材料防伪

返回列表

标签业柔印水性油墨的质量需求

时间:2016-03-22 09:09:49  来源:防伪标签   作者:李家亮

  标签印刷业采用UV油墨,似乎已是业内共识。不论是柔印标签,还是凸印标签,在油墨选择上均采用了UV油墨。而且当承印材料从铜版纸扩展到塑料薄膜,由于墨膜在非吸收性材料上的附着力问题,似乎除了采用UV油墨就别无他选。甚至如刚在标签印刷业中崭露头角的轮转胶印,选择的也是UV油墨。

UV油墨确实是个好东西,它利用光谱的辐射能量实现油墨的干燥,VOC排放低,对环境污染小;油墨固含量高,色浓度也高;只要未经过UV灯照射,墨膜基本不干,因此结束生产任务时不必清洗墨路,油墨的合理损耗小。但UV油墨价格偏高,是溶剂型油墨和水性油墨价格的几倍,而且由于UV油墨的光引发剂感光频率同UV灯具的发光频率往往无法完全配合,无法达到共振,因此UV油墨的能量利用率较低,能耗巨大。从理论上讲,UV干燥应该利用UV灯具的频谱,但实际上用到的大多是UV灯具发出的热能,目前常用的印刷机UV干燥装置的金属抽风管往往烫到连手都不能直接放上,因此必须格外注意热量的排放。近年来,欧美市场上推出的LEDUV技术就是想解决这一问题,用LED冷光源作为照射源,将紫外光波长调整到365nm,提高UV能量的利用率,降低能耗。可惜,这种技术目前尚处于初始阶段,价格很高,国内标签印刷市场较难接受。
水性油墨是印刷业可以接受、也愿意接受的一种环保型油墨。水性油墨中除了极少量的助剂外,很少含有机溶剂,因此水性油墨也没有VOC排放问题。但是,要想在高档标签,尤其是薄膜不干胶标签上,用柔印水性油墨来取代柔印UV油墨,业界同仁的疑惑不小。因此,柔印水性油墨作为一种在成本和环境友好性上都具有无可比拟优势的环保油墨,要想能够取代柔印UV油墨,其在印刷性能上必须要达到哪些市场需求呢?
 
 

稳定的pH值

 

