用水墨印刷+UV上光探索标签柔印新工艺

蔡成基

柔印在国内高端标签业中逐渐成为主流，该工艺的传统配置是采用UV油墨。由于柔印UV油墨的价格很贵，挤占了标签的成本空间，更由于UV油墨本身还存在技术上和环保上的隐患，因此从改革工艺入手，用水墨印刷+UV上光来取代传统的UV柔印，既降低成本又改善环保。这种方案是否可行呢？在此，笔者就这一问题同大家一起分析。

UV油墨存在的问题

标签业采用UV油墨的近20年来中，UV油墨除了大家都看得到的优点，它的缺陷以及在使用中存在的问题也是不容忽视的。

1.UV油墨存在三大环保缺陷

UV油墨虽然避免了传统油墨的VOCs排放以及墨膜耐抗性不足等问题，但仍然存在着三大环保缺陷：高能耗（被称为“电老虎”），臭氧排放，以及对印刷环境的紫外光污染。目前市场上推出的新型LED-UV技术、H-UV技术等，其实就是针对传统UV油墨的这三大局限性的。

2.UV固化的判定

UV油墨有一个重要的操作问题没有解决，即如何判断UV油墨是否干燥。目前，印刷企业的判断方法主要是指触法（用手指轻触墨膜，比较墨膜是否发黏）、胶带法（用3M公司的600或610型胶带测试墨膜是否能从承印材料上被撕下）、平磨法（用平磨仪在一定正压力下摩擦若干次，观察颜色密度是否有明显变化），但这些方法都不是合理而完整的测定方法。指触法在技术上存在漏洞，黏与不黏，靠个人的感觉，不科学；胶带法是可以规避的，只要在UV油墨中添加表面活性剂或酰胺类助剂，使墨膜表面很滑，胶带就粘不上，但这并不能证明UV墨膜已经干燥了。平磨法更简单，在UV油墨中多加一些微晶蜡，利用蜡的分子量小，容易从墨膜表面析出的特性，平磨仪多磨掉一些透明的蜡，从而有效规避因墨膜没有彻底干燥，墨膜过嫩不耐磨这一原本是正确的结论。有些UV油墨印刷的标签，用上述几种方法来判断油墨是否干燥，平时是没有问题的，但在贴瓶后的空瓶碰撞试验中遇到的墨膜损伤，在遇到标签加水摩擦而墨色脱落等问题时，就会手足无措。这实际上就是UV油墨没有完全干燥造成的。

理论上，我们可以通过红外光谱测定UV油墨干燥前后不饱和双键的变化率来判定其干燥情况，不饱和双键的转换率一般为60%～70%，80%以上则说明UV油墨干燥良好。但这种方法过于学院化，又需要添加专门的仪器，不便于在印刷企业中推广使用。

另外，还可以采用高锰酸钾测试法，根据墨膜的显色情况来判断，呈较浅的橙色为达标，呈较深的红色为不达标。但这种方法仅对UV光油有效，对UV油墨则很难操作。

3.UV印刷标签的墨点与白点问题

采用柔印和凸印的标签很难避免墨点故障，所以标签印刷企业会用检品机对产品进行全检。产生墨点的实质是堵版（见图1），这一问题近年来正不断被业界攻克。

那么，柔印或凸印标签出现白点故障的真正原因又是什么呢？许多人认为是不干胶材料的粉尘和印刷车间环境的影响，这两个因素的影响果真有如此之大吗？图2是柔印标签上的白点与凸印标签上的白点对比，可以看出这是两种不同特点的白点，凸印白点中几乎没有油墨，而柔印白点中有油墨。其实，柔印UV油墨与凸印UV油墨的黏度不同，柔印机与凸印机的墨路也不同，匀墨特点也不一样，不少白点其实是UV墨的匀墨不足所造成，而并非是车间环境不好，所以标签企业对两者要加以区分对待。

