環保水性油墨制備技術與應用現狀分析

環保水性油墨制備技術與應用現狀分析

(河南科技大學，洛陽 471023)

摘 要 研究國內外水性油墨最新制備技術，并重點分析水性油墨在我國的應用現狀。通過大量查閱國內外文獻資料，歸納 整理水性油墨連接料制備技術與改性研究進展，分析水性油墨應用現狀，預測未來發展方向和趨勢。水性油墨的研究焦點集 中在制備性能優良的新型水性連結料樹脂，即水性聚丙烯酸酯，水性聚氨酯，以及納米改性連接料的制備和改性研究。水性 油墨在柔印中所占的比例與日俱增，但在凹版塑料薄膜印刷中尚處于起步階段。國內外關于水性油墨的研發取得了巨大進 展，應積極鼓勵水性油墨的承印基材從單一的瓦楞紙、紙張向多種非吸收材料發展;印刷方式從水性柔印向水性凹印方向逐 漸推廣。

關鍵詞 水性油墨 連接料 制備 改性 水性柔印 水性凹印
中圖法分類號 TS802. 3; 文獻標志碼 A

隨著中國經濟的快速增長，人們生活水平進一 步提高，消費者對食品、醫藥、煙酒、化妝品、玩具等 包裝用油墨提出了較高要求。水性油墨幾乎沒有揮 發性有機化合物(VOC)的排放，具有環保、無毒、節 能、減排的綠色特性 ［1］ ，正好符合消費者對包裝用 油墨的較高要求。近年來，我國對食品、藥品包裝的 安全性也做出了一些規定，促使水墨印刷在我國印 刷市場的地位逐年上升，市場份額日益擴大，前景 看好。

水性油墨由連接料、顏料和助劑組成，是以水為 溶劑或分散劑的油墨 ［2，3］ 。水性油墨雖然有著十分 明顯的優勢，但是目前國內生產的水性油墨普遍具 有干燥速度慢、抗水抗堿性差、光澤度低等缺點，這 些缺點也抑制了它的快速發展和運用，因此很多學 者對其性能改良做深入研究。本文通過大量查閱文 獻，對比分析國內外最新研究成果，并指出水性油墨 應用市場未來發展方向，從而促進我國水性油墨印 刷市場的健康發展。

1 水性油墨連接料制備動態研究 

水性油墨中連接料用樹脂的設計和開發是水性 油墨發展的技術關鍵 ［4］ ，堪稱油墨“心臟”。連接料 的好壞，直接影響和決定著油墨色相、光澤度、附著 力、干燥速度等眾多綜合印刷特性，因此得到了廣泛 的關注。目前，我國科研人員關于水性油墨的研究 焦點集中在研發制備性能優良的新型水性連結料樹 脂，主要是水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯的制備及應 用研究。 

國外關于水性油墨連接料的基礎研究趨于成 熟，最新研究成果集中在水性油墨的應用研究，見文 章第二部分內容。國外水性油墨市場呈現功能細 分、產品細化的特征，顧客可根據產品、承印物、工藝 的不同，選用某一特定水性油墨，可以避免在使用過 程中出現各種問題。

1. 1 水性丙烯酸樹脂制備與改性研究進展 

采用水性聚丙烯酸樹脂制得的水性油墨墨膜性 能優良 ［5］ ，在光澤度、透明性、附著力、耐熱性、耐候 性等方面具備明顯優勢，但是存在耐污性、耐水性差 的缺陷。另外，聚丙烯酸酯在塑料等非吸收材料上 的附著力較小 ［6］ ，且干燥速度慢，抗黏性差，所以對 聚丙烯酸酯的制備方法及改性研究仍是主要的研究 方向。

