水性油墨的发展现状及分析

　　当前我国印刷行业造成的环境污染以及对印刷工人造成的危害是非常严重的，特别是包装印刷行业大多所采用的溶剂性油墨在印刷过程中产生的挥发性有机溶剂（如苯类、酮类溶剂）是不可小视的。目前我国已将油墨归列为危险品类产品，对溶剂的购买，库存及油墨产品的运输均有较为严格的限制，食品包装对油墨溶剂的残留量作出了新规定。今年2月份，我国环保油墨标准的正式颁布和实施，标志着我国油墨行业进入了一个开发环保型油墨的新时代。这无疑是对环保节能的水性油墨在市场上的推广及应用起到很大的帮助，被誉为21世纪最有发展前途的油墨类型。从环保角度讲，这种无污染、无毒害的新型油墨的生产和应用，是油墨制造工业上的一次巨大的革命。

　　一、水性油墨的发展历程和发展现状

　　国外对水性油墨的开发较早，上个世纪70年代末期，随着水性高分子乳液的开发和商业化，欧美等国相继生产出了符合工业要求的水性油墨。而我国最早于1975年研制成功了水性凹版油墨，率先在天津和甘谷油墨厂投产。

　　当时我国的水性油墨是以松香酸胺盐为主体树脂。由于该连结料在水介质中存放不稳定，使油墨在存放过程中易失光、变稀、干性变慢、抗水性不良等弊病，并且该墨干性较慢。后来我国出现了以丙烯酸溶液为主体树脂的水性柔版油墨，使水墨在中国进入了升级换代阶段。20世纪90年代中期，水性油墨更采用了丙烯酸胶态分散体为连结料的阶段，使水性油墨又提高了一个档次。其油墨质量水平和溶剂型油墨质量水平几乎相近，用于铜版纸的印刷质量可与溶剂性凹版油墨媲美。

　　目前，水性油墨主要应用于柔性版印刷与凹版印刷中，丝网印刷中也有少量应用。在国外，柔性版包装印刷绝大部分都采用水性油墨。而凹印水性油墨发展相对缓慢，迟迟得不到进一步普及的一个重要原因，是凹印速度和印刷质量与凹印干燥性能之间的矛盾没有得到很好解决。美国95%的柔性版印刷品、80%的凹版印刷品和40%的塑料印刷品均采用水性油墨印刷，美国市场上水性油墨的销售额已是溶剂型油墨的两倍以上，也就是说水性油墨已成为印刷的主要用墨，是唯一被美国食品药品协会（FDA）认可的油墨。在欧洲，胶印用墨的比例逐年下降，而柔印和凹印的水性油墨用墨比例不断上升。印刷的产品已不仅仅局限于纸箱、信封印刷，在食品包装、烟酒包装、医药包装以及儿童玩具包装等包装印刷行业应用越来越趋广泛，近年来也开始应用于服装印刷行业。

　　我国目前水性油墨的年产量大约为10万吨，主要采用柔印的印刷方式，凹印较少，且以低档墨居多，主要用于印刷纸箱、纸袋、信封；使用中档水性油墨的烟包、酒标、食品包装等，进口和国产水性油墨各占一半；用于塑料包装、装潢印刷、彩票支票等高档水性油墨还主要靠进口。

　　鉴于种种情况，由于水性油墨还不能够全面替代苯类油墨，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。

　　二、水性油墨组分介绍及选择

　　水性油墨主要由水性高分子树脂、有机颜料、溶剂（主要是水）和相关助剂经物理化学过程混合而成。

　　1.树脂

　　树脂是油墨体系的主体，它的性能基本上决定了墨膜干燥后的主要性能。按照组成和水分散手段的不同，水性树脂可分为三类：水溶性树脂、水溶胶树脂和水分散性树脂。因以水溶性树脂为主体的油墨干燥后墨膜的耐水性差，一般不作为主体树脂，可作为辅助树脂调节油墨的流动性、提高颜料的分散稳定性等。

