摘 要：随着人们环保意识的不断提高，绿色环保成为21世纪的发展主题。水性油墨由于具备无毒、不燃、不污染环境等优良特点， 广泛应用在柔性版和凹版印刷中，水性油墨的应用研发成为油墨研究领域的重点。
关键词：绿色环保；水性油墨；应用研发
中图分类号：C93 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）31-0223-02
为加快节能减排技术开发，大力推广共性节能减排技术的要求，国家《包装行业“十二五”发展规划纲要》、《塑料包装工业今后三年调整振兴规划》、《国家高新技术产业发展“十二五”规划》、《国家发展改革委关于做好中小企业节能减排工作的通知（发改企业[2007]3251号）》、国家质检总局自2008年1月1日实行的《食品用包装、容器，工具等制品生产许可通则》均对水性油墨的研发和产业化计划提出了要求。塑料软包装水性印刷技术（清洁生产）产业化项目属于国家及行业重点支持和鼓励使用的“零排放”技术，符合国家相关的产业政策及技术政策。
在工业经济迅速发展过程中，人口、资源、环境的矛盾进一步加大，污染物体排放总量和农村面源污染持续增加，生态环境保护的压力日益加重。目前中国塑料包装印刷仍以溶剂型油墨为主（约占90%），由于这类油墨中含挥发性有机物（VOC）的有机溶剂一般占组成物的60%，因此干燥时会有大量VOC排放到大气当中，将对环境造成污染，也会对员工的身体健康构成危害，而且有机溶剂会残留在包装袋中，最终对消费者造成损害。仅中国塑料软包装行业年排放到大气中各类溶剂就达百万吨之巨。
水性油墨区别于溶剂型油墨最大的特点在于所用的溶解载体。溶剂型油墨的溶解载体是有机溶剂。如甲苯、乙酸乙酯等，而水性油墨的溶解载体是水和少量的醇（约3%～5%）。由于用水作溶解载体，水性油墨具有显著的环保特点：安全、无毒、无害、不燃不爆、几乎无挥发性有机气体产生等。
一、水性油墨的组成及特性
1.水性油墨组成
水性油墨是由特定的水性高分子树脂、颜料、水，并添加助溶剂经物理化学过程组合而制备的油墨。水性油墨最大特点是以水作为溶剂，油墨转印到承印物后，水分挥发到环境中或者渗入到承印物中，油墨随水分的挥发而干燥。水性高分子树脂是水性油墨最主要的组成部分，它在水墨中主要起到连结料的作用，它使颜料可以均匀分散，使油墨具有一定的流动性，并提供与承印物材料的黏附力，使油墨能在印刷后形成均匀的墨层。助剂对水性油墨性能的影响很大，是不可缺少的重要组成部分，常用的助剂有PH值稳定剂、慢干剂、消泡剂、冲淡剂等。
2.水性油墨印刷适性
环境特性：水性油墨作为一种新型包装印刷油墨，其最大的优点是不含有挥发性有机溶剂，它的使用降低了有机挥发物（VOC）的量，不会损害油墨制造者和印刷操作者的健康，改善了环境质量。水性油墨的最大优势是对环境无污染，对人体健康无影响，不易燃烧，安全性好。它不仅可以减少印刷品表面残留的毒性，使印刷设备清晰方便，而且可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险，水性油墨是一种新型的“绿色”包装印刷材料。
印刷特性：水性油墨墨性稳定，不腐蚀版材，操作简单，价格便宜，印后附着力好，抗水性强，干燥也较迅速（印刷速度可达150米～200米/分钟）。水性油墨除了运用于凹印外，也适用于发展潜力很大的柔印和网印。但因水性油墨中水的沸点高，蒸发热大，印刷品干燥慢，需热风干燥装置，而且有些油墨的印刷品还可以因环境湿度过大而吸湿反粘，另外印刷品的光泽相对来说差一点。
3.水性油墨印刷应用
柔性版印刷领域：在全世界掀起的“绿色革命”浪潮的冲击下，柔印发展很快，最主要的原因是柔印绝大多数都采用水性油墨，具有优良的环保性能，符合现代包装印刷的发展趋势。在美国有95%的柔印产品采用水性油墨，在日本，70%柔性版用于瓦楞纸板的印刷，其中95%都已使用水性油墨。
凹版印刷领域：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问题比较好解决，普及的也较早，在美国有80%的凹版印刷品采用水性油墨。
网版印刷领域：目前已经大量使用水性网印油墨的国家有瑞典、德国和美国。自20世纪80年代以来，国际上已开发出织物、纸、PVC、PS、铝箔及金属上网印有光和无光水性油墨。中国的网版印刷发展速度很快，而网印水性油墨的研制开发及普及的进展速度却较缓慢。据报道，中国在纸张和塑料等承印材料上已经应用了网印水性油墨。
二、一种PVC塑料凹版水性油墨制备
PVC塑料凹版水性油墨应用研发是以水作溶剂的无毒无害水性油墨，在生产过程中无任何苯类有机溶剂挥发，在塑料软包装制品中无任何苯类有机溶剂残留，相对于现有的溶剂型油墨，具有清洁生产、卫生安全等方面的优势。
（一）制备工艺流程