方長青等 ［7］ 在實驗中發現水性油墨用丙烯酸 樹脂普遍存在穩定性和耐水性不好等問題。通過選 用不同的材料，對水性油墨的不同配方進行了一系 列的研究，發現水性油墨中的增稠劑和水性乳液能 明顯提高水性油墨的穩定性和抗水性。他們認為在 水性油墨中，增稠劑的鏈段因為氫鍵的作用而相互 連接，從而形成三維網狀結構，阻礙了油墨的流動， 提高了油墨的黏度。油墨黏度的提高，使研磨過程中其剪切應力也相應提高，顏料得到更好地分散，提 高了細度，而油墨細度的改善能夠提高油墨的干燥 性、抗水性和光澤度。與此同時，油墨黏度增大，體 系的運動阻力也隨之提高，顏料粒子很難沉淀，體系 的穩定度得到明顯改善。

黃文濤等 ［8］ 采用丙烯酸(AA)、丙烯酸羥丙酯 (HPA)作為功能單體，甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙 烯酸丁酯(BA)作為硬軟單體，通過乳液聚合法制備 了高固含量、耐酸減性和抗水性優良、成膜性較好的 水性聚丙稀酸樹脂連接料，然后加入顏料、分散劑、 消泡劑等成分制得水性油墨。研究和實驗表明，單 體配比影響樹脂的耐酸堿性以及抗水性。當 MMA∶ BA 質量比為3∶ 2，AA 含量為 3. 6%，HPA 含量為 6. 7%時，樹脂獲得較佳抗水性;當油墨中水的含量 為 25%，pH 值為 8. 5 ～9. 0，分散劑用量為顏料和填 料總量的 3%，異丙醇含量為 5%時，油墨的干燥性、 抗水性、光澤度等性能表現較佳。

謝頂杉等 ［9］ 采用種子乳液聚合法制得穩定性 好、耐水性好、凝聚率低的環氧-丙烯酸酯復合乳液。 然后加入鈦白粉顏料、水性樹脂分散色漿，配制了凹 版水性油墨。研究數據表明，該工藝配制的水性油 墨的復合牢度為 1. 12 N，耐水性為 5 級，性能較為 優異。

鐘澤輝等 ［10］ 采用了半連續乳化工藝制得雙丙 酮丙烯酰胺(DAAM)-己二酸二酰肼(ADH)改性的 丙烯酸酯乳液，研究交聯體系改性對水性油墨相關 性能的影響。研究數據表明，交聯體系 DAAM-ADH 質量比的變大，可以加快水性油墨的干燥速度，當 DAAM-ADH 質量分數增大到 4% 時，油墨初干性最 佳。當 DAAM-ADH 的質量分數達 5% 時，水性油墨 的黏度極度增大，導致物理凝膠的形成。同時，為確 保油墨黏度穩定，應將水性油墨的 pH 值控制在 7. 5 ～9. 0 的范圍內。

于洋等 ［11］ 采用順丁烯二酸酐和多元醇經過開 環半酯化反應，制備了以多元醇為核心的水溶性聚 酯型支化單體。將其作為反應單體，與甲基丙烯酸 甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)反應 單體在乳化劑作用下進行聚合反應，制備了 70 ～ 110 nm 粒徑的納米級超支化聚丙烯酸酯乳液。并 對制得乳液的性能如固含量、粒徑、穩定性、膠膜形 貌和吸水性等逐項進行分析測試。研究表明，超支 化聚丙烯酸酯乳液制備工藝簡單且產率較高，乳液 具備較低黏度和較高的穩定性，而且膠膜平滑光整。

Liu 等 ［12］ 制備了環氧-丙烯酸接枝共聚物。研 究結果顯示，樹脂分子量的提高，以及羧基含量的提 高，能夠提高制備共聚物的交聯程度，達到提高墨膜 的抗水性、耐腐蝕性目的。

Barbosa 等 ［13］ 研究制備了無任何揮發性氣體的 水性丙烯酸樹脂。將丙烯酸樹脂與烯丙基脂肪酸、 丙烯基脂肪酸分別混合，發現兩種混合樹脂的最低 成膜溫度都有所降低，干燥時間大大縮短，耐擦洗性 明顯提高。由于丙烯基脂肪酸中的共軛雙鍵與空氣 中的氧氣發生反應，使得它的性能提高更為突出。