　　水溶胶类树脂分子结构中含有一个或多个亲水性团，如羧基、羟基、氨基等。对这些亲水性团可以用低分子量的胺来部分中和带有羧酸基团的树脂，用低分子量的酸来部分中和带有氨基的树脂，而形成有机胺盐。通过这种方式可以形成有机盐类，从而与水有很好的溶解性，所以被称为水稀释性连结料。由于目前在亲水性团方面的改性主要是用低分子量的胺来完成，因此也被称为碱溶性树脂。该类树脂有在印刷干燥后成膜快等优点。用于该类树脂的有虫胶、马来酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂、水性氨基树脂、水溶性丙烯酸树脂等。

　　水分散性树脂是悬浮在水中的细小颗粒树脂，也被称为水包油型乳液。油相作为颗粒状分散于水相中，不能够溶解于水，是一种两相体系，但是可以用水稀释。乳液性连结料水稀释性快，干燥速度快，墨膜的抗水性能好，形成的乳胶可以固体含量很高而粘度很低，可以产生高质量的薄膜涂层。但是乳胶油墨印刷困难，复溶性差(乳胶凝结后变成不溶性物质)，难于清洗。

　　表1 乳液型树脂和碱可溶树脂的部分性能比较

　　目前，水性油墨连结料用的较多的是马来松香脂、聚丙烯酸树脂及改性丙烯酸乳液。

　　（1）马来松香脂

　　在我国，大部分水性油墨所用树脂为马来松香脂，约占总用量的70%。这类树脂具有价格便宜、制作工艺简单等优点，缺点是制造的油墨印后抗水性差、印刷过程不稳定，仅能用于印刷一般纸箱，满足不了中、高档包装印刷所要求的光泽和耐水性的要求。[next]

　　（2）改性丙烯酸树脂

　　因丙烯酸树脂光泽度高，保光性、保色性及耐候性好，现在高档水性油墨基本上都用水性丙烯酸改性树脂作为水性油墨的连结料。丙烯酸树脂又分为水溶性型丙烯酸和乳液型丙烯酸。乳液型丙烯酸树脂比水溶性丙烯酸树脂有较快的水释放性，而且大大的改进了墨膜的耐水性。

　　2.溶剂

　　水性油墨的溶剂主要是以水为主，同时含有少量的醇溶剂。正是由于水性油墨的连结料所具有较好的亲水性和在水性介质中的分散性，使得当前水性油墨中的水含量愈来愈高。加入少量的醇类溶剂可改善油墨的印刷适性和干燥性，同时可以改善因水的表面张力大（72N/m）而极易产生的气泡和印品的流平性，而且可提高油墨存放过程中的腐败和不稳定等弊病。

　　3.颜料

　　在水性油墨的研发过程中，颜料的选择需着重考虑两点：必须进行重金属含量检测，以避免其超标，特别是在无机颜填料的选择上，如果重金属超标要将其除去是非常困难的；在此前提下，再考虑颜料在水性体系中的分散性，特别是在碱性条件下的粘度稳定性和色相稳定性。颜料档次的差异，决定了油墨的档次，高档次的颜料以进口为主，比如BASF，DIC，汽巴，科莱恩等国际知名品牌。

　　4.助剂

　　助剂主要是对油墨的墨性、稳定性、印刷适性、印迹表面性能等起到提高和改进作用。水性油墨助剂的选用对整个油墨体系是很关键的。水性油墨的助剂品种有很多，如：PH 值调节剂、消泡剂、表面张力调节剂、缓干剂、增滑剂、防静电剂等等。但是要注意所使用的各种助剂是否满足环保要求，避免使用烷基酚类表面活性剂和乙二醇类助溶剂等国际环保组织明令禁止的化学品；在此基础上考虑各种助剂之间的相互协调，使墨层既能保持良好的流平性、光泽度、耐划伤性，柔韧度，又不影响附着牢度和耐水性。一般视油墨的要求和对印刷承印物材料的要求而适量加入。

　　三、目前水性油墨存在的问题及相应的对策

　　水性油墨以水作为溶剂，由于不含有挥发性有机溶剂，大大减少了有机挥发物（VOC）的排放，不会对油墨生产工人和印刷工人的健康造成危害；并且大大降低了由于静电和易燃溶剂引起的失火危险和隐患；由于没有有机溶剂，不存在对印版的腐蚀和溶胀作用；从经济角度上看，降低了油墨的成本，而且方便清洗印刷设备；大大降低了静电所引起的飞墨问题；此外，由于没有有害物质残留在包装产品的表面，不会引起食品安全问题。

