薄膜柔印噴碼機(jī)墨水憑借綠色環(huán)保、無毒無害的優(yōu)勢(shì)，在食品包裝、衛(wèi)生包裝等以薄膜為基材的包裝領(lǐng)域嶄露頭角。筆者根據(jù)多年來在高分子合成與改性以及薄膜柔印噴碼機(jī)墨水制備方面積累的經(jīng)驗(yàn)，從薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的組成、薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的性能要求和測(cè)試分析以及薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行探討。

薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的組成

1.連接料

作為柔印薄膜柔印噴碼機(jī)墨水“心臟”的連接料決定著水墨的印刷性能。從高分子材料角度講，柔印水墨中常用的水性樹脂連接料是水溶性樹脂和水稀釋性樹脂。

水溶性樹脂和水稀釋性樹脂性能參數(shù)對(duì)比如表1所示，可以看出，二者在各項(xiàng)性能中具有一定的互補(bǔ)性。根據(jù)筆者制備柔印水墨的經(jīng)驗(yàn)，水稀釋性樹脂作為主樹脂，水溶性樹脂作為助樹脂，以制備黑色水墨為例，水溶性樹脂添加量從1%增加到5%，水墨的復(fù)溶性和流平性均有所改進(jìn)，如圖1所示；同時(shí)，初/徹干時(shí)間逐漸增加，當(dāng)水溶性樹脂量為5%時(shí)，徹干相對(duì)值>1。因此，綜合考慮水墨的復(fù)溶、干燥、耐水、流平等性能，水溶性樹脂的添加量最高為5%，如圖2所示。

表1 水溶性樹脂和水稀釋性樹脂性能參數(shù)對(duì)比

圖1 不同水溶性樹脂含量印刷樣張網(wǎng)點(diǎn)對(duì)比圖(a-0%、b-1%、c-3%、d-5%)

圖2 不同水溶性樹脂含量黑色水墨初/徹干對(duì)比圖

2.顏料

顏料是油墨的著色物質(zhì)，青/品/黃一般用有機(jī)顏料，白墨多用鈦白粉，黑墨多用炭黑。顏料的研磨細(xì)度一般控制在10μm以內(nèi)，低細(xì)度的顏料能夠保證良好的穩(wěn)定性和展色性。無論是有機(jī)顏料還是無機(jī)顏料，一般會(huì)經(jīng)過陰離子或非離子處理。原因是：①水的表面張力和極性都較大，色料的分散較困難，如未經(jīng)處理，色料分布不均勻，不利于印刷；②由于水墨的連接料大多為堿性，顏料分子中若含有與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的磺酸基/羧酸基等基團(tuán)，就會(huì)發(fā)生凝結(jié)反應(yīng)，因此顏料一般要經(jīng)過陰離子或非離子處理。

3.助劑

水墨根據(jù)性能的不同，還需要添加助劑，如分散劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、附著力促進(jìn)劑等。通常助劑選擇非離子型或陰離子型（水墨為陰離子型）。此外，將助溶劑也歸入助劑中，是因?yàn)殡m然助溶劑用量小，但對(duì)水墨性能的提高有很重要的作用。在這里著重探討助溶劑的作用及篩選原則。

助溶劑的主要作用：①助溶解水性樹脂連接料；②調(diào)節(jié)水墨黏度；③調(diào)節(jié)水墨干燥速度。

助溶劑選擇的3條規(guī)則：①極性相近原則，即極性相近的物質(zhì)可以互溶；②溶劑化原則，溶劑化是指溶劑分子對(duì)溶質(zhì)分子產(chǎn)生的相互作用，當(dāng)作用力大于溶質(zhì)分子的內(nèi)聚力時(shí)，便使溶質(zhì)分子彼此分開而溶于溶劑中；③溶解度原則，即如果溶劑的溶解度和聚合物的溶解度相近或相等時(shí)，就能使該聚合物溶解。根據(jù)上述3條規(guī)則對(duì)助溶劑進(jìn)行選擇，能夠有效改善水墨黏度、干燥性、穩(wěn)定性、分散性、流動(dòng)性等性能。

常用的水性樹脂為聚丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂，根據(jù)上述原則，在這里優(yōu)選出一些有利于提高水墨復(fù)溶性、干燥性的助溶劑，如表2所示。

表2 常用水性樹脂及優(yōu)選助溶劑的溶解度、表面張力及沸點(diǎn)

薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的性能要求及測(cè)試分析

1.附著力

由于薄膜樹脂極性不同，既有極性的聚酯PET、尼龍PA、聚氯乙烯PVC，也有非極性的聚丙烯PP和聚乙烯PE，因此柔印水墨在各種薄膜上的附著力成為首要問題。

附著力的測(cè)試方法按照GB/T 13217.7-2009《液體油墨附著牢度檢驗(yàn)方法》，獲得良好附著力的2個(gè)必要條件：足夠面積的緊密接觸（清潔表面、潤(rùn)濕、擴(kuò)散）、分子間的吸引力甚至形成化學(xué)鍵。為滿足上述2個(gè)條件，在保證水墨在基材上具有良好潤(rùn)濕性的條件下，通過機(jī)械粘接理論、擴(kuò)散理論以及吸附理論來提高附著力。

