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新聞資訊概述
由于包裝行業(yè)對印刷油墨的需求不斷增長，油墨行業(yè)已成為全球最大的市場之一。柔版印刷因其高印刷速度和卷對卷印刷能力，能夠在各種表面上經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行印刷，是一種眾所周知且極具發(fā)展前景的大面積印刷技術(shù)，幾乎應(yīng)用于所有包裝印刷領(lǐng)域。與溶劑型油墨相比，水性油墨被認(rèn)為是無毒、無味且更環(huán)保的選擇。因此，本文旨在開發(fā)一種新的水性油墨配方，該配方采用不同的丙烯酸粘合劑，用于在商用固體漂白硫酸鹽 (SBS) 紙板上進(jìn)行柔版印刷。我們用四種不同的丙烯酸粘合劑配制了五種油墨，并與市售油墨進(jìn)行了比較，以研究它們的性能。我們還研究了所開發(fā)的油墨的印刷質(zhì)量和印刷特性。結(jié)果表明，粘合劑的類型會對部分印刷質(zhì)量產(chǎn)生影響，但對其他印刷質(zhì)量的影響并不顯著。使用柔版印刷青色油墨，分子量最高的油墨在40到60階調(diào)值之間具有最低的印刷密度和最大的色調(diào)值增量（TVI）。同樣的油墨具有最大的斑點(diǎn)值和表面形貌變化。對于印刷對比度和75°角光澤度的變化，雖然平均值之間存在差異，但數(shù)據(jù)變化不定，并且圍繞平均值展開，沒有觀察到丙烯酸粘合劑類型對這些響應(yīng)因素的確切趨勢或影響。所有印刷樣品的印刷色度和網(wǎng)點(diǎn)圓度結(jié)果都非常接近。
1 引言
圖形印刷技術(shù)用于滿足日益增長的包裝市場需求，約占所有圖形印刷產(chǎn)量的一半。1 近年來，隨著數(shù)字化的發(fā)展，印刷行業(yè)的增長速度有所放緩，而包裝行業(yè)卻持續(xù)快速增長，其全球前景一片光明。人們始終致力于提高印刷質(zhì)量和生產(chǎn)速度。柔版印刷因其高印刷速度和卷對卷印刷能力，能夠在各種表面上經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行印刷，是一種眾所周知的、極具發(fā)展前景的大面積印刷技術(shù)。如今，超過 75% 的包裝產(chǎn)品都采用了柔版印刷。傳統(tǒng)上，柔版印刷（簡稱 flexo）被認(rèn)為是一種相對簡單的印刷技術(shù)。然而，由于包裝行業(yè)的快速發(fā)展，目前的印刷生產(chǎn)市場正趨向于大量使用柔版印刷，因此也出現(xiàn)了更多需要關(guān)注、探索和解決的問題和挑戰(zhàn)。
柔版印刷幾乎應(yīng)用于所有包裝印刷領(lǐng)域，例如標(biāo)簽、食品包裝、一次性紙制品、瓦楞紙箱、折疊紙盒、紙袋、塑料袋、牛奶和飲料容器、一次性杯子和容器、標(biāo)簽、信封、報(bào)紙以及每個(gè)雜貨店里都能找到的包裝。它的優(yōu)勢在于能夠在各種承印物上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的印刷效果，例如聚丙烯塑料薄膜和各種其他塑料薄膜（例如聚乙烯）、許多復(fù)雜的夾層薄膜結(jié)構(gòu)、鋁箔、瓦楞紙板以及制藥行業(yè)使用的“口腔崩解膜”。10包裝材料紙質(zhì)承印物的柔版印刷可以采用環(huán)保的丙烯酸粘合劑，并含有在聚合物基質(zhì)中摻入片狀顆粒的無機(jī)填料。
如今，消費(fèi)者更加開明，更加關(guān)注消費(fèi)品對環(huán)境的影響。他們不僅考慮產(chǎn)品質(zhì)量，還關(guān)注產(chǎn)品安全、環(huán)境影響以及舊包裝產(chǎn)品的回收利用。包裝的一個(gè)方面是印刷中使用的油墨配方，我們將在下文中討論柔版印刷。