Li 等 ［14］ 通過實驗制備了一系列聚氨酯-丙烯酸 酯互穿網絡共聚物。由于聚氨酯能很好的分散在丙 烯酸酯中，因此大大提高了丙烯酸酯的性能。研究 顯示，制備共聚物對低表面能材料具有很高的黏 附力。

目前我國水性丙烯酸樹脂制備與改性研究難點 與方向。盡管丙烯酸乳液有諸多的優點，但目前丙 烯酸系水性油墨在使用中依然存在一些亟待解決的 問題，例如膜層在高溫下會出現一定返粘現象，而在 低溫下則會出現發脆等問題 ［15］ ;另外，在油墨印刷 過程中，為提高膜層的干燥速度，用戶常常會在油墨 體系中添加乙醇等低沸點的環保型溶劑，還會添加 大量無機填料及助劑，導致油墨的穩定性能下降，不 能滿足實際使用的需要。我國目前生產的水性油墨 與國外同類產品相比，無論從油墨自身性能上或是 從油墨的印刷適性上考慮，均存在較大的差距。因 此，通過優化水性油墨用丙烯酸乳液連接料的配方， 自主研發綜合性能優良的油墨是當前的研究重點。

1. 2 水性聚氨酯制備及改性的研究進展 

水性聚氨酯(WPU)具有極好的耐磨性、耐化學 性、附著力、柔硬度平衡性，以及良好的低溫性能、高 光澤度、保光性等優點。脂肪族聚氨酯還具有耐紫 外光 性 能，并 且 應 用 范 圍 具 有 較 廣 泛 的 可 調 性 ［16，17］ ，可以滿足各種不同印刷工藝需求。另外， 水性聚氨酯還具有無毒、不燃、無污染等優點 ［18］ 采 用 WPU 連結料制成的水性油墨，在網版印刷、復合 薄膜印刷方面都占有舉足輕重的地位。

方長青 ［19—21］ 以聚氨酯為主要連接料，輔以適當 增稠劑、表面活性劑等助劑，研究了水性聚氨酯制備 原料的配比對水性聚氨酯油墨性能的影響。合理調 節水性聚氨酯制備配量比，可制備出具有弱結晶性 能的納米分散顆粒水性聚氨酯乳液，在固含量、黏 度、生產工藝及成本均能滿足水性油墨的要求。

單一的 WPU 存在一些缺點，尚不能滿足多種 領域的需要。主要體現在干燥速率慢、對非極性基 材潤濕差、固含量低、穩定性差和耐水性不良等方 面 ［22］ 。而丙烯酸酯類乳液的優點體現在較好的耐 水性、耐候性及優異的物理機械性能。將不同化學 成分和性能的高分子材料通過一定方式復合，是改

善其性能、研制新型材料的有效途徑 ［23］ 。因此，用 丙烯酸酯改性 WPU 可以將聚氨酯的優點如較高的 拉伸強度、抗沖擊強度、優異的耐磨性，與丙烯酸酯 樹脂的上述優點有機結合，實現優勢互補，從而制備 出高固含量、低成本、性能優異的丙烯酸酯改性 WPU，促進水性油墨的發展。

李艷輝等 ［24］ 對多種聚丙烯酸改性聚氨酯乳液 方法做了具體分析，對比與研究，驗證了改性后的聚 氨酯乳液具有優異的物理機械性能、耐水性能、高光 澤度、高耐候性等特點。

徐磊等 ［25］ 采用半互容性聚氨酯、聚甲基丙烯酸 甲酯作為基體，通過本體聚合法制備了一系列線性 聚氨酯 PU/聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 的互穿網絡 結構 IPN，它是不同于核殼結構的另一種復合結構。 另外，為了提高該體系的阻尼性能，引入了功能單 體。采用動態力學性能分析法，研究了該體系的組 成、交聯密度、無機填充物納米 SiO 2 用量、功能單體 長側基單體甲基丙烯酸十八酯濃度、內接枝劑甲基 丙烯酸羥乙酯濃度等對互穿網絡體系阻尼性能的影 響。通過透射電鏡法，觀察研究體系阻尼性能變化 和體系相態的關系。研究發現，當材料的有效阻尼 溫度范圍不是很高，但阻尼強度要求較高時，運用內 接枝劑是改善體系阻尼性能的有效方法，為制備 IPN 結構和增強復合樹脂的阻尼性能提供了借鑒。

