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在鋁箔印刷中應用水性油墨的探索
時間:2014-03-28   來源: 包裝前沿   閱讀:12868次

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 ?? 摘要:本文對PTP鋁箔印刷中水性油墨使用的各方面進行了描述,介紹了鋁箔印刷中油墨的樹脂、助劑、顏料的選擇,分析了應用成本,并對在鋁箔印刷中會遇到的各種問題進行了簡要的分析,提出了解決辦法。

  隨著人們對環保、衛生、安全意識的增強,對包裝材料的要求也日趨嚴格,尤其是其衛生安全性,我公司作為生產藥用包裝材料的專業公司,所服務的制藥企業客戶對藥用包裝材料一直有很高的要求,早在5年前我公司已實現了所有藥用包裝材料的全面無苯化。近年來,由于水性油墨所具有的優良環保特性,公司研發團隊對在PTP鋁箔印刷中使用水性油墨進行了多次試驗和嘗試,對PTP鋁箔印刷的水性化進行了深入研究。現就我公司在應用水墨過程中的一些做法和經驗與諸位同仁一起進行探討。

  一、藥品包裝用PTP鋁箔的生產工藝流程

  以工業用純鋁為基材,在藥用PTP鋁箔印刷涂布機上用凹版印刷技術印刷上文字和圖案并用凹版版輥涂布上一層保護劑OP,在鋁箔的另外一面同樣也印刷上文字和圖案并涂布上膠黏劑VC,經過收卷后分切成所需規格。

  PTP鋁箔所使用的油墨是PTP鋁箔凹版印刷專用油墨,目前國內PTP鋁箔所使用的OP、VC以及油墨等化工原料以溶劑型的居多,在它們的生產和使用過程中需要使用大量乙酸乙酯、丁酮甚至用甲苯等有機物作為溶劑和稀釋劑。因此,PTP鋁箔所用油墨的水性化應用研究就顯得非常緊迫了。

  二、PTP鋁箔所用水性油墨

  1、樹脂體系

  樹脂是水性油墨中最重要的組成成份,也是連接料的主要成分。鋁箔印刷油墨的基本要求是對鋁箔有一定的附著力而且要求樹脂連接料和顏料有很好的耐熱性,防止其在包裝和使用時發生掉落和變色。傳統的溶劑型PTP凹版印刷油墨所用的連接料大多是氯醋樹脂和丙烯酸樹脂,該類樹脂可以提供良好的鋁箔附著力和較好的耐熱性能。

  氯醋樹脂無法直接使用在水性體系中,但是一些水性丙烯酸樹脂和水性聚氨酯的相關技術已經相對成熟一些,以其多樣性和良好的理化性能,已成為水性油墨的連接料的最佳首選,并在水性油墨中有了相關應用,適用面越來越廣。

  我公司對水性丙烯酸體系的PTP油墨進行了試用,并在印刷后對其性能進行了檢測,情況見表1。

  表 1 水性油墨和溶劑型油墨的性能檢測值比較

種類

著色力%

光澤

粘度/S

鋁箔表面張力要求

油墨層的耐熱性

對鋁箔的附著性

初干性

印刷效果

溶劑型油墨

98

很大

1820

32達因

180-220

25cm寬膠帶試驗不粘落

9

色度良好、色相符合要求

水性油墨

100

很大

2535

32達因

180-220

25cm寬膠帶試驗不粘落

16

色度良好、色相符合要求

  2、水性油墨的助劑、顏料

  水性油墨所用的助劑主要有消泡劑、表面活性劑、防腐劑、抗磨劑、分散劑、慢干劑和pH值穩定劑。消泡劑是水性油墨中不可缺少的成分,否則油墨在粘度偏高、pH值偏低、印刷速度較快或加水過多時,承印物表面會產生微小的氣泡。表面活性劑可以降低油墨的表面張力,提高油墨的潤濕性,改善印刷適性,以適應鋁箔印刷的性能。還可以在油墨中加入粘附促進劑,在鋁箔印刷中使用,可以提高油墨在鋁箔上的粘附能力。其它一些助劑的使用可改善水性油墨的弱點,提高油墨的性能。通常水性油墨中使用的顏料是耐堿性強的色料,在水中有較好的分散性。與溶劑型顏料相比,水性油墨的色料要求更高,要求體輕、柔軟、色彩飽和度高,并與連接料有良好的親和性、潤濕性和分散性,在成品中不會發生凝聚、沉淀并具有良好的流動性,不會發生變色和褪色現象。對鋁箔印刷來說,耐高溫是顏料必須要具備的特性,有機和無機色料的耐高溫品種也相對較多,不論在溶劑型還是水性油墨中都能普遍使用。

  3、應用成本

  我公司對使用水性油墨和溶劑型油墨的成本進行了比較,其主要對比情況見表2:

  表2 水性油墨和溶劑型油墨成本比較

種類

單位價格

(元/kg

固含量

%

上墨量

g/m2

噸產品用量

kg

單耗成本

(元/噸)