4.UV油墨的成本问题

据测算，标签印刷中每平方米耗墨量在1～2克左右，柔印UV油墨的价格同胶印与凸印UV墨相比要高许多。每千克200元及以上的价格，在整个产品成本中是绝对无法忽略的。

虽然UV油墨的价格让业界勉为其难，但UV光油的价格却是业界乐于接受的。因为光油中不含颜料，价格不过每千克几十元。所以，我们就提出了这样一个思路：采用“水墨印刷+UV光油”的工艺路线来取代全UV柔印的工艺路线，是否可行呢？

我们先来看一下国外同行是怎么做的，图3是国外几款水墨印刷的标签产品，有薄膜标签，也有不干胶标签，加网线数为150线/英寸到175线/英寸，从放大的网点图片可以看出，网点细部的还原效果是不错的。这些标签是美国同行印刷的，他们对印刷质量的追求不像亚洲民族那样苛刻，但他们对环保与成本的追求，确实值得我们学习。我们观察国外同行的产品，看最小网点印出来没有，看网点之间有否黏连，看实地是否发虚，看颜色密度是否达到我们需要的水平。至于某张图片的网点变形，圆网点因印刷压力过大变成了接近方形的椭圆，笔者认为是可以理解的。因为这是一张薄膜标签，采用了卫星式柔印，当中心压印滚筒受热变形而不可控时，印刷压力必然增大。这是卫星式柔印的固有缺陷，与油墨无关，不在我们的讨论范围之内。

对水墨质疑的回应

目前，标签业对水墨的品质还存在质疑，主要包括以下几个问题：①水墨在薄膜材料上不容易附着；②水墨在铜版纸和薄膜材料上印刷时网点扩大严重，而且不易控制；③水墨干燥太快，油墨容易黏结在印版上，造成堵版故障；④水墨印刷过程中需要经常监控pH值的波动，并及时添加pH值稳定剂，操作不方便；⑤pH值稳定剂中含有氨水，会导致生产环境与标签产品中存在臭味隐患。

对于上述几个问题，笔者也有一些自己的认识，愿与大家探讨。

1.在薄膜上的附着力

用3M公司的600/610型胶带测定油墨在薄膜上的附着力，揭示了油墨在薄膜上附着的基本原理。油墨在薄膜上的附着，首先油墨要能同薄膜表面微溶，发黏，在薄膜上能建立锚固点。其次，油墨要能在薄膜上润湿，使锚固点尽可能地多。然后是墨膜中的溶剂或水从中析出，墨膜中的树脂逐渐交联、强化。当我们用3M胶带去测试胶带对墨膜的黏合力时，我们规定了这种力的大小是由600或610型胶水的黏性为比较单位的，当胶带对墨膜的黏合力大于墨膜对薄膜的附着力，墨膜被胶带撕离，我们判断墨膜对薄膜附着力不达标；当胶带对墨膜的黏合力小于墨膜对薄膜的附着力，墨膜没被撕下，我们判断墨膜对薄膜的附着力达标。endprint

当用3M胶带测定油墨在薄膜上附着力不达标时，我们其实需要判断两个原因，一个是该油墨同薄膜究竟有没有相容性，能不能在薄膜上建立锚固点？另一个则是墨膜是否干透，墨膜加强是否达到？这两种原因都能导致墨膜被胶带撕离，但解决方法完全不同。因此我们在判断水墨在薄膜上的附着力时，必须要能清晰地分辨之，而不要混同。

针对这个问题，其实油墨企业同印刷企业的分工应该是很明确的。油墨企业要知道自己产品同薄膜的匹配特点，应该严格控制水性树脂同薄膜之间的溶解性，即极性相近，溶解度参数相近，以及要能生成新的氢键。印刷企业要能够采用实验室手段分析，判断并筛选出合适的水墨，注意不要轻易地否决，将暂时还有缺陷的水墨全部倾倒出去，但也不要盲目地随便上机测试，增加试验成本。

2.在薄膜上的干燥

水墨在薄膜上的干燥，其主要途径是挥发，烘干是主要手段。因此长期以来解决干燥问题的措施是提高温度，增加风量，减慢车速或降低印版凹穴深度。还有一种说法，水墨干燥分为三个阶段：表干段是靠挥发，让水分跑逸；然后是连结料分子的相对靠拢，挤出水分；最后是树脂通过分子间作用力固化（包括催化剂作用下的交联反应）。