由于聚丙烯酸酯與水性聚氨酯能較好實現優勢 互補，而且核殼結構和 IPN 結構將是未來復合樹脂 的研究重點，因此很多學者開展對聚丙烯酸酯單體 與聚氨酯交叉改性研究 ［26—28］ 。研究通過接枝共聚 法制備聚丙烯酸酯-水性聚氨酯復合乳液，并分析復 合乳液的膠膜性能、儲存穩定性。研究結果顯示，交 叉改性后的復合乳液穩定性大幅提高，能長期存儲 而不發生黃變現象，且耐水性明顯提高。同時，研究 者也提出了適宜的聚氨酯與聚丙烯酸酯單體的 配比。

經過適宜含量環氧樹脂改性的 WPU，其黏接強 度、耐水性、耐溶劑性也會大幅改善。

鄧朝霞 ［29］ 等采用環氧樹脂和丙烯酸羥丙酯 (HPA)為主要原料，制備了環氧改性的聚氨酯復合 乳液。研究結果顯示，環氧分子多重交聯后得到的 改性 WPU 樹脂的耐水性、耐溶劑性、力學性能等綜 合性能大幅提高，且使分散體粒徑分布更寬。隨著 環氧樹脂用量增加，乳液黏度增大，但外觀和穩定性 變差，試驗表明環氧樹脂添加量以 4% ～ 8% 較適 宜。HPA 單體的加入可用于配制具有紫外光固化 性能的成膜樹脂。

朱黎瀾等 ［30］ 采用甲苯二異氰酸脂(TDI)、聚醚 二元醇(GE-210)、1，4-丁二醇(BDO)、二羥甲基丙 酸( DMPA) 環 氧 樹 脂 ( E-128)、丙 烯 酸 羥 丙 酯 (HPA)為主要原料，制備出了性能優良的環氧改性 聚氨酯分散體。研究了異氰酸酯基團與羥基的比值 Ｒ、小分子擴鏈劑、親水擴鏈劑及環氧樹脂的加入量 對乳液的基本性能(黏度、粒徑、穩定性) 的影響。 研究結果顯示，當 Ｒ 值取 6 ～7，DMPA 用量為 6% ～ 7%，環氧樹脂 E-128 添加量為 6% ～7% 時，乳液的 外觀及穩定性較好，而且涂膜的耐水性能優異。郝 新兵等 ［31］ 對現有聚氨酯和環氧樹脂相互改性方法 做對比、分析和總結，指出化學共聚法改性效果更為 顯著。

水性聚氨酯連接料制備及應用方向。由于水性 聚氨酯表面張力較大，成膜時容易鎖孔 ［32］ ，且干燥 較為困難，因此目前在我國水性聚氨酯應用于塑料 軟包裝印刷的較少。而醇溶性聚氨酯經過多年發 展，配方及工藝較為完善，可作為水性聚氨酯油墨推 廣的過渡產品，最終實現聚氨酯油墨從苯溶—酯 溶—醇溶—水溶的變化發展。

1. 3 納米改性連接料制備及改性的研究進展 

關于納米油墨的研究始于 1994 年，美國 XMX 公司獲得了一項用于制造油墨用納米級均勻微粒原 料的專利技術 ［33］ ，韓國 ABC 納米技術公司成功開 發了用于 ＲFID、PCB 領域的納米銀導電油墨 ［34］ 。 納米材料的加入，可以改善油墨連接料耐水性差、光 澤度不夠、固含量低等關鍵技術問題 ［35］ 。另外，油 墨的顆粒越細，顏料顆粒與連接料的接觸面就會越 大，油墨潤濕性、展色性更好，印刷性能更加穩定。 因此，納米油墨的色彩更為飽和艷麗，印刷色域更加 寬廣。納米水性油墨融合了水性油墨的環保優勢和 納米油墨的性能優勢，成為當下研究的重點。

