談包裝印刷圖文墨膜的流掛與流平

一、引言

包裝印刷圖文墨膜好壞決定著印刷制品的優(yōu)劣，因此其墨膜的表面狀態(tài)是油墨的主要性能指標(biāo)之一。印刷油墨的墨膜常常因?yàn)槌霈F(xiàn)桔皮、浮色、發(fā)花、氣泡、縮邊、針孔、流掛、水紋、白霜故障而導(dǎo)致包裝制品的低劣。為了預(yù)防墨膜表面故障而需使用流平劑，浮色發(fā)花防止劑、消泡劑、流掛防止劑、白霜控制劑等加以控制。浮色發(fā)花筆者曾有論述，今天，中國紙業(yè)網(wǎng)編輯重點(diǎn)討論印刷油墨的圖文墨膜的流掛與流平，不妥之處，望包裝印刷及油墨界同仁修正。

油墨流掛也叫流墜，系指在垂直面上進(jìn)行印刷時(shí)油墨下垂，在發(fā)生流掛區(qū)域內(nèi)，墨膜厚度變得不均勻，出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。我們知道：流掛的形態(tài)各異，有的面積較大成簾幕狀，有的成水紋狀、水柱狀、波紋狀、旋渦狀等等。所謂油墨的流掛故障的產(chǎn)生，往往與印刷油墨體系中固體含量少、粘度低、印刷圖文墨膜厚度、油墨的屈服值等流變性能有直接關(guān)系。包裝印刷油墨粘度低、墨膜厚，有助于流平，也容易產(chǎn)生流掛；油墨體系固體含量多、粘度高，印刷出的墨膜薄，有助于防止流掛，但卻不易流平，流掛與流平往往是矛盾的，預(yù)防流掛的防止劑就是在印刷油墨中能夠通過次價(jià)鍵，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，使印刷油墨獲得結(jié)構(gòu)粘性，變成觸變流體，是調(diào)整這一矛盾的有效助劑。

墨膜的流平是印刷油墨在印刷后，甚至覆膜畢，尚未干燥成固狀的干膜后，因表面張力的作用，逐漸收縮成最小面積的過程。往往在受到某些因素的影響后，出現(xiàn)表面張力差，使墨膜無法達(dá)到光滑平整的表面狀態(tài)，便會(huì)出現(xiàn)流不平問題。這種現(xiàn)象叫做油墨流平缺陷或不平整故障。進(jìn)而在墨膜干燥后，表面就出現(xiàn)了桔皮、刮痕、波紋（水紋）、縮邊、針孔等不規(guī)整的表面狀態(tài)。墨膜流平所需要的是時(shí)間，隨著油墨粘度、刮痕、波長的增加而增加，隨著表面張力和墨膜厚度的增加而減少。為此，預(yù)防產(chǎn)生上述印刷圖文墨膜的故障，必須添加流平劑加以解決。該助劑是為了使油墨在包裝印刷后，形成平整光滑的墨膜而添加在油墨中的一種助劑。該助劑只求結(jié)果，不看流平過程。

二、影響墨膜流掛與流平的因果關(guān)系

簡言之：油墨粘度、墨膜厚度、印跡的寬度和深度、油墨和承印物底材之間的界面張力都會(huì)直接影響到圖文墨膜的流掛與流平。

實(shí)踐早已告訴我們：墨膜越厚，波峰越高，油墨表面張力越大，包裝印刷時(shí)印跡的波長（水紋）越長，說明流平的時(shí)間也就越長。圍繞上述學(xué)說，我們很有必要在油墨體系里引入流掛防止劑和流平劑。因?yàn)殡S著無污染、省能源和省資源的要求越來越嚴(yán)，溶劑型油墨逐步向高固份、水溶性、粉末、無溶劑和輻照固化的印刷油墨發(fā)展，方興未艾的包裝印刷油墨助劑正是本著“引進(jìn)，篩選，仿制，創(chuàng)新”八字方針，對油墨的觸變防沉助劑，油墨流平光亮助劑提出了新的要求，以適應(yīng)這些新穎油墨品種所需的油墨助劑，必將在實(shí)際的應(yīng)用中得以改善和提高。