众所周知,水性油墨中的水溶性树脂,必须经过胺化后才能溶解于水,因此,水性油墨中的水同我们生活中用的自来水是有很大区别的。水性油墨是偏碱性的,其pH值一般在8.5~9.5。有些水性油墨的碱性很强,pH值甚至会达到或超过10.0。水性油墨的pH值会随着周围环境温度的变化而改变,因此,在水性油墨应用中,就像溶剂型油墨每隔15~20分钟要用黏度杯测量黏度一样,水性油墨也必须要定时监测pH值。当水性油墨的pH值下降到规定值的下限之外时,其黏度会增高,干燥速度会增快,转移性能会变差。因此,必须及时添加油墨供应商提供的稳定剂(其实就是氨水一类的碱性添加剂),使水性油墨的pH值恢复到原有水平。目前,水性油墨应用中在控制pH值方面就像是一组锯齿波曲线,以时间t为轴线,pH值随t轴的延伸而逐步下降,而一旦添加了稳定剂,pH值又会即刻回升,如此循环往复,一直处于波动之中。水性油墨的pH值实际上就像锯齿波曲线一样不稳定,若要稳定,必须缩短测定pH值与添加稳定剂的时间,即提高测定pH值与添加稳定剂的频次。因此,国外标签印刷企业在水性油墨应用中常采用pH值实时控制装置,随时测定pH值,随时添加稳定剂,以维持水性油墨性能的稳定。
水性油墨要及时测定pH值,并及时调整pH值,这同水性油墨制造过程中的树脂胺化技术有关。根据目前掌握的技术,丙烯酸树脂胺化一般采用3种工艺:一是有机胺工艺,二是氨水工艺,三是NaOH或NaHCO3工艺。这3种工艺在性能上相差很大,成本上相差也很大,而且树脂胺化后稳定性方面的差距也很大。有机胺挥发慢,因此稳定性好,但价格贵;氨水价格便宜,但挥发快,必须及时补充;无机碱溶液价格便宜,也不挥发,但性能差。目前业内应用的水性油墨,基本上采用的是前两种工艺中的一种,或将这两种工艺结合起来,既用有机胺,也用氨水,为的是兼顾性能与成本。目前质量要求高的水性油墨,基本上不用定时去监测其pH值,也不用经常添加稳定剂。
pH值稳定的水性油墨,其pH值在8.25~8.5之间,波动很小。这样的水性油墨转移性稳定,黏度稳定(由于水的蒸发潜热大,水性油墨中因为水的蒸发而引起油墨黏度变大的概率极低,水性油墨黏度增高往往是氨的挥发使pH值下降所致),因此色浓度稳定。
有必要指出一个关于柔印堵版的误区:业内不少人士(包括不少国外人士)认为柔印堵版的原因是油墨干得太快,油墨来不及转移到承印材料上,就已经干在印版上了。因此解决堵版的措施是让油墨慢干,这样就不会发生堵版故障。这种理由的一个案例是UV油墨:UV油墨在经过UV灯照射之前,一直是湿的。UV油墨不容易堵版,是不是就是一个很好的证据呢?该结论貌似有理,但细想之下,虽然UV油墨发生堵版故障的几率要少一些,但实际上还是存在堵版,堵版时UV油墨在印版上并没有干燥,但仍然黏滞在印版上,这说明干燥同油墨在印版上的黏滞没有必然的因果关系。而且在溶剂型油墨与水性油墨的实际使用中,如果仅仅从降低油墨的干燥性能上来解决堵版问题,墨膜中残留的水分或高沸点溶剂过多,就会存在墨膜过嫩、墨膜对薄膜的附着力下降、墨膜的耐抗性下降等风险。
 
 

对薄膜等非吸收性承印材料的附着

 

高档标签现在往往采用薄膜不干胶材料,其面材常常是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及这两种树脂的混合体聚烯烃(PO)等 非 极 性 材 料 , 或 者 聚 氯 乙 烯(PVC)、聚酯(PET)、聚苯乙烯(PS)等极性材料,油墨在此类非吸收性承印材料表面不再通过渗透吸收方式干燥,而是通过辐射干燥、挥发干燥等方式来达到墨膜彻干。因此,墨膜在此类承印材料上的附着将是一个大问题。
油墨要在薄膜表面附着,要求薄膜表面张力在38mN/m以上,若薄膜表面张力不达标,必须事先对薄膜进行电晕处理或底涂合适的涂层,以改变薄膜表面的性能。在已经处理过的薄膜表面印刷水性油墨时,若要使水性油墨在其表面的附着力高,必须要有以下几个先决条件:
(1)水性油墨的树脂特性必须与薄膜特性相近,水性油墨在转移到薄膜上的瞬间,应该对薄膜有一个微溶阶段。就像溶剂型油墨在薄膜上的附着一样,油墨同薄膜的极性相似相近而达到相溶,符合溶解特点的第一定律:极性相近原理。微溶阶段其实是油墨在薄膜表面建立锚固点,建立墨膜可以附着其表面的根基。
(2)油墨在薄膜表面的润湿,这种润湿能力越强,形成的锚固点就越多。
(3)形成细密而坚固的墨膜,将各锚固点有效连接起来。墨膜通过锚固作用同薄膜连接在一起,这种连接力的大小,业内共识用3M600/610型胶带对墨膜的黏合力进行比较,若墨膜的锚固力大于胶带的黏合力,墨膜的附着力达标;反之,胶带将墨膜拉开,则墨膜的附着力不达标。
有必要指出:由于非极性材料与极性材料的区别,对不同极性的薄膜用同一种树脂去适应是有难度的,有时即使做到了,成本上会增加很大。合理的方法是将其分为两类,非极性与极性,这样无论是技术或成本,可能都容易些。
水性油墨在这方面的处理方案是确定合适的水性乳液,这是保证水性油墨耐抗性的重要方面;或选择合适的助溶剂,这也将为增加墨膜对薄膜的附着力有所贡献。
 
