包装印刷用油墨及其新的工艺方案

■ 文/陆健

一、聚氨酯基油墨在软包装中的优势

新一代软包装印刷用聚氨酯树脂基油墨为多种基材使用同种油墨提供了可能性，它不仅拓展了水基柔印油墨的应用范围，满足了耐蒸煮要求，而且为大幅度减少挥发性有机化合物(VOCs)和CO2排放作出了贡献。

为了满足印刷质量、印刷性能、印刷成本、印刷效益的要求，印刷厂会考虑选用特种油墨。这些油墨必须适用于包装材料的最终用途，包括考虑到某些包装必须被冷冻、被煮，甚至被蒸，对于所用油墨都有不同的耐热、耐水等要求。

另一个需要考虑的地方，就是承印薄膜类型的选择。从目前来看，有些油墨适用于某种承印薄膜，但不适用于其他类型的薄膜，印刷厂只能不停地变更印刷工艺以满足不同客户的印刷要求。这就意味着，一旦改变了承印薄膜，势必要改变油墨类型。在这种情况下，印刷厂需要存储大量的油墨以适用各种基材。

最终，印刷厂不得不要考虑成本因素。一旦更换油墨（从一种油墨换作另一种油墨），就要花费大量的时间进行清洗工作；另外，大量储备不同类型的油墨将给印刷厂的生产成本带来负面影响。

二、树脂是关键

作为油墨的基础材料——树脂是区分油墨类型的关键要素之一。树脂作为油墨的连结料，不仅将油墨的其他成分粘结在一起，而且能让油墨粘附在承印物上。另外，树脂还赋予油墨其他特性，包括光泽、耐热、耐化学、耐水等。因此，选择合适的油墨就是选择正确的树脂。

硝化纤维素和丙烯酸树脂已被大量用于制造软包装印刷用油墨，不过，这类油墨有其局限性。例如，这类油墨无法应用到各种承印物上（配方体系没有实质性的变化），使得印刷厂很难使用同种油墨来印刷不同的包装体系。此外，这些油墨没有足够的灵活性以满足多种应用要求，包括高要求的蒸煮包装。

三、聚氨酯树脂的优势

基于聚氨酯(PU)树脂的油墨，无需将配方体系进行实质性的改变，就能应用到各种承印物上。这一优势能直接产生两个积极效果：

1.印刷厂只需储备少许几种油墨，就能大范围地覆盖各种承印材料的印刷要求，从而使油墨的库存量降至最低，有利于降低生产成本。

2.由于换墨作业（根据承印物要求进行换墨）不再烦琐（清洗），印刷作业的变更也就更加快捷。

PU树脂基油墨还有个优点，就是比其他油墨拥有更好的性能。由于其内部的柔韧性和墨膜（印刷表面）的高强度，这些油墨能适合作业要求极高的场合，如蒸煮加工、高速印刷等。

日本的东洋油墨公司多年从事PU树脂的研究，开发出了一系列凹印油墨和柔印油墨。基于PU树脂的交联技术，用PU树脂配制的油墨在溶剂残留（极低气味）方面表现出色并具有极好的耐热性。这些PU树脂基油墨可以直接印刷在不同的承印物（如经电晕处理的OPP、PET、尼龙）上，且无需对承印物进行打底涂层或者化学处理。

另外，凭借PU树脂的低玻璃化温度，这些油墨具有极好的应力松弛能力，这在复合包装（油墨被夹在两层之间）的蒸煮加工过程中尤为重要。当温度升高或者降低时，不同的层表现出不同的性能（薄膜可能会扩展或收缩）。

产自东洋油墨公司的PU树脂基油墨，如Lioalpha 溶剂基凹印油墨、Rexta 溶剂基柔印油墨、Aquaecol 水基柔印油墨，都适合用于蒸煮的复合包装，其配方成分均符合有关食品包装的主要法规，如瑞士条例或雀巢指导。

四、环保型柔印油墨

由于可持续性日益受到重视，油墨制造商正在寻找方法来改善其油墨产品对环境的影响。Aquaecol是东洋油墨公司首批推向市场的环保系列水基柔印油墨产品之一，尤其适用于里印（标签印刷和复合里印），承印材料包括可蒸煮加工的食品包装材料等。经过测试，目前耐蒸煮温度在120℃～135℃之间。

