蔡成基

凹印工藝的VOCs排放問題由來已久，霧霾與PM2.5超標等一系列環(huán)境污染的重大事件成了解決凹印VOCs問題的催化劑。曾經(jīng)被視為都市工業(yè)的印刷業(yè)，現(xiàn)在卻被列入污染行業(yè)之列，這的確是一件非常悲哀的事情。廣東、上海、北京等地先后頒布的相關地方標準，意味著將對印刷業(yè)VOCs排放開始新一輪制裁。同時，網(wǎng)傳的印刷企業(yè)退出北京也給印刷業(yè)帶來了震撼，2014年北京市政府公布的《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄（2014年版）》中要求包裝裝潢印刷企業(yè)退出北京，但今年8月24日公布的《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄（2015年版）》做了修改，使用溶劑型油墨的包裝裝潢印刷企業(yè)退出北京，這就為膠?。ㄔ诎b印刷業(yè)占 50%以上）留下了一扇門。所以，凹印VOCs問題必須得到真正解決，怎么解決？答案是水墨。

首先需要明確幾點，第一，本文介紹的水墨包括水溶性與水分散性油墨；第二，水墨中有機溶劑的含量不超過5%；第三，針對的承印材料為非吸收性的塑料薄膜與金屬箔，不包含紙張凹印水墨，因為凹印水墨在紙張上可以用滲透吸收來幫助揮發(fā)干燥，且這項技術已基本成熟。

水墨是解決薄膜凹印VOCs問題的根本途徑

根據(jù)出口端控制VOCs排放是一個有效的解決辦法，即對氣體狀態(tài)的有機溶劑進行回收，但這種方法會給凹印企業(yè)帶來成本增加的壓力。北京安姆科投資1000多萬元，為4條凹印生產(chǎn)線配置了4套兩級脫附常溫溶劑回收設備，目前2套已安裝完畢并投入試運行，據(jù)稱每年可減排有機溶劑812噸。需要注意的是，這1000多萬元僅是設備投資，并不包括設備的日常運行費用，即能源消耗的支出，因為不管采用哪種技術進行有機溶劑回收，一定會牽涉到能耗問題。

目前，有機溶劑回收裝置在干法復合工藝中的應用最為成功，因為干法復合工藝使用的是單一溶劑乙酸乙酯，通過有機溶劑回收裝置回收得到的單一溶劑乙酸乙酯可以直接使用。但是，凹印工藝中使用的是混合溶劑，通過有機溶劑回收裝置回收得到的是溶劑的各特性參數(shù)全部打亂的混合物，而不是直接可用的達到原設計指標的混合溶劑，因此必須進行精餾。但精餾需要技術、資金與能源，凹印企業(yè)無能為力，只能委托專業(yè)機構來處理，然后再以低一些的價格回購?；旌先軇┗厥赵诠に嚺c成本上的難點，使得某些不良業(yè)者即使在凹印機上配置了有機溶劑回收裝置，但也不常用，政府環(huán)保部門來檢查了才用，不來檢查就不用。

但是，現(xiàn)在情況不一樣了，10月1日起政府要對印刷業(yè)VOCs排污收費了，所以薄膜凹印VOCs問題必須得到真正解決，而解決這個問題的根本途徑就是水墨。

誰為薄膜凹印水墨試驗買單

經(jīng)常有人問我：哪一家油墨企業(yè)的哪一種型號的薄膜凹印水墨是可以過關的？我坦率地告訴大家：沒有。薄膜凹印水墨在國內尚處于新生階段，良莠不齊，質量水平相差很大。國外雖然有成熟的薄膜凹印水墨技術，但是國外油墨巨頭尚沒有在國內印刷界鋪開市場，沒有合適的產(chǎn)品，缺少關注。而且，舶來品缺少技術支持與技術服務，因為國外油墨企業(yè)的國內技術人員不了解薄膜凹印水墨的核心配方，更沒有修改權。而我們國內油墨企業(yè)技術上缺乏深度，應變能力差，既少產(chǎn)品，更少服務。