水性油墨传统生产工艺是：将水溶性丙烯酸树脂25%～35%、水15%～25%、乙醇5%～15%、颜料10%～30%和助剂1%～3%直接混合、搅拌、分散和研磨生产出水性油墨。生产工艺大多是采用二步法：即：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，通过研磨分散生产出水性油墨。上述研制开发的产品，在使用中总存在着着色力和附着牢度不佳，光泽度差等弊病。
本研究采用特殊合成和乳化的三步法生产工艺技术，打破了目前水性油墨的传统工艺流程和方法。
第一步：合成树脂：聚酰胺（二胺+顺丁烯二酸酐+C16二聚酸）+丙烯酸+大豆油+季茂四醇+氧化镁+松香+文联剂等—反应斧（250～270摄氏度）—搅拌—反应—聚合—水溶性合成树脂—检验。
第二步：乳化树脂油：水溶性合成树脂+AMP95+溶剂（水）—反应斧（70～100摄氏度）—搅拌—乳化—水溶性树脂油—检验。
第三步：研磨油墨：水溶性树脂油+颜料+溶剂（水）+助剂（活性剂、消泡剂、稳定剂、分散剂、防腐剂、流平剂、增滑稽等）分散—研磨—过滤—水性油墨产品—检验。
（二）解决水性油墨生产的关键技术
1.水性油墨配方
本项目采用正交试验的方法，获得了最佳的合成配方，具体为：（1）水溶性合成树脂配方：聚酰胺（二胺+顺丁烯二酸酐+C16二聚酸）45%、丙烯酸25%大豆油12% 、季茂四醇6%、氧化镁3%、松香（其余）、文联剂6%等物质通过反应斧在250～270摄氏度温度下进行搅拌、反应和聚合，制成具有知识产权的独特水溶性合成树脂。（2）水溶性树脂配方：水溶性合成树脂45-60%+AMP-95 10-20%+溶剂（水）30-40%通过反应斧（70～80摄氏度）反应、搅拌和乳化，制成水溶性树脂油。（3）水性油墨配方：水溶性树脂50-60%+颜料10-30%+溶剂（水）10-20%+助剂（活性剂、消泡剂、稳定剂、分散剂、防腐剂、流平剂、增滑稽等）1-8%通过分散、研磨和过滤等工艺技术，制成水性油墨产品。
2.PH值稳定性增强
水性油墨的PH值低容易造成油墨结块，高则粘度则相对较低。以往一般水性油墨在印刷过程中常要检验水性油墨PH值变化，当PH值低于8时，应加入适量的PH值稳定剂，从而使水性油墨保持良好的印刷状态。水性油墨的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，以至会出现大量的步合格产品。
为达到稳定PH值的目的，本研究采用AMP-95和普通的阴离子分散剂混合使用，其分散效果远比单独使用一种分散剂好的多。AMP-95能赋予水性油墨极优异的PH值稳定性，氨水是一种较弱的胺而且比AMP-95更易挥发。因此，加氨水的涂料本项目稳定性差，而且气味比AMP-95大的多。AMP-95强力共分散剂后还将具有其他一些功能，如提高水性油墨的光泽度、减少锈蚀、有助于生产低气味涂料、降低涂料成本等。由于AMP-95是一种多功能助剂，所以能在降低成本的同时，使水性油墨的性能仍能相当于甚至超过不加AMP-95的水性油墨。
3.自制低分子量聚酰胺树脂连接剂
聚酰胺是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，聚酰胺为韧性角状半透明或乳白色结晶性树脂。目前市场上常规的中性聚酰胺其分子量一般为1.5～3万，当作为高档水性油墨的配方连接剂原料时，其粘结性、韧性、光泽性并不理想。为提高水性油墨的粘结、光泽、快干性能，降低胶凝性和气味，因此，本研究采用自制合成聚酰胺的方法，生产出低分子量聚酰胺树脂。工艺流程为：筛选了不同种类的不饱和二胺与顺丁烯二酸酐，C16二聚酸反应聚合制成含有不饱和健，分子量小于1万用于水性油墨的低分子量聚酰胺树脂连接剂。
（三）产品技术指标
经过对产品主要技术参数测定，能够达到以下指标：着色力（%）：>=99；细度（um）：<=6；PH值：8.0-9.5；初干性（mm）：>=12；附着牢度（%）：>=98；粘度（s）：<=30；表面张力（N/cm）：>=
38*10^-5；挥发性有机化合物（g/l）： <=3；溶剂残留量（mg/m^2）： <=2；有害物限量（mg/kg）：钡：<0.1；镉：<0.1；砷：<0.1；汞<0.1；硒<0.1；锑：<0.1；铅：<1.3。
三、结束语
经过对生产工艺的创新改进、配方的调试及自制低分子量聚酰胺树脂连接剂的应用，制备出的新型水性油墨能够极好地应用在PVC塑料凹版印刷。
参考文献：
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[责任编辑 王晓燕]
收稿日期：2013-06-18
基金项目：义乌市第六批科技攻关项目（2012-G1-14）
作者简介：周刚（1981-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教师，从事包装印刷技术与教学研究。