根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，柔版印刷油墨可分為三類：溶劑型油墨、水性油墨和紫外線 (UV) 固化油墨，這三類油墨均被廣泛使用。與配方中含有揮發(fā)性有機(jī)化合物的溶液型油墨相比，水性油墨被認(rèn)為無毒、無味，而且更加環(huán)保。因此，出于生態(tài)原因，水性油墨因其高固含量和低粘度優(yōu)勢而被認(rèn)為是最具可持續(xù)性的印刷油墨。 因此，印刷行業(yè)的注意力集中在水性和水稀釋性印刷油墨的生產(chǎn)上。水性油墨目前用于包裝行業(yè)；然而，需要更多的研究來克服面臨的一些挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括復(fù)雜的制備工藝和高成本、水性油墨、顏料和印刷方法。通常，聚合物粘合劑的類型和用量以及配制油墨的性質(zhì)對印刷質(zhì)量有很大的影響。印刷油墨中的粘合劑具有多種功能，為了提高油墨性能，人們使用多種樹脂/聚合物作為粘合劑。它們具有許多功能，包括將顏料分散在支撐材料中并將其粘合在印刷表面，以及改變印刷油墨的流變性和機(jī)械性能。樹脂還決定最終用途的性能，例如光澤、硬度、油墨與印刷基材的附著力和附著力。柔版印刷用水基油墨由丙烯酸以及由其制成的聚合物和共聚物制成，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯。水性油墨中常用的丙烯酸樹脂是酸性的，不溶于水。當(dāng)添加堿性物質(zhì)時(shí)，它們會變得可溶。這些水性油墨（含有丙烯酸樹脂）具有親水性。在本文中，我們研究了不同配方的柔版印刷水性油墨對印刷質(zhì)量最相關(guān)參數(shù)的影響：印刷密度、對比度、色度、亮度和色調(diào)值增加。此外，我們還測量了其他印刷特性，例如斑點(diǎn)、表面粗糙度和網(wǎng)點(diǎn)圓度。
2 方法與材料
將商用 SBS 板在 50% 相對濕度和 23°C (73.4°F) 下放置 24 小時(shí)后，使用 Parker Print-Surf (PPS) 測試儀在 1000 kPa 夾緊壓力下測量帶有軟背襯的 PPS 孔隙率。然后，用 TMI 千分尺（美國特拉華州紐卡斯?fàn)柕?Testing Machines Inc.）測量樣品的厚度值。接下來，使用從 PPS 孔隙率和厚度獲得的值計(jì)算樣品的透氣率值。使用 PPS ME-90（1000 kPa，軟背襯）根據(jù) TAPPI T555-OM-99 測量樣品的粗糙度值。按照 TAPPI 標(biāo)準(zhǔn) T452-OM-98，使用 Brightimeter Micro S-5 測量樣品在 457 nm 波長下的亮度。最后，根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T480-OM-99，使用Novo-Gloss?光澤度計(jì)在75°角測量樣品的光澤度。表1顯示了使用過的SBS板的物理和光學(xué)性能。
| 特性 | 平均的 | 標(biāo)準(zhǔn)差 |
|---|---|---|
| 亮度（%） | 78.67 | 0.40 |
| 國際照明委員會* | 94.53 | 0.18 |
| 國際照明委員會 | ?0.21 | 0.05 |
| CIE b * | 3.52 | 0.10 |
| 鏡面光澤度75° | 23.5 | 0.81 |
| 粗糙度（μm） | 5.92 | 0.23 |
| Parker Print-Surf 孔隙率（毫升/分鐘） | 256.60 | 12.63 |
| 厚度（μm） | 353.60 | 6.10 |
| 磁導(dǎo)率 (μm 2 ) | 0.00443 | 2.73 × 10 ?4 |
| 抗撕裂強(qiáng)度（mN） | 406.40 | 18.24 |
| 耐破強(qiáng)度（kPa） | 68.80 | 1.10 |
| 抗拉強(qiáng)度（千牛/米） | 30.10 | 3.28 |
表2列出了印刷中使用的顏料分散體的物理和化學(xué)性質(zhì)。顏料（著色劑）是由美國油墨與技術(shù)有限公司（美國密歇根州波蒂奇）提供的青色油墨顏料分散體。本研究共研究了四種丙烯酸粘合劑：商用丙烯酸樹脂（CAR）、商用低分子量丙烯酸樹脂（LMWAR）、商用中分子量丙烯酸樹脂（MMWAR）和商用高分子量丙烯酸樹脂（HMWAR）。表 3列出了這些粘合劑的化學(xué)性質(zhì)。
| 外貌 | 藍(lán)色液體 |
|---|---|
| pH | 9.0 |
| 水溶性 | 可混溶 |
| 密度（克/立方厘米） | 1.11 |
| 粘度（mPa·s）—（厘泊） | 20 |
縮寫：CAR，商用丙烯酸樹脂；HMWAR，商用高分子量丙烯酸樹脂；LMWAR，商用低分子量丙烯酸樹脂；MMWAR，商用中等分子量丙烯酸樹脂。
a 中和 1 克樹脂所需的氫氧化鉀 (KOH) 毫克數(shù) 。
2.2 印刷條件