2.表面張力

薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的表面張力控制是否得當(dāng)將直接影響印刷效果，首先影響最大的是水墨在基材上的流平性，低表面張力的物質(zhì)易在高表面張力的物質(zhì)表面鋪展，而高表面張力的物質(zhì)則不會(huì)在低表面張力物質(zhì)的表面鋪展；其次影響水墨在基材上的附著性，水墨的表面張力越高，對(duì)基材的潤(rùn)濕程度越差，樹脂與基材之間的粘接點(diǎn)減少，進(jìn)而影響附著力。此外，當(dāng)薄膜表面張力較低或水墨表面張力較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一定印刷樣張出現(xiàn)縮孔等現(xiàn)象。

一般來說，水墨中的水性樹脂連接料的表面張力都大于印刷基材的表面張力（水的表面張力為72mN/m）。通常選用表面張力較小的溶劑來降低水墨體系的表面張力，如異丙醇（表面張力為21.7mN/m）、醋酸異丙酯（表面張力為21.2mN/m）等（如表2所示）。此外還可以通過選擇合適的助劑來降低表面張力，如流平劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑等，都可降低水墨的表面張力。

3.黏度

水墨的黏度主要由水性樹脂連接料決定。為了保證高速印刷的進(jìn)行，必須使用高固低黏的水性樹脂連接料。對(duì)水性樹脂連接料來說，很多人認(rèn)為高固含、低黏度很難同時(shí)獲得。筆者經(jīng)過多年研究，現(xiàn)已研發(fā)出一款高固（50%）低黏（<250mPa?s）樹脂，適合薄膜柔印水墨印刷，證實(shí)了高固低黏柔印水墨的可行性。

4.干燥速度

按照印刷需求，水墨在一定范圍內(nèi)滿足“初干慢、徹干快”才是最佳狀態(tài)。為解決水墨干燥問題，除了常用的提高溫度、降低濕度、提高風(fēng)速等方案外，主要還是從水墨角度來改進(jìn)。一方面是提高水墨的固含量，即上文提到的使用高固低黏水性樹脂連接料，將水墨的黏度控制在柔印所需范圍內(nèi)，盡可能提高水墨的固含量，減少蒸發(fā)水分的總量；另一方面盡可能選擇沸點(diǎn)較低的真溶劑，加快徹干時(shí)間。

5.復(fù)溶性

對(duì)于復(fù)溶性目前沒有一個(gè)明確的量化指標(biāo)，大多時(shí)候是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷水墨的復(fù)溶性。復(fù)溶性過強(qiáng)，在印刷以及涂膠過程中容易發(fā)生“咬色”現(xiàn)象（即后面的顏色把前面的顏色溶解一部分），進(jìn)而影響印刷質(zhì)量、復(fù)合強(qiáng)度等。復(fù)溶性較弱，其網(wǎng)穴底部殘留的水墨較難被墨槽中的水墨再次溶解，故容易堵版，并且造成淺網(wǎng)部分的再現(xiàn)較差。因此水墨的復(fù)溶性是影響印刷復(fù)合產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要印刷。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過兩種方法改善水墨的復(fù)溶性：①添加助溶劑，這里所說的助溶劑是指水性樹脂連接料的真溶劑；②選擇合適的水溶性樹脂并調(diào)整其比例。上文對(duì)這兩方面內(nèi)容均有解釋，在這里不再贅述。

6.耐水性

通常選用氨水或有機(jī)胺作為pH值調(diào)節(jié)劑。氨水的揮發(fā)較快，可以較快地得到耐水的墨膜，但是在印刷過程中水墨可能不穩(wěn)定，而且氣味比較大；有機(jī)胺揮發(fā)較慢，印刷過程中不需要頻繁地調(diào)節(jié)pH值，但是有機(jī)胺的沸點(diǎn)較高，它們會(huì)長(zhǎng)期留在墨膜內(nèi)，成膜后抗水性較差。因此氨水與有機(jī)胺混合使用，可提高水墨的綜合性能。

薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的發(fā)展趨勢(shì)

1.高固低黏

高固低黏水墨不僅可以縮短水墨的干燥時(shí)間，對(duì)水墨的附著力、流平性、光澤度等方面均有改善。高固含、低黏度雖然是一對(duì)矛盾體，但是在一定范圍內(nèi)可以找到二者的平衡點(diǎn)。隨著水性樹脂合成技術(shù)的發(fā)展，固含量≥50%已可以實(shí)現(xiàn)。

2.高色密度

將薄膜柔印噴碼機(jī)墨水用于薄膜包裝產(chǎn)品，一個(gè)重要的方面是要表現(xiàn)精細(xì)圖像的印刷質(zhì)量，這就需要采用高線數(shù)印版來表現(xiàn)圖案豐富的層次，同時(shí)匹配高線數(shù)的網(wǎng)紋輥，網(wǎng)紋輥線數(shù)越高，著墨量越低，必然導(dǎo)致印刷出來的墨層較薄、色密度低。因此要提高柔印水墨的色濃度，即提高顏料含量。筆者通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，柔印水墨的顏料可以提高到20%以上，使色密度達(dá)到C1.7～2.0，M1.7～2.0，Y1.2～1.5，K1.8～2.1（濕膜厚度9μm）。關(guān)鍵點(diǎn)在于未來采用柔印水墨印刷樣張的密度值能達(dá)到要求，層次表現(xiàn)力不低于凹印。

薄膜柔印噴碼機(jī)墨水的市場(chǎng)前景是可以期待的，而技術(shù)的腳步將沿著低VOCs（<5%）、高性能、低成本的方向繼續(xù)前進(jìn)。