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在铝箔印刷中应用水性油墨的探索
时间:2014-03-28   来源: 包装前沿   阅读:4526次

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    摘要:本文对PTP铝箔印刷中水性油墨使用的各方面进行了描述,介绍了铝箔印刷中油墨的树脂、助剂、颜料的选择,分析了应用成本,并对在铝箔印刷中会遇到的各种问题进行了简要的分析,提出了解决办法。

  随着人们对环保、卫生、安全意识的增强,对包装材料的要求也日趋严格,尤其是其卫生安全性,我公司作为生产药用包装材料的专业公司,所服务的制药企业客户对药用包装材料一直有很高的要求,早在5年前我公司已实现了所有药用包装材料的全面无苯化。近年来,由于水性油墨所具有的优良环保特性,公司研发团队对在PTP铝箔印刷中使用水性油墨进行了多次试验和尝试,对PTP铝箔印刷的水性化进行了深入研究。现就我公司在应用水墨过程中的一些做法和经验与诸位同仁一起进行探讨。

  一、药品包装用PTP铝箔的生产工艺流程

  以工业用纯铝为基材,在药用PTP铝箔印刷涂布机上用凹版印刷技术印刷上文字和图案并用凹版版辊涂布上一层保护剂OP,在铝箔的另外一面同样也印刷上文字和图案并涂布上胶黏剂VC,经过收卷后分切成所需规格。

  PTP铝箔所使用的油墨是PTP铝箔凹版印刷专用油墨,目前国内PTP铝箔所使用的OP、VC以及油墨等化工原料以溶剂型的居多,在它们的生产和使用过程中需要使用大量乙酸乙酯、丁酮甚至用甲苯等有机物作为溶剂和稀释剂。因此,PTP铝箔所用油墨的水性化应用研究就显得非常紧迫了。

  二、PTP铝箔所用水性油墨

  1、树脂体系

  树脂是水性油墨中最重要的组成成份,也是连接料的主要成分。铝箔印刷油墨的基本要求是对铝箔有一定的附着力而且要求树脂连接料和颜料有很好的耐热性,防止其在包装和使用时发生掉落和变色。传统的溶剂型PTP凹版印刷油墨所用的连接料大多是氯醋树脂和丙烯酸树脂,该类树脂可以提供良好的铝箔附着力和较好的耐热性能。

  氯醋树脂无法直接使用在水性体系中,但是一些水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯的相关技术已经相对成熟一些,以其多样性和良好的理化性能,已成为水性油墨的连接料的最佳首选,并在水性油墨中有了相关应用,适用面越来越广。

  我公司对水性丙烯酸体系的PTP油墨进行了试用,并在印刷后对其性能进行了检测,情况见表1。

  表 1 水性油墨和溶剂型油墨的性能检测值比较

种类

着色力%

光泽

粘度/S

铝箔表面张力要求

油墨层的耐热性

对铝箔的附着性

初干性

印刷效果

溶剂型油墨

98

很大

1820

32达因

180-220

25cm宽胶带试验不粘落

9

色度良好、色相符合要求

水性油墨

100

很大

2535

32达因

180-220

25cm宽胶带试验不粘落

16

色度良好、色相符合要求

  2、水性油墨的助剂、颜料

  水性油墨所用的助剂主要有消泡剂、表面活性剂、防腐剂、抗磨剂、分散剂、慢干剂和pH值稳定剂。消泡剂是水性油墨中不可缺少的成分,否则油墨在粘度偏高、pH值偏低、印刷速度较快或加水过多时,承印物表面会产生微小的气泡。表面活性剂可以降低油墨的表面张力,提高油墨的润湿性,改善印刷适性,以适应铝箔印刷的性能。还可以在油墨中加入粘附促进剂,在铝箔印刷中使用,可以提高油墨在铝箔上的粘附能力。其它一些助剂的使用可改善水性油墨的弱点,提高油墨的性能。通常水性油墨中使用的颜料是耐碱性强的色料,在水中有较好的分散性。与溶剂型颜料相比,水性油墨的色料要求更高,要求体轻、柔软、色彩饱和度高,并与连接料有良好的亲和性、润湿性和分散性,在成品中不会发生凝聚、沉淀并具有良好的流动性,不会发生变色和褪色现象。对铝箔印刷来说,耐高温是颜料必须要具备的特性,有机和无机色料的耐高温品种也相对较多,不论在溶剂型还是水性油墨中都能普遍使用。

  3、应用成本

  我公司对使用水性油墨和溶剂型油墨的成本进行了比较,其主要对比情况见表2:

  表2 水性油墨和溶剂型油墨成本比较

种类

单位价格

(元/kg

固含量

%

上墨量

g/m2

吨产品用量

kg

单耗成本

(元/吨)