为了满足客户要求，东洋油墨推出了AquaLiona系列产品，对以前产品的性能作了改善：

1.采用一种特殊的颜料分散体以提高颜料含量；

2.VOCs含量降低到2%；

3.提高了干燥性能，稳定了网点再现，从而改善了高速印刷性能；

4.达到了复合所需的粘接强度。

凭借新的水基聚氨酯树脂技术，东洋油墨已经在柔印材料上取得了成果。在塑料薄膜上，即便是低乙醇含量的油墨配方体系，在高速印刷状态下也能展现出极好的流平性和网点再现性。

新款AquaLiona系列产品，采用一种颜料分散体系进行配制，它可以使油墨在网穴更小的网纹辊上进行印刷，从而得到更高的色密度；而且液体的排出量较低，因而印速可以提高到500 m/min，如表1所示。

表1 AquaLiona新旧产品网纹辊线数和网穴容积的比较

此外，更高的色强度使得印刷品的色域更加宽广。为了提高印刷图像的分辨率，应当按照加网版上的线数来选择网纹辊上的线数。高色强度油墨可允许印刷机使用分辨率超过150 lpi的高分辨率加网版进行印刷，从而得到优良的印刷图像。

AquaLiona系列产品适用于复合包装印刷和在PET、OPP、尼龙、PE和PP膜上进行里印。对印刷品进行复合的方式有多种，主要包括：挤出复合、干式复合、无溶剂复合。用新款产品进行印刷，使溶剂残留达到较低水平，安全性也得到了提高。

五、减少生态负担

从环保方面看，水基聚氨酯油墨能极大降低VOCs的排放量。相同的包装材料，选用不同的油墨和不同的印刷方式，在印刷过程中测量相应的VOCs排放量。结果表明，在凹版印刷中，若将溶剂基油墨改换成水基油墨，则VOCs排放量会下降58%；在柔版印刷中，换成水基油墨后，VOCs排放量会下降85%，如图1所示。使用新研制的、VOCs含量仅为2%的AquaLiona系列产品，VOCs排放量将比以往减少得更多。

图1 换成水基油墨，VOCs排放量下降85%

另一方面，在整个包装物制造过程中（包括制版、油墨生产、印刷、复合和包装制品加工），对CO2排放量进行比较，结果发现，若将凹印改换成柔印，标准溶剂基油墨改换成水基油墨，干式复合胶黏剂改换成无溶剂胶黏剂，则CO2的排放量将明显降低。若将溶剂基油墨改换成水基油墨，干式复合胶黏剂改换成无溶剂胶黏剂，则CO2的排放量将下降15%；若将凹印改换成柔印（使用水基油墨和无溶剂胶黏剂），则CO2的排放量将下降44%。如图2所示。

图2 换成柔印、水基油墨和无溶剂胶黏剂，CO2排放量下降44%

六、小结

PU树脂基油墨的通用性和高性能满足了当前和不久将来的市场要求。它们对各种基材具有优异的粘合性能，适用于各种包装材料。这种多功能性和高性能并结合水基油墨的环保性能，符合高要求客户的期望。

七、包装印刷用UV固化油墨

自从三十多年前，UV固化油墨首次引入到金属印刷和包装应用领域，便得到了快速发展。与普通油墨相比，UV固化油墨具有显著优势，包括快速干燥，极大提高印刷质量，降低应用成本。另外，它们不含任何挥发性有机溶剂，因而提高了可持续性。

这项技术始于英国。二十世纪七十年代，Edward Marsden公司推出了全球第一款UV油墨。早期的UV油墨虽然印刷效果良好，但也有其局限性，导致初期增长减缓。特别是，该油墨含有丙烯酸酯单体，如果不小心处理，就会引起皮肤刺激和过敏。

英国印刷行业在UV设备上投入了大量资金，并热衷于使之成为一种可行的工艺。该行业曾与英国印刷油墨制造商协会（现在是英国涂料联盟成员，BCF）合作推出了多项举措，包括针对自律使用合适原材料的丙烯酸酯选择标准；与BCF印刷工业技术委员会促进整个行业的安全操作技能。

八、结合技术

早期的UV油墨在平版印刷性能上表现相对较差，直到二十世纪八十年代才得以解决。Edward Marsden和Wiederholdt（ICI分公司），结合紫外技术，推出了首款Eurocure油墨系列产品（现在Eurocure系列产品属于阿克苏诺贝尔）。这些油墨提供了非凡的印刷性能，从而导致在印刷及印刷设备技术领域里发生了变革。

