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無水膠水油墨走向成熟
福州眾印網(wǎng) 2006/8/2 9:19:00 來源：轉(zhuǎn)載
無水膠印版材自美國3M公司發(fā)表Driography，到日本東麗公司推出“東麗無水平版”，已有25年，無水膠印的變遷如表1所示。與第一代、第二代相比，第三代無水膠印已經(jīng)使用低黏度無水膠印油墨了。此外，印刷品也不再是厚墨膜印刷，而是與普通膠印一樣的薄墨膜印刷，其他印刷作業(yè)性和可堆積性等也與普通膠印基本相同。
單張紙、卷筒紙印刷機(jī)在提高印刷速度和自動化程度方面的改進(jìn)是無止境的，但印刷速度對印刷適性的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了印刷機(jī)設(shè)計者的預(yù)料，尤其是對油墨轉(zhuǎn)移性產(chǎn)生了明顯的影響。
1.單張紙無水膠印油墨“Dry-o-Color Artis”
5年前面世的“Dry-o-Color Artis”在保持產(chǎn)品光澤，抗起臟性的基礎(chǔ)上，又改進(jìn)了油墨的轉(zhuǎn)移性、著墨性、固著性（堆放性、疊印性）及后加工適性等，更加適應(yīng)高速、多色單張紙無水膠印機(jī)的要求。
（1）設(shè)計思想。在達(dá)到高速印刷所要求的低黏性、低黏度后，要想進(jìn)一步控制抗起臟性，必須使用特制的添加劑；而要保持黏性和黏度，只能進(jìn)一步改進(jìn)油墨的流動性，以提高油墨的轉(zhuǎn)移性。具體做法是：
①為改善顏料的分散度，要使用高溶解性樹脂連結(jié)料。
②為了維持抗起臟性，要采用可使印版親油樹脂和非圖像部分硅層快速擴(kuò)散的非芳香烴溶劑，開發(fā)新的連結(jié)料。
（2）油墨特性。在油墨黏性、黏度與原產(chǎn)品幾乎相同的條件下，油墨的流動性提高了約15%，油墨轉(zhuǎn)移性提高約10%。（3）市場評價。光澤好，固著快；接近有水膠印的品質(zhì)；具有與普通膠印油墨相當(dāng)?shù)挠∷⑦m性；油墨遮蓋力也有所提高。少數(shù)用戶提出意見：油墨的疊印性低了約5%；顏色再現(xiàn)性與有水印刷不完全一致；實(shí)地密度稍差于有水膠印。
2.高速輪轉(zhuǎn)膠印機(jī)用熱固型無水膠印油墨
卷筒紙輪轉(zhuǎn)膠印與單張紙印刷相比，印刷速度提高了約2倍，對油墨的流動性要求更高，黏性要求略低。采用與Dry-o-Color Artis相同的樹脂設(shè)計方式，同樣適合輪轉(zhuǎn)無水膠印油墨，即在不降低CTI（糊版發(fā)生指數(shù)）的前提下，采用改善油墨流動性的連結(jié)料，使油墨在高速印刷時獲得良好的轉(zhuǎn)移性。
針對無水膠印油墨的研究
無水膠印印版由親油的樹脂層和拒油的硅膠層構(gòu)成，對于無水膠印油墨而言，最重要的性能是抗起臟性、油墨轉(zhuǎn)移性和油墨墨性。
1.無水膠印油墨的開發(fā)要點(diǎn)
（1）向低黏度、高流動性發(fā)展
由于無光涂料紙、再生紙紙質(zhì)的改善和用量的增加，為了提高生產(chǎn)效率，印刷速度不斷提升，隨之而來的就是紙張拉毛和印版堆墨現(xiàn)象的發(fā)生。無水膠印由于不使用潤版液，比起有水膠印，油墨在紙面上的黏度較高，更容易發(fā)生拉毛和堆墨故障，因此，油墨的低黏度和高流動性是油墨技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。
使用高分子、高溶解性的新樹脂，對獲得低黏度、高流動性油墨起著有效的作用，可在不損害流動性的情況下，進(jìn)行低黏度化樹脂交聯(lián)。在樹脂交聯(lián)過程中，高分子之間產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部凝聚力增大，導(dǎo)致黏度變大，如果鋁螯合物類膠化劑，會導(dǎo)致油墨的流動性喪失。于是，提出了改用松香改性酚醛樹脂和分子鏈長的齊聚物組成的加熱聚合樹脂，使樹脂高分子量化，且具有可塑性，從而獲得低黏度的樹脂連結(jié)料。
(2）提高抗起臟性
抗起臟性用CTI表示，其與油墨黏性、黏度及流動性有關(guān)，與黏性、黏度成正比，與流動性成反比。因此，以低黏性、低黏度、流動性好（高速印刷）的油墨技術(shù)設(shè)計高CTI的油墨，是不容易的。
