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环保型豆油基油墨的技术特性及其发展趋势

豆油基油墨因其突出的环保特性而得到越来越广泛的应用。

世界包装业绿色环保的发展趋势正不断影响着我国印刷工业的发展，随着国内在印刷包装方面环保要求的不断提升，与印刷工业相关的环保法规正在不断完善，环保油墨也越来越受到印刷厂的青睐。随着技术的进步和市场的发展，我国的油墨制造工业在近年来取得了长足的进步，其中占据主导地位的平版胶印油墨，其市场需求量保持稳步增长。但是，与国我们很自豪能够提供合适特殊利用的可延续双体船概念; 包括水上出租车际发达地区相比，无论是在油墨的研发技术和生产工艺，还是在解决印刷车间的环境污染问题、改善油墨的环保性能等方面尚有很大的差距，这一切皆给我国印刷工业的发展带来了巨大的挑战和机遇。豆油基油墨作为环保型胶印油墨的发展方向之一，具有减少印刷油墨VOC、使用可再生资源等优势，可满足印刷包装业的绿色环保要求。本文将介绍这一油墨的技术特性及其发展趋势。

背景介绍

上世纪七十年代中期，由于石油价格提升，原材料供应问题严重影响了油墨产业的发展。1979年，美国报纸协会倡导开发新型植物油基印刷油墨来替代石油基印刷油墨。最初的豆油基油墨主要应用于轮转报纸印刷，随着油墨技术的不断发展，目前在胶版印刷中的单张纸印刷、热固轮转印刷、冷固型轮转印刷和商用表格印刷等都可以使用豆油基油墨。近几年来，随着印刷环保概念和意识的增强，环保型豆油基油墨越来越受到印刷厂的重视。日本从1995年开始倡导使用豆油基油墨，到1998年豆油基油墨消耗量已达859吨，年。目前在日本有230家油墨厂生产黄豆油墨，并有175个印刷厂使用。美国作为世界最大的豆油基油墨市场，目前其三分之一的报纸印刷采用豆油基油墨，超过90％ 的彩色报纸印刷是使用豆油基油墨。

依据美国大豆油协会的规定，豆油基油墨配方中大豆油成分的含量必须达到一定的标准。表1为美国大豆油协会大豆油成分的含量标准。

目前，国内的几大油墨厂商也分别推出了环保型豆油基油墨，其中主要有天津东洋油墨的TOH—AFSOY无芳烃豆油型热固胶印轮转油墨，杭华油墨的EXCEL SOYA、BCSOYA和HS．G SOYA环保型大豆油油墨系列，上海牡丹油墨的PSE系列无芳烃豆油基单张纸胶版油墨，深圳阪田油墨有限公司(Sakata Inx)的平版胶印环保大豆油墨。

豆油基油墨技术特性

使用大豆油来取代油墨配方组分中的矿物油成分，可以制造豆油基油墨以替代普通石油基油墨，从而减少印刷油墨的挥发性有机物组份，降低对大气环境的污染。与传统油墨中的矿物油(不可再生资源)不同，豆油基油墨所含的大豆油组分为可再生而且可降解的自然资源，所以豆油基油墨被认为是一类具有绿色特征、可持续生产的环保型油墨。相对于传统油墨．豆油基油墨在环保和印刷应用方面具有多项技术上的优势，使其在胶印油墨市场中的所占份额不断扩大。在胶版印刷方面，豆油基油墨主要应用于胶印的报脱水器刊轮转和单张纸印刷方面，如表2所示为豆油基单张纸和轮转油墨的标准配方。

在实际印刷过程中，胶印油墨的干燥原理主要包括氧化催化结膜和渗透干燥两种，其中氧化结膜干燥方式主要是依靠油墨配方中的干性或半干性植物油在催干剂存在的情况下与氧气发生氧化聚合反应而成膜。渗透干燥的原理是在印刷过程中油墨中的低黏度组分(矿物油或植物油)渗透到纸张的纤维中促使油墨的快速智能开关固着。而对于豆油基油墨而言，由于豆油组分取代传统油墨配方中的大部分矿物油，因此豆油组分的性能对于豆油基油墨的固着和干燥速度有着十分重要的意义。