而且，傳統(tǒng)的油墨試驗方法面臨成本壓力與質量風險，一旦失敗，誰來買單？現(xiàn)在，沒有一家油墨企業(yè)會承諾到凹印企業(yè)試驗，如果試驗失敗，由他來買單。沒有一家油墨企業(yè)會做出這樣的承諾，即使是在世界排名前幾位的油墨企業(yè)也不會。他們通常是免費提供油墨給凹印企業(yè)，凹印企業(yè)用自己的薄膜材料進行試驗。但是，要知道，在軟包裝成本中，承印材料成本起碼要占到50%以上。那么，誰為不成熟的薄膜凹印水墨技術買單？歸根結底，還是凹印企業(yè)。所以，即使油墨企業(yè)聲稱自己的產(chǎn)品如何如何好，也沒有哪家凹印企業(yè)敢試驗，因為誰也不愿意承擔這個風險。這就造成了我們傳統(tǒng)凹印軟包裝界的尷尬局面：油墨企業(yè)稱自己有薄膜凹印水墨產(chǎn)品，凹印企業(yè)卻說這種水墨產(chǎn)品不行，而政府則要開始對印刷業(yè)VOCs排污收費。所以，現(xiàn)在面對環(huán)保問題，傳統(tǒng)凹印企業(yè)無所適從。

薄膜凹印水墨的質量要點

為了保證在薄膜上的印刷質量，需要關注凹印水墨的幾個質量要點。

（1）在薄膜上的附著力。在薄膜等非吸收性承印材料上印刷時，油墨無法通過承印材料滲透而達到附著，如何保證墨膜在薄膜上的附著力，這是薄膜凹印水墨的首要質量問題。

（2）干燥性能。凹印水墨在薄膜上的干燥以揮發(fā)為主要途徑，但由于水的揮發(fā)速度很慢，所以凹印水墨的干燥性能必須考量。

（3）是否容易起刀絲？凹印溶劑墨印刷時無法避免刀絲，除了環(huán)境因素造成的異物嵌進刮刀外，主要原因還在于其使用的混合溶劑的溶解性波動。凹印水墨不采用混合溶劑，理論上不存在因混合比與揮發(fā)比不一致而造成的溶解性波動風險，但客觀現(xiàn)實是其印刷中刀絲仍然不可避免。

（4）黏度變化與控制。凹印企業(yè)都面臨著控制色差的問題，而油墨黏度變化會影響印品色差，因為油墨黏度不同，油墨中色漿的比例、固含量都不一樣。所以，凹印企業(yè)一般會每隔15分鐘測量一次油墨黏度，或者采用油墨黏度自動控制裝置，自動監(jiān)控油墨黏度，并自動添加有機溶劑來幫助保持油墨黏度的穩(wěn)定性。凹印水墨中很少有機溶劑，但同樣存在黏度變化問題。

（5）水墨pH值的穩(wěn)定性。水墨pH值一般在8.5～9.5，有些水墨pH值甚至會達到或超過10.0。但水墨pH值會隨著周圍環(huán)境溫度的變化而改變，pH值波動之后，就會改變油墨黏度和轉移率，又會帶來色差問題。因此在印刷過程中，必須要定時監(jiān)測并調整水墨pH值，但這讓生產(chǎn)一線的操作人員感到很不方便。

（6）墨膜的耐刮擦性能。表印油墨對墨膜的耐刮擦性有特定要求，這同油墨中樹脂的硬度或添加劑的成分與比例有關。必要的耐刮擦助劑，凹印溶劑墨中具有的，凹印水墨中也應該具有。

（7）水墨在版輥上的移除性能。這關系到凹印污版問題，業(yè)內一直認為這是由于印版沒有刮干凈造成的，以前都是由制版廠和凹印企業(yè)來共同承擔責任。其實這是油墨的問題，如果凹印水墨在版輥上的移除性能好，就能避免凹印污版問題。

