塑料凹印水性油墨干燥性能分析及应用研究开题报告

水性油墨最早出现在20世纪60年代中期，最初，水性油墨主要使用糊精、虫胶、酪素木质酸钠等物质作为连接料，用于一般书籍、杂志等低档印刷品，在一些瓦楞纸印刷等印刷性能要求低的行业也开始使用。到了20世纪60年代末期，随着材料科学的发展，松香改性马来酸树脂的合成技术取得成功，取代了虫胶、酪素等材料，成为水性油墨的主要连接料，从而基本满足了当时印刷的需要。到20世纪70年代，由于大气污染成为世界性的问题，为了应对日益严重的环境问题，以苯乙烯丙烯酸共聚树脂为连接料的新一代水性油墨开始走向世界舞台。

水性油墨也称为水基油墨，由水性高分子化合物形成的水基连结料与颜料及相关助剂经过复配研磨加工而成的一种印刷油墨，溶剂的不同是水性油墨与溶剂油墨最大的区别，由于主要溶剂的主要成分为水，几乎没有机化合物(VOC)的排放，对大气无污染；且成本低廉，减少资源消耗和降低环保成本；提高了作业环境的安全性，保障接触、操作人员的健康。随着人们环保意识的不断提高，绿色环保成为21世纪的发展主题。所以目前发达国家的食品包装印刷已基本上不再使用溶剂型印刷材料。研究、开发和应用危害小、污染少，以至无公害的绿色包装印刷材料成为绿色包装发展的必然要求。

水性油墨由树脂(水溶性树脂、胶态分散体、乳液聚合物)、水、胺类(氨水为主)、颜料及助剂组成。目前水性油墨用树脂主要是胶态分散体和乳液聚合物，分别有助于颜料分散和增强水溶性油墨的干燥性。在实际生产中，还需要加入少量醇类有助于树脂溶解、提高颜料分散性等作用，水性油墨助剂主要有消泡剂、防腐剂、抗磨剂、分散剂、慢干剂和PH值等稳定剂等。^[1]故水性油墨生产过程有8步骤：连接料制备→过滤水性成品配料→混合预分散→砂磨→检验→调质→检验→包装。评估水性油墨的性能主要依据水性油墨的印刷适性，影响水性油墨印刷适性的决定因素是油墨细度、黏度和酸度(PH值)，而对油墨细度、黏度和酸度起主要作用的是油墨的连接料成分、颜料和助剂。同样油墨应具有良好的干燥性能，如果油墨干燥过快或过慢都会对印刷过程的控制及印刷质量造成影响。

在汪珊珊的研究中，油墨干燥性过慢时，在印刷过程中会出现下列弊病：印品背面粘脏或粘连：如果印迹干燥过慢，印刷品在堆积的过程中，容易造成背面粘脏，严重时会出现粘连现象，使印刷品报废。印迹无光泽：如果墨层在纸面停留时间过长，连结料向纸张渗透较多，干燥后墨层较薄，使印迹无光泽。印迹粉化：油墨干燥速度过慢，大量连结料向纸张渗透，严重时，剩余在表面的连结料不足以固着颜料颗粒，使印迹抗摩擦性差，产生粉化脱落现象。^[2]故在水性凹印油墨中，控制油墨干燥也一个非常重要的课题。

对于影响塑料水性凹印油墨干燥性因素的研究中，孙加振，魏先福采用正交设计,设计四因素四阶正交实验方案,探讨调稀树脂对油墨干燥性的影响，首先采用高速研磨分散方式制备了塑料水性凹印油墨基墨, 合成了与基墨有良好相容性的水溶性树脂(调稀树脂),与助溶剂和助剂按一定比例混合制成了印刷用油墨样品。通过测试油墨样品的初干性和彻干性, 探讨了油墨中水溶性树脂、助溶剂和助剂对油墨干燥性的影响。结果表明: 调稀树脂种类对油墨干燥性具有一定影响; 助溶剂的添加量对油墨干燥性影响较大。增加助溶剂添加量可以提高油墨干燥速度;适当添加一些助剂,可以有效改善油墨的干燥性^[3]，pH稳定剂、增稠剂、分散剂和润湿剂的质量分数分别为0.2%，0.6%，.0%和2.0%时，不但能相应地提高干燥速度，而且不会对油墨的其他性质如黏度、附着牢度等产生不良影响;通过调节油墨体系的pH值、黏度等，也可改善油墨的干燥性，这是由于当油墨中加入过量的碱时,会形成较多的离子(如 NH4 ), 使聚合物在离子化时产生再压效应, 树脂的一些链发生重新缠结,导致油墨黏度的降低以及油墨中树脂对溶剂释放性变差^[4]。在加入适当的胺化试剂后 ,通过对树脂液的中和 ,能够改善水墨的粘度和PH值的稳定性进而控制干燥速度的稳定性。水性油墨的干燥包括挥发、渗透、结膜3种方式，其中树脂乳液的成膜是影响水墨干燥速度的最主要因素^[5]。在张彪，胡更生试验中采用的水性丙烯酸树脂乳液通过自交联反应，具有干燥快，成膜光泽度高的特点，有效克服了水性油墨干燥慢的弊端^[6]。水性油墨对初干性的要求为20-40μm，对彻干性要求不超过 100 s。

