煙包印刷中水性光油耐摩擦性能研究

煙包印刷中水性光油耐摩擦性能研究

（武漢大學(xué) 印刷與包裝系，湖北 武漢 430079）

摘 要：在煙包印刷用水性光油中添加慢干劑、蠟乳液、陽(yáng)離子表面活性劑等，配制多組水性光油，以 研究光油的流平性、蠟乳液含量、表面張力及干燥時(shí)間等對(duì)水性光油耐摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明：不 同種類(lèi)的添加劑及其含量對(duì)水性光油的耐摩擦性能影響不同，添加慢干劑、蠟乳液及陽(yáng)離子表面活性劑均 能提高光油的耐摩擦性能，流平性和蠟乳液含量對(duì)光油的耐摩擦性能影響最大；慢干劑、初次上光量為光 油的流平提供了足夠的時(shí)間，使得光油自身流平較好，耐磨度較高，而蠟乳液、表面活性劑分別從抵消外 部應(yīng)力和提高光油潤(rùn)濕性能2 個(gè)方面提高了光油的耐摩擦性能；隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，光油的耐摩擦性能得 以提高，當(dāng)鐳射紙的干燥時(shí)間為10 s、白卡紙的干燥時(shí)間為12 s時(shí)，其光油的耐摩擦性能較好。
關(guān)鍵詞：煙包印刷；水性光油；耐摩擦性能；流平性；表面張力；干燥時(shí)間
中圖分類(lèi)號(hào)：TS802.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-7100(2016)03-0071-05

0 引言 

在煙包印刷中，為提高產(chǎn)品表面油墨的光澤度、 耐磨度以及產(chǎn)品本身的精美度，企業(yè)常使用上光油 對(duì)煙包進(jìn)行上光工藝處理。常見(jiàn)的上光油包括溶劑 揮發(fā)型、UV 固化型以及水性光油 3 種 [1] 。溶劑揮發(fā) 型和 UV 固化型 2 種光油因具有光油耐摩擦性能好、 成膜光澤度高、耐折性能好等優(yōu)勢(shì)，故曾被大量運(yùn) 用于需要上光的煙包表面。但是溶劑揮發(fā)型光油的 構(gòu)成成分中含有苯類(lèi)（甲苯、二甲苯）或環(huán)己酮等 有毒溶劑，后期的揮發(fā)干燥將產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有 機(jī)化合物（volatile organic compounds，VOC），會(huì)造 成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題；而UV 光油依靠紫外光照射 下的單體交聯(lián)聚合成膜，雖無(wú) VOC 的排放，但是其 上光設(shè)備多依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，且上光后的成品 回收處理困難。因此，在綠色環(huán)保和節(jié)能減排理念 的倡導(dǎo)下，越來(lái)越多的煙包印刷企業(yè)選擇水性光油 進(jìn)行煙包上光 [2-3] 。

水性光油是基于水基和醇基的丙烯酸類(lèi)等水溶 性樹(shù)脂液，其主要依靠對(duì)承印物的滲透干燥為主、熱 風(fēng)干燥為輔的干燥方式 [4] ，最大的優(yōu)點(diǎn)為在凹印機(jī) 上使用時(shí)光油的黏度極易控制 [5] 。但煙包上光時(shí)水 性光油同樣面臨諸多問(wèn)題：聯(lián)線上光速度過(guò)快，多 色印刷之后熱風(fēng)干燥設(shè)備很難讓多色疊印的油墨徹 底干燥，這將導(dǎo)致后期的光油成膜度下降及耐磨度 降低；光油在沒(méi)有完全流平延展的情況下固化成膜， 會(huì)導(dǎo)致膜層凹凸不平，出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象 [6-7] ；耐摩擦性 能較差，而煙包包裝時(shí)速度高達(dá)300~500包/min，煙 包要承受很大的機(jī)械沖擊力 [8] ，這就要求煙包表面 的水性光油具有較強(qiáng)的耐摩擦性能。因此，有必要 研究水性光油與耐摩擦性能之間的關(guān)系。本文針對(duì) 煙包印刷中水性光油上光時(shí)干燥速度慢、光澤度不 高、耐摩擦性能較差等問(wèn)題，對(duì)煙包印刷中凹印聯(lián) 線水性上光油耐摩擦性能的影響因素進(jìn)行了檢測(cè)與 分析，力求找出各變量與光油耐摩擦性能的關(guān)系，以 期為企業(yè)進(jìn)行煙包水性上光提供理論參考。

1 耐摩擦性能評(píng)價(jià)方法 

根據(jù)GB/T 7706—2008《凸版裝潢印刷品》中的 規(guī)定，實(shí)驗(yàn)使用配重摩擦檢測(cè)法，對(duì)水性光油的耐 摩擦性能進(jìn)行檢測(cè)。

