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我国水性油墨发展回顾

上世纪早在60年代，人们开始了水性油墨的研究和应用，由于环保的要求和石油原材料的紧张，一些发达国家逐渐部分禁止使用石油产品用于制造印刷油墨。于是人们开始着手研究非有机溶剂型油墨，使得水性油墨取得了较大的进步和发展，最初水性油墨主要使用糊精、虫胶、酪素、木质酸钠等物质为水性油墨的连接料，制备的水性油墨主要用于一些低档的产品印刷。

　　到了60年代末期，随着材料科学的发展，松香、马来酸改性树脂的合成技术成功，取代了酪素、虫胶等材料，成为水性油墨的主要材料，基本能够满足当时的印刷需要，但是这些初级产品依然存在一些弊端，如光泽差、抗水性不佳、附着力差容易起泡、存放稳定性差等弊病。后来，人们把此阶段生产的水性油墨称之为第一代产品。

　　到了70年代，由于石油危机，导致油墨用原材料再度十分紧张，同时各发达国家政府立法控制空气品质，限制有机挥发物（VOC）向大气中排放，对于食品、饮料、药品等卫生条件要求严格的包装印刷制品（重金属、残留容积等）进行包装。各国油墨研发人员又继续进行深入的研究，制出溶液型苯乙烯-丙烯酸共聚树脂为连接料的第二代水性油墨，该产品弥补了第一代水性油墨抗水性和存放稳定性差的弊病。但是在光泽和印刷适性方面与溶剂型油墨对比仍有差距。为此油墨研发人员在第二代水性油墨的基础上，引进丙烯酸之类单体与苯乙烯聚合，研制出一种具有核壳结构和网状结构的聚合物乳液树脂，该系列树脂大大改善了油墨的光泽和干燥性，促进了水性油墨的发展，使水性油墨与溶剂型油墨的竞争不断拓宽应用领域。水性油墨进入了一个新的发展时期。

　　我国水性油墨最早是在天津油墨厂生产的，当时主要为凹版印刷服务，因当时凹版印刷油墨由苯类溶剂改进为汽油基溶剂后，虽在毒性上比苯型油墨有所降低，但易燃性并未改进。因此，就提出了对凹版印刷油墨再改进为无毒不燃的水性油墨，当时叫水凹油墨。由于该墨是以松香酸胺盐为主连接料而制作的。该连接料在水介质中存放不稳定，因此使油墨在存放中易失光、变烯、干燥性差、抗水性不良，易造成纸张收缩等弊端，使我国的凹版印刷及柔版印刷受到了限制，不得不采用价高进口的高档水性油墨，无形中增加了印刷成本，限制了我国印刷业的发展。

　　2003年底，武汉现代工业技术研究院研制出水性油墨系列产品，具有无毒、无刺激性气味、无腐蚀性、不易燃、不爆、使用安全性好等特点。新型油墨系列生产技术可广泛应用于金、银卡纸、铜版纸、白板纸、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装袋及书刊杂志的印刷等。2004年初，上海美德精细化工有限公司最新推出了全水性低温热固油墨。该产品的甲醛含量在15ppm以下，符合日本、德国纺织印染环保要求。MD-1002全水性低温热固油墨具有极高的遮盖力，质感细腻，能过250目以上的丝网，不堵网，操作方便，油墨颜色可以自己任意调配。该油墨无气味，属于高品质环保型产品。由于过去的热固油墨必须经过高温焙烘，因此常常造成面料变色变形，而这种全水性低温热固油墨完全避免了上述现象的发生。一般对成品热处理可以像普通胶浆印花一样，120℃焙烘，1-2分钟即可。该油墨对针织物具有极好的拉伸性，水洗、干摩牢度达4级以上，在密封阴凉处保持期可达5年。它的最大优点是节约电费，从而大大降低了生产成本。该产品可广泛应用于防水尼龙布除外的全棉、化纤等各种面料。

　　水性油墨需求前景广阔

　　环保型水性油墨目前最主要的应用领域是柔性版印刷与凹版印刷，这两种印刷方式的产品大多数是包装产品，其中食品包装、烟酒包装、儿童玩具包装等占有相当大的比例。

　　近年来，柔性版印刷在世界范围内飞速发展，在欧美发达国家被认为是“地球上最优秀，最有前途的印刷方式”。美国95%的柔性版印刷品和80%的凹版印刷品采用水性油墨。柔性版印刷在我国尚处于起步阶段，目前仅占印刷领域的3%左右。在柔性版包装印刷中，国内外绝大部分都采用水性油墨印刷。目前美国塑料印刷中有40%采用水性油墨。其他发达国家，如日本、德国、法国等，在塑料薄膜印刷中也越来越多地使用水性油墨，英国也在2003年6月立法，禁止用溶剂型油墨印刷包装食品用的薄膜。