崔錦峰等 ［36］ 在丙烯酸乳液中加入了納米 SiO 2 ， 研發了用于柔印的納米水性油墨。首先用丙烯酸乳 液原位聚合工藝對納米 SiO 2 進行表面改性，再結合 精心制備的水性丙烯酸柔版基墨。最后，將納米 SiO 2 丙烯酸共聚乳液與水性丙烯酸基墨按照一定 比例進行復配，制得納米水性柔版印刷用油墨。研 究顯示，得到的水性柔版油墨穩定性強，成膜后有優 異的抗水性能和良好的耐老化性能，各項性能指標 均優于普通水性丙烯酸柔版油墨。

李玉平等 ［37］ 利用硅烷偶聯劑改性納米二氧化 硅，以甲基丙烯酸甲酯 MMA、丙烯酸丁酯 BA 為主 要單體，通過核殼乳液聚合法制備了 SiO 2 /聚丙烯 酸酯復合乳液。這種乳液有良好的熱穩定性，可以 有效提高膜層的抗水性和抗紫外光能力。該乳液用 于水性油墨制備中，可提高水性油墨的附著牢度和耐磨性。

Zhao 等 ［38］ 將納米 SiO 2 以鹽酸為催化劑首先進 行原位水解，然后以丙烯酸酯類作為分散單體，通過 半連續種子乳液法與含氟丙烯酸酯混合，制備了具 有互穿網絡結構的納米二氧化硅/含氟聚丙烯酸酯 復合乳液。研究顯示，納米 SiO 2 /氟化聚丙烯酸酯 乳液粒徑分布較窄，且涂膜熱穩定性、耐水性得以 改善。

利用納米材料對聚氨酯進行改性的研究也同樣 引起了人們極大的關注。石墨烯、納米碳管是目前 國內外用于聚合物改性研究的新型納米材料。Kim 等 ［39］ 采用常用物理、化學方法將石墨烯與聚氨酯進 行混合，并對比分析。結果顯示，原位聚合法獲得的 石墨烯-聚氨酯復合材料性能最為優異。

Kuan 等 ［40］ 嘗試將納米碳管引入水性聚氨酯樹 脂基體。研究顯示，納米碳管和水性聚氨酯分散體 可較好相容，達到協同增強效應，明顯改善乳液涂膜 的機械性能。膠膜的熱穩定性提高了 26℃，拉伸模 量提高了 170. 6%，拉伸強度提高了 370%。

毋庸置疑，納米技術已成為當下及未來科技發 展的重要源泉之一。在水性油墨技術研究領域，采 用無機或有機納米材料對現有聚合物樹脂進行改性 研究是增強水性油墨墨膜性能的重要研究方向 ［41］ 。 其中，納米材料在聚合物基體如何分散，是制備穩定 性能乳液的關鍵。

2 水性油墨應用現狀分析 

水性油墨是唯一被 FDA(美國食品藥品監督管 理局)認可的環保油墨，是世界各國公認的環保印 刷材料 ［42］ 。國外對水性油墨的研究始于20 世紀60 年代，先后經歷了三個階段 ［43，44］ 。首先，是以松香、 馬來酸改性樹脂為連接料的第一研究階段;其次，是 以溶液型苯乙烯-丙烯酸共聚樹脂為連接料的第二 研究階段;最后，是以丙烯酸單體和苯乙烯聚合物乳 液樹脂為連接料的第三研究階段。20 世紀 80 年 代，歐美國家率先提出了綠色印刷、水性油墨的概 念 ［45］ 。基于成熟的技術和完善的法律法規，以及環 保意識深入人心，取得了較好研究及應用成果。以 美國為例，目前 95% 的柔印產品，以及 80% 的凹印 產品都采用水性油墨印制完成 ［46］ 。