首先，取表面已經(jīng)涂布并完全固化的樣張，剪成 合適的樣條，放在耐摩擦測(cè)試機(jī)上（耐摩擦測(cè)試機(jī) 工作原理如圖1所示），摩擦紙為定量80 g/m 2 的膠版 紙，表面清潔，寬度為50 mm，摩擦次數(shù)為40次，行 程不小于60 mm。摩擦之前選取3 點(diǎn)，測(cè)量其密度值 并取平均值；然后進(jìn)行摩擦，完成后，對(duì)摩擦損失 較為嚴(yán)重的區(qū)域測(cè)量其密度值，同樣測(cè)量3點(diǎn)并取平 均值；最后，根據(jù)如下公式計(jì)算耐摩擦度：

規(guī)定墨層耐磨度在 70% 以上時(shí)為合格。 這種方法通過(guò)測(cè)量底色墨層密度的變化來(lái)表示 光油耐摩擦性能，是一種間接測(cè)量光油耐摩擦性能 的方法。密度變化越大，說(shuō)明光油耐摩擦性能越差； 密度變化越小，則說(shuō)明光油耐摩擦性能越好。

2 實(shí)驗(yàn) 

2.1 主要測(cè)試樣品及測(cè)量?jī)x器

 煙包印刷用銀光柱鐳射轉(zhuǎn)移紙，定量為157 g/m 2 ， 實(shí)驗(yàn)對(duì)比用白卡紙，定量為157 g/m 2 ，均為深圳市金 永盛紙制品公司生產(chǎn)；凹印四色油墨，天津東洋油 墨公司生產(chǎn)；01103 號(hào)水性光油、81299號(hào)水性光油、 慢干劑、陽(yáng)離子表面活性劑、蠟乳液，均為山西中 北公司生產(chǎn)。

接觸角測(cè)量?jī)x，Attension 3DTM，瑞典百歐林公 司；凹印適性儀，IGT G1-5，廈門(mén)欣銳儀器儀表有限 公司；分光光度計(jì)，X-Rite528，美國(guó)愛(ài)色麗公司；鼓 風(fēng)式烘干箱，深圳市愛(ài)特爾電子科技公司；探針式 數(shù)字溫度計(jì)，TP3001，深圳市同力興科技有限公司； 耐磨擦測(cè)試儀，MCJ-01A，濟(jì)南市賽成電子科技公 司；KINO 表面張力測(cè)試儀，瑞典百歐林公司。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法 

為方便實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，所有樣條（鐳射紙、白卡 紙，下同）均提前裁切成25 cm ×5 cm 的標(biāo)準(zhǔn)樣條， 并掛置于恒溫恒濕箱中24 h。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為模擬印刷車(chē) 間環(huán)境條件，實(shí)驗(yàn)室溫度為20~25 ℃，相對(duì)濕度為 55%。另外，除特殊說(shuō)明，本實(shí)驗(yàn)所有上光標(biāo)準(zhǔn)樣條干燥時(shí)間均為10 s，干燥溫度均為40 ℃。

1） 流平性實(shí)驗(yàn)

 使用凹印適性儀，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣條印刷 1 層凹印油 墨，待其干燥后，使用不同添加體積分?jǐn)?shù)慢干劑的 水性光油進(jìn)行上光，烘干后進(jìn)行第2次上光，再次烘 干，然后檢測(cè)慢干劑對(duì)光油耐磨度的影響。

使用凹印適性儀，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣條先印刷1 層凹印油 墨，待其干燥后，進(jìn)行第1次不同厚度的水性光油上 光，待其烘箱干燥后進(jìn)行第2次同等厚度的水性光油 上光，然后進(jìn)行烘干處理，用以檢驗(yàn)2次上光時(shí)流平 性對(duì)光油耐摩擦性能的影響。

2） 表面張力實(shí)驗(yàn)
取01103號(hào)、81299號(hào)2種水性光油，對(duì)干燥后的印刷標(biāo)準(zhǔn)樣張進(jìn)行上光，置于烘箱干燥后，檢測(cè)不同表面張力與耐摩擦性能的關(guān)系。

取添加不同體積分?jǐn)?shù)陽(yáng)離子表面活性劑的01103 號(hào)水性光油，對(duì)印刷干燥后的標(biāo)準(zhǔn)樣條上光，置于 烘箱干燥后，排除其他因素影響，檢測(cè)表面張力這 個(gè)單一變量對(duì)光油耐摩擦性能的影響。