在相當(dāng)于單色印刷機(jī)的 Flexiproof 100 設(shè)備中，使用商用青色油墨在 SBS 紙板上進(jìn)行印刷。用于印刷的光聚合物印版尺寸為 260 mm × 90 mm，厚度為 1.7 mm。Flexiproof 100 設(shè)備中的壓力為網(wǎng)紋輥和印版滾筒之間的壓力為 45 個(gè)單位，印版滾筒和壓印滾筒之間的壓力為 50 個(gè)單位。印刷速度恒定為 40 m/min。印版網(wǎng)頻為 39.37 L/cm（100 lpi）。網(wǎng)紋滾筒網(wǎng)頻為 200.6 L/cm（510 lpi）。其墨穴容量為 5 cm3 / m2 （ μm）。使用 X-rite eXact 設(shè)備在 M1 模式下使用D 50光源在 2° 觀察角下評估印刷樣品的質(zhì)量，包括印刷密度、印刷對比度、網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大和 CIE L * a * b * 值。使用 BYK 微光澤度計(jì)測量了基于 ASTM D523 的 60° 下的未印刷和印刷光澤度值。此外，使用基于 TAPPI 標(biāo)準(zhǔn) T480-OM-99 的 Novo-Gloss? 光澤度計(jì)測量了 75° 下的未印刷和印刷光澤度值。之后，使用測量值計(jì)算光澤度增量值。24使用 Epson Perfection V500照片掃描儀軟件以 600 ppi 掃描，使用 Verity IA Print Target 版本 3 軟件和隨機(jī)頻率分布分析 (SFDA) 算法在實(shí)心色塊上測量了測試樣品的印刷地形和斑點(diǎn)值。印刷樣品的耐摩擦值是根據(jù) BS 3110:1959 標(biāo)準(zhǔn)，由 Sutherland Ink Rub 在 4 磅的負(fù)載下，從未印刷的 SBS/印刷的 SBS 和 60 次摩擦中測量的。
3 結(jié)果與討論
采用除粘合劑類型外的相同配方制備了五種青色油墨樣品。通過測量印刷密度、印刷對比度、光澤度、印刷色度和色調(diào)值增加 (TVI) 來檢查粘合劑對印刷質(zhì)量的影響。每次都將結(jié)果與 CI 的結(jié)果進(jìn)行比較。圖 1顯示了印刷固體樣品的印刷密度。對于印刷密度，數(shù)字越高，墨膜越厚 (越密)，這是基于印刷顏色補(bǔ)色的入射光吸收率較高。可以注意到，與其他油墨相比，使用 F4 油墨 (使用 HMWAR) 印刷的樣品的印刷密度最低。這可以通過粘合劑的高分子量 (> 200,000) 和油墨的高粘度來解釋，這影響了油墨從網(wǎng)紋輥的轉(zhuǎn)移，從而影響了印刷膜的厚度。雖然 F4 在所有印刷油墨中顯示出最低的印刷密度，但其他印刷配方之間的值差異并不大。CI 在所有配方中顯示出最大的印刷密度。
圖1
如圖2所示 ，就印刷對比度而言，油墨F1的測量值最低，但數(shù)據(jù)差異較大。因此，我們無法斷定這些油墨中的粘合劑對印刷對比度有顯著影響。
圖2
印刷光澤度是印刷質(zhì)量的重要組成部分，它不僅取決于印刷基材，還與油墨的附著力和油墨固化有關(guān)。在印刷中，“光澤度差異”一詞描述的是印刷基材和未印刷基材之間的光澤度差異。對于油墨，粘合劑是影響油墨粘度的主要成分。因此，粘度以及油墨的流平和固化速度可能會影響印刷光澤度。為了研究不同粘合劑類型配方之間的這一問題，測量了印刷油墨樣品之間的光澤度差異，結(jié)果如圖3所示 。對于 60° 光澤度差異，我們可以看到印刷 CI 的光澤度差異低于其他配方油墨樣品。這可能是因?yàn)?CI 墨膜在結(jié)構(gòu)固化之前流平性更好、更光滑，從而導(dǎo)致負(fù)光澤度差異較小。對于 75° 光澤度差異，配方油墨 F1、F3、F4 和 F5 顯示出更大的光澤度差異值，尤其是與 F2 相比。 60° 和 75° 下光澤度增量的符號差異在于，印刷廠測量的是印刷品與紙張之間的差異，而造紙廠測量的是紙張與印刷品之間的差異。根據(jù)表 3，F(xiàn)2 的分子量是所有 F3 至 F5 中最低的。較低的分子量會導(dǎo)致油墨流平性較差，從而導(dǎo)致光澤度較低。這可能是一個(gè)因素，但需要進(jìn)一步研究。
圖3
在印刷中，CIE 印刷色度（是飽和度的度量，用于描述顏色的強(qiáng)度或純度。測量了所有印刷青色油墨的印刷色度。所有印刷樣品的結(jié)果都非常接近（圖 4），因此，無法看出油墨中粘合劑類型對印刷色度的影響。
ΔE值表示顯示顏色與原始顏色之間的色差。較低的ΔE值表示顏色非常接近，而ΔE值很高則表示顏色之間存在差異。29、30ΔE≤1表示人眼無法?察覺的色差。1到2之間的ΔE值表示只有使用測量設(shè)備近距離觀察才能檢測到的色差，2到3之間的ΔE差表示大多數(shù)觀察者無法輕易地將色差與標(biāo)準(zhǔn)顏色區(qū)分開來。31ΔE差為3或更高表示觀察者可以察覺的色差。
| 墨水類型 | 長* | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 一個(gè)* | 標(biāo)準(zhǔn)差 | b * | 標(biāo)準(zhǔn)差 | ΔE00打印 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CI | 42.0 | 0.7 | ?12.4 | 1.0 | ?46.7 | 0.3 | — |
| F1 | 46.8 | 0.6 | ?16.5 | 1.1 | ?45.2 | 0.6 | 5.2 |
| F2 | 43.2 | 0.7 | ?12.7 | 1.0 | ?45.2 | 0.2 | 0.5 |
| F3 | 46.0 | 1.3 | ?16.0 | 1.3 | ?44.8 | 0.3 | 4.1 |
| F4 | 47.3 | 1.6 | ?15.5 | 0.9 | ?44.2 | 0.4 | 5.0 |
| F5 | 44.5 | 0.9 | ?14.6 | 0.7 | ?45.8 | 0.4 | 2.8 |
為了進(jìn)一步定義印刷質(zhì)量和為印刷品提供更有效的基于外觀的目標(biāo)，可以在整個(gè)色調(diào)值范圍內(nèi)的幾個(gè)點(diǎn)上測量和繪制 TVI (也稱為網(wǎng)點(diǎn)增大)。許多因素會對 TVI 產(chǎn)生負(fù)面影響并導(dǎo)致網(wǎng)點(diǎn)增大過多，例如印版壓力、膠印版橡皮布的包裝或類型、基材和油墨粘度。對 TVI 進(jìn)行了測量，結(jié)果如圖 5所示。結(jié)果中最明顯的差異顯示在 40 和 60 印刷色調(diào)值之間。由于高分子量樹脂的觸變性較高，因此含有 HMWAR 的 F4 油墨在所有配方油墨中具有最大的油墨擴(kuò)散和網(wǎng)點(diǎn)增大。這與印刷密度結(jié)果一致（圖 1）。與其他配方油墨相比，F(xiàn)4 油墨在印刷后擴(kuò)散最多，導(dǎo)致 TVI 最大而印刷密度最低。
印刷斑點(diǎn)是印刷質(zhì)量的一個(gè)重要方面，它通常是由于表面油墨吸收不均勻造成的缺陷。尤其在顏色均勻的區(qū)域（如實(shí)色和連續(xù)色調(diào)網(wǎng)屏）可以看到。油墨類型、紙張類型和表面特性，以及印刷過程受許多參數(shù)的影響，例如粘合劑向涂布紙表面的遷移。25在印刷油墨樣品的實(shí)心斑塊上測量了印刷斑點(diǎn)。表 6總結(jié)了定量結(jié)果、印刷地形和斑點(diǎn)值 。我們可以看到，使用印刷 F4 油墨時(shí)，印刷地形（18.30）和斑點(diǎn)（4.30）都是最差的。這再次與之前使用 F4 配方觀察到的印刷密度和 TVI 結(jié)果一致，因?yàn)橛∷唿c(diǎn)是一種印刷缺陷，通常與整個(gè)印刷品中的油墨擴(kuò)散和印刷密度不均勻有關(guān)。如前所述，在所有配制的油墨中，F(xiàn)4 油墨擴(kuò)散最多，印刷密度最低。
| 墨水類型 | 長* | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 一個(gè)* | 標(biāo)準(zhǔn)差 | b * | 標(biāo)準(zhǔn)差 | ΔE00打印 |
|---|
| 墨水類型 | 印刷地形 | 印刷斑點(diǎn) | 感興趣區(qū)域（cm2） | 分辨率 (ppi) |
|---|---|---|---|---|
| CI | 5.60 | 2.60 | 22.36 | 600 |
| F1 | 12.10 | 3.00 | 22.36 | 600 |
| F2 | 11.70 | 3.10 | 22.36 | 600 |
| F3 | 13.50 | 2.80 | 22.36 | 600 |
| F4 | 18.30 | 4.30 | 22.36 | 600 |
| F5 | 8.00 | 2.50 | 22.36 | 600 |
圖6展示了 使用 VERITY IA Print Target 軟件獲取的圖像的視覺效果。圖 6中，青色表示印刷圖像，橙色表示印刷形貌，綠色表示印刷斑點(diǎn)。檢查配方的形貌時(shí)，可以看到顏色代碼變得更橙色。這表明在此壓力下獲得的表面光滑度有所提高。可以看出，F(xiàn)4 的顏色變化最大，F(xiàn)2、F3 和 F5 的顏色變化最小。
Paxit 測量了印刷網(wǎng)點(diǎn)密度為 15% 時(shí)的網(wǎng)點(diǎn)圓度（也稱為圓度）。結(jié)果匯總于表 7中。所有網(wǎng)點(diǎn)的圓度平均值在 CI 油墨的 73.5% 和 F3 油墨的 80.5% 之間，結(jié)果存在一些差異，這些差異由標(biāo)準(zhǔn)差表示。因此，我們無法看出不同印刷油墨配方的網(wǎng)點(diǎn)圓度平均值之間存在顯著差異。
| 墨水類型 | 網(wǎng)點(diǎn)面積 ( mm2 ) | 網(wǎng)點(diǎn)圓度 (%) | 等效直徑（μm） | 長寬比 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 平均的 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 平均的 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 平均的 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 平均的 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | |
| CI | 150.46 | 53.34 | 73.50 | 12.59 | 138.41 | 37.96 | 0.98 | 0.21 |
| F1 | 151.26 | 30.08 | 76.50 | 9.19 | 138.61 | 22.43 | 0.96 | 0.17 |
| F2 | 165.92 | 22.38 | 78.50 | 7.45 | 145.30 | 12.97 | 0.98 | 0.11 |
| F3 | 156.70 | 18.69 | 80.50 | 6.79 | 141.25 | 10.65 | 0.96 | 0.09 |
| F4 | 160.35 | 29.92 | 77.25 | 9.43 | 142.87 | 20.48 | 0.93 | 0.13 |
| F5 | 152.67 | 34.02 | 78.00 | 8.41 | 139.42 | 25.38 | 0.96 | 0.11 |
| 墨水類型 | 摩擦測試前的密度 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 摩擦測試后的密度 | 標(biāo)準(zhǔn)差 | 耐摩擦性（%） |
|---|---|---|---|---|---|
| CI | 1.32 | 0.01 | 1.31 | 0.01 | 99.24 |
| F1 | 1.19 | 0.01 | 1.18 | 0.01 | 99.19 |
| F2 | 1.27 | 0.01 | 1.26 | 0.01 | 99.21 |
| F3 | 1.25 | 0.01 | 1.24 | 0.03 | 99.20 |
| F4 | 1.15 | 0.02 | 1.14 | 0.01 | 99.13 |
| F5 | 1.27 | 0.02 | 1.25 | 0.01 | 98.68 |
4 結(jié)論
水性柔版印刷油墨是基于不同分子量的丙烯酸粘合劑類型開發(fā)的。這里考慮水性油墨，因?yàn)榕c溶劑型油墨相比，它們被認(rèn)為是無毒、無味且更環(huán)保的選擇。研究發(fā)現(xiàn)，粘合劑類型會影響部分印刷質(zhì)量，而對其他印刷質(zhì)量的影響并不顯著。在所有油墨中，用最高分子量樹脂配制的油墨印刷密度最低，在 40 到 60 個(gè)色調(diào)值之間觀察到的 TVI 最大。同一種油墨的斑點(diǎn)值和地形變化最大。當(dāng)談到其他印刷特性，例如 75° 下的光澤度、對比度、色度和網(wǎng)點(diǎn)圓度時(shí)，要么沒有觀察到差異，要么平均值不同，但數(shù)據(jù)變化很大且分布廣泛，無法得出丙烯酸粘合劑類型對這些響應(yīng)因素的任何趨勢或影響。
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