　　当然水性油墨还存在一些不足的地方，例如不抗碱、不抗乙醇和水、易造成纸张收缩；由于水的表面张力较高，水性油墨在聚乙烯等基材上难以很好地润湿和印刷；干燥时间仍是水性油墨应用中最重要的问题，印刷速度因之而受影响；受环境影响比较大，易被微生物侵蚀，出现发霉等现象；水性油墨光泽低于溶剂型油墨，大大限制了水性油墨在光泽度要求高的场合使用。

　　由于水性油墨存在上述缺陷，为了尽可能减少缺陷，不仅要仔细地设计配方，而且要认真地制定工艺过程和条件，另外助剂的选择也是非常重要的。当然凹版印刷设备也需要改进，例如，可以将凹版滚筒的激光雕刻深度减小，这样有利于消除过大的网点扩大所导致的印刷图文信息的模糊；加长烘干通道或加大风量，加快干燥速度；采用耐腐蚀材料制造的滚筒、刮刀等组件，减轻高摩擦系数的水墨所带来的问题等等。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。

　　四、开发水性油墨的难题及今后的发展方向

　　水性油墨发展面临的主要问题是树脂的适用性，基础树脂和高性能树脂体系的开发。采用两种或多种树脂合成，综合每种树脂的优点，获得较好的油墨性能，以及使用互穿乳液网络技术和核壳型复合乳液技术开发性能优异的树脂，这是水性树脂未来发展的方向。

　　为了系统的做好水性油墨的研发，应集中力量解决开发过程中存在的绿色环保难题。如树脂体系的开发首先是避免使用重金属的引发体系或催化体系；怎样在不降低干燥速度的前提下，通过树脂改性降低醇使用量，直至不使用醇，降低VOC排放量。在此基础上，保证墨膜耐水性的前提下，通过调节树脂分子结构和分子量控制体系的流变性和切变性，以解决印刷适性问题。而且需要控制颜料和无机填料中重金属含量使其达到国家环保标准等核心问题。

　　1.水墨是未来的发展方向

　　随着人们环境保护意识的提高，迫切需要“环保”印刷材料的呼声日渐高涨，零VOC 排放一直是环保部门的要求。现在市场上的水性油墨如果严格起来讲不是真正的环保油墨，因为在配方设计中会在油墨体系添加氨、醇等。而水墨是指不含有任何助溶剂等，必要时可加入适量的助剂，在配制油墨时均采用纯净水。而开发水墨必须做到三无：即无VOC、无苯系物、无重金属含量，并且使水墨制备的色浆制备、树脂制备和油墨合成的各过程符合环保油墨标准的要求，这样才能使所得水墨符合国际市场的要求。

　　2.高档水性油墨

　　我国以生产中低档水性油墨为主，在稳定性、抗水性、光泽度、附着力等方面不尽如意，仅仅适用于纸袋、纸箱、信封、食品包装等质量要求不高的印刷，高质量的印刷水性油墨主要依靠进口，但成本较高，严重阻碍了水性油墨在我国的推广使用。即使是进口的高档油墨在印刷性能和质量仍达不到溶剂性凹版油墨的标准，因此在提倡环保型社会的今天，开发高光泽、高密度、快干、适应高速印刷的高档水性油墨是当务之急。

　　3.开发高性能的水性油墨体系

　　目前，水性油墨体系还有很多不如意的地方，还需要进一步的研究改进。例如：需开发PH 值稳定的水性油墨，无需检测和调整PH 值；通过改进树脂改善复溶性，提高了印刷性能；提高墨膜表面的耐性，特别是耐油、耐脂以及更好的耐候性能。

　　国外水性油墨已广泛应用于纸产品中，但针对塑料包装材料，水性油墨在国外的应用也受到了很大的限制，其原因有二：溶剂水释放缓慢，很难达到中、高速塑料印刷和复合干燥的要求；水性树脂在非极性基材上的附着力差。因此，开发水性塑料油墨也是未来的一个发展方向。