柔版水墨印刷,因为使用水性油墨,印刷过程中不存在有机物的挥发问题而被定义为绿色印刷方式。目前柔印水墨在标签印刷领域有应用的广泛,尤其在食品领域,由于其主要以水为溶剂,水以安全环保的优势正逐步淘汰其他的有机溶剂,正在成为环保油墨产品的主流。
作为应用于食品领域的柔版水墨,印刷质量的好坏固然重要。但从食品的安全角度考虑,其研发和生产过程更为重要。单纯以水作为溶剂而不添加其他溶剂是水性油墨的最大环保优势,但这同时也为油墨的质量控制带来难度。下面就从几个方面来简单谈一下纯水性油墨研发过程中应注意的一些问题及解决方式。
一、水性油墨的黏度控制
生产过程中影响油墨转移性能的重要指标之一就是黏度,尤其是在薄膜类标签印刷时。塑料薄膜属于非吸收性材料,而非吸收性材料表面较为光滑致密,往往容易导致油墨在转移过程中出现各种问题,不能在基材表面形成光滑均匀的墨膜。由于只采用水作为稀释剂,水性油墨的黏度下降较快。黏度过低时,油墨流动性较大,容易在受力的瞬间产生较多的溢出,从而形成网点边缘的“搭接”现象。另一方面,黏度过低的话,加上柔印墨层较薄的特点,又经常容易导致转移量不够,使油墨不能很好地铺展,形成流平性不佳的问题。
二、水性油墨的干燥性控制
对于水墨而言,干燥性是其非常重要的一项性能。由于柔印墨路的特点,相比凹版印刷而言,它要经历墨槽、网纹辊、印版,最后到承印材料的一系列路程,这个过程要求水墨在前段路径有较好的复溶性,保持网纹辊和印版的润湿,不至于造成堵辊、堵版等印刷故障。转移到承印材料形成墨膜之后,又要求其能迅速干燥,防止背粘等一系列印刷问题。因此,控制柔印水墨在印刷过程中的复溶性与干燥时间,是确保印刷过程顺畅的关键性步骤。
在实验室日常测试中,通常用初干与彻干来预测水性油墨的干燥过程。干燥性能较好的油墨通常应该具有“初干慢、彻干快”的特性,即初干长度稍长,在印版转移阶段干燥较为缓慢,具有良好的复溶性,保证油墨不会在印版上有较多的残留,一方面避免快干结膜造成堵版,另一方面避免过早结膜导致后续油墨转移不佳,影响印品质量。在实验室测试中,通常采用双槽刮板细度计,同技术成熟的柔印溶剂墨进行对比,基本以两者的初干长度相同为宜。经过试验证明,在薄膜类标签印刷采用的柔印纯水性油墨,其初干长度在105~115mm/90s,干燥效果较好。
对于初干性与彻干性的把握,其关键性技术其实在于对成膜乳液的把控。对于薄膜类标签而言,水性油墨在其表面的干燥主要通过水分挥发进行。以成膜乳液为丙烯酸乳液的水性油墨为例,其在印刷过程中结膜干燥的原理就是随着水分挥发,水性油墨pH升高,乳液破乳在碱性条件下交联结膜,形成致密的墨膜。
在油墨制备过程中,分别采用有机胺类pH调节剂与氨水对油墨的pH进行调整,并进行干燥性测试。结果表明用有机胺制备的油墨挥发较慢,初干长度较长,有利于提高油墨的复溶性;而用氨水制备的油墨则干燥较快,有利于油墨在基材表面的彻底干燥。将有机胺与氨水以适当的比例复配来制备水性油墨,得到了较为理想的结果,初干与彻干均得到了有利的平衡。
在实际上机印刷过程中,可根据所使用水性油墨的特点,将适量的有机胺与氨水复配作为pH调节剂,随时对油墨进行调整,使其pH保持在相对稳定的范围内(柔印纯水性油墨的pH在8~9.5较好),既可保证油墨在印版上具有良好的慢干性(初干慢),又能保证油墨在承印基材表面的快速干燥(彻干快)。
三、水性油墨的附着性控制
对于薄膜类标签等非吸收性材料而言,使用水性油墨还有一项非常关键的性能指标,就是附着力。由于非吸收性材料自身的特点,导致水墨难以在其表面具有较好的吸附渗透,造成附着力不佳。目前行业内最基本的做法都是先对薄膜表面进行电晕处理,使薄膜表面张力达到38mN/m以上,或者先在薄膜表面涂一层打底光油。而除了这些措施以外,水性油墨本身对基材的附着性更是尤为重要。
从油墨研发的角度来讲,选择合适的水性乳液是至关重要的一点,其次还包括其他助溶剂的配合选择。为了保证水性油墨能在薄膜类基材上有******附着力,应从承印材料和油墨两方面同时采取措施,以达到期望的效果。具体可以采取以下措施。
1、选择与水性乳液的极性相近相似的薄膜产品
由于塑料薄膜表面光滑而没有吸收性,油墨的附着主要取决于两个方面:一方面是油墨对承印物的润湿作用,即液体对固体表面的亲和性;另一方面是油墨与承印物分子之间的作用力。与溶剂型油墨在薄膜表面微溶附着一样,水性油墨也遵循溶解特点的第一定律——极性相近原理,即油墨与薄膜极性相近时,油墨在薄膜表面微溶,形成墨膜附着的“根基”。
2、油墨制备时选择添加适当的流平助剂或者基材润湿剂
经试验证明,添加流平或润湿助剂之后,油墨在BOPP薄膜上的润湿性有较大提高,一方面较好地润湿了薄膜,油墨与薄膜之间的化学结合力增强,附着力增加;同时油墨在薄膜上的流平性变好,有效增加了油墨与薄膜之间的接触面积,有利于二次结合力增加,提高油墨在薄膜上的附着力;此外,由于采用高速印刷,油墨与薄膜的分子间距离急剧减小,二次结合力明显增加,也有助于提高油墨在薄膜上的附着性。
3、表面张力的调整
除却水性乳液自身的性能之外,适当的降低水性油墨的表面张力也是一个有效方法,而这主要也是通过添加适当的流平助剂或者基材润湿剂来实现,其主要目的是提高油墨在薄膜表面的润湿性,同时使油墨的表面张力处于一个较为均匀的状态,且在水分的挥发干燥过程中不会发生变化,保持******的流平性,有助于提高油墨在薄膜上的附着性。