基于VOCs殘留的卷煙商標(biāo)紙凹印水性油墨應(yīng)用研究

摘要: 傳統(tǒng)的凹印溶劑油墨在印刷干燥過程中，大部分溶劑揮發(fā)會(huì)污染大氣，少量殘留在印刷品表面危害人體健康。針對(duì)凹版印刷使用的溶劑油墨存在VOCs殘留問題，以泰山（紅將軍）商標(biāo)紙為例，進(jìn)行凹印水性油墨應(yīng)用研究，利用五因素四水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，確定印刷速度、水與酒精比例、油墨黏度、紙張水分含量和機(jī)組烘箱溫度為主要影響因素，以VOCs殘留為測(cè)試指標(biāo)，分析得出凹印水性油墨最佳使用方案。

綠色印刷是印刷行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的凹印溶劑油墨在印刷干燥過程中，大部分溶劑揮發(fā)會(huì)污染大氣，少量殘留在印刷品表面危害人體健康。針對(duì)凹版印刷使用的溶劑油墨存在VOCs殘留問題，以泰山（紅將軍）商標(biāo)紙為例，進(jìn)行凹印水性油墨應(yīng)用研究，利用五因素四水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，確定印刷速度、水與酒精比例、油墨黏度、紙張水分含量和機(jī)組烘箱溫度為主要影響因素，以VOCs殘留為測(cè)試指標(biāo)，分析得出凹印水性油墨最佳使用方案。

 

隨著人們生活水平的提升、消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，以及卷煙產(chǎn)品“健康、環(huán)保”的發(fā)展趨勢(shì)，消費(fèi)者對(duì)卷煙商標(biāo)紙等包裝材料的質(zhì)量要求越來越高，VOCs的殘留問題受到重點(diǎn)關(guān)注。作為四大印刷方式之一的凹版印刷，以其生產(chǎn)速度快、印刷墨層厚實(shí)、色澤鮮艷、耐印力高、適合長線產(chǎn)品等特點(diǎn)在卷煙包裝印刷領(lǐng)域穩(wěn)居第一位，但凹版印刷使用的傳統(tǒng)溶劑型油墨包含有高沸點(diǎn)、有臭味、高毒性的有機(jī)物，特別容易造成卷煙商標(biāo)紙VOCs揮發(fā)性有機(jī)物殘留過量，這不但影響香煙煙支的感官質(zhì)量，而且還危害消費(fèi)者的身體健康。因此，卷煙企業(yè)和印刷企業(yè)投入大量的資源，用于檢測(cè)和控制VOCs含量，目的就是把好卷煙輔材質(zhì)量關(guān)，減少外源性有害成分的引入，降低VOCs揮發(fā)性有機(jī)物殘留含量，從而提升卷煙產(chǎn)品的安全性。

用水性油墨逐步替代溶劑型油墨是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，也是凹版印刷適應(yīng)環(huán)保新政的變革方向之一。例如，印刷企業(yè)使用了環(huán)保油墨取代了普通油墨，以前識(shí)別的“油墨中揮發(fā)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)（VOCs）排放”的重要環(huán)境因素就相應(yīng)地取消了。本文旨在通過對(duì)泰山（紅將軍）商標(biāo)紙凹印水性專紅底色油墨的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，達(dá)到降低卷煙商標(biāo)紙VOCs殘留、減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放、逐步實(shí)現(xiàn)綠色凹印的目的。

一、凹印溶劑型油墨與水性油墨
 

凹印油墨是適用于各種凹版印刷方式的油墨總稱，是稀薄型流動(dòng)性好、黏度低、表面張力小的液態(tài)油墨，大多是揮發(fā)干燥型，主要由顏料、添加劑、連結(jié)料（油型、樹脂型）、填充料、填充劑、溶劑等多種化學(xué)物質(zhì)組成，按使用的溶劑分為分醇/酯溶性油墨（俗稱溶劑油墨）和水溶劑型油墨（俗稱水性油墨）。

 

1.溶劑油墨

 

溶劑油墨含有較多的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如乙酸乙酯、異丙醇、乙酸正丙酯等，起著調(diào)節(jié)油墨黏度，提高油墨的印刷適性的作用。揮發(fā)性有機(jī)溶劑是溶劑型油墨的主要成分，往往占比70%以上，溶劑油墨印跡墨層光澤度高，墨層附著力強(qiáng)。溶劑油墨的流動(dòng)性就是通過有機(jī)溶劑來表現(xiàn)的，當(dāng)凹印油墨轉(zhuǎn)移到紙張表面上時(shí)，有機(jī)溶劑通過凹印機(jī)組烘箱熱風(fēng)迅速揮發(fā)使印跡墨層干燥，印跡墨層的干燥速度主要取決于油墨中溶劑的揮發(fā)速度，不同的樹脂型連接料對(duì)溶劑的釋放能力不同，溶解度越大的連結(jié)料，溶劑越難揮發(fā)，揮發(fā)速度越慢，VOCs殘留就越多。以泰山（紅將軍）商標(biāo)紙為例，以滿版實(shí)地色塊為主、線條文字為輔且多色疊印，樣張如圖1，印刷色序?yàn)椋褐樯?→珠砂2→灰→底紅→字紅→黑→金→光油。在使用溶劑油墨印刷時(shí)，有機(jī)溶劑揮發(fā)極易不完全、不徹底，造成VOCs殘留超標(biāo)，且產(chǎn)品偶爾有刺激性異味產(chǎn)生。

圖1 泰山（紅將軍）盒包裝紙樣張

2.水性油墨

 