中國國產的水性油墨在 1975 年問世 ［47，48］ ，是 天津油墨廠和甘谷油墨廠共同研發生產的水性凹版 紙張油墨，90 年代又研制了凸版塑料表印油墨，緊 接著，從加拿大、美國、英國、瑞士等國引入了 100 多 套組合式柔印生產線，對我國水基油墨的發展起了 較大推動作用。2003 年，武漢現代工業技術研究院 研制生產了水性油墨相關產品。2004 年初，上海美 德精細化工成功研制了達到日本、德國環保要求的 全水性低溫熱固油墨 ［49］ 。為了規范國內水性油墨 市場，和世界水性油墨技術接軌，2007 年 5 月我國 推出了第一部關 于 水 性 油 墨 的 標 準，即 QB/T 2825—2006《柔性版水性油墨》 ［50］ ，對柔印水性油墨 的使用提出具體要求。我國印刷業“十二五”發展 規劃 ［51］ 及“十三五”發展規劃草案 ［52］ 中，已明確將 水性油墨及其相關原材料研制列為今后印刷包裝業 發展研究的重點和油墨行業發展的主要方向。

目前，水性油墨最主要的應用領域是衛生條件 要求較為嚴格的食品、藥品、兒童玩具等包裝裝潢印 刷 ［53］ 。印刷方式以柔印和凹印為主，承印物以瓦楞 紙、金銀卡紙、銅版紙、白板紙、塑料薄膜、不干膠紙 等為主。由于水性油墨具有優良的環保特性，可以 有效解決當前包裝印刷業的污染問題，因此各國家 和地區都在努力開發和使用水性油墨，并逐步取代 溶劑型油墨。以水性油墨為主要發展對象的包裝印 刷在國際上已經形成一種趨勢 ［54］ 。

2. 1 水性油墨在柔印領域的應用

 柔性版印刷于 20 世紀初起源于美國，由于采用 了環保的水性油墨作為印刷材料，因此被業界譽為 最為環保的印刷方式 ［55］ 。

柔印水性油墨在瓦楞紙箱印刷領域的應用。水 性柔印是最常見的瓦楞紙板印刷工藝，美國紙箱幾 乎 100% 采用柔性版印刷，西歐為 85%，日本為 93%，而我國目前只有50%左右 ［56］ 。由于水性油墨 的潤濕性、親和性較好，兩者只需輕輕接觸，水性油 墨即可完全被瓦楞紙吸收，因此墨色呈現均勻厚實。 柔性水印憑借綠色環保、保質高效等優勢，在瓦楞紙 箱預印行業獨占鰲頭，技術成熟。

柔印水性油墨在軟包裝印刷領域的應用。市場 數據顯示，柔印在北美軟包裝市場的占比為 75%， 歐洲約 57%，但亞太地區僅為 10% 左右 ［56］ 。在國 內綠色、環保、低碳的環境趨勢下，以及企業操作環 境安全健康的要求，水性柔印將逐漸取代部分溶劑 型柔印及凹印市場。天津東洋油墨有限公司推出薄 膜用水性柔版油墨，印刷適性優良，具備豐富的色彩 再現性 ［57］ 。

柔印是目前國外水性油墨產品的最大應用市 場，技術較為成熟。波蘭華沙工業大學的 Zuzanna Zoek-Tryznowska 教授科研團隊做了相關研究。

Zoek-Tryznowska ［58］ 將支化聚甘油作為水性柔 印油墨的添加劑，研究了改性后的油墨在聚乙烯塑 料薄膜上的承印性能。研究表明，水性柔印油墨添 加支化聚甘油后，可以大大提高油墨的耐摩擦性能，且前后色差較小;色彩光學密度增大，印品光澤度 更佳。

