耐蒸煮塑料油墨颜料的特性选择及应用

耐蒸煮塑料油墨颜料的特性选择及应用

许多种类的食品需要同塑科包装一起进行高温杀菌处理，如果油墨的耐蒸煮性差，高温蒸煮后会出观颜色变化或褪色现象；为使印刷过的塑料袋在经过高温蒸煮处理后们保持正常的颜色，选用耐高温蒸煮的塑料油墨是非常重要的；而油墨耐高温蒸煮的技术关键是油墨中颜料的选择。



油墨的耐高温蒸煮性主要指油墨的耐热性，即墨层在受热情况下抗变色的程度。塑料油墨的耐热性主要指包装在蒸煮，热封和复合过程中的耐热性，耐热性差主要表现为墨层褪色、变色、图文不清晰等。油墨的耐热性主要取决于颜料和连结料，连结料的耐热性差，受热后会由白色变成棕黄色，因此，浅色油墨的耐热性取决于连结料，彩色油墨的耐热性则取决于颜料。本文将以红色有机颜料油墨为例，对油墨的耐热性和颜料的选择进行分析探讨。



有机颜料耐热性实验 



耐蒸煮塑料油墨由不同树脂组成的连结料及着色剂、辅助剂(如填充剂、润湿剂、减黏剂等)构成。有机颜料不溶于水和有机溶剂，是高度分散的微粒状着色剂，颜色鲜艳，着色强度高，耐光性、耐候性、耐热性、耐溶剂性、耐迁移性及分散性良好。



在本次实验过程中，选用了4种红色颜料作为塑料耐蒸煮油墨的着色剂进行测试，因为红色颜料是印刷油墨常用颜料，溶剂墨中红色有机颜料种类最多；而且红色颜料的耐热性一般分4级，色彩鲜艳，即使是细微的变色情况也能够辨别。



1．实验颜料及仪器



1)实验颜料



本次实验选用的4种红色颜料是：



①金光红C(黄光红)颜料，颜料索引号：P.R.53:1，为黄色粉末，一般采用C.L.T酸重氮偶合法生产。



②永固红F4R(FR3560)颜料，颜料索引号：P.R.8，为色泽鲜艳的红色粉末，耐碱性好，耐晒性一般，耐热性差，遇浓硝酸呈蓝光大红色，遇浓硫酸呈黄光大红色，遇氢氧化钠不变色。



③立索尔宝红BK(N53)颜料，颜料索引号：P.R.57:1，为带蓝光的深红色粉末，色泽鲜艳，着色力高，不溶于乙醇，溶于热水后呈现金光红色，耐酸碱性好，耐晒性一般，耐热性达150℃，遇浓硫酸呈红色，稀释后为品红色沉淀，水溶液遇盐酸为棕红色沉淀，遇浓氢氧化钠呈棕色。



④永固红2B(大红)颜料，颜料索引号：P.R.48:2，紫红色粉末，不溶于水和乙醇，遇浓硫酸呈紫红色，稀释后呈蓝光红色沉淀，遇浓硝酸呈棕红色，遇浓氢氧化钠呈红色，耐热性好。



2)主要仪器



KGZ-1A光泽度仪；SM-Ⅱ型磨砂机；PB203-N型电子天平；XXQG02型蒸汽消毒器；XD型刮板细度仪：DMDE450光学镀膜机；D-8401型多功能调速搅拌器。



3)实验原料及药品



树脂A液、树脂B液、DCHP、低分子蜡、4种颜料、甲苯(分析纯)、丁酮(分析纯)。







2．实验用油墨的配制



先将树脂A液、低分子蜡、DCHP、甲苯、丁酮按配方混合，充分搅拌10分钟后，作为a部分；再加入适量树脂B液充分搅拌约60分钟，作为b部分，使各成分混合均匀。



①将充分搅拌后的油墨倒入砂磨机中研磨，使研磨后的油墨具备油墨应有的各种流变性及印刷适性。



②将制成的油墨装入试样瓶中，加盖封紧，贴上标签，以待测试。 



本试验所采用的配方及制备过程均按照工业生产油墨的常规方法进行。



采用同样质量的原料配制的油墨，体积从大到小依次为金光红C、永固红F4R．立索尔宝红BK、永固红2B。其中，金光红C油墨的体积大约是永固红2B油墨的3倍。配制好的永固红2B油墨非常稠，不易过滤，因此，在测试时，要先用溶剂将永固红2B油墨稀释到适当的浓度。







3．实验样本的制备及耐热性试验



1)样本的制备 



将所制备的油墨分别网印在PET膜、BOPA膜以及经过离子轰击处理过的BOPA膜上。油墨性能的测试按照标准要求取样，耐热试验参考金属油墨耐热性能测试标准，裁取20mm × 100mmPET膜和BOPA膜若干条备用。



2)颜料耐热性试验内容



①将4种颜料分别在100℃、40分钟等5种条件下干烘处理，冷却后同标准样对比，考察其颜色变化情况。



②将8种油墨的试样在100℃、40分钟等5种条件下干烘处理，冷却后同标准样对比，考察其颜色变化情况。



③将4种油墨的8种试样在100℃、40分钟等3种条件下进行蒸煮和自来水水煮处理，冷却以后同标准样对比，考察试样的颜色变化情况、褪色情况及水的颜色变化情况。







4．实验标准



本实验依据凹版塑料油墨检验方法国家标准中，光泽度检验，细度检验、初干性检验、附着牢度检验、抗黏连性检验、颜色检验标准及油墨流动度检验标准进行。



实验结果与讨论 



1．干烘对油墨和颜料性能的影响



1)干烘后油墨的变色情况



①评定标准



油墨和颜料的耐热评定采用5级标准：5级，与标准色样相同：4级，微有变色；3级，变色较轻；2级，变色较重；1级，严重变色。



②实验方法与结果



将薄膜试样各3条和颜料同时放在恒温箱中按规定的时间烘烤后，取出2块试样，待冷却后以手触摸不发黏，即可同标准样本比较。表1列出了在不同条件下干烘以后油墨和颜料的变色情况。



2)结果分析



加热温度在135℃以下，温度对薄膜油墨变色情况影响不大，金光红C油墨的变色情况要比其他3种油墨稍微严重一些。加热温度高于135℃后，油墨变色加剧。综合来看，永固红2B油墨的耐热性能要略好于永固红F4F和立索尔宝红BK两种油墨。单纯从颜料的耐热性能来看，永固红F4R要好于立索尔宝红BK，立索尔宝红BK略好于永固红2B。







2．水煮对油墨性能的影响



1)水煮后油墨的变色情况



①评定标准与条件



水煮实验的耐热性评定标准和取样方法与干烘一样，在实验中，采用蒸馏水进行水煮实验，水煮温度分别是100℃和120～121℃。



②实验结果



100℃水煮后，永固红2B水煮后颜色几乎没有变化；其他3种颜料油墨褪色比较严重，水的颜色呈现橙黄色；变色顺序依次是金光红C/PET薄膜>永固红F4R/PET薄膜>立索尔宝红BK/PET薄膜。表2列出了在不同水煮条件下试样的变色情况。



2)结果分析



用100℃蒸馏水水煮以后，永固红2B的效果最好，其他油墨也略有变色。121℃水煮以后，金光红C油墨严重变色，因此可以排除金光红C作为耐蒸煮油墨着色剂的可能。永固红2B油墨的耐高温蒸煮性能要略好于其他两种油墨。BOPA薄膜蒸煮以后，有发黄现象，其上油墨变色情况比PET薄膜严重一些。这说明承印材料的变色也会影响着色剂的遮盖效果。



通过水煮和干烘实验后，已经基本排除金光红C颜料作为塑料耐蒸煮油墨着色剂的可能性。因此在后面的油墨性能检测实验中，不再测试金光红C油墨的有关性能。







表1 不同条件干烘后的油墨和颜料的变色情况



水煮条件 100℃ 121℃ 121℃ 135℃ 135℃ 



实验材料 40min 15min 30min 15min 30min 



金光红C/PET薄膜 5 4 4 4 4 



永固红F4R/PET薄膜 5 5 5 5 4



立索尔宝红BK/PET薄膜 5 5 5 4 4



永固红2B/PET薄膜 5 5 5 5 5 



金光红C/BOPA薄膜 4 4 4 4 4



永固红F4R/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



立索尔宝红BK/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



永固红2B/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



永固红F4R颜料 5 5 5 5 4 



立索尔宝红BK颜料 4 4 4 3 3



永固红2B颜料 5 4 4 3 2







3．油墨各项性能的测定



1)油墨附着牢度检验



①参考标准为GB/T13217.7-91 GB/T13217.1-91，检测在温度25±1℃，湿度65％±5％的条件下进行。 



②检验结果及分析



将BOPA膜用真空镀膜机进行3分钟的离子轰击处理，以提高薄膜的表面张力，之后与PET膜进行对比实验(见表3)，可以得出以下几点结论：



a．承印材料不同，与油墨的附着牢度就不同。立索尔宝红BK油墨受材料的影响最大，永固红2B等3种材料的附着牢度相对来说比较接近，附着牢度受材料的影响较小。



b．永固红2B的附着牢度较好，永固红F4R最差。



c．经过离子处理后的薄膜材料，对各种油墨的附着牢度都有明显提高。



2)油墨光泽度测定



①参考标准：GB/T13217.2-91。检测在温度25±1℃，湿度65％±5％的条件下进行。



②检验结果及分析



实验结果表明，3种油墨的光泽度大小顺序依次为：永固红2B〉永固红F4R〉立索尔宝红BK。从表中还可以看出，油墨的光泽度大小与承印材料的关系不大，表中一些数据偏差比较大，主要原因可能就是薄膜上的油墨不均匀，导致对光的反射能力也不同。



3)油墨细度测定



①参考标准：GB/T13217.2-91。检验在温度25〉±1℃，湿度65％±5％的条件下进行。 



②检验结果及分析



每种油墨取3份试样，细度测量值为：立索尔宝红BK油墨的细度平均值为4μm，永固红F4R油墨的细度平均值为2μm，永固红2油墨的细度平均值为5μm，金光红C油墨的细度平均值为21μm。



结果表明永固红F4R油墨与立索尔宝红BK油墨的细度平均值相近，金光红C油墨的颗粒较坚硬，在配制油墨的过程中，应适当延长研磨时间。



4)油墨流动度测定



①参考标准GB/T14624.3-93，测定在温度25±1℃，湿度65％±5％的条件下进行。



②实验结果及分析



油墨的流动度测定以横向测量和纵向测量进行，测量3种油墨的直径平均值，测量结果是，立索尔宝红BK为62mm，永固红F4R为58mm，永固红2B为62.5mm。



表2 不同水煮条件下的油墨变色情况



水煮条件 100℃ 121℃ 121℃ 121℃ 121℃



40min 15min 30min 15min 30min



实验材料 蒸馏水 蒸馏水 蒸馏水 自来水 自来水



金光红C/PET薄膜 4 1 1 1 1



永固红F4R/PET薄膜 4 4 4 3 2



立索尔宝红BK/PET薄膜 4 3 3 2 2



永固红2B/PET薄膜 5 5 5 3 3



金光红2B/PET薄膜 3 2 1 1 1



永固红F4R/BOPA薄膜 3 4 4 3 3



立索尔宝红BK/BOPA薄膜 4 4 3 2 2



永固红2B/BOPA薄膜 3 4 4 4 4 



实验结果表明3种油墨的流动度相差不大，永固红2B油墨和立索尔宝红BK油墨的流动度几乎一致，略好于永固红F4R油墨。



5)油墨初干性测定



①参考标准：GB/T13217.5-91，检验在温度25±1℃，湿度65％±5％的条件下进行。



②实验结果及分析



3种油墨初干长度平均值为，立索尔宝红BK为55.5mm，永固红F4R为41.5mm，永固红2B为50.5mm。



表3 油墨附着牢度的检验结果



试样 试样1 试样2 试样3 平均值 



试验材料 



永固红F4R/PET薄膜 56.94 55.31 - 56.12 



立索尔宝红BK/PET薄膜 100 100 100 100 



永固红2B/PET薄膜 99 99 97 98.33 



永固红F4R/BOPA薄膜 15.28 43.20 27.59 28.69 



立索尔宝红BK/BOPA薄膜 23.56 46.10 - 34.83 



永固红2B/BOPA薄膜 67.33 80.23 - 73.78 



永固红F4R/离子处理BOPA薄膜 91.18 97.66 - 94.42



立索尔宝红BK/离子处理BOPA薄膜100 100 100 100



永固红2B/离子处理BOPA薄膜 100 99 99 99.33 



立索尔宝红BK油墨的初干性大大优于其他两种油墨，永固红F4R的初干性最差。



6)油墨抗黏性检验



①参考标准：GB/T13217.8-91、GB/T13217.1-91，检验温度50±1℃。



②检验结果及分析



3种油墨的抗黏连性大小顺序依次为永固红2B(90)〉永固红F4R(40)〉立索尔宝红BK(15)。



实验结果说明，永固红2B的抗黏连性最好。



7)油墨干燥速度测试



油墨的自然干燥速度是在温度19℃，湿度68％的条件下测试的，如表4所示。



测试方法是将铜版纸压在薄膜墨层上，并马上揭起，铜版纸上没有墨迹为油墨干燥，在实际生产中可根据油墨的干燥特性调整印刷速度，提高生产率。4种油墨的干燥速度因承印物的不同而略有不同，其中，金光红C油墨的干燥速度相对慢些。



结论



综合几种油墨的性能特点，在选择红色耐蒸煮油墨时，如果产品需要经过较高的温度处 理(100℃以上)，应尽量选用永固红28颜料作为着色剂；如果对油墨的初干性和附着强度的要求较高，而加工温度在100℃左右，可以考虑用立索尔宝红BK颜料作为油墨的着色剂；由于永固红F4R颜料油墨的附着牢度较差，可以在一些对印刷质量和温度条件要求不太高的包装印刷上应用(在没有前两种颜料的情况下)；一般不选用金光红C颜料作为耐蒸煮油墨的着色剂。



另外，配制实验油墨时要注意，金光红C油墨较稀，放置一段时间后，会出现严重分层现象，因此，配制时可适当降低溶剂比例。金光红C颜料的颗粒较大，研磨时间应适当加长。永固红2B油墨非常黏稠，在使用时加入溶剂，状况会有所改观；或在配制永固红2B油墨时，适当增加溶剂的比例。



表4 实验油墨自然干燥时间（温度19℃，湿度68%）



PET BOPA



立索尔宝红BK颜料油墨 3＇50" 4＇42"



永固红F4R颜料油墨 4＇02" 5＇03"



永固红2B颜料油墨 4＇23" 3＇47"



金光红C颜料油墨 8＇00" 10＇14" 模切刀 压痕条 刀版弹垫 补底纸 胶条 海绵条 补底纸 压痕模 压痕线