　　随着我国经济的快速发展，人们的包装审美意识和环保意识不断提高。我国从1995年开始至1998年底，短短几年间就引进了130多条组合式柔印生产线，分布在全国20多个省市，其中90%是窄幅柔版印刷机，国内现在窄幅柔性版印刷生产线近200条。现在正以每年30台左右的数量递增，而且还有不少用于瓦楞纸彩色印刷的进口高档三色、四色水性油墨印刷开槽机等。

　　我国平均每省有大小纸箱厂1000多家左右，如按10%采用水性油墨印刷高档纸箱来计算，每家用油墨10吨计，每省每年需用水性油墨1000吨左右。这还不包括柔性版、凹版印刷的其它印刷包装产品所用油墨（目前国内柔性版印刷100%采用水性油墨，凹版印刷80%采用水性油墨）。大力研制、开发、生产高档次的水性油墨已是当务之急，该产品可广泛应用于金银卡纸、铜版纸、白板纸、塑料薄膜、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装、书刊杂志等印刷的柔印及凹印领域。

　　虽然柔性版印刷在我国还是起步阶段，目前仅占印刷领域的3%左右，但随着环保包装的逐渐流行，很多烟厂、酒厂、药厂、化妆品厂、儿童玩具类企业，都准备采用柔版印刷产品包装，柔版印刷在印刷领域的比重将逐步增大，特别是包装印刷领域。预计到2010年柔版印刷在印刷领域的份额将达到15%左右，年需水性油墨10多万吨。

　　因此大力研制、开发、生产高档水性油墨已是当务之急，市场潜力极大。该产品可广泛应用于金银卡纸、铜版纸、白板纸、塑料薄膜、瓦楞纸、不干胶纸、纸箱、纸品包装、书刊杂志等印刷的柔印及凹印领域。

　　水性油墨的优缺点

　　各国科研人员正加紧环保油墨的开发研制，目前，环保油墨最主要有三大类，即水性油墨、UV油墨和水性UV油墨。水性油墨（Water-Based Ink）简称为水墨，是由水溶性树脂、有机颜料、表面活性剂及相关添加剂经复合研磨加工而成。

　　水性油墨由于不含挥发性有机溶剂，大大减少了有机挥发物（VOC，下同）的排放，从而减轻了大气污染，改善了印刷操作人员的环境，有利于职工健康。它可以完全消除溶剂型油墨中某些有毒有害物质，消除对人体的危害和对被包装商品的污染，改善了总体环境质量，特别适用于烟、酒、食品、饮料、药品、儿童玩具等卫生条件要求严格的包装印刷产品。此外，它不仅可以降低由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患，还可以减少印刷表面残留的毒性，而且清洗印刷设备方便。

　　不管是进口水性油墨还是国产水性油墨，印刷性能和质量都达不到溶剂性凹版油墨的标准。目前水性油墨都存在不抗碱、不抗乙醇和水、干燥慢、光泽度差、易造成纸张收缩等弊端。这主要是由于水的表面张力较高（72达因/厘米），导致油墨难润湿，干燥缓慢。为了使水性油墨能在凹版印刷机中使用，不但油墨和树脂需要先进的技术，而且凹印设备也需要改进。例如，将槽深大约38-42um蚀刻滚筒改变为槽深大约24-28um激光制版滚筒，还需要更有效、更强力的干燥设备和用耐腐蚀材料制造的滚筒、泵和刮刀等组件。因所有这些需要大量的投资，所以现在水性凹版油墨仍没有在欧洲和美国大量普及。水墨在聚乙烯等基材上难以很好地润湿和印刷；干燥时间仍是水墨应用中最重要的问题，除非印刷机配有足够的干燥设备，否则印刷速度因此而受影响；水墨光泽性低于溶剂型油墨，大大限制了水墨在光泽度要求高的场合使用。

　　由于水性凹版油墨还不能够全面替代甲苯类油墨，所以油墨工业一直在努力开发易被环境接受的醇溶油墨。醇溶油墨能够帮助我们解决甲苯类油墨对健康所产生的伤害和溶剂残留影响包装食品质量等问题。在欧洲和美国，这种发展已成为一种趋势。要达到抗碱、抗乙醇、抗水和提高光泽度，只有采用柔性版UV油墨。这样不仅提高了印刷成本，而且增加了印刷工序。如有的啤酒包装版自动生产线，使用含碱性的润滑剂，其PH值为9-10，水性油墨承受不了，碰上就掉色。还有夏天南方销售啤酒时不仅要进冰箱，有的还在冰水中长期浸泡，水性油墨则承受不了。