在印刷领域里，随着数字技术和随机式加网技术（能印刷较小的不规则网点图案）的引入，印前作业，包括排版、膜分离和制版，都发生了变革。允许多色分离，使图像更加精细，色域更加宽广，可使用特殊颜色进行包装设计。

UV油墨应用于金属包装印刷相对较晚。典型的金属包装印刷用单张纸印刷机的制造已延续多年，服役四十多年的Crabtree或者Mailander印刷机仍在满负荷生产的并不少见。然而，许多公司将其传统的单色和双色普通型印刷机改装成UV印刷机和混合型印刷机（第一单元为UV印刷装置，后跟普通型印刷机和烘箱）。此类印刷机开始变得越来越复杂，运行速度也越来越快，并能配置多色机组和机组间UV系统。

UV油墨在金属印刷中的一个主要优势在于能够进行湿叠干印刷。虽然用普通型油墨的湿叠湿印刷可以印制一些半色调图案，但是只适用于有限的几种图案类型。如果使用UV油墨，就可以在最新式的高速多色印刷机上进行高质量湿叠干印刷，机速可达到8 000印张/h。

九、安全标准

UV油墨被广泛用于食品包装，值得关注的是，有一些成分可能会迁移到食品中，导致出台了大量的监管规则和行业指导。金属包装虽然也被关注，但关注的焦点主要还是纸箱和软包装行业。

因此，应用于食品包装印刷的UV油墨，必须进行特殊配制，才能在包装制品加工中达到“良好操作规范”的要求，这是非常重要的。阿克苏诺贝尔继续与BCF和EuPIA（欧洲印刷油墨协会）合作，捍卫安全配方和制造标准的使用。

十、UV的可持续性

总体来说，UV印刷及UV上光产品与普通产品相比，具有更高的环保性和可持续性。UV油墨，零VOCs排放，无需使用燃气烘箱，只消耗相当少的能量进行干燥；印速高、转换快，可在线进行多色印刷，使得印刷成本大大降低。此外，UV生产线与普通生产线相比，所占空间更小。

十一、小结

阿克苏诺贝尔提供全套系列油墨和涂料产品，以满足包装行业所有细分市场包括食品和饮料市场的需求。该公司一直投资UV包装油墨产品的开发并紧跟全球UV包装油墨市场的发展。近来，该公司在中国松江新建的包装油墨厂开始投产。这家新厂将成为阿克苏诺贝尔在中国当地的油墨供应商，以加强其在当地包装市场的地位。

十二、机上控制金属油墨颜色的解决方案

过去，从科学角度上看，在印刷机上对金属油墨的颜色控制不是很精准。在大多数情况下，机上金属油墨是按照客户视觉的接受度来控制颜色。金属油墨的光泽度不能通过密度计或分光光度计按0°/ 45°或45°/ 0°的设置进行测量，因为测量结果往往会有误差。此前，测量金属油墨的唯一方案是使用配有漫射照明或者测量几何结构d/8°的分光光度计。然而，这类分光光度计通常不适用于印刷车间。

国外科研人员在对金属油墨的测量研究中发现，将一个偏振滤波器设置在密度计的光路上，可以达到非常好的测量效果。在加拿大圣地亚哥举行的2010 TAGA年度技术会议上，这项研究发现被公布并发表在该会议的论文集中。唯一的问题是，密度计厂家所用偏振滤波器的类型存在差异。

新ISO 13655标准的颁布，公开了三种测量模式，并明确定义了测量条件。以下是所规定的测量条件：

M0—传统模式（任何照明光源，主要是钨丝灯）；M1—D50，含UV模式（设备可以使用两种不同的方法来实现这种模式）；M2—不含UV模式（不含波长低于400 nm的UV光）；M3—偏振模式。

M0模式被称为传统模式，目前一些印刷车间所使用的测量装置都选择这种模式。选择这种模式进行测量的仪器通常使用经蓝光校正的钨灯泡作为被测样品的光源。以钨丝灯为光源的仪器，所产生的UV光线（波长范围300 nm ～400 nm）的光量极低。

M1模式被称为“D50”模式或“含UV”模式。仪器光源必须使用CIE标准光源D50。相对于以前对D50的规定，新测试方法作了如下改进，即在明确D50光源的波长光谱功率分布的同时，还应当明确UV光线的光量。