3） 蠟乳液實(shí)驗(yàn) 采用添加不同體積蠟乳液的 01103 號(hào)水性光油， 對(duì)干燥后的印刷標(biāo)準(zhǔn)樣張進(jìn)行上光，待其烘干后，檢 測(cè)蠟乳液的不同添加量對(duì)光油耐摩擦性能的影響。

4）干燥性能實(shí)驗(yàn)
采用01103 號(hào)水性光油，對(duì)干燥后的印刷標(biāo)準(zhǔn)樣張進(jìn)行上光，設(shè)置不同的烘干時(shí)間進(jìn)行干燥處理，檢測(cè)干燥性能對(duì)光油耐摩擦性能的影響。

3 結(jié)果及分析

凹版印刷使用的慢干劑主要由高沸點(diǎn)醇類(lèi)、酯 類(lèi)組成 [9] 。水性光油中添加一定量的慢干劑，可有效 降低溶劑的揮發(fā)速度，延長(zhǎng)光油的干燥時(shí)間，有利 于光油流平的同時(shí)，還能降低其表面縮孔的產(chǎn)生。另 外，凹版印刷中承印物的表面平滑度越高，光油在 流平過(guò)程中受到的阻力越小，流平速度和效果越好。

通過(guò)向水性光油中添加不同體積分?jǐn)?shù)的慢干劑， 分析該因素對(duì)光油膜層耐摩擦性能的影響，其結(jié)果 見(jiàn)圖2。由圖2 可知，當(dāng)慢干劑添加體積分?jǐn)?shù)從0 變 化到1.0%時(shí)，光油的耐磨度由最初的87.4%（白卡紙） 和90.7%（鐳射紙）分別增強(qiáng)至93.7%和95.9%。但是， 當(dāng)慢干劑添加體積分?jǐn)?shù)超過(guò) 1.0% 時(shí)，光油的干燥速 度變得緩慢，這使得2種紙張光油的耐磨度均有所下 降。其主要原因可能為：慢干劑添加體積分?jǐn)?shù)的持 續(xù)增加帶來(lái)了光油膜層的不穩(wěn)定，導(dǎo)致了光油耐摩 擦性能的降低。

從圖3 中可以看出，水性光油的耐摩擦性能隨著 初次上光量的增加而增強(qiáng)，但是達(dá)到一定上光量即 印版網(wǎng)穴深度為29 m 時(shí)，其耐摩擦性能趨于穩(wěn)定。 初次上光相當(dāng)于在承印物表面先打1層底油，形成一 個(gè)相對(duì)較為光滑的表面。這樣，進(jìn)行第2 次上光時(shí)， 承印物材料表面光滑平整，有利于光油的流平，光 油成膜更平整光滑，光澤度更高，耐摩擦性能更好。 隨著承印材料的表面光滑度逐漸提高，初次上光量 對(duì)光油耐摩擦性能的影響趨于穩(wěn)定，繼續(xù)增加初次 上光量，也不會(huì)增強(qiáng)光油的耐磨度。

3.2 表面張力對(duì)光油耐摩擦性能的影響 

光油表面張力與光油中樹(shù)脂的種類(lèi)與含量、潤(rùn) 濕劑的添加量以及其他各種助劑的含量有關(guān) [10] 。根 據(jù)潤(rùn)濕理論，光油的表面自由能越低越容易發(fā)生潤(rùn) 濕，其在油墨或紙張表面的附著能力也越強(qiáng)，光油 的膜層會(huì)更厚，其耐摩擦性能也更好。在水性光油 中添加陽(yáng)離子型表面活性劑，可在不影響水性光油 其他性能的情況下有效降低光油的表面張力，改善光油對(duì)底材的潤(rùn)濕性，有利于光油的鋪展和干燥，從而提高光油的膜厚和耐摩擦性能。

采用表面張力測(cè)試儀，測(cè)得2 種不同水性光油表 面張力的耐摩擦性能，其結(jié)果如表1 所示。由表1 可 知，表面張力較低的01103號(hào)光油，其耐磨度要高于 表面張力較高的81299 號(hào)光油的耐磨度。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變光油內(nèi)陽(yáng)離子表面活性劑的添加 體積分?jǐn)?shù)，比較不同表面張力下同種水性光油的耐 摩擦性能。圖4所示為陽(yáng)離子表面活性劑添加體積分 數(shù)對(duì)光油耐摩擦性能的影響。

由圖4 可知，隨著陽(yáng)離子表面活性劑的添加體積 分?jǐn)?shù)由0 增至0.5%，鐳射紙和白卡紙的耐磨度分別由 最初的86.8% 和86.4%提高到94.7%和92.9%。但當(dāng)表 面活性劑添加體積分?jǐn)?shù)超過(guò)0.5%時(shí)，過(guò)多的表面活性 劑會(huì)導(dǎo)致光油膜層變厚，使得其干燥困難，從而給光 油成膜帶來(lái)負(fù)面影響，導(dǎo)致光油的耐摩擦性能降低

3.3 蠟乳液含量對(duì)光油耐摩擦性能的影響 

蠟乳液是由石蠟、乳化劑以及調(diào)節(jié)劑復(fù)配而成 的穩(wěn)定的乳狀液 [11] 。如水性光油中加入蠟乳液，在 光油成膜過(guò)程中，蠟乳液會(huì)漂浮在光油膜層表面，形 成保護(hù)層，而蠟顆粒多為球形，當(dāng)應(yīng)力作用在光油 膜層的表面時(shí)，球狀的蠟顆粒會(huì)將其分散，從而可 以減輕外界應(yīng)力對(duì)光油膜層的破壞。

蠟乳液的添加體積分?jǐn)?shù)與蠟乳液顆粒度對(duì)光油 膜層耐摩擦性能具有一定的影響。將2種不同粒徑的 蠟乳液以體積比為1:1 的比例加入水性光油中，小顆 粒用以填充到大顆粒的縫隙中，最終使蠟保護(hù)層更 加細(xì)密光滑，其保護(hù)作用更加突出。蠟乳液添加體 積分?jǐn)?shù)對(duì)光油耐摩擦性能的影響如圖 5 所示。

由圖5 可知，相對(duì)于單一顆粒 [12] 的蠟乳液，不同 顆粒蠟乳液的耐摩擦性能有較大提高。但是蠟乳液添 加體積分?jǐn)?shù)過(guò)高（本實(shí)驗(yàn)中約為大于2.0%）同樣會(huì)影 響光油的成膜性能，所以不宜添加過(guò)量的蠟乳液 [13] 。

3.4 干燥時(shí)間對(duì)光油耐摩擦性能的影響 

水性光油中樹(shù)脂的干燥機(jī)理為：當(dāng)干燥溫度略 高于光油成膜的最低溫度時(shí)，樹(shù)脂顆粒就會(huì)交聯(lián)，并 在印品表面形成光滑均勻的膜層 [14] 。但此刻光油中 的溶劑并沒(méi)有完全滲透或者揮發(fā)，光油與承印材料 之間結(jié)合不牢固，光油表現(xiàn)為初干性；隨著干燥時(shí) 間的延長(zhǎng)，溶劑完全揮發(fā)，光油表現(xiàn)出徹干性，最 終完全附著在承印物上。由于凹版印刷中多采取聯(lián) 機(jī)上光，造成光油干燥時(shí)間短、干燥不徹底、在印 后加工時(shí)容易出現(xiàn)劃傷等問(wèn)題。

不同干燥時(shí)間對(duì)光油耐摩擦性能的影響見(jiàn)圖 6。

由圖6可知：隨著干燥時(shí)間從3 s延長(zhǎng)至10 s，上 光后鐳射紙和白卡紙的耐磨度分別從87.3% 和86.2% 增加至96.2%和92.7%，且鐳射紙干燥時(shí)間為10 s、白 卡紙為12 s 時(shí)，其光油的耐摩擦性能較好。但是隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，底層油墨會(huì)出現(xiàn)一定程度的粉 化現(xiàn)象，從而影響表面光油的成膜性能，導(dǎo)致光油 的耐摩擦性能下降。

4 結(jié)論 

在水性光油中添加慢干劑、蠟乳液、陽(yáng)離子表面 活性劑等，配制多組水性光油，以研究光油的流平 性、蠟乳液含量、表面張力及干燥時(shí)間等對(duì)水性光 油耐摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明：

1）不同種類(lèi)的添加劑及其含量對(duì)水性光油的耐摩擦性能影響不同。添加慢干劑、蠟乳液及陽(yáng)離子表面活性劑均能提高光油的耐摩擦性能，其中，流平性和蠟乳液含量對(duì)光油的耐摩擦性能影響最大。

2）慢干劑、初次上光量為光油的流平提供了足 夠的時(shí)間，使得光油自身流平較好，耐磨度較高。蠟 乳液、表面活性劑分別從抵消外部應(yīng)力和提高光油 潤(rùn)濕性能 2 個(gè)方面提高了光油的耐摩擦性能。

3）隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，光油的耐磨度得以提 高，當(dāng)鐳射紙的干燥時(shí)間為10 s、白卡紙的干燥時(shí)間 為12 s時(shí)，其光油的耐摩擦性能較好。

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