溶剂型生产

溶剂型油墨

40.00

20~25

0.8(干量)

60.0

2400

2463

醋酸乙酯

7.00

100.0

稀释剂

9.0

63

水性生产

水性油墨

55.00

30~35

0.8(干量)

50.0

2750

2758

软化水

1.00

100.0

稀释剂

8.0

8

  注:本表为黑色油墨的比较,其它色的溶剂型油墨和水性油墨的价格基本一致

  从表2可以看出,在油墨单价上水性油墨价格远高于溶剂型油墨,但在用量上,由于水性油墨颜料的特性,水性油墨的用量通常只有溶剂型油墨用量的80%左右。综合算来,水性油墨的使用成本虽略高于溶剂型油墨,但价格差异并不大。

  三、水性油墨印刷质量控制要点

  1、药用铝箔的表面油污残留对水性油墨的影响

  药品包装用PTP铝箔一般都是以硬质铝箔作为基材,而硬质铝箔在铝厂经多层轧制后未经过退火处理而制成。在轧制过程中的轧制油会有部分残余在铝箔表面,因此铝箔表面常常会携带零星的油污,有时控制不好还会出现成片的油污。该油污主要成分是煤油,即一系列碳氢化合物的混合物,铝箔表面的大面积油污在包装原材料中是不允许大量出现的。

  在PTP铝箔印刷时,当油墨的表面张力小于铝箔基材的表面张力时,油墨才可以润湿基材,才有可能提供附着力。

  表 3 PTP生产中常用液体材料的表面张力

溶剂

醋酸乙酯

丁酮

甲苯

乙醇

纯水

水性材料

煤油

表面张力(25℃,dyn/cm)

23.5

23.97

27.92

22.1

71.8

25-30

23-32

  铝箔基材的表面张力要求是不小于32dyn/cm,这样各类溶剂和水性材料都可以润湿铝箔。但当铝箔表面有油污残留时,油污的表面张力就会下降到23~32dyn/cm,因此油墨对有油污的铝箔润湿性能会下降。在使用溶剂型油墨时,由于溶剂的表面张力与煤油的比较接近,并且煤油和有机溶剂有一定的相溶性,因此有轻微油污时并不会出现外观的明显缺陷,也不会明显影响到涂层和油墨的附着力和强度。但是有大量的油污存在也是会有影响的。在使用水性油墨材料时,这一问题就更凸显了,由于水在25℃的表面张力约为71.8dyn/cm,水性油墨经过调配后的表面张力下降到大约25~30dyn/cm,而且水性材料本身与煤油就不相溶。铝箔表面油污和水性材料并不浸润,水性涂层和油墨也就不会在携带油污的铝箔表面铺展开并成膜。实际生产我们也发现这类现象,如果遇到铝箔表面有大片油污,就会出现油墨印刷不清晰、产生缩孔和涂布不均匀等现象出现,虽然我们也可以使用助剂和少量助溶剂降低水性材料的表面张力,使上述现象减轻。但是要从根本上解决问题,必须要除去铝箔表面的油污。我们一般的做法是让铝箔在印刷前首先经过一个90~100℃左右的烘箱,通过热风烘干1秒左右来使铝箔表面的残余油污得以减少,以增加印刷适性。

  2、水的干燥速度对水性油墨的影响

  水性油墨要供PTP铝箔使用,就必须要适应PTP铝箔现有的印刷和涂布基本工艺条件,即在常规溶剂型油墨正常使用的工艺参数条件下印刷和涂布。一般情况下溶剂型油墨的烘干温度在90~100℃,烘干时间约为1s;线速度一般控制在80~90m/min。

  水性油墨的干燥是一个非常复杂的过程,在印刷行业中,通常是采用热风干燥的方式。在热风干燥中,热能的转移、水及溶剂等液体的蒸发以及固体对流体蒸发的阻隔性都将影响油墨的干燥速度,而作为干燥主体的热风,其速度和温度是决定干燥效率的关键因素。在油墨的烘干成膜过程中,稀释剂要全部被蒸发掉,这部分稀释剂的蒸发要消耗很多能量。和溶剂型材料比较,水性材料由于使用大量的水,水的蒸发热要比常用的有机溶剂高出许多(见表4),因此烘干相同质量的水要消耗更多的能量。但是生产中,并没有发现能量有太多的损耗(见表4-1),这是因为在溶剂型材料涂布过程中,要使溶剂在短时间内干燥完全,必须提供大量的热量和吹入大量的热风,而这些能量是完全过剩的,因而使用水性材料时,这些能量也完全足够使用而且同样也是过剩的。

  表 4 PTP生产中常用溶剂的蒸发热

溶剂

醋酸乙酯

丁酮

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