溶劑型生產

溶劑型油墨

40.00

20~25

0.8(干量)

60.0

2400

2463

醋酸乙酯

7.00

100.0

稀釋劑

9.0

63

水性生產

水性油墨

55.00

30~35

0.8(干量)

50.0

2750

2758

軟化水

1.00

100.0

稀釋劑

8.0

8

  注:本表為黑色油墨的比較,其它色的溶劑型油墨和水性油墨的價格基本一致

  從表2可以看出,在油墨單價上水性油墨價格遠高于溶劑型油墨,但在用量上,由于水性油墨顏料的特性,水性油墨的用量通常只有溶劑型油墨用量的80%左右。綜合算來,水性油墨的使用成本雖略高于溶劑型油墨,但價格差異并不大。

  三、水性油墨印刷質量控制要點

  1、藥用鋁箔的表面油污殘留對水性油墨的影響

  藥品包裝用PTP鋁箔一般都是以硬質鋁箔作為基材,而硬質鋁箔在鋁廠經多層軋制后未經過退火處理而制成。在軋制過程中的軋制油會有部分殘余在鋁箔表面,因此鋁箔表面常常會攜帶零星的油污,有時控制不好還會出現成片的油污。該油污主要成分是煤油,即一系列碳氫化合物的混合物,鋁箔表面的大面積油污在包裝原材料中是不允許大量出現的。

  在PTP鋁箔印刷時,當油墨的表面張力小于鋁箔基材的表面張力時,油墨才可以潤濕基材,才有可能提供附著力。

  表 3 PTP生產中常用液體材料的表面張力

溶劑

醋酸乙酯

丁酮

甲苯

乙醇

純水

水性材料

煤油

表面張力(25℃,dyn/cm)

23.5

23.97

27.92

22.1

71.8

25-30

23-32

  鋁箔基材的表面張力要求是不小于32dyn/cm,這樣各類溶劑和水性材料都可以潤濕鋁箔。但當鋁箔表面有油污殘留時,油污的表面張力就會下降到23~32dyn/cm,因此油墨對有油污的鋁箔潤濕性能會下降。在使用溶劑型油墨時,由于溶劑的表面張力與煤油的比較接近,并且煤油和有機溶劑有一定的相溶性,因此有輕微油污時并不會出現外觀的明顯缺陷,也不會明顯影響到涂層和油墨的附著力和強度。但是有大量的油污存在也是會有影響的。在使用水性油墨材料時,這一問題就更凸顯了,由于水在25℃的表面張力約為71.8dyn/cm,水性油墨經過調配后的表面張力下降到大約25~30dyn/cm,而且水性材料本身與煤油就不相溶。鋁箔表面油污和水性材料并不浸潤,水性涂層和油墨也就不會在攜帶油污的鋁箔表面鋪展開并成膜。實際生產我們也發現這類現象,如果遇到鋁箔表面有大片油污,就會出現油墨印刷不清晰、產生縮孔和涂布不均勻等現象出現,雖然我們也可以使用助劑和少量助溶劑降低水性材料的表面張力,使上述現象減輕。但是要從根本上解決問題,必須要除去鋁箔表面的油污。我們一般的做法是讓鋁箔在印刷前首先經過一個90~100℃左右的烘箱,通過熱風烘干1秒左右來使鋁箔表面的殘余油污得以減少,以增加印刷適性。

  2、水的干燥速度對水性油墨的影響

  水性油墨要供PTP鋁箔使用,就必須要適應PTP鋁箔現有的印刷和涂布基本工藝條件,即在常規溶劑型油墨正常使用的工藝參數條件下印刷和涂布。一般情況下溶劑型油墨的烘干溫度在90~100℃,烘干時間約為1s;線速度一般控制在80~90m/min。

  水性油墨的干燥是一個非常復雜的過程,在印刷行業中,通常是采用熱風干燥的方式。在熱風干燥中,熱能的轉移、水及溶劑等液體的蒸發以及固體對流體蒸發的阻隔性都將影響油墨的干燥速度,而作為干燥主體的熱風,其速度和溫度是決定干燥效率的關鍵因素。在油墨的烘干成膜過程中,稀釋劑要全部被蒸發掉,這部分稀釋劑的蒸發要消耗很多能量。和溶劑型材料比較,水性材料由于使用大量的水,水的蒸發熱要比常用的有機溶劑高出許多(見表4),因此烘干相同質量的水要消耗更多的能量。但是生產中,并沒有發現能量有太多的損耗(見表4-1),這是因為在溶劑型材料涂布過程中,要使溶劑在短時間內干燥完全,必須提供大量的熱量和吹入大量的熱風,而這些能量是完全過剩的,因而使用水性材料時,這些能量也完全足夠使用而且同樣也是過剩的。

  表 4 PTP生產中常用溶劑的蒸發熱

溶劑

醋酸乙酯

丁酮

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