討天然印墨抗磨擦劑的應用

一、水墨印刷幾多歡樂幾多愁
包裝印刷技術追求環保效果時，人們就會首推水溶性油墨制品，其最大特點是：⑴不污染環境；⑵材料來源廣；⑶成本低，被公認的綠色產品。但經過人們長期實踐之后，由于技術的局限，經常會遇到：①套色難度大；②光澤差；③翹邊翹角；④不耐水浸泡；⑤不耐磨擦；⑥對金屬類如鋁箔和聚烯烴類薄膜附著牢度不夠好等，使印刷油墨的適應范圍受到質疑。這個老大難問題，嚴重地困擾著該產品的推廣應用，直接影響著油墨理論知識的進步。現通過現代油墨印刷技術分析研究后證明，這些特殊故障的出現都與油墨的表面張力大有關。為了克服上述難題，筆者經過近二十年探索之后，總結了水性油墨成膜過程所出現的滲透成因與抵抗滲透壓的天然水墨抗磨擦劑的作用機理，以便同油墨、印刷界同仁商榷。
二、水墨抗磨擦劑的作用機理
1. 抗磨擦劑材料 該產品的原材料是先采用物理的方法，經過過濾、濃縮、分離析出——即將由粗制品再結晶精制，并用化學的方法除去堿金屬和堿土金屬的硫酸鹽及碳酸鈉等雜質而成鈉化合物 —— 抗磨擦劑的原材料的。
由于考慮到在自然界中幾乎到處都能購買到，特別是在包裝印刷制品中要預防包裝印刷油墨的圖文墨膜滲透，控制和降低油墨體系里的連結料表面張力及用量，筆者歷經湖北、湖南、廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧、河南等地包裝印刷企業的反復比對后認為：這種再溶解配伍的中性抗磨擦劑仍屬天然無機物，沒有任何毒副作用的。它不僅能大大提高包裝印刷圖文墨膜光澤度和抗磨擦性，而且也是目前世界上方法最簡單、成本最低、人體所需的元素之一。
2. 耐磨擦劑的作用機理　 優良的包裝印刷油墨圖文墨膜，不僅具備上述條件，而且還應該在該油墨體系添加ph緩沖溶液，其目的是：在一定條件下還能抵抗外來酸或堿的干擾，更不會因加入少量的酸或堿而改變油墨ph值的助劑去保持油墨液體酸堿度在一定范圍內的穩定性。特別是當線型結構的水墨體系里連結料加入了它后，就能使水墨產生交聯——能在線型分子間起架橋作用，從而使多個線型分子相互鍵合交聯成網絡結構的最廉價的水性油墨助劑，最明顯的是支化度大大提高數倍，甚至數十倍以上，進而包裝印刷制品的范圍擴大和成本降低。
我們知道，印刷油墨墨膜的不穩定性，主要是油墨的滲透壓不平衡所致。通常能夠維持油墨平衡的主要成分是中性的交聯劑。一個缺乏交聯維持油墨穩定的表面現象是油墨含水量大的和表面粗糙的承印物，可致油墨體系里水將連結料里樹脂滲入承印物內而導致包裝印刷圖文墨膜光澤差，不耐擦等。當我們從其分子量在106之多、相對密度達到2.1／25℃以上，熔點接近800℃、沸點更是無法讓人難以置信時，從溶于水、甘油、醇的現象中可以想象：這樣的交聯助劑，不僅能提高油墨生產或使用時控制油墨的發脹、膠化，而且也能提高包裝印刷油墨的耐熱性。無論是在高溫生產、還是在低溫作業的復雜環境，都不會因該產品的添加而出現氣泡、引起針孔和釋放氣體，更不會因該助劑在圖文墨膜的殘留而導致圖文的遷移、變色和褪色。
筆者在大量的試驗中得知：當高溫超過300℃易分解并放出氧氣。這種的氧化性，如碳、硫、磷以及有機物等易燃物相混合撞擊后引起猛烈爆炸，但作為再溶解配伍成型的水墨抗磨擦劑的液體的氧化性要比固體弱得多，何況要求包裝印刷制品超過300℃的至今還沒有出現過。
3. 印刷圖文墨膜的形成原理 我們認真回顧二千年來的包裝印刷經歷。雖然印刷方式各有不同，圖文墨膜的形成也形形色色，但最基本的基礎理論是：印刷后，承印物上的圖文墨膜定格在所印處的位置上，科技界常稱為物理吸附和化學吸附兩大類別。即：物理吸附主要以油墨與被承印物的分子間的作用力而相互吸引，一般吸熱較小；而化學吸附以類似于化學鍵的力相互吸引，一般吸熱較大。作為液體或固體油墨表面對氣體或溶質的一種吸附現象，在我們日常包裝印刷中，由于油墨的吸附力往往要大于被承印物，所以承印物已吸附的油墨不易釋出——即粉化、針孔、掉塊、滲透等，否則反之。這是因為包裝印刷油墨的氫鍵在承印物上已經起了化學變化，不再具有原來的性狀(態)，所以當添加水性油墨抗磨擦劑后多是不可逆的作用。
為什么包裝印刷油墨體系在印刷后的承印物上，僅能通過分散介質——水(溶劑)和氨化樹脂分子／即膠體溶液(專業講連結料)，而不能通過顏料(著色劑)和填充料分子，從而使分散介質的分子與著色劑分子隔開？因為分散介質一經印刷便通過承印物向外擴散。此現象叫包裝印刷油墨滲透。嚴格地說：滲透大多為分散介質，而分散介質大多又是溶劑類。當兩種不同的濃度(油墨體系中的不同溶解度的溶劑和不同的樹脂)連結料在與不同分散性的微細粒子著色劑分散、研磨在介質中所形成的油墨分散體系被承印物隔開時，其中濃度較低的連結料溶液中的溶劑也能滲入濃度較高的溶劑中去，而殘留在承印物表面的大多為顏料和填充料常稱為懸浮，而由于分散介質中的連結料(此處僅指樹脂)成分較小或不穩定，故極易被水或其它溶劑沖掉或被磨擦掉色。
上述的故障出現(滲透)而導致失去圖文墨膜的光澤度。采用天然水墨抗磨擦劑可彌補其墨膜成型后的缺陷(油墨滲透、浮色、光澤差、不耐水、翹邊翹角，色彩明度、彩度低，印品平整度差而難于一版多色的高速套印，人工堵齊和程控分切以及機械化貼標正品率低等等）。利用水墨抗磨擦劑的優點，促使油墨體系里溶劑(水、醇)、樹脂、顏料、填料與承印物之間的平衡。這被稱作用額外的壓力去實現近四十年世界范圍夢寐以求的愿望。
學術界將額外壓力用x字母表示。而水墨抗磨擦劑的添加量的大小決定了滲透壓力的大小與包裝印刷油墨體系里連結料的濃度和溫度(包括承印物ph值、溫度、平整度、含水量多少)以及印刷車間的環境溫、濕度。一個理想的水溶性印刷油墨連結料有下列的關系式：
式中xa’是濃度較高油墨連結料中的溶劑(水、醇等)的摩爾分數，xa是濃度較低的油墨連結料中的溶劑(水、醇等)的摩爾分數。a是溶劑的摩爾體積。如果低濃度的油墨連結料用純溶劑代替，則xa=l，故上式可化為：
水墨抗磨擦劑的作用機理除了普遍的共識外，ph值的控制，油墨墨膜體系樹脂含量過少或連結料在氨化反應的不科學，而導致上述的故障出現也是常有的事。雖然上述故障歸結為油墨適性差和不穩定，縱觀過去國內外市場的水墨品牌和閱覽各包裝印刷報刊發表的不同高見，一個能夠成為大路貨的水墨助劑水墨抗磨擦劑還有待包裝印刷油墨界、包裝印刷界及商品包裝客戶及消費者共同去加以完善。即材料來源充足，購料價格低廉，處理故障簡單易行，隨加隨用而又立竿見影。至于能否選擇上述筆者提出的排除印刷故障的原理去進行配方設計和拓展應用范圍——不再為此而苦苦探索而影響包裝印刷的正常營銷業務，仍需整體達成共識才更具綠色環保型油墨的實際意義。
面對當今不同國家不同地區及不同廠商研究開發的不同油墨品牌，科學設計并生產一個全新的環保型的水溶性包裝印刷油墨產品，以幫助我國乃至世界包裝印刷油墨企業，特別是包裝印刷企業徹底防止上述故障的發生，也有利于抑制包裝印刷制品因油墨的低劣而出現泡沫、針孔、白點、縮孔、翹邊翹角、滲透、浮色、掉色等故障的生產經營風險。
三、水墨抗磨擦劑的應用前景
千百年來為何一種水墨在一個配方設計后采用不同的工藝流程進行油墨生產和包裝印刷后，偶爾會出現這樣或那樣的印刷缺陷(故障)？但在選用不同的分散介質或不同的承印物及不同的包裝印刷工藝后，印刷缺陷就沒有了呢? 當我們在選用另一個配方設計后，采用不同于上述的工藝，就沒有了生產上常出現的故障呢?要想固守某一個所謂放之四海而皆準的科學理論，首先以唯物觀點去認識今天的世界，破除墨守陳規，挑出能抑制這些故障的助劑(去彌補油墨穩定性上的不足)上的差異，承印物(如 ph值和白度)與油墨表面張力差異則是至關重要的。一句話：因何而出現的故障，就抓住原因去處理。
筆者浮淺地認為，世界上根本就不可能有萬能助劑，但水溶性包裝印刷油墨抗磨擦劑是目前應用較廣和最實惠的助劑之一。只是水墨應用的非常小而已，并不都是所有的故障都歸結為水墨的產品質量造成的，還應有承印物質量、機械壓力、操作當否、環境溫、濕度的作用也不可忽視。
今天，在我們還沒有找到一個長期而有效的水型包裝印刷油墨產品前，可能應用水墨磨擦劑是有效的明智選擇。這將打破現有包裝印刷油墨使用格局，其前景是不可估量的。


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