这些不同的说法有一点是相同的，就是表干段都是挥发，没有其他的办法。所有其他的办法只能是通过烘道以后，在温度的作用下产生化学反应，包括干燥剂技术。因此用刮板细度计测定水墨初干长度来评估水墨表干特性仍然是有效的，采用这种方法在上机前就可以知道水墨干燥速度的快慢，并能判断上机印刷的失败概率有多高。

3.印刷中的网点扩大

大家都知道，水墨印刷中的网点扩大比UV油墨严重，特别是在薄膜上印刷时更为明显，因为油墨在薄膜材料上无法渗透吸收，就会向网点四周延伸扩张。图4是柔印UV油墨和柔印水墨印样的网点对比，这两个印样的承印材料都是薄膜，同一个机长操作，印刷条件相同，上墨压力与印刷压力的调节也相同，且采样均是相同位置的30%平网。图4显示：水墨的网点扩张大，UV油墨的网点扩张小，而且水墨印刷的网点中间颜色深，四周变浅，说明水墨网点周围的墨迹扩散了。

柔性版印刷时网点扩张有三个因素，制版时的光学网点扩大；印刷时压力过大引起的机械扩张；油墨无法在承印材料上朝下渗透引起的墨点四周延伸扩张。我们从图4中看到的水墨网点扩张其实就是第三个因素。

这两个印样中的差别在哪里？其实就在油墨黏度，水墨和UV油墨的黏度不在一个等级上，两者相差1～2倍。也就是说，水墨网点扩张大与其黏度过低有关。那么，可否采用高黏度的水墨来解决网点扩大问题呢？答案是肯定的。图5是采用高黏度水墨印刷的150线/英寸1%网点和175线/英寸1%网点。左面图案是150线/英寸印版，右面图案是175线/英寸印版，这从相邻网点的排列间距，网点直径大小均能清晰地辨别之。水墨的黏度为15dPa？s，比UV油墨的黏度（7dPa？s）高一倍。

为什么可以采用这么高黏度的水墨印刷呢？因为采用的是有着墨辊结构的柔印单元（见图6），但如果采用封闭式刮刀结构的柔印单元，就不能使用高黏度水墨。决定油墨工作黏度的根本原因是柔印机的上墨单元结构，在同一印刷单元上，使用UV油墨时可以是高黏度，为什么使用水墨时就一定要低黏度呢？

4.容易干涸在印版上

为什么水墨容易干涸在印版上？是水墨干燥得太快吗？我们都知道，水墨以挥发为主要干燥途径，我们主要担心的是其干燥不够快。但干燥不够快的水墨偏偏容易黏结在印版的凹陷区，这岂非矛盾？其实，水墨干涸在印版的非着墨区，不是因为水墨干燥太快，而是水墨与印版的表面张力不匹配所造成。

UV柔印之所以获得成功，是因为UV油墨有一个很重要的特点，就是表面张力很稳定，一般都在31～32mN/ m，不管是杭华的UV油墨，还是盛威科或富林特的UV油墨，测定的表面张力数据都在这个范围之内。也就是说，UV油墨的表面张力是基本固定的，只要选择合适的印版表面张力，就可以做到两者表面张力的匹配。同样的，使用水墨印刷时，只要掌控好印版与水墨表面张力的匹配，同样也可以达到印版自洁，避免堵版故障的发生。

长期以来，柔印工艺中要求印版与网纹辊参数要按一定的比例相匹配，选择网纹辊时依据的是1∶4原则，即网纹辊线数是印版加网线数的4倍，后来提高到1∶5、1∶6，甚至1∶7。也就是说，印刷加网线数高的印品时，需要配置高线数的网纹辊，比如印刷175线/英寸的活件时往往需要1000线/英寸或1200线/英寸的网纹辊。但是，我们目前所做的一些测试表明，只要掌握好印版与油墨的表面张力匹配，用500线/英寸、BCM4.5的网纹辊，照样可以印刷出175线/英寸1%的网点，且高光网点不堵版，我们称之为“印版自洁”。