薄膜凹印水墨實驗室檢測內容

凹印企業(yè)應當如何篩選薄膜凹印水墨？這是水墨應用中一個亟需解決的課題。在用溶劑墨時，凹印企業(yè)會做一些非常有效的事前檢驗工作，主要包括：①用凹印絲棒將油墨轉移到薄膜上，用3M公司的600/610型膠帶測定油墨在薄膜上的附著力；②用愛色麗分光密度儀測定顏色密度；③用細度檢測評估凹印刀絲的風險；④用初干長度評估干燥性能；⑤用指甲或平磨法測試耐磨與耐刮擦性；⑥用氣相色譜儀檢測溶劑殘留；⑦用Blocking測試方法檢測油墨的耐熱黏連。這些都為薄膜凹印水墨檢驗提供了一個很現(xiàn)成、很實用的思路和方法。

薄膜凹印水墨與溶劑墨同屬于液體油墨，在薄膜上的干燥方式都以揮發(fā)為主，承印材料均為不能通過滲透吸收方法助干的極性與非極性薄膜，都可以適應里印與表印不同工藝。但是，溶劑墨的黏度變化大，水墨的黏度變化小，而且水墨需要控制pH值。

薄膜凹印水墨實驗室檢測應包括以下內容：①水墨在不同極性薄膜上的附著力測試；②用初干長度表征的干燥性能；③細度；④黏度；⑤顏色密度；⑥pH值穩(wěn)定性；⑦墨膜耐磨與耐刮擦；⑧有機溶劑含量；⑨表面張力。這些就是我們要在實驗室里做的工作。

膠帶法測定凹印水墨在薄膜上的附著力

1.膠帶測定法的基本原理

用3M公司的600/610型膠帶測定油墨在薄膜上的附著力，揭示了油墨在薄膜上附著的基本原理。首先，油墨在薄膜表面能微溶，發(fā)黏，在薄膜上建立錨固點；其次，油墨要能在薄膜上潤濕，使錨固點盡可能地多；然后是墨膜中的溶劑或水從中析出，墨膜中的樹脂逐漸交聯(lián)、強化?，F(xiàn)在，許多凹印企業(yè)也是通過這種方法來檢測凹印水墨附著力的。

為什么要用3M公司的600/610型膠帶，而不能用普通的封箱膠帶？因為普通封箱膠帶與3M公司600/610型膠帶的膠水配方不同，兩者的黏性不同，貼到墨膜上之后產(chǎn)生的黏合力也不一樣。膠帶在墨膜上產(chǎn)生的黏合力的大小同膠水配方相關，規(guī)定了膠水型號即規(guī)定了黏合力。也就是說，當使用3M膠帶去測試膠帶對墨膜的黏合力時，我們規(guī)定了這種力的大小是由3M公司600/610型膠水的黏性為比較單位的。因此，膠帶從墨膜上撕離，即黏合力與錨固力的PK，黏合力小于錨固力，代表墨膜對薄膜的附著力大；黏合力大于錨固力，則代表墨膜對薄膜的附著力小。

在此需要注意，當測定凹印水墨在薄膜上的附著力不達標時，我們其實需要判斷兩個原因，一是墨膜與薄膜不相容，墨膜在薄膜上因不溶而無法建立錨固點，或者因錨固點過少而缺乏堅固的根基；另一個則是墨膜沒干透，內含的添加劑或水分使墨膜強度低，結合力過小而無法抵御膠帶對墨膜的黏合力。這兩種原因都能導致墨膜被膠帶撕離，但解決方法完全不同。因此我們在判斷凹印水墨在薄膜上的附著力時，必須要能清晰地分辨之，而不要混同。

還有一點值得說明，其他印刷工藝所用的油墨不少是在偏用該原理。比如UV墨，只要在UV油墨中添加表面活性劑或酰胺類助劑，就會使墨膜表面很滑，即使墨膜沒有干透，膠帶也粘不上，拉不下來，這就會造成UV墨膜已經(jīng)干燥的誤判。

2.水性乳液同薄膜的相容是關鍵

通常，水墨中一般包含兩類樹脂，即水溶性樹脂（俗稱水性溶液）與水分散性樹脂（俗稱水性乳液），決定水墨同薄膜相容的主要成分是呈乳液狀態(tài)的水性樹脂，即水性乳液。因此，水性乳液同薄膜的相容，是我們篩選凹印水墨時很重要的一個因素。根據(jù)溶解性配合三原則：極性相近，溶解度參數(shù)δ相近以及能生成新的氫鍵，而溶解度參數(shù)δ是溶解性三要素中的關鍵因素，要將水性乳液的溶解度參數(shù)同薄膜的溶解度參數(shù)的差值控制在±15%以內，才能保證水性乳液同薄膜的相容。

在目前階段，我們不必苛求水性乳液對極性薄膜與非極性薄膜兼容。正如當年用無苯凹印油墨取代含苯凹印油墨時，用不同型號的油墨來分別適應極性薄膜和非極性薄膜。為了安全起見，我們也必須要給水墨供應商一個過渡期。

需要注意的是，只有理論上站得住腳的分析才可能對篩選提供幫助，這一點非常重要?，F(xiàn)在很多水墨供應商的做法就是，給凹印企業(yè)提供一些水墨，讓凹印企業(yè)自行測試。凹印企業(yè)只能分別在極性和非極性薄膜上進行測試，印刷后用膠帶法測定這種凹印水墨的附著力，以及適用的承印材料范圍。其實凹印企業(yè)的這種做法是不可靠的。可靠的做法是，先分析水墨供應商提供的這種凹印水墨用的是什么樹脂，如果是水性丙烯酸樹脂，那么我們就可以知道這種凹印水墨的極性范圍是多少，然后就可通過實驗室手段檢測它的溶解度參數(shù)δ大致在什么范圍。這樣，基本上就能知道這種凹印水墨是適用于極性薄膜還是非極性薄膜，或者對于極性和非極性薄膜兼顧。水墨供應商一般是不會告訴凹印企業(yè)這些信息的，原因有兩種，一種是出于技術保密，另一種是他們自己也不知道。但是，凹印企業(yè)要試用水墨的話，一定要建立自己的實驗室手段，把這些信息參數(shù)測出來。

3.確認水性乳液是第一難點

水性乳液的性能決定了凹印水墨在薄膜上的附著力、干燥性能、墨膜的耐抗性等關鍵參數(shù)，所以確認水性乳液是至關重要的一環(huán)。但是，對于水性乳液同薄膜的相容性判定，水墨企業(yè)現(xiàn)在大多還是用實驗的方法，而不是用測定乳液樹脂溶解性的方法來確認。其實，水性乳液的溶解度參數(shù)是可測的，只是目前還未成為國內水墨設計的規(guī)范方法。

在無法確認水性乳液溶解度參數(shù)條件下，需要用時間來幫助判斷。測定水性乳液溶解度參數(shù)時需要有必要的烘干條件，還需要一周乃至二周的等待時間，然后用膠帶測定法進行測試，根據(jù)膠帶轉移油墨量大小的變化來判斷水墨同薄膜的相容性。但是，我們也要注意避開實際判斷中誤區(qū)。比如，烘干并放置24小時后的墨膜全部被膠帶拉下來，放置48小時后的墨膜被膠帶拉下的情況要好一點，放置72小時后的墨膜則大部分都保留了。遇到這種情況時就要注意了，其實水性乳液同薄膜是相容的，只是墨膜未徹底干燥，只要解決好干燥問題就可以了。

所以，在此要給大家一個建議：不要輕易地否決。凹印水墨還是一個成長中的“嬰兒”，不能因為它還不成熟，就輕易地否決，把嬰兒和洗澡水一起倒掉。其實，有些水墨還是有不少優(yōu)勢的，只需要對其做一些改善就可以了。但是很多人根本不知道改善的方向在哪里，然后就直接把這些水墨否決了，這恰恰是我們凹印界的悲哀。

用初干長度表征的干燥性能

初干長度是揮發(fā)性油墨干燥性能的有效表征，所以用刮板細度計測定水墨初干長度來評估凹印水墨表干特性仍然是有效的，采用這種方法在上機前就可以知道水墨干燥速度的快慢，并能判斷上機印刷的失敗概率有多高。但是，初干長度測定對凹印水墨干燥性能的評估存在局限性。初干長度測定結果顯示，凹印水墨的干燥速度慢，如何加強凹印水墨的干燥？長期以來的解決措施就是對凹印機進行改造，加長烘道，提高干燥溫度，但這樣做容易引起薄膜變形，出現(xiàn)套印不準，造成大量廢品。而且，干燥劑技術與催化劑加速的樹脂交聯(lián)技術無法用初干長度模擬，即這兩種技術的凹印水墨的干燥性能在實驗室里面無法檢測出來，只能上機試驗。

另外，要注意表干特性在薄膜凹印水墨應用中的重要作用。薄膜凹印水墨在表干段靠的是揮發(fā)，讓水分逸出，沒有其他的辦法。所有其他的辦法只能是通過烘道以后，在溫度的作用下產(chǎn)生化學反應，包括干燥劑技術。這就與凹印機的結構直接相關，但是很多凹印機制造商不懂油墨，也不懂溶劑墨與水墨的區(qū)別，所以他們對凹印機的改造基本上都是錯誤的。

在實驗室里測定薄膜凹印水墨的干燥性能時，可以用烘箱方法（注意控制溫度與時間），也可以用控制精度稍差的電吹風方法，同時還有油墨行業(yè)常用的耐熱黏連（Blocking）測試方法。需要指出的是，薄膜凹印水墨應用中的熟成工藝十分重要。這是因為誰都無法保證凹印企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，把薄膜的印刷面與非印刷面搞反的情況出現(xiàn)，但這種情況要等到兩天以后才能發(fā)現(xiàn)，而這時候距離交貨期已經(jīng)很近了，一切都來不及了。在凹印水墨應用中，熟成工藝能幫助我們快速判斷薄膜的印刷面是否用錯了。

對黏度的關注

目前市場上銷售的許多薄膜凹印水墨中都含有增稠劑，這是因為很多凹印企業(yè)都希望油墨黏度高，通過多加水對油墨進行稀釋來增加油墨量，但是這種傳統(tǒng)的凹印思維有可能讓我們走入誤區(qū)。因為凹印企業(yè)在印刷生產(chǎn)中加進去的水跟凹印水墨中的水（水性樹脂胺化后，凹印水墨中的水已不再是原來意義上的水了）是不一樣的，兩者的蒸發(fā)潛熱不一樣，干燥速度也不一樣，凹印企業(yè)在印刷生產(chǎn)中加入的水越多，凹印水墨干燥得就越慢。也就是說，加水稀釋會增加凹印水墨干燥的困難。

還要注意凹印水墨制造黏度與凹印水墨使用黏度的統(tǒng)一。這是針對水墨供應商講的，必須要有一個確切的方法來控制凹印水墨的黏度。值得說明的是，必須是在凹印水墨pH值穩(wěn)定條件下的黏度杯測定，假如pH值不穩(wěn)定，黏度杯的測定結果是不能反映真實情況的。

pH值穩(wěn)定性的測定

在實驗中測定薄膜凹印水墨pH值穩(wěn)定性的方法：取適量（100g左右即可）凹印水墨樣品，在常溫下敞開放置24小時、48小時、72小時之后，監(jiān)控其pH值的變化，若變化小，則表明pH值穩(wěn)定。pH值穩(wěn)定性同凹印水墨制造過程中的樹脂胺化工藝有關，目前水性樹脂胺化一般有三種工藝：氨水、有機胺和無機堿，這三種工藝在樹脂胺化后的穩(wěn)定性方面差距較大。通過測定pH值穩(wěn)定性，可以篩選出凹印水墨的胺化工藝。如果常溫下敞開放置24小時后，凹印水墨的pH值下降很明顯，可以確認樹脂胺化體系中存在氨水；24小時中變化不大，48小時后pH值變化略有下降，可以判斷樹脂胺化采用的是有機胺工藝，沸點高，但揮發(fā)仍存在；ph基本不變，甚至放置72小時后pH值仍較為穩(wěn)定，則表明樹脂胺化采用的是無機堿溶液工藝。

對pH值穩(wěn)定性的測定，還可以幫助我們推斷印刷過程中薄膜凹印水墨的穩(wěn)定性。pH值穩(wěn)定的薄膜凹印水墨，在印刷過程中的轉移性能穩(wěn)定，黏度也穩(wěn)定，因此色濃度也穩(wěn)定。

有機溶劑含量的測定

凹印水墨中很難避免含有有機溶劑，但要求有機溶劑含量不超過5%。要剔除用有機溶劑助干的設計，尤其是利用沸點較低的醇類溶劑來幫助干燥的做法，因為凹印水墨對有機溶劑的添加量是有嚴格限制的，不然凹印水墨也會存在VOCs排放問題，這同業(yè)界大力推廣凹印水墨的初衷是南轅北轍的。

可以用氣相色譜儀來測定薄膜凹印水墨中的有機溶劑含量，非常簡單，也非?？煽?。許多凹印軟包裝企業(yè)要檢測產(chǎn)品溶劑殘留，基本上都配置了氣相色譜儀，就可以進行這項檢測工作。

表面張力的控制

控制薄膜凹印水墨的表面張力，主要是為了控制凹印污版問題。前面我們提到了污版問題，就是印版表面刮不干凈，遇到這個問題時，凹印企業(yè)不是把責任推到機長身上（如刮刀沒有裝好、刮刀壓力不夠大等），就是推到制版廠身上（認為是印版表面過于粗糙了）。其實這種認識是錯誤的，污版問題實際上是由于油墨的表面張力過低造成的。凹印企業(yè)完全可以在實驗室里直接測定所用的薄膜凹印水墨的表面張力，并由此判斷其是否容易產(chǎn)生污版問題。

薄膜凹印水墨一般不會有污版問題，這是因為薄膜凹印水墨的表面張力一般都高于32mN/m，但添加劑與表面活性劑有可能會降低薄膜凹印水墨的表面張力。測定薄膜凹印水墨的表面張力要用專用的液體表面張力儀，比如德國KRUSS的K100，效果就不錯。

此外，細度、顏色密度（在控制黏度條件下）、墨膜耐磨與耐刮擦的測定方法，凹印水墨與溶劑墨相同，在此不再贅述。

實驗室檢測中無法涵蓋的內容

前面介紹了薄膜凹印水墨實驗室測定的主要內容，通過實驗室鑒定后的上機試驗將大大減少失敗風險，降低試驗成本。但是，還有一些實驗室測定中無法涵蓋的內容，主要有：①水墨干燥中的干燥劑技術；②水墨干燥中的墨膜樹脂交聯(lián)技術；③色漿中的水性溶液與水墨的水性乳液相混后的化學穩(wěn)定性。對于這些實驗室測定中無法涵蓋的內容，上機試驗是必不可少的。

在薄膜凹印水墨應用中，凹印企業(yè)應當處于主動而不是被動的地位，因為凹印企業(yè)既承擔著實驗失敗的風險，又承擔著政府征收VOCs排污費的壓力，可以說是將生產(chǎn)成本與社會責任擔于一肩。所以，凹印企業(yè)要學會篩選，學會配合，要用盡可能小的試驗成本來獲得所需要的薄膜凹印水墨，徹底解決凹印VOCs排放問題。