1、流掛防止劑 主要是觸變劑，其作用和機(jī)理是能增加液體油墨的粘度，并使其具有觸變性的助劑，現(xiàn)統(tǒng)稱為觸變劑；有機(jī)膨潤土、氫化蓖麻油、聚乙烯醇、氣相法二氧化硅、金屬皂等為有機(jī)體系的增稠觸變劑；在水性油墨體系中利用羥乙基纖維素等纖維素衍生物、聚乙烯醇、聚丙烯酸等水溶性樹脂為增稠劑；在包裝印刷油墨中使用觸變劑，使呈觸變結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)觸變性，也稱假厚現(xiàn)象，即油墨在油墨分散機(jī)械或印刷機(jī)械的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的剪切力作用時(shí)（如攪拌或印刷時(shí)）粘度暫時(shí)下降，不受剪切力作用時(shí)，又逐漸恢復(fù)到原來粘度，這種特性能使油墨在貯存時(shí)，防止顏、填料沉淀和在印刷過程中預(yù)防油墨流掛而導(dǎo)致的水紋、刮痕故障等----即在包裝印刷時(shí)能使油墨較厚轉(zhuǎn)移而不流掛，并能在多孔承印物材料印刷時(shí)防止油墨的滲透或臟版。雖然當(dāng)加大樹脂含量也能消除水紋和刮痕，但對于已貯存使用的油墨來說，添加微量助劑則方便實(shí)惠。

在大量的油墨觸變劑中，市場上常分為：1、無機(jī)系（即能在油墨中形成膠體分散結(jié)構(gòu)的有合成超細(xì)二氧化硅膨潤土、有機(jī)改性膨潤土和表面處理的超細(xì)碳酸鈣等）；2、有機(jī)系（即能在油墨中形成膨潤分散體結(jié)構(gòu)和能使顏料形成絮凝結(jié)構(gòu)的前者有氫化蓖麻油蠟、金屬皂、亞芐基山梨糖醇、植物油系聚合油，后者為表面活性劑）。

1.1 無機(jī)系在油墨中以膠體狀態(tài)分散，依靠分散的膠體形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以達(dá)到防沉觸變的目的。油墨行業(yè)大多選用聚乙烯蠟（該產(chǎn)品是乙烯和其他單體在高壓下經(jīng)自由基聚合反應(yīng)制得，也有采用高分子聚乙烯降解反應(yīng)生產(chǎn)）。因該助劑起到保護(hù)膠體的作用，與顏料一起形成穩(wěn)定的膠態(tài)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成觸變性起到防沉作用，同時(shí)也略具防流掛效果。近年來聚四氟蠟以自身幾乎不消光和直接加入等特征悄悄引入了油墨體系，大有取代聚乙烯蠟的趨勢。

其二是超細(xì)二氧化硅（屬于膠體粒子，比表面tkw 在150-380m2/g，表面有硅醇基，但濕法和熱法兩種生產(chǎn)方法生產(chǎn)的超細(xì)二氧化硅表面所含的硅醇基數(shù)量不同，通常濕法多于熱法）。大家都知道：因硅醇基含量少，空間大，自身不能形成氫鍵而可用作防沉劑。而含硅醇基多因羥基之間距離小，自身容易形成氫鍵，即氫鍵越多，凝膠化作用就越強(qiáng)，加入油墨體系后在印刷的剪切力下可以破壞立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使油墨的粘度下降。當(dāng)靜止時(shí)，鍵合恢復(fù)油墨的粘度，再度能夠上升。雖然在不同極性介質(zhì)中粘度恢復(fù)的速度不同，例如在烴類、鹵代烴類等非極性油墨溶劑中，粘度恢復(fù)甚至只有幾分之一秒。市面上Aerosilcok84可用在一般非極性溶劑油墨中具有輕度觸變性，而Aerosil300是我們熟悉的觸變防沉助劑。通常根據(jù)油墨的種類及所用溶劑的不同，添加量控制在0.5-3%之間。而天揚(yáng)化工廠的TM-27偶聯(lián)劑則能有效防止浮色與發(fā)花。

還有經(jīng)處理的超微細(xì)碳酸鈣（大多粒徑在2-60μm，表面用脂肪酸和樹脂等處理）用于長油度醇酸油墨、乙烯類里印油墨中，用量過大，往往會(huì)影響墨膜的耐水性。

1.2 有機(jī)系是在油墨中進(jìn)行膨潤分散，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予印刷油墨的結(jié)構(gòu)粘度，具有觸變性。近年來該類助劑較無機(jī)系應(yīng)用范圍略小。由于對印刷油墨性能影響小，具有較好的防沉性，可使油墨保持良好的貯存穩(wěn)定狀態(tài)。但往往要根據(jù)油墨體系的連結(jié)料類型及使用溫度不同，其效果和穩(wěn)定也不會(huì)一樣的。例如：蓖麻油衍生物往往分出脂肪族和芳香族溶劑類油墨和脂肪族油劑類油墨兩大類別。加之廠家品牌的不同，使用溫度也不盡相同。其最大特點(diǎn)是：若溫度過高，該助劑溶解，可停止操作，以便讓溶脹顆粒析出，然后再在剪切下加熱到所需的溫度后，便可以使其回復(fù)到充分活化狀態(tài)，仍能制得穩(wěn)定的油墨觸變助劑。