Zoek-Tryznowska ［59］ 用超支化聚酯 Boltorn_P500 和 Boltorn_P1000 改性水性柔印油墨，并在三種不同 的塑料薄膜材料 PE、OPP、PET 上做印刷實驗。研 究表明，少量超支化聚酯的加入，可以改善油墨總體 呈色性能及耐摩擦色牢度，并討論了對油墨的流變 特性、光學密度、色度變化及色牢度的影響。

Zoek-Tryznowska ［60］ 研究了離子液體作為添加 劑，對水性柔印油墨性能及其印刷效果的影響。該 研究選取的承印材料為聚丙烯塑料薄膜，討論了離 子液體的加入對油墨接觸角、光學密度、色度等的影 響。研究發現，離子液體改性后的油墨光學密度增 大，潤濕性更佳，且色差較小。

柔印水性油墨在標簽印刷領域的應用。水性油 墨在窄幅標簽印刷領域具有絕對優勢，但由于質量 原因，中高端標簽印刷很難看到水性柔印的影 子 ［61］ 。勁嘉集團與其油墨供應商共同開發了環保 水性油墨，用于煙標印刷 ［62］ 。另外，隨著食品環保 要求愈加苛刻，柔印水性油墨在食品標簽印刷領域 將大有可為。

2. 2 水性油墨在凹印領域的應用

 早在 20 世紀 70 年代，水性凹版油墨就逐漸應 用于包裝紙、厚紙板等產品的印刷 ［63］ 。由于紙類承 印物的蒸發干燥與吸收干燥性能較好，因此油墨的 干燥問題較好解決。如今，美國約有 80% 的凹印產 品采用水性油墨印制完成 ［64］ 。

水性油墨在凹版紙張印刷領域的應用。凹版印 刷墨膜厚實，幾乎是柔印墨膜的兩倍。且在印刷過 程中，網穴中的油墨幾乎是在不受力的情況下轉移 至承印物，故對油墨的轉移性、流平性、黏附性要求 較高 ［50］ 。張彪等 ［65］ 通過水性油墨與溶劑型油墨紙 張印刷對比實驗，判斷水性油墨在干燥性和附著力 等方面已經能夠達到與傳統溶劑型油墨相當的性 能，只有在一些低表面能的承印物上，水性油墨的附 著力較差。在色密度方面，水性油墨暗調部分略微 偏低，亮調部分表現豐富。水性油墨凹版紙張印刷 工藝基本成熟。

水性油墨在凹版塑料印刷領域的應用。資料顯 示，塑料凹版印刷居印刷業有機溶劑污染之首。而 我國軟包裝印刷長久以來形成了以凹版印刷為主流 的生產現狀 ［66］ ，因此在凹版塑料印刷領域推廣使用 水性油墨替代溶劑型油墨技術，其難度要遠遠大于 柔印等其他印刷領域。水性油墨在國內凹版印刷領 域的使用已有一定經驗，2011 年 9 月 15 日，國家頒 布了有關薄膜凹印水性油墨的一個重要標準，即 GB/T 26394—2011《水性薄膜凹印復合油墨》 ［67，68］ 。 凹印水性油墨產品發展至今，其產品性能已取得了 巨大進步，在油墨附著力、色度及光澤度方面達到甚 至超過了溶劑型油墨的性能。不足之處在于干燥速 度慢、干燥能耗高等 ［69］ ，這些也是未來凹印水性油 墨要解決的重要問題。經過三年多研發，北京英科 凡化工成功推出了 WE 型塑料薄膜印刷用凹版水性 油墨 ［70］ 。該產品符合環保要求，印刷效果可以媲美 芳烴類溶劑油墨產品水平。在表面張力 36 ～ 42 dyn/cm 的 BOPP、PET、PE 等塑料薄膜上附著牢固， 印刷適性良好 ［71］ 。

整體而言，水性油墨在凹印紙張印刷趨于成熟， 塑料材質印刷性能則有待提升。凹印速度與凹印質 量與凹印干燥之間的矛盾，是水性凹印油墨無法推 廣普及的重要原因。要解決干燥問題，可以通過改 善油墨成分，提高油墨干燥性能;或是改良凹印機機 械結構，提升設備干燥效率，降低干燥能耗。

