水性油墨与溶剂型油墨的对比分析

随着人类社会文明的发展, 人们对油墨、涂料的需求量越来越大,对其品质要求也越来越高,这个行业每年的需求增长量早已经超过了GDP的增长,同时人们也逐渐清醒地认识到人类文明发展速度越快,能源的消耗量也越快,“可持续发展”、“绿色环保” 的呼声也随之加强,水性油墨就在这种背景下应运而生。在印刷领域,为了消除溶剂型油墨所释放的VOC,即达到EPA降低或消除VOC的要求,化学工程师们陆续开发出高固体分涂料、粉末涂料、紫外光固化涂料、水性涂料等。这些油墨都大大减少了VOC的排放,有的甚至消除了VOC的排放,如水性UV 油墨。本文将举例对比分析水性油墨与溶剂型油墨各自的优势与劣势,以供大家参考。

传统溶剂型油墨的不足与优势
溶剂油墨是由连接料(主要是聚氨脂、环氧树脂、丙烯酸树脂聚酯、酚醛树脂、EVA树脂、PP树脂、氯化PP树脂等),着色剂(有机和无机颜料或染料),溶剂(醇类、酯类、苯类、酮类、醚类等有机溶剂),辅助料(消泡剂、流平剂、触变剂和填料等),再经过研磨做成具有一定触变性的胶体。
1.溶剂型油墨的不足
溶剂型油墨中有机溶剂占到油墨总量的3O% ~5O%(在喷涂油墨中占到80% 左右),这些有机溶剂分别为醇类,如丁醇、异丙醇等;醚类,如乙基溶纤剂;酯类,如醋酸丁酯等;苯类,如甲苯、氯代苯;酮类,如783、环己酮、ME K等, 都会损伤人体的皮下脂肪,长期接触会使皮肤干裂,渗入皮肤和血液, 会随血液危及人的血球及造血功能,被吸人人体会对旰、肾造成一定的损伤,在制造和使用过程中,大量的溶剂挥发,工人长期处于这种环境工作对神经系统造成极大损伤。从此,可以看出溶剂性油墨是目前印刷业最大的污染,每年全世界油墨的用量在600万吨以上,而由此引起的全球VoC污染排放量已达到上百万吨,对大气造成较严重的污染,破坏臭氧层,形成比二氧化碳更严重的温室效应。而且在太阳照射下, 与空气中的氮氧化合物发生光化学反应, 生成氮化物和化学烟雾,其危害程度高于汽车尾气排放量。
作为做着色的颜料, 染料占到油墨的5% ~10%(钛白粉会更高一些, 占到20%~30% 左右)。它分为无机和有机两大类,有些无机颜料含铅、镉、铜、汞等重金属元素,具有一定的毒性,有机染料以偶氮类为主,但其中含有联苯胺,有致癌成分。这些物质会随着食品包装、儿童玩具、烟酒、化妆品、服装进入人体循环,对人体健康有很大损伤。冼版问题也是油墨的一大弊病,网版印刷的洗版水为186,它是苯(或二甲苯)和环己酮按3:1的比例配制, 对人体伤害很大。

2.溶剂型油墨的优势
对溶剂型油墨来说, 目前正处于鼎盛时期, 不论是胶印、凹版、平版、柔性印刷,还是网版印刷,其配方都是相当成熟。对鞋材关系最密切的网版印刷来说,溶剂型油墨在防水布、改色的皮革料、TPU上,其附着力相当优良;在铭牌或吊牌(如涤纶、腈纶等材料)上, 其很好的流平性与光泽,光亮感。其优良的过网性能,使精细图案和细小文字的印刷成为可能, 这些都是现阶段水墨不能完全代替的。