M1模式源自于ISO 13655，是因ISO 3664标准针对取景窗口的升级而产生。ISO 3664还规定了在取景窗口中必须明确UV光线的光量。

M2模式被定义为“无UV”模式。设定了M2测量模式的仪器只能使用发射波长为400 nm以上的光源。

M3模式为偏振模式。它使用两个偏振滤光器用于屏蔽UV光线，一个设在光源的前面，另一个设在测量传感器的前面。ISO 13655表述如下：“M3对样品照明的要求同M2一样，在光路的流入和流出位置都设有偏振滤波器，它们的偏振主轴处于正交方向或者‘交叉’方向”。

M3模式最初被定义为测量湿墨膜，它可以消除所有的表面反射。M3模式还可以用来测量特殊效果油墨，包括测量金属油墨。

有研究人员曾选用X-Rite eXact和Tenchkon SpectroDens作为测量工具。这两种光密度计允许用户在多种测量模式之间进行切换。这两种仪器都配有相应的软件用于数据采集，而且提供了无线(Techkon)或蓝牙(X-Rite)传输数据功能。这种便捷功能可允许操作者远程测量颜色，而不必将计算机直接与仪器连接。

首先，用Prüfbau印刷适性仪对10种金属油墨进行打样，以PANTONE®金属油墨色卡作为颜色参考，并利用DE2000色差公式测定印样与色卡之间的色差。因为用DE2000色差公式计算出的色差值比肉眼观察到的精确。光密度计通常用于测量印样的反射光，得到L*a*b*值和墨膜密度值。因此，可能会用M3模式来测量金属油墨并得到墨膜密度，其测量结果也被大多数印刷机操作者所认可。

这10种金属油墨分别是：P874、P877、P8063、P8083、P8203、P8283、P8682、P8783、P8824和P8863。如前所述，这10种金属油墨印样与PANTONE®金属油墨色卡进行比对。一旦颜色匹配，即可连续印刷。其间，还必须观察L*a*b*值和墨膜密度的变化情况。采用海德堡Quickmaster QM46-2实验室印刷装置制作印样，从10种金属油墨中采集6个印样。打样顺序依次为：P874、P877、P8063、P8203、P8682和P8824。一旦油墨的密度达到标样密度，即可停止供墨并在铜版纸上印制200张印样。涂布纸颜色与PANTONE®色卡颜色相近。在这200张印样中，每10张印样选取1张，用上述两种光密度计分别测量它们的L*a*b*值和墨膜色密度并作好记录。

测量结果表明，这两种仪器(Techkon SpectroDens和X-Rite eXact)对同一印样的测量结果是吻合的，Techkon Spectrodens和X-Rite eXact对金属油墨密度的测量接近一致。这两种测量装置上的密度函数可以很容易地跟踪印刷机上墨膜密度。当操作者试图印刷一种非常强烈或浓重的颜色时，墨膜开始变厚，L*a*b*与墨膜密度的差别就开始显现。原因在于厚重墨膜和高密度墨膜使得极少量的光到达光传感器上，导致L*a*b*和墨膜密度的计算值开始略有偏差。

另一个测试项目是跟踪墨膜的L*值，L*是一个亮度测量值。如果测得的L*值低于目标L*值，则表明墨色太暗，上墨量太多；如果测得的L*值高于目标L*值，则墨色太浅，上墨量太少。

许多印刷工作室在印前和印刷作业中配备了不同的仪器，还有一些印刷商为每个印刷厂的不同场所配置了同一台仪器。新ISO 13655标准把所有这些不同的仪器紧密地联系在一起，并提供了不同的测量模式，包括含UV光测量、屏蔽UV光测量，以及用于测量金属油墨的M3模式。这些变化整合在一起，为印刷业的测色、配色等实际操作提供了巨大的优势。

这并不是营销炒作，印刷厂的确应该为升级他们的仪器去寻找方案。Techkon SpectroDens和X-Rite eXact光密度计符合新ISO 13655标准，配有软件驱动装置，易于使用。具体而言，在本项测试中，使用Techkon SpectroDens和X-Rite eXact光密度计按M3模式对机上金属油墨进行测量。不难理解，机上控制墨膜密度的测量值可以显示在这两种仪器的液晶显示屏上，印刷机操作者利用这些测量值像控制四色版油墨一样对金属油墨进行测量和控制。