二是有機(jī)改性膨潤土（含有大于85%的蒙脫土，具有多種用途的優(yōu)質(zhì)粘土），它是2：1的層狀粘土，又分上下兩層為硅氧四面體，中間一層是八面體，由鋁或鎂與6個(gè)氧原子或氫氧原子團(tuán)配位而成。該氫鍵結(jié)構(gòu)極易破壞，致使粘度下降；當(dāng)剪切取消時(shí)，氫鍵又恢復(fù)，粘度再度增加，這就是有機(jī)改性膨潤土能夠使印刷油墨形成觸變流體的基本原理，也是膨潤土具有防沉作用的原因。市面上BENTONESD-1等是一種無需極性活化劑，也不必制成凝膠，僅需適當(dāng)?shù)臄嚢杓羟辛�，直接添加在印刷油墨中就行了（�?dāng)然制成膠凝比干粉直接添加的效果要好得多）。

作到為有機(jī)觸變劑的金屬皂，膨潤凝膠化能力極大，即使在較低溫度下也能顯示出增粘作用。在無極性溶劑中，由于配位鍵的作用，金屬皂類觸變劑能夠形成膠束，就是這些膠束可構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，致使油墨的粘度增大的。但這類觸變劑有一個(gè)共同的缺點(diǎn)是：溫度和溶劑不同，膨潤效果就有差異，生成的凝膠結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定，特別是當(dāng)水和極性溶劑混入時(shí)，容易產(chǎn)生沉淀或析出顆粒。該助劑優(yōu)點(diǎn)是：在弱剪切力和40-60℃溫度時(shí)便可使用。

筆者從油墨因流掛導(dǎo)致桔皮、水紋等故障略述了流掛防止劑----觸變劑的類別、品種和作用機(jī)理。其目的就是要我們明白：防止包裝印刷制品的低劣報(bào)廢不僅要添加防沉降、防流掛助劑，而且還應(yīng)加入必要的流平助劑，以防止油墨在印刷時(shí)縮邊、針孔、氣泡、浮色發(fā)花、白霜故障，借以提高我國包裝印刷制品達(dá)到或超過世界同類產(chǎn)品。

2、印刷油墨流平劑 改善印刷圖文墨膜流平性（提高光澤，提高覆膜和復(fù)合平整度）的助劑統(tǒng)稱流平劑。不同的印刷油墨用不同的印刷方法印刷后，有一流動(dòng)及干燥成膜的過程，最后逐漸形成一個(gè)平整光滑而均勻的墨膜。印刷圖文墨膜能否達(dá)到平整光滑的特性，稱為流平性。我們在實(shí)際包裝印刷過程中，常常由于流平性差，印刷時(shí)出現(xiàn)刮痕、桔皮、水紋。在干燥過程中相伴出現(xiàn)縮孔、縮邊、針孔等現(xiàn)象，都稱之為流平性不良。產(chǎn)生這些故障與印刷油墨的質(zhì)量、印刷環(huán)境及工藝有關(guān)。一般的流平劑都為具有優(yōu)良溶解能力的高沸點(diǎn)芳烴類、酯類、酮類及醚醇等類溶劑及其混合物，或在其中加入與油墨相混溶的有機(jī)硅樹脂，如聚氨酯油墨等，因其組分中不用溶劑或少用溶劑，更易產(chǎn)生流平性差的毛病，故常采用醋酸—丁酸纖維素、聚丙烯酸等高分子型流平劑改善之。其目的：降低油墨粘度，改善墨膜流平。

添加流平劑往往隨流動(dòng)增大而易產(chǎn)生流掛，因此應(yīng)在調(diào)節(jié)流掛和流平之間尋找一個(gè)最佳的范圍。

使用流平劑會(huì)使油墨的固體含量減小，這與當(dāng)今發(fā)展省能源、少污染的高固體分油墨發(fā)展趨勢不太相符，所以在采用該助劑時(shí)，設(shè)計(jì)混合溶劑型油墨，適量加入偶聯(lián)劑，使其形成梯度，是當(dāng)今油墨配方的一大趨勢。這既克服了固含量減少，又可避免有一種靠一部分低揮發(fā)性的慢干溶劑流平時(shí)干燥成膜降低的缺陷。例如日前筆者為佛山市順德應(yīng)鵬塑料有限公司設(shè)計(jì)的PET凹版厚墨，當(dāng)一次性印刷干燥成膜后可達(dá)到50um，開辟了節(jié)省能源的新嘗試。

無論是德國的BYKETOL-OK還是國產(chǎn)的SF-723流平劑，屬于溶劑型類，基本上都具有防止氣泡、針孔、縮孔，提高流平性，增加附著的作用。據(jù)本人所知：過去曾在提高油墨表面張力去增加油墨的流平性是十分困難的，實(shí)際中卻恰好相反，只考慮流平效果，不考慮流平過程，往往是我們在設(shè)法降低油墨的表面張力、減少墨膜的表面張力梯度差，改善流平性