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、表面張力及干燥時間等對水性光油耐摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明：不 同種類的添加劑及其含量對水性光油的耐摩擦性能影響不同，添加慢干劑、蠟乳液及陽離子表面活性劑均 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)力和提高光油潤濕性能2 個方面提高了光油的耐摩擦性能；隨著干燥時間的延長，光油的耐摩擦性能得 以提高，當鐳射紙的干燥時間為10 s、白卡紙的干燥時間為12 s時，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；干燥時間
中圖分類號：TS802.3 文獻標志碼：A 文章編號：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 對煙包進行上光工藝處理。常見的上光油包括溶劑 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，故曾被大量運 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（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 機化合物（volatile organic compounds，VOC），會造 成嚴重的環(huán)境污染問題；而UV 光油依靠紫外光照射 下的單體交聯(lián)聚合成膜，雖無 VOC 的排放，但是其 上光設(shè)備多依靠進口，價格昂貴，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，越來越多的煙包印刷企業(yè)選擇水性光油 進行煙包上光 [2-3] 。

水性光油是基于水基和醇基的丙烯酸類等水溶 性樹脂液，其主要依靠對承印物的滲透干燥為主、熱 風干燥為輔的干燥方式 [4] ，最大的優(yōu)點為在凹印機 上使用時光油的黏度極易控制 [5] 。但煙包上光時水 性光油同樣面臨諸多問題：聯(lián)線上光速度過快，多 色印刷之后熱風干燥設(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；光油在沒有完全流平延展的情況下固化成膜， 會導(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，而煙包包裝時速度高達300~500包/min，煙 包要承受很大的機械沖擊力 [8] ，這就要求煙包表面 的水性光油具有較強的耐摩擦性能。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 煙包印刷中水性光油上光時干燥速度慢、光澤度不 高、耐摩擦性能較差等問題，對煙包印刷中凹印聯(lián) 線水性上光油耐摩擦性能的影響因素進行了檢測與 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)進行煙包水性上光提供理論參考。

1 耐摩擦性能評價方法 

根據(jù)GB/T 7706—2008《凸版裝潢印刷品》中的 規(guī)定，實驗使用配重摩擦檢測法，對水性光油的耐 摩擦性能進行檢測。

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，放在耐摩擦測試機上（耐摩擦測試機 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，測量其密度值 并取平均值；然后進行摩擦，完成后，對摩擦損失 較為嚴重的區(qū)域測量其密度值，同樣測量3點并取平 均值；最后，根據(jù)如下公式計算耐摩擦度：

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

2 實驗 

2.1 主要測試樣品及測量儀器

 煙包印刷用銀光柱鐳射轉(zhuǎn)移紙，定量為157 g/m 2 ， 實驗對比用白卡紙，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 號水性光油、81299號水性光油、 慢干劑、陽離子表面活性劑、蠟乳液，均為山西中 北公司生產(chǎn)。

接觸角測量儀，Attension 3DTM，瑞典百歐林公 司；凹印適性儀，IGT G1-5，廈門欣銳儀器儀表有限 公司；分光光度計，X-Rite528，美國愛色麗公司；鼓 風式烘干箱，深圳市愛特爾電子科技公司；探針式 數(shù)字溫度計，TP3001，深圳市同力興科技有限公司； 耐磨擦測試儀，MCJ-01A，濟南市賽成電子科技公 司；KINO 表面張力測試儀，瑞典百歐林公司。

2.2 實驗方法 

為方便實驗的進行，所有樣條（鐳射紙、白卡 紙，下同）均提前裁切成25 cm ×5 cm 的標準樣條， 并掛置于恒溫恒濕箱中24 h。實驗環(huán)境為模擬印刷車 間環(huán)境條件，實驗室溫度為20~25 ℃，相對濕度為 55%。另外，除特殊說明，本實驗所有上光標準樣條干燥時間均為10 s，干燥溫度均為40 ℃。

1） 流平性實驗

 使用凹印適性儀，對標準樣條印刷 1 層凹印油 墨，待其干燥后，使用不同添加體積分數(shù)慢干劑的 水性光油進行上光，烘干后進行第2次上光，再次烘 干，然后檢測慢干劑對光油耐磨度的影響。

使用凹印適性儀，對標準樣條先印刷1 層凹印油 墨，待其干燥后，進行第1次不同厚度的水性光油上 光，待其烘箱干燥后進行第2次同等厚度的水性光油 上光，然后進行烘干處理，用以檢驗2次上光時流平 性對光油耐摩擦性能的影響。

2） 表面張力實驗
取01103號、81299號2種水性光油，對干燥后的印刷標準樣張進行上光，置于烘箱干燥后，檢測不同表面張力與耐摩擦性能的關(guān)系。

取添加不同體積分數(shù)陽離子表面活性劑的01103 號水性光油，對印刷干燥后的標準樣條上光，置于 烘箱干燥后，排除其他因素影響，檢測表面張力這 個單一變量對光油耐摩擦性能的影響。

3） 蠟乳液實驗 采用添加不同體積蠟乳液的 01103 號水性光油， 對干燥后的印刷標準樣張進行上光，待其烘干后，檢 測蠟乳液的不同添加量對光油耐摩擦性能的影響。

4）干燥性能實驗
采用01103 號水性光油，對干燥后的印刷標準樣張進行上光，設(shè)置不同的烘干時間進行干燥處理，檢測干燥性能對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醇類、酯 類組成 [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，延長光油的干燥時間，有利 于光油流平的同時，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 流平過程中受到的阻力越小，流平速度和效果越好。

通過向水性光油中添加不同體積分數(shù)的慢干劑， 分析該因素對光油膜層耐摩擦性能的影響，其結(jié)果 見圖2。由圖2 可知，當慢干劑添加體積分數(shù)從0 變 化到1.0%時，光油的耐磨度由最初的87.4%（白卡紙） 和90.7%（鐳射紙）分別增強至93.7%和95.9%。但是， 當慢干劑添加體積分數(shù)超過 1.0% 時，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：慢干劑添加體積分數(shù)的持 續(xù)增加帶來了光油膜層的不穩(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，但是達到一定上光量即 印版網(wǎng)穴深度為29 m 時，其耐摩擦性能趨于穩(wěn)定。 初次上光相當于在承印物表面先打1層底油，形成一 個相對較為光滑的表面。這樣，進行第2 次上光時， 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，也不會增強光油的耐磨度。

3.2 表面張力對光油耐摩擦性能的影響 

光油表面張力與光油中樹脂的種類與含量、潤 濕劑的添加量以及其他各種助劑的含量有關(guān) [10] 。根 據(jù)潤濕理論，光油的表面自由能越低越容易發(fā)生潤 濕，其在油墨或紙張表面的附著能力也越強，光油 的膜層會更厚，其耐摩擦性能也更好。在水性光油 中添加陽離子型表面活性劑，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，改善光油對底材的潤濕性，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。

采用表面張力測試儀，測得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號光油，其耐磨度要高于 表面張力較高的81299 號光油的耐磨度。

實驗通過改變光油內(nèi)陽離子表面活性劑的添加 體積分數(shù)，比較不同表面張力下同種水性光油的耐 摩擦性能。圖4所示為陽離子表面活性劑添加體積分 數(shù)對光油耐摩擦性能的影響。

由圖4 可知，隨著陽離子表面活性劑的添加體積 分數(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%。但當表 面活性劑添加體積分數(shù)超過0.5%時，過多的表面活性 劑會導(dǎo)致光油膜層變厚，使得其干燥困難，從而給光 油成膜帶來負面影響，導(dǎo)致光油的耐摩擦性能降低

3.3 蠟乳液含量對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 光油成膜過程中，蠟乳液會漂浮在光油膜層表面，形 成保護層，而蠟顆粒多為球形，當應(yīng)力作用在光油 膜層的表面時，球狀的蠟顆粒會將其分散，從而可 以減輕外界應(yīng)力對光油膜層的破壞。

蠟乳液的添加體積分數(shù)與蠟乳液顆粒度對光油 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，最終使蠟保護層更 加細密光滑，其保護作用更加突出。蠟乳液添加體 積分數(shù)對光油耐摩擦性能的影響如圖 5 所示。

由圖5 可知，相對于單一顆粒 [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 加體積分數(shù)過高（本實驗中約為大于2.0%）同樣會影 響光油的成膜性能，所以不宜添加過量的蠟乳液 [13] 。

3.4 干燥時間對光油耐摩擦性能的影響 

水性光油中樹脂的干燥機理為：當干燥溫度略 高于光油成膜的最低溫度時，樹脂顆粒就會交聯(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 間的延長，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) 機上光，造成光油干燥時間短、干燥不徹底、在印 后加工時容易出現(xiàn)劃傷等問題。

不同干燥時間對光油耐摩擦性能的影響見圖 6。

由圖6可知：隨著干燥時間從3 s延長至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%，且鐳射紙干燥時間為10 s、白 卡紙為12 s 時，其光油的耐摩擦性能較好。但是隨著干燥時間的延長，底層油墨會出現(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、表面張力及干燥時間等對水性光 油耐摩擦性能的影響。研究結(jié)果表明：

1）不同種類的添加劑及其含量對水性光油的耐摩擦性能影響不同。添加慢干劑、蠟乳液及陽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 潤濕性能 2 個方面提高了光油的耐摩擦性能。

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

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