無水膠印在達(dá)到低黏度化的同時，還應(yīng)具有抗起臟性，因此在無水膠印油墨的配方設(shè)計上，關(guān)鍵問題是如何抑制印版起臟。一般說來，抗起臟性與油墨黏度、所用溶劑及印刷實(shí)地密度、印刷機(jī)結(jié)構(gòu)、印刷速度等條件有密切關(guān)系。
①油墨抗起臟性與溶劑有關(guān)。表2為各種溶劑的沸點(diǎn)范圍，圖1是表2中的溶劑與硅膠面（非圖像部分）接觸角的變化。如果油墨中的溶劑能夠在硅膠面上迅速潤濕，便可防止粘附油墨。從而得出，烯烴系溶劑和環(huán)烷系的AF溶劑及含有較多無芳烴的6號溶劑，對硅膠面表現(xiàn)出小的接觸角，保持較高的抗起臟性。
②油墨抗起臟性與油墨黏度有關(guān)。圖2表示了發(fā)生起臟的溫度和油墨黏度的關(guān)系。安裝了墨輥冷卻裝置的無水膠印機(jī)，無論是單張紙印刷還是卷筒紙印刷，版面溫度通常都在28～34℃,在這個溫度下，要達(dá)到預(yù)期的抗起臟性，糊版的問題，新型油墨的黏度進(jìn)一步降低，但CTI不變。因為黏度低，印刷品實(shí)地部分的著墨量提高，消除了網(wǎng)點(diǎn)密度的不均勻性，從而減少了無水膠印的色污濁現(xiàn)象。此外，平滑的墨膜可改善多色套印效果。
②滲透干燥快。由于采用高分子樹脂和新型連結(jié)料，油墨脫溶劑性好，滲透干燥速度快，所以印刷后可堆積。
③高光澤。根據(jù)著墨性和套印性的改善，可獲取高光澤印刷。
④機(jī)上穩(wěn)定性優(yōu)良。由于新配方油墨的機(jī)上穩(wěn)定性大有改善，有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定印刷，表3為新型單張紙無水膠印油墨的墨性指標(biāo)，其中，流動值為30℃下，平行板黏度計負(fù)重115g，60秒后的伸展直徑（mm）。
單張紙無水膠印油墨在保持抗起臟性與原產(chǎn)品相同的情況下，還具有流動性好、低黏度、軟身骨等特點(diǎn)，通過了多家公司的試用，海德堡公司也在Quickmaster DI46上進(jìn)行了印刷，證明了其在著墨性、流動性、抗起臟性及墨膜的光澤度和耐磨性方面都有很大的改善。
3.卷筒紙印刷用無水膠印油墨
過去，由于無水膠印印版的耐印力及印刷油墨遮蓋力不理想，所以卷筒紙無水膠印的普及緩慢。但近來由于非圖像部分的硅膠層強(qiáng)度的提高，在日本，已經(jīng)有20臺以上的卷筒紙膠印機(jī)改造為無水膠印機(jī)。
為配合卷筒紙無水膠印機(jī)的高速化生產(chǎn)，油墨需要具有耐高速印刷的低黏度、高流動性，以獲得良好的油墨轉(zhuǎn)移性、著墨性和干燥性，防止墨色污濁。其中尤為引人注目的技術(shù)，是由日本牽頭開發(fā)的自黏性樹脂技術(shù)。
自黏性樹脂由于分子量大，分子間的交聯(lián)點(diǎn)較多，不必使用金屬螯合物膠化劑，即可獲得具有強(qiáng)膠凝彈性的連結(jié)料。采用這種連結(jié)料的油墨，與采用樹脂連結(jié)料的油墨相比，黏性更低，故既能保持高速，又能避免紙張起毛。加上其黏彈性受溫度的影響較小，從而可以減輕長版活印刷時印刷機(jī)溫度上升帶來的起臟問題，顯示出了高速印刷的優(yōu)越性。采用這類樹脂的不含芳烴型油墨已經(jīng)用于生產(chǎn)，無疑會對卷筒紙無水膠印的發(fā)展起到促進(jìn)作用。適應(yīng)高速印刷的卷筒紙無水膠印油墨技術(shù)指標(biāo)如表4所示。
4.UV無水膠印油墨向低黏度發(fā)展
UV無水膠印油墨的特點(diǎn)是，具有快干性和強(qiáng)韌的干燥墨膜。同樣，紫外線固化型油墨也在從高黏度型向低黏度改進(jìn)，在滿足紙張印刷后，正在向薄膜印刷領(lǐng)域（PP、PE、PVC、PS、合成紙、電話卡等）擴(kuò)展。
全力開發(fā)不含芳烴油墨
無水膠印油墨的組成與有水膠印油墨一樣，是將由松香改性苯酚樹脂、干性油、石油系溶劑、色料等分散到連結(jié)料中制成的。在滿足了無水膠印要求的各種印刷適性后，出于環(huán)境保護(hù)的考慮，在無水膠印油墨的制造方面，已經(jīng)把環(huán)保安全性作為重要的課題。
下文將詳細(xì)敘述不含芳烴型石油系溶劑及100%無芳烴型無水膠印油墨的研制開發(fā)。
1.不含芳烴溶劑的穩(wěn)定性和特征