水性油墨的干燥主要采用热风干燥，影响干燥的主要参数包括热风速度、热风温度、干燥时间等，在保证承印物不变形，油墨不结皮的前提下，油墨的干燥速度与热风温度成正比^[7]。因此，选择合理长度的烘干箱以及标准热风速度与热风温度是保证烘干质量的有效途径之一。

在BQ Huang,XJ XU,XF Wei对于干燥性与水性油墨印刷质量的影响试验中，表明了在稀溶剂中酒精的含量主要影响塑料水性凹印油墨的初干;稀溶剂的含量则是主要影响水性凹印油墨的充分干燥;另外的不同类型的树脂，以及酒精和水的比例对油墨的性能和印刷质量有很大的影响^[8]。

H Gecol，JF Scamehorn，SD Christian，BP Grady，F Riddell通过使用不同表面活性剂研究在不同的条件下用于水性油墨印刷的商业聚乙烯薄膜的脱墨状况。在ph 值为12的情况下（无表面活性剂）可以达到90%左右的脱墨，但是基本效果较差; 在ph 值为10或以下，只有微脱墨发生。阳离子表面活性剂对脱墨有较高的影响，表面活性剂浓度高于和低于临界胶束浓度(CMC)并ph值范围5-12中展示了其高效率，两性表面活性剂在CMC的基础上对PH值有着广泛的宽容性，阴离子与无离子表面活性剂只有在非常基础的情况下才会发生脱墨，即阳离子表面活性剂是最有效的，阴离子表面活性剂的效果最差，这很有可能是由于其粘结剂是酸性丙烯酸带有负电荷的缘故^[9]。

在徐英杰 ，张复忠，魏先福在研究用温控微胶囊型干燥剂对于解决水性凹印油墨干燥速度较慢的问题中，制备了温控微胶囊干燥剂，使用pH值计测试了微胶囊的包覆效果，制备了含有温控微胶囊干燥剂油墨的印刷样张，测试了样张的光泽度、耐水性、附着力、耐揉搓性能。通过控制变量法，通过普通的水性凹印油墨与带有温控微胶囊型干燥剂的水性凹印油墨在不同印刷速度，印刷样张光泽度以及多种单色油墨印刷样张的比较得出(1)温控微胶囊干燥剂包覆效果良好;(2)含有温控微胶囊型干燥剂的水性凹印油墨干燥速度大幅度提高;(3)含有温控微胶囊型干燥剂的水性油墨印刷质量良好的结论^[10]。

对于水性油墨的发展趋势，由于水性油墨具有优良的环保特性，目前发达国家和地区都在努力开发和使用水性油墨，以逐步取代溶剂型油墨。以水性印刷为主要发展对象的包装印刷在国际上已经形成一种趋势。从国际包装印刷的发展趋势来看，水性油墨已从单一的纸箱墨向各种基材，多色套印方面发展。例如以水为稀释剂的 UV 固化油墨便是水基型 UV 固化油墨。^[11]光固化油墨使用水作为稀释剂并采用UV辐照固化,这两种技术的结合可更大程度地发挥对环境保护的综合效能^[12]，但同时这种油墨由于干燥步骤的加入而导致生产时间延长,空间要求增大，生产效率下降；并且由水的表面张力带来的问题如对基材(特别是低表面能者,例如塑料) 和颜料的润湿性能差、易引起分散不均匀和一些印刷故障。需要添加助剂提高光固化水性油墨在聚酯塑料表面的附着力。故对特别是凹印水性油墨而言，控制其干燥性是极其重要的一个研究课题。

在美国和一些欧洲国家已禁止使用含苯的溶剂型油墨取而代之的是绿色环保型油墨。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的使用水性油墨，英国已立法禁止使用溶剂型油墨印刷包装食品用的薄膜。近年来，我国对食品的包装也做出了一些规定，水性印刷的地位在我国正得到不断的提高，目前我国软包装方面的水性油墨以35%的用量排在其它印刷油墨之首.

1.研究内容

(1) 充分了解水性油墨的组成成分，熟悉各个成分在油墨中所起的作用；

(2) 分析水性油墨的颜基比、分散剂、成膜树脂、助剂对油墨性能尤其是干燥性能的影响；

(3) 使用所配比的油墨，通过IGT F1印刷适性仪在BOPP薄膜表面打样，测试油墨干燥性能，并进行分析归纳；

(4) 通过工厂调研对塑料薄膜凹印干燥系统进行分析，建立水性油墨干燥理论模型，指导实际生产。

2.研究计划

2015.01.06--2015.01.13 收集资料，查阅文献，了解课题的相关知识，撰写开题报告及文献综述；

2015.01.17--2015.03.01 查阅相关网站同时密切关注最新技术的发展动态，学习基础理论知识，制定合理的实验方案，设计可行性实验；

2015.03.02--2015.03.18 根据实验方案进行实验，对于实验数据进行统计分析、验证、修改，得出结论；

2015.03.18--2015.04.18 总结并把结论进行归纳性阐述，对本论文的研究不足进行分析，撰写毕业论文初稿；