,墨绿色水性油墨常以炭黑、酞箐蓝等颜料配合调色。容易产生浮色、发花、沉淀等现象;颜料的相对密度太大时,则因其容易沉淀结块而破坏水性油墨的稳定性。不同颜料的化学性质,如相对密度、酸碱性、极性及结晶状况等均不相同,若采用多重颜料、填料常因其物化性质差异较大,会出现颜料沉淀、浮色等现象,因此在制作水墨时选用的颜料、填料的种类应尽量少一些。总之
4、,为获得色彩艳丽的印迹,水性油墨的颜料必须选用化学稳定性良好、具有高强度着色力、在水中分散性较好的颜料。通常选用色泽鲜艳的有机颜料作为水性油墨的颜料,如金光红、酞箐蓝、联苯胺黄、永固黄等。另外,白色选用钛白粉,黑色选择高色素炭黑。连结料:由水性高分子树脂、水、胺类化合物及其他有机溶剂组成。树脂在油墨中主要起连结料的作用,使颜料颗粒均匀分散,使油墨具有一定的流动性,并提供与承印物的黏附力,使油墨能在印刷后形成均匀的膜层。它对水性油墨的黏度、附着力、光泽、干燥性及印刷适应性都有很大的影响。通常一个新型水性油墨的出现往往与所使用的树脂连结料配方有关。水性油墨连结料中通常同时含有水溶性树脂、胶态分散体
5、(水溶胶)、乳液聚合物三类水性树脂,将这几种树脂混合使用,可弥补各自的缺点。水溶性树脂:用于调节油墨的黏度和流动性,稳定分散效果,赋予油墨墨膜固着颜料的性能。胶态分散体:分子中具有极性基,通过调整pH值及添加助溶剂,可使溶解性能和黏度改变。乳液聚合物:使墨膜富有弹性。溶剂作用:溶解树脂,给予墨性;调节黏度,给予印刷适应性;调节干燥速度。溶剂组成:主要是纯净水和少量醇类,如水、丁醇、异丙醇等。纯净的水加入少量的醇可以提高油墨的稳定性、加快干燥速度、降低表面张力,异丙醇还起到减少发泡的作用。溶剂不仅作为油墨的载体,而且可以调整油墨黏度,增加流动性,方便印刷。辅助剂作用:提高油墨体系内的稳定性,增加
6、附着力,提高光泽的亮丽程度,调节油墨的pH值、干燥性等,从而确保获得平滑、均匀、连续的墨膜。主要有:pH值稳定剂、慢干剂、消泡剂、冲淡剂、增稠剂、偶联剂、润湿分散剂等。pH值稳定剂:一般使用胺类化合物(氨水或乙醇等)做稳定剂。主要是用来调节和控制水性油墨的pH值,使PH值稳定在8.0-9.5范围之内。同时,它还可以调节水性油墨的黏度,并对油墨进行稀释。一般来说,在印刷过程中每隔一定时间就应该加入适量pH值稳定剂,使水基油墨保待良好的印刷状态。水墨中颜料的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型差别很大,使得颜料分散较为困难,从而影响到油墨的稳定性、黏度和pH值。氨水的挥发比较快
7、,可较快地得到耐水的膜,但可能导致在印刷机上的不稳定,而且气味较大;有机胺类因挥发性慢,故在印刷机上比较稳定,但因为它们会长期地留在墨膜内,成膜后抗水性差,因此应根据需要选用不同比例的氨或胺类。黏度:黏度低,油墨转移快,会造成色浅、网点变形、传墨不匀等弊端;黏度高,油墨转移慢,墨色不匀、颜色反而印不深、易造成脏版及糊版等弊病。黏度低可用新墨拼混调整;黏度高可用水或水与乙醇(各50%)稀释,也可采用水墨稳定剂进行调整。粘度大小除与连结料中树脂的黏度及其密度有关外,温度对油墨黏度也有较大影响,通常温度升高黏度下降,反之则黏度升高,所以在印刷过程中为了保持印品密度一致,应该使印刷车间的温度保持恒定。
8、pH值:对油墨黏度和干燥性都有影响。水性油墨为弱碱性,pH9左右。pH值对水性油墨的印刷适性影响,主要与黏度和干燥性有直接关系。黏度随pH值的下降而下降;随着pH值的逐渐升高,水性油墨的干燥性降低。水性油墨的使用问题:(1)助剂的使用增稠剂稀释剂慢干剂快干剂消泡剂PH值稳定剂(2)PH值的控制(3)温、湿度的控制(4)通风程度与印件堆放方式(干燥速度)(5)承印材料(纸、塑料、织物等承印载体)(6)印刷速度 1.2 应用范围 1.柔印领域柔印大部分用于包装印刷产品,尤其是食品包装、烟酒包装、儿童玩具等卫生条件要求严格,迫切需要“绿色”印刷油墨,而水性油墨是最佳选择之一。在全世界掀起的“绿色革命