2. 3 水性油墨在絲印領域的應用 

美國、德國、瑞典是水性網印油墨技術應用最為 成熟廣泛的國家 ［72］ 。自 20 世紀 80 年代以來，已開 發出用于絲網印刷的有光、無光水性油墨，滿足于織 物、紙、PVC、PS、鋁箔及金屬等眾多承印物的需求。 我國也研發了適用于紙張和塑料等承印材料的水性 網印油墨。天津環球磁卡股份有限公司(原天津市 人民印刷廠)2010 年研制開發了水性絲網油墨，成 功替代了溶劑型絲網油墨用于磁卡的生產，填補了 數據卡用水性絲網油墨產品在國內的空白 ［73］ 。絲 網印刷對水性油墨的黏度及 pH 要求較高 ［74］ 。

2. 4 水性油墨在數字噴墨印刷領域的應用
隨著數字噴墨印刷技術的成熟及推廣，國外開始將水性油墨應用于噴墨印刷領域 ［75］ ，這也是目前國外關于水性油墨應用研究的一個熱點。

Penmetcha ［76］ 等深入研究了用于聚合物太陽能 電池給體-受體材料的水性納米油墨。給體-受體納 米油墨顆粒 P3HT(3-己基噻吩的聚合物)、PCBM (富勒烯衍生物)通過微乳液技術制得，特征是顆粒 尺寸采用準彈性光散射測量技術精確控制，平均直 徑為52 nm。研究發現，改變油墨中 P3HT、PCBM 各 自的濃度含量，會影響到油墨的共混比。最后將制 得的 P3HT、PCBM 的水性納米油墨通過噴墨技術印 刷于氧化銦錫 ITO 透明導電薄膜的 PEDOT(3，4-乙 烯二氧噻吩單體聚合物)、PSS(聚苯乙烯磺酸鈉)涂 層之上，便得到了太陽能電池的有源層。

Howe 等 ［77］ 研發了用于固體氧化物電池的陰極 水性油墨配方(專利申請號:1107672. 6)。該油墨 采用 PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作為分散劑，PVA(聚乙烯醇)作為連接料。調節 PVA 的含量可使油墨粘 附力較佳，對不同的 PVP 含量和鏈長分別進行測 試，研究對油墨分散性能的影響，結果顯示該油墨使 用性能達到甚至超過了現有電池油墨配方。

Naohiro ［78］ 等研發了新型水性乳液油墨配方，可 適用于噴墨印刷承印非滲透性材料，如塑料薄膜。 和之前噴墨印刷使用的溶劑型油墨相比，該油墨得 到的圖文質量較高，且無任何揮發性氣體釋放。該 油墨同樣適用于滲透性承印物，如墻紙等。研究發 現，抑制水性乳液油墨干燥過程中顆粒的聚集，可以 有效改善圖文質量。

3 我國水性油墨市場發展趨勢

有關全球包裝、印刷市場的權威調查報告《全 球包裝印刷市場展望》 ［79］ 、《印刷油墨、印版及其他 耗材未來預測》 ［80］ 均顯示，全球印刷包裝業正在努 力向可持續發展產業轉型。水性油墨因為具備環 保、經濟雙重效益特征，市場發展潛力可觀。數據顯 示，2009 年全球環保油墨市場規模為 58 億美元， 2014 年則達到 72 億美元，年均復合增長率為 4. 5% ［81］ ，其中很大的貢獻為廣泛應用于柔印軟包 裝的水性油墨。同時，隨著法律法規制度的建立，市 場對水性環保油墨的需求將日益增長。

國內外關于水性油墨的研發與應用已取得了豐 碩成果。在我國，水性油墨在柔印領域的應用日漸 成熟，呈穩定增長態勢，但在塑料薄膜材質為主流的 凹印領域則剛剛起步 ［82］ 。結合我國實際情況，應積 極鼓勵推進水性油墨在不同印刷基材和印刷工藝的 應用。

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