5.水墨pH值及其稳定性

众所周知，水墨所用的水溶性树脂（或碱溶性树脂），必须将树脂胺化后才能溶解于水，因此水墨偏碱性，其pH值一般在8.5～9.5，有些水墨的碱性很强，pH值甚至会达到或超过10.0。但水墨pH值会随着周围环境温度的变化而改变，因此在印刷过程中，必须要定时监测水墨pH值。当水墨pH值下降到规定值下限之外时，必须及时添加油墨供应商提供的稳定剂，使水墨pH值恢复到原有水平。

水墨要及时测定并调整pH值，这让生产一线的操作人员感到很不方便。那么，在印刷过程中，有没有不监控并调节pH值的水墨呢？答案是肯定的，但必须要学会对众多水墨进行筛选。在印刷过程中，水墨pH值波动的主要原因是作为稳定剂的氨水挥发，氨水挥发是水墨pH波动的原因。那么，有没有不加氨水的水墨，答案也是肯定的。其实，氨水工艺仅仅是水性树脂胺化三大工艺中的一支，另外两种工艺——有机胺工艺与无机碱工艺，则是水墨体系中稳定性更好的两种工艺。endprint

不用氨水，而使用有机胺或无机碱工艺，已经是水墨制造的成熟工艺。而且，不加氨的水墨在使用上同UV油墨一样方便，还消除了水墨的难闻气味。目前市场上销售的一些水墨之所以仍采用氨水作为稳定剂，主要是出于成本与价格的考虑。所以，对于印刷企业而言，要想使水墨的pH值在印刷过程中保持稳定，而无须时时监控并调节，关键在于水墨的筛选，尤其是实验室条件下的筛选。

为什么我们还需要UV上光

水墨印刷品干燥后，现有的水性光油从理论上说与水是不可逆的，用水擦洗无效，但若用酒精擦洗，会擦伤墨膜。这同UV光油干燥后，不论用水或用酒精擦洗，墨膜的耐抗性基本不变，差距是明显的。因此既然在墨膜耐抗性上水墨仍达不到UV油墨的水平，用UV光油罩光来解决这个问题，是必须的。

构成UV光油的主要树脂是环氧丙烯酸与聚酯丙烯酸，同构成UV油墨主体树脂的聚氨酯丙烯酸相比，黏度低，价格便宜。尤其是环氧丙烯酸，固化速度快，墨膜机械强度高，耐化学药品性好。丙烯酸树脂体系中的环氧基团，其独特的分子结构具有高度活泼性，使环氧树脂能与多种类型的固化剂交联反应，生成三维网状结构的大分子聚合物，其附着牢度、硬度、可挠性、耐化学药品性与耐候性均较好。用以环氧丙烯酸为主体的柔印UV光油对薄膜上的水墨印刷品罩光，从而避免不同溶解度参数的水性丙烯酸树脂可能遭遇到的不同化学品的耐抗性，理论上站得住脚，实践上也可行。

水墨的主要树脂是水分散型改性丙烯酸，当墨膜干燥后，对水是不可逆的，但对众多化学品并不一定不可逆。同UV油墨的墨膜耐抗性相比，目前水墨的墨膜物理特性还有差距，因此水墨印刷品还需要UV光油来加强其表面特性。何况不干胶标签表面原本就要上光，以适应标签本身需要的高光泽、哑光、表面低摩擦系数或高叠印率等的工艺要求，因此保持并沿用其本来的UV上光工艺，执行起来也并不难。

UV光油因为不含颜料，因此能避开因不同颜料对光波的吸收特性造成UV油墨在干燥过程中的能量损耗，其干燥效率比较高。而且，光油中的光引发剂在UVC频段较多，同UV油墨分布在UVB与UVA的特点有明显差异，同现用的金属卤素灯的匹配比较好，选择UV灯具并不困难。柔印水墨+UV光油的方案在工艺上的可行性很强，并不需要刻意地对设备、对主要原材料去做很大的改变。

最关键的一点，UV光油的价格并不高，每千克几十元的价格是标签企业能够承受的。用明显的成本下降，不变的印刷质量，改善了的同环境的亲和性，探索一下不干胶柔印标签的新工艺，有没有尝试的必要呢？endprint