 

重视水性油墨的干燥速度

 

水性油墨的组成中,水分大约占50%以上,而普通水25℃时的蒸发潜热高达1043千卡/磅,是乙醇240千卡/磅的4倍以上,因此业内的共识是:水性油墨的干燥需要更多的能源。
其实,水性树脂在胺化过程中,其蒸发潜热和蒸发速率都已起了显著变化,因此不论是水性溶液还是水性乳液,均已不再是原来意义上的水了。水性油墨在柔印机上一般采用红外或热风干燥,并不需要特殊的装置。而只要柔印机可以使用溶剂型油墨,也一定可以使用水性油墨。笔者在国外看到过使用水性油墨的柔印机,其干燥装置并没有做特殊处理。
还是回到前面提到的“用油墨慢干方式来解决柔印的堵版故障”这个话题,采用这个方案后,似乎油墨黏结在印版上的现象少了些,但在该方案的实施中,在水性油墨的墨膜上外罩UV光油后,物性检验时耐磨性和耐刮擦性都没问题,但在标签贴标后空桶的模拟振动试验中,墨膜被撞击下来了。检查该水性油墨的初干长度,果然比常用柔印溶剂型油墨要长许多,这说明墨膜没有干透,虽然被UV光油罩起来了,但墨膜本身的物性留下了隐患。
检查柔印水性油墨的初干长度可用双槽刮板细度计,并同成熟的柔印溶剂型油墨做比较,达到相同初干长度即可。因为只要两者的初干长度相同,在相同干燥装置作用下的干燥性能也是基本相同的。
 
 

注意干燥后的墨膜表面张力

 

国内油墨行业有一个行业标准,要求墨膜的表面张力大于38mN/m,这是为保证油墨的叠色率建立的一个重要基石。
从墨膜的耐抗性比较,水性油墨同UV油墨还是有差距的,因此对水性油墨印刷品罩一层UV光油是一个明智之举。UV光油的价格并不高,但物性很好,其罩在水性墨膜上的前提是:其在水性墨膜上必须要有良好的润湿性,不能收缩。因此,水性墨膜的表面张力必须大于38mN/m。
检测水性墨膜表面张力的方法比较简单,一支电晕笔即可。但改善水性墨膜表面张力还需要从水性油墨配方着手,这是大意不得的。
 
 

水性油墨的清洗损耗

 

印刷过程中的油墨消耗包括两部分:转印到承印材料上的油墨和清洗时用掉的油墨。UV油墨由于在经UV灯照射之前是不干的,也不结墨皮,因此印刷工很少在每一个订单完成后清洗墨路,日积月累,就会节省大量原本要清洗掉的油墨。
水性油墨则不同,订单完成后必须要清洗墨路,否则要结墨皮,脏污承印材料或机器。节约这一部分油墨损耗的建议是:在墨槽中涂布特氟隆,多余的水性油墨可以放回墨桶,机器上残留的水性油墨可以用抹布擦去,用水清洗。千万不要小看这个措施,不然UV油墨的优势始终是存在的。
 
 

鬼影故障的预防

 

当版辊转速与网纹辊转速不同步,尤其是网纹辊转速低于版辊转速时,柔印由于油墨的干燥问题与新墨的补充问题,很可能会出现鬼影(ghosting)。这个问题在使用UV油墨时是不存在的,但在使用水性油墨时必须要注意。
虽然水性油墨的清洗损耗与鬼影预防这两个问题,已超出了本文对柔印水性油墨质量需求的论述范围,但在柔印水性油墨的应用中,尤其是将其与很成熟的柔印U V 油墨进行性能与价格的比较时,这两个问题是必不可少的。在此预先作为一个提醒,希望业者能引起重视。
  • 点击这里给我发消息
  • 阿里在线
  • 点击这里给我发消息
  • 点击这里给我发消息
  • 点击这里给我发消息
分享到: