两维制墨方法在包装印刷中的应用

长期以来，在包装印刷油墨制造和包装印刷过程中加加减减的“技术堆砌法”和通常在油墨配方设计上采用的“特性粘度法”(称取一定量的聚合物溶解于具有不同溶解度参数的溶剂中，在一定温度下测定其特性粘度，所得的最大特性粘度体系，即可确定为聚合物的溶解度参数等于该体系的溶解度参数值)及“平衡溶胀法”(在一定的温度下将交联的高分子聚合物放在具有不同溶解度参数的溶剂中进行溶胀，当达到平衡后，测定其溶剂体系的溶解度参数即为该高聚物的溶解度参数)，这两种是目前用于确定高分子化合物溶解度参数比较简便直观的方法，已远远不能适应现代包装印刷技术的要求。

    本文所述的“两维制墨方法”其一是依据溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，对判断树脂在溶剂或混合溶剂中是否溶解及油墨与承印物的互溶性。

    其二是依据溶解度参数值相同或相近的可以互溶的原则，预测两种溶剂或油墨与承印物的互溶性。

    其三是依据溶解度参数，可以估计两种或两种以上的树脂的互溶性(其参数上下不能大于1.5)与承印物的附着性。

    其四是利用包装印刷油墨体系中的树脂在一系列已知溶解度参数溶剂中的溶解情况，可以通过实验确定该树脂与承印物溶解度参数的范围值。

    其五是依据溶解度参数我们可以判断印刷后墨膜的耐溶剂性。

    其六是依据油墨体系的树脂，溶解氢键力和软化点，可以估计印刷油墨成膜后的附着力及柔韧性和耐磨、耐热性。

    其七是依据溶解氢键力参数，可研制包装印刷油墨过程中选用的价廉的树脂和溶剂，以便控制包装印刷油墨的材料成本。

    但是在包装印刷油墨产品中往往使用两种或两种以上的树脂或混合溶剂。其计算方法必须按照其溶解氢键力以及表面张力和挥发速率才能精确地得出理想(即不相瓦作用)的混合溶液粘度，以达到质优价廉油墨制品——即溶剂及树脂的溶解度和油墨溶液及承印物的氢键力(简称溶解氢键力)。

    (注：混合溶剂由于快慢配伍形成挥发梯度平衡，挥发速率比任何单一溶剂组分都快，同时在油墨墨膜热化过程中可得到更高的溶解氢键力，并可防止墨膜的针孔、缩孔及发白等。)

    另一方面，在溶剂化的原则下，其高聚合物的溶胀和溶解与溶剂化作用有关，即常说的高分子聚合物和溶剂接触时，溶剂分子对高聚物分子相互产生的作用力。此作用力大于高聚物分子间的内聚力，故可以使高聚物分子彼此分离而溶解于溶剂中。极性溶剂分子和高聚物极性基团相互吸引能产生溶剂化作用，使聚合物溶解。大家都知道这种作用常简单地解释为：酸性溶剂能溶碱性聚合物，否则反之。理论上常解释为电子接收体能溶解电子给予体。

    溶剂从墨膜中挥发干燥，被称为挥发速率。尽管曾有人提出可将溶剂的沸点作为预测其挥发性的依据，可是只有同系物之间或石油溶剂之间符合这一规律。所以说，现仍作为通用的方法已不科学了，主要是不准确了。主要原因之一是氢键的影响，如乙醇和苯的沸点接近，而苯的挥发速率为乙醇的2 倍，丁醇的沸点比醋酸正丁酯低，而挥发速率也低，从这里看出氢键对限制溶解剂型印刷油墨的墨膜挥发起着重要的作用。

    当然还有温度、湿度、墨膜表面积、高分子聚合物分子量多少、表面张力的大小等都直接影响着包装印刷油墨墨膜干燥速度，尤其是里印复合后(熟化)附着牢度等等。

    1.油墨基础理论——“两维方法”

    推广“两维方法”已有两年多了，其范嗣重点在上海、江苏、安徽、浙江、福建、山东、山西、四川等。现介绍“两维方法”在包装印刷油墨中的应用。主要是在吸取赫尔德推导的非极性分子混合时无热或吸热的体系，而对于强极性分子构成的体系，凶为台氢键形成，混合时会放热，则该推导结果就不适用包装印刷油墨方面。为此，又根据雷伯曼设想的以氢键强度的表征平均值(相对值)来定量氢键力，并依其设定，弱氢键的平均值为0，中氢键的平均值为1.0，强氢键的平均值为1.7，计算公式Q1、Q2 为溶剂A、B 的氢键力表征平均值。后来我们又从伯尔判断一种树脂在一种溶剂(或混合溶剂)中是否溶解时，首先要确认树脂和溶液的氢键力大小的等级，然后依据该树脂和溶剂在相同氢键等级内的溶解度参数大小是否相同或相近的原则，来判断该树脂在溶剂中是否溶解，印刷后的墨膜光泽、附着力等等，这样就将分子极性及氢键力对溶解性及印刷性等考虑在内了。比单一从溶解度(包括挥发率、表面张力等等)进行判断，正确率达到了95%之多。所以说，经过两年多的推广应用，收到了一定的成效，儿乎不会像以前那样靠加加减减的“堆砌”技术方式而耗费人力、物力，特别是时间了。

    2.油墨设计常识举例

    除了通常人们所需要的基本原理外，“两维制墨方法”主要是牢记原材料的溶解度、氢键力、表面张力和挥发速率等。例如：

    (1)PA 的溶解度为10.5，氢键力25.92，表面张力460，挥发率2.8。

    (2)CN 的溶解度为10.7，氢键力12.7，表面张力420～450，挥发率3.8。

    (3)PE 的溶解度为7.9～8.1，氢键力16.10，表面张力310。

    (4)PP 的溶解度为7.9～8.6，氢键力16.16，表面张力310。

    (5)PET 的溶解度为10.7，氢键力21.89，表面张力400～430，挥发率2.67。

    (注：溶解度一般控制在不大于1 或不小于1，更重要的是各种材料的PH 值指标的掌握和溶剂的PH 值指标的接近，当然，像CN<硝化棉>还有一个含氯量与溶解度的关系。一般来讲，超12.5%的含氮量后，几乎所有溶剂都溶解不了。)

    3.印刷墨膜的形成速率与印刷机械速度

    干速决定了印刷速度的快慢，为了方便应用，

    (1)0.7～0.9 30m／min (2)0.9～1.350m／min (3)1.3～1.9 80m／min

    (4)1.9～2.4 100m／min(5)2.4～2.8120m／min (6)2.8～3.3 150m／min

    (7)3.3～3.6 180m／min (8)3.6～4.5200m／min

    另外，车间温度、湿度的高低和大小问题，以及油墨粘度的高低等在这里都要考虑进去。4.一般复合油墨配方的举例

    钛白粉 20.0 HARDLE－15－LP 7.0 丁酮17.0 甲苯56.0 (注：①千速：2.58 ②溶解度：8.99③氢键力：18.4 ④表面张力：27.61)