水性油墨最早在20世紀(jì)歐美國家的柔性版印刷中廣泛應(yīng)用，凹印水性油墨則起步較晚。雖然目前水性油墨存在著流平性、光澤度、附著力、干燥慢和易沉淀等方面的弱點(diǎn)，但仍然是首推的環(huán)保型印刷油墨，其不含揮發(fā)性有毒有機(jī)溶劑，具有不易燃燒、無刺激性氣味、墨性穩(wěn)定等特點(diǎn)，一是消除了傳統(tǒng)油墨使用石化類有機(jī)溶劑易燃易爆、有毒有害的健康安全隱患，減少了揮發(fā)性有機(jī)廢氣對(duì)環(huán)境的污染；二是當(dāng)用作食品的外包裝物時(shí)，也避免了有害溶劑化學(xué)成分向食品內(nèi)遷移的風(fēng)險(xiǎn)。

 

同其他印刷油墨組成一樣，幾乎所有的水性凹印油墨都是由可溶于水的樹脂、高級(jí)色料和助劑等成分經(jīng)科學(xué)復(fù)合加工而成，所以其溶劑一般采用水與醇。以水溶性樹脂為連結(jié)料的凹印水性油墨，無異味、無毒、低VOCs，溶劑殘留的檢測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于安全衛(wèi)生要求的指標(biāo)值。凹印水性油墨屬于綠色印刷原輔材料目錄產(chǎn)品，其VOCs含量低于5%，在上機(jī)過程中，考慮印刷效果的還原性，需要水與酒精按一定比例混合作為溶劑添加。

 

二、凹印水性油墨上機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

 

1.實(shí)驗(yàn)條件

 

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：陜西北人PRC820十色凹版印刷機(jī)。

 

實(shí)驗(yàn)材料：紅塔牌白卡紙230g/m 2 、上海典善水性專色紅墨。

 

環(huán)境溫濕度：25℃、65±5%。

 

檢測(cè)儀器：安捷倫氣相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用儀7890-5977B、深圳冠亞水份測(cè)定儀SFY-20A、茶恩2#杯、秒表等。

 

2.正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

 

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，確定印刷速度、水與酒精比例、油墨黏度、紙張水分含量、機(jī)組烘箱溫度5個(gè)影響因素，每個(gè)因素設(shè)置4個(gè)水平，尋求最優(yōu)化組合，設(shè)置凹印水性油墨的L16（45）正交表，如表1。根據(jù)表1進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如表2。

 

表1 泰山（紅將軍）商標(biāo)紙凹印水性油墨五因素四水平正交表

表2 泰山（紅將軍）商標(biāo)紙凹印水性油墨L9（34）正交實(shí)驗(yàn)

 

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

 

根據(jù)表2結(jié)果，進(jìn)行正交數(shù)據(jù)分析，得到表3。

 

表3 泰山（紅將軍）商標(biāo)紙凹印水性油墨正交數(shù)據(jù)分析表

 

從表2可知本次實(shí)驗(yàn)各因素組合中的最優(yōu)組合為A2、B3、C4、D1、E2，而從表3中可以看出本次實(shí)驗(yàn)各因素極差R的主次關(guān)系排序?yàn)锳>B>E>C>D，因素A的極差R最大，故可知凹版印刷速度VOCs殘留影響顯著。同時(shí)，從表3中可以看出因素A列中均值k4較大，因素B列中均值k4較大，因素C列中均值k2較大，因素D列中均值k3較大，因素E列中均值k3較大，可知A4、B4、C2、D3、E3是各因素中影響最大的水平，即印刷速度160m/min、水與酒精比例1∶5、印刷黏度16s、紙張水分含量8%、機(jī)組烘箱溫度90℃這5個(gè)影響較顯著。所以，通過利用正交實(shí)驗(yàn)得出泰山（紅將軍）凹印水性油墨生產(chǎn)時(shí)，對(duì)VOCs殘留實(shí)驗(yàn)影響最大的因素是印刷速度。實(shí)驗(yàn)的最佳條件是凹印速度在140m/min生產(chǎn)，水與酒精的使用比例為1∶4，凹印水性專紅油墨黏度控制在17s，使用的白卡紙水分含量為6%、機(jī)組烘箱溫度為80℃。

 

結(jié)束語

 

綜上所述，通過凹印水性油墨的應(yīng)用，泰山（紅將軍）商標(biāo)紙VOCs殘留取得顯著效果。本次實(shí)驗(yàn)研究是在其他顏色保持原有溶劑油墨的情況下，只把紅色改為水性油墨進(jìn)行測(cè)試，VOCs檢測(cè)時(shí)按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)定。在實(shí)驗(yàn)過程中，還關(guān)注了產(chǎn)品耐磨性、附著力、耐曬性、耐水性、耐折性、上機(jī)適應(yīng)性等關(guān)鍵指標(biāo)以及印后（如燙印、模切等）加工適應(yīng)性與溶劑油墨基本無差異，同時(shí)對(duì)水性凹印版的制版參數(shù)進(jìn)行了摸索，從而確定適合該產(chǎn)品的凹印版工藝參數(shù)，形成了最佳方案。

 

通過對(duì)泰山（紅將軍）商標(biāo)紙凹印水性油墨應(yīng)用分析，按照制定的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成了不同方案的產(chǎn)品測(cè)試，針對(duì)目前水性油墨存在的穩(wěn)定性缺陷和使用過程需要添加水與酒精混合物不同比例的情況，實(shí)驗(yàn)得到了最佳的使用方案，其產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

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