水性油墨的优势与现阶段的不足
水性油墨的连接料主要为水性树脂,它可分为3类:胶态分散体、乳掖聚合物、水稀释型聚合物。着色剂:有机和无机化合物的颜料和染料;溶剂:水;辅助料:水性消泡剂、流平剂、触变剂、增稠剂、抗黏剂等。
1.水性油墨的优势
与溶剂型油墨的最大区别在于,其使用的溶剂为水或醇类,明显的减少了V0C的排放,能防止大气污染,不影响人体健康、不易燃、墨性稳定、不腐蚀印刷基材、防止迁色、抗水性强、干燥迅速。它不仅可以降低由静电和易燃溶剂引起的失火危险隐患,还可以减少印刷表面残留的毒性, 而且清洗印刷设备很方便,故特别使用于食品、饮料、药品等包装行业, 以及与人身直接接触的产品如T恤及其他纯棉、弹性布料。鞋垫的印花行业也有相当广泛的用途,它是世界公认的环保材料,也是目前所有印刷油墨中唯一经美国食品协会认可的油墨, 因此使用水性油墨的用量也越来越大。
2.水性油墨现阶段的不足
现阶段水性油墨, 不管是进口还是国产的目前都存在着附着力差,在许多塑胶料、橡胶料和各类改色皮革料上难以很好地润湿和印刷,光泽低于溶剂型油墨,大材料与设备大限制了水墨在光泽精细度要求很高的场合使用,干燥时I司仍是水性油墨运用中的问题,尤其在夏天,水性油墨很容易堵版,过网性能差,干速不易控制,再就是体系的pH值不易调节。

水性油墨与溶剂型油墨的异同
1.溶解机理
水性油墨是靠在高分子链段引入一定数量的强亲水性集团,如~Oft,一CooH ,一NH 等,与水形成乳液或溶液, 溶剂型油墨是靠高分子在强溶剂(如环己酮)和助溶剂(如二甲苯)形成溶胀。
2.成膜机理
一般来说,根据不同的印刷基材和印刷工艺,溶剂型油墨的干燥方式有挥发、渗透,固化双组分型。

挥发干燥型:对于承印物为非吸收性基材的印刷,其干燥方式以挥发干燥为主。影响油墨干燥速度首先决定于油墨中溶剂的挥发速度,不同的树脂对溶剂的释放能力不同,溶解度越大的树脂,溶剂越难挥发,挥发速度越慢。颜料在油墨中所占比例越大,溶剂的挥发越慢, 颜料粒子的半径越小,比表面积越大,溶剂的挥发速度越慢,不同种类的颜料对溶剂的脱出性不同。鞋材类的网版印刷80% 以上都是此方式干燥成膜。

渗透吸收干燥: 油墨对吸收性基材的渗透吸收对油墨固化和干燥过程很重要,渗透量太少或太浅,油墨黏着不足,也不易干燥。但是渗透量太大或太深就会造成透印问题,也会降低油墨的光泽,另外对于吸收性基材,还同时存在挥发干燥机制。真皮、合成革、二次皮的喷涂80%都是此方式干燥成膜。
双组分固化型干燥: 对于承印物的成品使用环境有较高要求的,如耐磨性、耐化学性、耐候性、耐酸、耐碱就需要交联密度较高的双组分油墨, 影响其干燥的因素:一是与挥发型干燥相同,二就是固化剂、催化剂与树脂的反应速率相关,反应速率越快干燥越快(反应太快容易堵网),反之越慢(反应太慢影响印刷效率)。

水性油墨可分为自交联、渗透、固化双组分型。
自交联干燥型:影响水墨干燥速度首先决定于水墨中水的挥发速度。水是一种很常见又很特殊的溶剂,它本身的表面张力很大,蒸发越大,沸点并不高,溶剂的特性和单一性决定了水墨干速的可调节性差。在水挥发过程中,树脂会发生自交联反应,此反应速度也决定了干燥速度。现用的水性网版印刷油墨80% 以上都是用此方式干燥成膜。渗透吸收干燥、固化双组分型干燥:其干燥机理与溶剂型都很相似, 唯一的最大区别就是一个采用水稀释,一个采用有机溶剂来稀释。