　　水性油墨原料的发展

　　水性油墨大致分为两类：一类是松香-马来酸改性树脂系列（低档）；另一类是丙烯酸树脂系列（高档）。水性油墨应用于瓦楞纸印刷，在国外已有相当长的一段时间，在国内也已有20多年了。瓦楞纸印刷是由铅印（凸印）、胶印（平印）、橡皮版水可洗印刷，发展至今为柔性凸版水性油墨印刷。柔性凸版水性油墨也从松香-马来酸改性树脂系列（低档）发展到丙烯酸树脂系列（高档）。印刷版材也从橡皮版向树脂版过渡。印刷机也从大辊筒之单色或双色机逐渐发展到3色或4色的FLEXO机。网纹辊也由150-200目之间的金属辊逐步发展到180-250目之间的陶瓷辊。

　　随着印刷技术日新月异，水性油墨的品质越来越重要了。随着社会不断发展，人们消费水平的提高，瓦楞纸箱的印刷必须逐步向高档次、高质量、多色彩、视觉效果强烈的方向发展。以彩面多色网点印刷为方向，也就是以商品包装替代运输包装，以白板牛卡替代箱板牛卡，达到色彩鲜艳、光泽度好、美观等特点。要达到上述标准，对制版、油墨提出较高的要求，中高档纸箱印刷制版必须以柔性版替代橡皮版，还必须采用高质量水性油墨，达到光泽鲜艳、快干、适应高速生产的要求。

　　为了消除溶剂基体系所释放的VOCS，即达到EPA（the U.S. EnvironmentalProtectibn Agency）降低或消除VOCS的要求，印刷商开始寻求新的技术。对于油墨配方设计者，一种可能性是开发水基体系，该体系能降低VOCS。EPA一直要求VOCS的最终将会促进水墨的应用。现阶段有来自于各方面的压力表明：环境问题将进一步得以关注。为达到愈加严厉的环境管理目标，印刷商始终在寻找溶剂墨印刷操作工艺的新方法以达到政府的规定。印刷行业目前重点是加强对溶剂墨印刷过程中排放物的处理，通常的做法是使用“焚化炉”吸收和焚化VOCS，其他的更具创造性的是应用以VOCS为食物的微生物或细菌的处理体系。所有这些方法都依靠高效地吸收传输VOCS到能使之被中和处理的系统，或是焚化或是被微生物所吸收。

　　目前水墨用户要求改进的性能还有：PH稳定的水墨体系，水墨制造工业必须开发出在印刷过程中PH值稳定的水墨，即在印刷中无须再检测和调整PH值；再溶性是另一重要的研究领域，当胺挥发的过程中树脂趋于固化，甚至在印版上固化。近来，水墨制造商已改进了树脂的性能使之更易于溶解，这意味着印刷系统能更长时间的运转，即提高了生产量；水墨应用要求继续改进聚乙烯基材的应用性能；水墨印刷包装的耐碱性、以及在冷冻食品包装的应用。水墨制造工业有望提高水墨印品的表面耐性使更多的产品水性化，特别是在耐油、耐脂以及更好的耐热和耐冷冻性方面。

　　水性丙烯酸树脂是制造水性油墨的重要原料之一，为满足印刷工艺对油墨的各项要求，水性丙烯酸树脂向更高水平的方向发展。通常情况下，用水溶解丙烯酸树脂和其它水溶性树脂，都要使用氨水。氨水气味大，为减小氨味，现在已有不使用氨水或胺类的无氨/胺类油墨，这种油墨基本没有特殊气味，是由磺化聚酯树脂和水溶性丙烯酸树脂组成的独特体系。要制造更加环保的油墨，可用聚合丙烯酸树脂代替常用的低分子聚合物。因为低分子聚合物会产生一定程度的分子迁移，油墨印刷到承印物后，部分树脂会从墨膜进入到基材和包装内。而使用50%的聚合丙烯酸树脂不仅能达到相同的增塑效果，还不会破坏油墨的性能，印刷后也不会发生分子迁移。

　　新的水性油墨中使用了醇酸和丙烯酸混合技术，这种混合树脂是在丙烯酸浮液中加入一种特殊的水分散型长油基醇酸树脂制成，使油墨具有良好的快干性和附着性，低VOC、耐酸、耐碱性良好，可用于制造复合纸凹印和柔印油墨、罩光油和底漆。

2005-11-26