9、”浪潮的冲击下,柔印已被公认为是一种“最优秀、最有前途”的印刷方式。一方面在于柔印方式所具有的广泛适应性和经济性,另一方面更重要的是柔印绝大部分都采用水性油墨,具有优良的环保性能,符合现代包装印刷的发展趋势。2.凹印领域凹版印刷主要应用于包装印刷领域,溶剂是凹印油墨的重要组成部分(占50%),也是塑料薄膜复合黏合剂中不可缺少的材料,其中甲笨等有机溶剂往往会残留在印刷薄膜中,这种印刷品若使用在食品包装中,会带来很大的危害。凹印在出版领域目前基本上可采用水性油墨;在包装领域,水性凹印油墨于20世纪70年代就广泛应用于包装纸、厚纸板纸盒的印刷中,由于纸印刷中蒸发干燥与吸收干燥较好,因此水性油墨的干燥
10、问题比较好解决,普及得也较早,在美国有80%的凹版印刷品采用水性墨。但在塑料软包装印刷中由于干燥问题,至今仍未达到真正的实用阶段。薄膜凹印水性化将成为一个重要的课题。3.网印领域近年来网印在纸张、塑料上得到了广泛应用,还为纺织、电子、金属、玻璃、陶瓷等工业部门所采用,发展迅速。目前网印大部分使用溶剂型油墨,这种油墨含有50%60%的挥发性有机溶剂组分,因此,如果能开发使用水性油墨的轮转丝网印刷机,减少环境污染,提高印刷速度,网印将会得到更大的发展。自20世纪80年代以来,国际上已开发出在织物、纸、PVC、PS、铝箔及金属上丝网印刷的有光和无光水性油墨。目前已经大量使用水性网印油墨的国家有瑞典、
11、德国和美国。我国网印水性油墨的研制开发及普及进展速度比较缓慢。二 UV油墨 紫外线干燥油墨,简称UV油墨:目前已广泛用于柔印和胶印,遍及胶印、凸印、柔印、凹印、网印以及喷墨印刷领域。全世界每年都有10%以上的增长速度,远远超过一般印刷油墨的发展。2.1 UV油墨的组成包括颜料、填料、光聚合性预聚物、感光性单体(相当于溶剂)、光引发剂及各种助剂。颜料:不同的颜料对于紫外光谱的吸收和反射率是不同的,因此要求选择对于紫外线光谱吸收率小的颜料,以保证油墨具有良好的固化速度。颜料的浓度要高,色泽要鲜艳,要有优良的分散性和足够的着色力。颜料的拼混性要好,拼混后不能在有效存放期内胶化。颜料暴露在紫外光下或固
12、化反应时应不变色。许多颜料在黑暗中会促进载色剂自然聚合,自然聚合要经过较长时间才发生,给UV墨库存时间带来问题。填料:在UV油墨中可以改变油墨的流变性能,起到消光、增调和防止颜料沉降的作用。价格低,可降低油墨成本。常用的有碳酸钙、硫酸钡、二氧化硅等。连结料:由光固树脂或预聚合物、交联剂(单体交联剂或预聚物交联剂)、光引发剂(光敏剂)组成。光聚合性预聚物也称感光树脂:是指具有不饱和双键结构的高分子聚合物,是一种高分子量和高黏度的单体,具有高度的不饱和性,可进一步发生反应,扩展成为交联固化体;传统油墨所用的树脂,是一种已经聚合了的化合物,可能是固态或液态;而UV油墨的预聚物是一种未经聚合的液态化合
13、物,必须在紫外光波的作用下才能聚合。它在辐射固化油墨配方中起着极其重要的作用,它是构成UV油墨连结料的主体部分,决定油墨在辐射固化后的整体性能,如固化速度、光泽、附着力、机械性、化学性、物理性等。单体:UV固化体系中的单体是有机合成材料最基本的单元,又称UV固化稀释剂,是一种简单的分子量较小的化合物,也是UV油墨连结料的组成部分。它能与不饱和双键面和线型结构的高聚物进行交联共聚,形成网状结构的成膜物质。它可降低黏度,分散颜料,溶解树脂,决定油墨的固化速度和附着力,并参与UV树脂的固化交联反应。光聚合引发剂:在波长为200400nm紫外光照射下能分解成自由基,引发聚合和交联作用的物质。光引发剂是