石油系溶劑含有芳族成分，這是油墨有臭味和刺激皮膚的原因，對此，不含芳烴溶劑(AF)的油墨在此方面有很大改善。所謂不含芳烴溶劑是將溶劑中的芳族成分控制在1%以下，表5是日本石油公司制造的原油墨用石油系碳化氫溶劑（No.溶劑）和不含芳烴溶劑的性能對比。
從表中可以看出，不含芳烴溶劑與No.溶劑相比，蒸餾范圍較窄，苯胺點(diǎn)高。從組分方面看，No.溶劑中所含的烷烴成分、芳族成分較多；而不含芳烴的溶劑，芳族成分以添加氫后得到的環(huán)烴為主要成分，芳族成分的含量甚微。此外，對溶劑中所含的烷烴、環(huán)烷、芳族的各種成分應(yīng)具有如圖4所示的一般結(jié)構(gòu)。
2.開發(fā)不含芳烴溶劑的單張紙無水膠印油墨
不含芳烴溶劑的油墨與采用石油系溶劑的油墨相比，雖然其安全性增高，但苯胺點(diǎn)也高，對樹脂的溶解性變差。苯胺點(diǎn)即溶劑和苯胺以等體積混合時產(chǎn)生白濁時的溫度，苯胺點(diǎn)低的溶劑，溶解樹脂的能力強(qiáng)。
苯胺點(diǎn)對油墨性能的影響極大，例如，用原樹脂采用不含芳烴的溶劑生產(chǎn)油墨，則油墨中的溶劑易分離，造成油墨固著速度加快，流動性變差，轉(zhuǎn)印性不良及因黏著性提升而產(chǎn)生紙張拉毛等故障，導(dǎo)致印刷品的光澤下降。
因此，在不含芳烴溶劑的無水膠印油墨成分中，需要提高由樹脂、溶劑、干性油等制成的連結(jié)料的溶解性，以補(bǔ)償溶劑的溶解性。為提高連結(jié)料的溶解性，可以用高溶解性溶劑或醇酸樹脂等加以改善，但由于黏性和黏度的均衡難于保持，造成油墨在機(jī)上延遲凝固，降低干燥速度。
為此，需要對油墨組成中的松香改性酚醛樹脂進(jìn)行改進(jìn)。對于使用了不含芳烴溶劑的無水油墨，由于樹脂的溶解性下降，從控制黏性上升，防止起臟的角度來看，彈性高的樹脂比較適合。通常，一旦提高了樹脂的溶解性，分子量便降低，彈性也跟著降低，但是對松香和酚醛的構(gòu)成比例、酚醛的種類、聚合度、反應(yīng)條件以及合成方法等反復(fù)試驗之后，終于研制成功了黏度與黏性均衡的樹脂。
根據(jù)上述設(shè)計，開發(fā)出的100%不含芳烴溶劑的單張紙無水膠印油墨的主要特點(diǎn)是：
（1）高密度設(shè)計，提高了遮蓋力；
（2）著墨性提高，實(shí)現(xiàn)了接近有水膠印的網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)性；
（3）顏料分散性和均勻性提高，光澤度明顯提高；
（4）固著時間縮短，改善了印品堆積性；
（5）在維持抗起臟性的前提下，達(dá)到低黏度化，提高了流動性。
結(jié)束語
無水膠印經(jīng)過了20余年的發(fā)展，憑借油墨、版材、印刷機(jī)及外圍材料的進(jìn)步，已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。進(jìn)入21世紀(jì)，許多工業(yè)先進(jìn)的國家推崇它為環(huán)保型技術(shù)，從而有了更令人矚目的進(jìn)展。
有用戶表示，無水膠印雖然工價高，但可以從提高生產(chǎn)效率方面得到彌補(bǔ)。因此，為了拓展這項工藝技術(shù)，無水膠印版材、油墨及設(shè)備提供者應(yīng)該通力協(xié)作，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)力，推動印刷的無人化和集中管理，構(gòu)筑新的技術(shù)開發(fā)環(huán)境。
盡管日本、美國、歐洲等國家和地區(qū)目前的無水膠印機(jī)數(shù)量都不及普通有水膠印，但在環(huán)保呼聲愈來愈高的形勢下，美國不少地區(qū)已經(jīng)積極推薦嘗試無水膠印，這是值得引人注目的。
同時，為了獲得與有水膠印同等的印刷品質(zhì)，對無水膠印油墨及其有關(guān)設(shè)備的改進(jìn)也是必然的：降低因結(jié)皮而導(dǎo)致的廢墨量（單張紙油墨）；降低油墨中的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）；減少溶劑中芳烴成分的含量；改善印版的抗起臟性、著墨性和遮蓋力。
我們期待無水膠印油墨的進(jìn)一步發(fā)展。
本文標(biāo)題：無水膠水油墨走向成熟
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