从以上的溶解机理和干燥机理,我们不难看出,为什么溶剂型油墨在印刷过程中即使出现了结皮用溶剂浸泡一下,再用刮刀搅动一下, 在网版上又可以继续使用了,而水性油墨却不能的原因。
3.成本比较
目前, 由于世界能源危机和美国次贷危机等各种因素的影响,与石油直接相关的化学产品油墨、涂料的价格波动也比较厉害。我们先从溶剂说起,溶剂型油墨所用的溶剂都是有机溶剂,拿环已酮来说, 现在的价格比上一年已经翻了一倍了,而水的价格基本没有变化,现在的市价1Kg环已酮=1 Kg纯净水,1 Kg洗版水=1 Kg自来水。接着我们再从固体份上面做个比较, 水性油墨一般固含在35%~45%之间,而溶剂型油墨在25%~35%之间,所以在印刷同样厚度的情况下,溶剂型油墨要多印一到两次。最后就是调色, 对于水性油墨调色的成本和普通颜色的成本是一样的,只是把不同的色浆加在一起就可以。而溶剂型的需要几个基本色油墨去调,这样就很容易造成浪费。
从以上三点可以看出使用水性油墨总体成本并不比溶剂型高。

水性油墨使用方法及应注意事项
1.水性油墨不能与溶剂型油墨混合使用,或在水性油墨中加入苯类、酯类、醚类、酮类有机溶剂。
2.水性油墨宜存放在室内,温度为(5~40) ℃ ,避免太阳直射。
3.印刷过程中由于水的挥发,会导致黏度上升、pH值下降,用pH稳定剂到调节pH 值在8~9.5之间。
4.一般情况下水性油墨适用于高速印刷,低速印刷时遇到干速太快或印刷效果不佳的情况,可加一点慢干膏或慢于剂。水性油墨的助剂可以调节因印刷条件、承印物的表面特征、环境温湿度,存放时间长短等客观条件的影响。
5.色种:赋予油墨各种色彩,用量在5%~15% ,超过20% 水性油墨很容易死掉。
6.稀释剂:用于降低水性油墨的黏度,用量在3%以内,不会降低水性油墨的色浓度和p H值。
7.慢干剂: 用于降低水性油墨的干燥速度,用量5% 以内。
8.消泡剂:用于消除汽泡,用量为0.5%~2%之间。
9.pH稳定剂:用于保持水性油墨的pH 值,控制它在8.0~9.5之间。
10.增稠剂:用于增加树脂的黏度,以使油墨达到适合的黏度,用量在0.5% ~2% 之间。
表1分别列举出了以上各项目中易出现的问题及原因。

水性油墨市场展望
环保型水性油墨目前主要的应用领域是柔性版、凹版、网版印刷,这三类中前两种多为包装产品,后一种为布料印花,在各领域所占比例相当大,随着人们环保意识的提高,迫切需要“绿色” 印刷材料的呼声日渐高涨。网版印刷以其印刷方式灵活、承印基材特殊、印刷设备廉价、投资回报率高等优势而在珠三角地区得到迅速发展。经过这两年的发展和技术水平的提高,水性油墨在以前难附着的底材上,如鞋面上的真皮、仿皮、二次皮及合成革,基本可以和溶剂型油墨相媲美了。对于细小图案的印刷,水性可以添加一些助剂来改善干速和流平, 再加上厂家适当的改善生产环境,就可以进行连续生产。我们知道溶剂型油墨对温度要比湿度敏感的多,而水性油墨却刚好相反。这就是为什么晴天和阴雨天, 冬天和夏天我们在生产时要特别注意。现在各个知名品牌都使用环保材料,可降解材料,所以油墨就必须和其配套, 谁也不能阻挡历史的车轮,只有适应它,改变自己已有的习惯,才能不被历史淘汰。

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