14、UV油墨中最重要的组成部分,是光聚合反应的开始,对油墨的固化速度起着关键作用,起化学反应的桥梁作用。助剂:使油墨产品性能趋向稳定而添加的辅助剂,主要有阻聚剂(如对苯二酚)、交联剂(如苯乙烯)、硬化剂(氧化亚锡)、消泡剂、流平剂、基材润湿剂等。2.2 UV油墨技术特点(1)绿色包装印刷技术,可用于食品、饮料、烟酒、药品等卫生条件要求高的包装印刷品。(2)UV固化不需要热源,节能,在快干型油墨中发展最快。(3)低温固化,适应范围广。(4)物理、化学性能优良。(5)印刷适性好,质量高。(6)用量少,经济、节能。不足:(1)价格较高。(2)印刷品不易回收。(3)产生臭氧。(4)不同的颜色其固化效果存在
15、明显的差别。(5)其他不足。不能与普通油墨和上光油混合使用,辅助剂只能用专用辅助剂;UV油墨印刷需使用特制的橡胶辊和专用清洗剂或醋酸乙醋清洗;瞬间固化造成涂层内应力大,降低了对承印物的附着力;储存稳定性不好,需要低温保存,保持期通常为1年;紫外光灯管寿命短,大约为1000小时,价格高,耗电量高,这在一定程度上也阻碍了UV油墨的发展。2.3 UV油墨的应用主要品种:UV纸张油墨、UV聚烯烃油墨、UV珠光墨、UV透明墨、UV上光油、UV助剂。从用途上分为两大类:UV印刷油墨和UV印刷电路板油墨。UV油墨将会在一定领域内代替水性油墨成为最环保、最耐用的油墨。胶印使用UV油墨,可以免去喷粉,印刷环境清
16、洁,避免喷粉给印后加工所带来的麻烦(如对上光、覆膜效果的影响),并可进行连线加工。UV油墨还可以防止油墨结UV凸印油墨主要用于标签印刷,同时也用于包装印刷,如软管印刷等。在柔性版印刷中,用UV柔性版印刷油墨印刷的产品网点清晰度高,网点扩大小,墨色鲜艳,印刷品的耐抗性好,比采用水性油墨印刷提高了一个档次。皮现象的产生。凹印领域已经有选择地使用了UV油墨,随着环保呼声越来越高,以及对包装印刷品,尤其是食品包装品安全性要求越来越严格,UV油墨将成为凹版印刷油墨的一种发展趋势。UV油墨在丝网印刷中的优势非常明显,在网版上不会因溶剂挥发而产生堵网问题,能使丝网版印出2530um厚的墨膜,在UV光的照射下
17、瞬时固化。丝网印刷由于其印刷品墨层较厚,油墨干操困难,若无干燥装置,印刷品很难堆积收集,实现自动化程度高的高速印刷也就非常困难,采用了UV油墨,这一切成为可能。三、水性UV油墨 组成:由预聚物(水基光固化树脂)、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其他添加剂等配制而成。水性UV油墨的干燥固化结合了UV光固化和水性油墨渗透蒸发两种干燥形式。20世纪80年代初出现了含水UV油墨,结合了水性油墨与UV油墨的特点,已成为UV油墨的一个重要发展方向。四、EB油墨EB油墨是一种在高能电子束的照射下,能够迅速从液态变为固态的油墨,它的组成与一般油墨相似,主要由颜料、连结料、辅助剂等物质组成。特点:(1)固
18、化速度快、质量好,不受墨层厚度限制。(2)环保、安全。(3)固化产生热量少,印刷质量高。(4)可转制成UV油墨。EB油墨,是近年来发展起来的环保包装印刷油墨。安全、无有害挥发物,对环境、包装物没有污染,印刷品的气味比UV油墨小,能耗低,生产速度快,运行费用低,主要用于食品包装印刷。五、植物油墨及醇溶性油墨植物油墨:它使用植物油脂作为连结料,主要有碱炼大豆油、菜子油、棉子油、葵花子油、红花子油等。目前,大豆油墨是使用得最多的植物油墨,也是石油系溶剂油墨众多替代品中较为出色的一种新型环保油墨。醇溶性油墨:它以食用乙醇(酒精)为主要溶剂,无毒、安全、环保、卫生。醇溶性油墨以醇溶聚酰胺和硝化纤维素混合
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