大豆油属于半干性植物油，所以在油墨配方中直接使用20％ 以上的大豆油无法满足实际印刷对干燥性能方面的要求。所以为了改善豆油基油墨的干燥性能，提高氧化结膜速度，通过采用催化剂改性技术，使用一种同质催化的方法，即在不改变分子结构的基础上，提高豆油的不饱和双键含量和位置，来加强氧化聚合反应能力，从而改善油墨氧化干燥性能。但是由于这种同质催化方法没有改变豆油的分子结构，相对于矿物油，同质催化法所获得的改性豆油在多项物化指标上仍有很大的差异，特别是黏度上的差异导致其无法达到与矿油同样的渗透速度，从而影响油墨在实际印刷时的固着和干燥性能。

植物油都是由长链的脂肪酸甘油酯的混合物组成，分子结构基本相同。只是其中脂肪酸分子链节中的碳链数目，不饱和双键数量和位置随着植物油种类的不同而有所差异，一般不饱和双键数量或共轭双键数量越多，植物油的氧化干燥速度越快，通过聚合形成状结构的能力越强。另外，从印刷油墨的分子结构的角度来看，植物油分子与矿油分子有着很大的差异，矿油分子在不考虑分支的情况下，小于植物油分子3～5倍，如图1和图2所示。

所以植物油不但在比重上比矿油大许多(挥发性因此而大为降低)，而且在黏度上也比矿油高很多，如矿油的黏度为5mpa．s(23℃C)，亚麻油的黏度为44mpa，s(23℃)，大豆油的黏度为55mpa．s(23℃)，这种差异不但会影响到油墨体系的流变性能，而且会影响到流体在涂布纸张上的吸收，从而影响油墨在印刷基材上的固着速度。

为了进一步改善豆油基油墨的干燥性能以满足高速印刷的需求，目前的技术趋势主要是使用植物性酯的成分来替代豆油，以改善油墨固着慢的缺点。这种植物性酯主要来自于豆油脂肪酸和醇的酯化反应作用，其分子结构与矿油相似，特别是碳链的长度和整个分子的大小，以及黏度都和矿油十分接近，如图3P#示。这种豆油脂肪酸酯和矿油一样可以很快被涂布纸张所吸收，具有优良的渗透性，从而解决了豆油基油墨固着慢的问题，另外脂肪酸酯对树脂表现出很好的溶解性，也为油墨配方的调整提供更多的弹性。

总之，豆油脂机械零件肪酸酯的性能和矿油很接近，却没有矿油的缺点，因此值得继续深入的研究。目前，一种由大豆油脂肪酸和甲醇合成的大豆油这类材料在名称高大上可作为你在朋友中吹嘘的谈资以外甲基酯．具有较强的稀释性和溶解力．它不仅能够作为颜料和油墨清洗剂．而且具有价格低 容易降解 低毒性和低VOC等特性．其主要物理性能如表3所示。

使用这种豆油酯来替代部分或全部的石油系矿物油应用于豆油基油墨中．不但可以有效地解决豆油基油墨固着速度慢等问题．而且可有效减少油墨中不可再生资源— —矿物油的消耗。总之．对于豆油基油墨而言．豆油酯在其中的应用将具有很大的发展潜力。

应用优势

印刷性价比高。豆油基彩色油墨的原材料成本与石油系彩色油墨相近．在油墨价格方面具有一定的竞争力。作为报纸印刷的黑色豆油基油墨．虽然在油墨价格方面不占优势．但就长期印刷而言．由于具有较好的印刷稳定性．其印刷效率高．和普通黑色报墨相比同样具有较强的竞争优势。另外．由于具有更好的颜料润湿性．豆油基油墨表现出更高的色浓度和厚实、亮丽的印刷颜色效果．在实际的印刷中．消耗同样油墨量大约可增加10％～15％的座椅单位印刷量．有利于降低印刷成本。

印刷适性好。豆油基油墨所含有的植物油成分较多．由于植物油的沸点相对比矿物油要高．在实际印刷中．黏性增值较小．具有良好的印刷稳定性和印刷适性。另外．Tack O—Scope实验测试表明．豆油基油墨相对于普通油墨具有更加好的水墨平衡性．如图4所示．豆油基油墨和润版液接触时达到平衡的速度快．并可保持更加稳定的乳化平衡性能．这对于改善印刷需要对原拉伸装置及其卡头夹具进行改进质量．提高生产效率有着十分重要的意义。

耐擦性(Rub—off resistance)佳。据美国报纸协会报导 通常报纸读者比较关心其手是否会被沾黑。传统石油系油墨由于印刷的耐擦性不良．容易沾黑读者的手．而豆油基油墨中的豆油组分不同于作为惰性溶剂的矿物油．由于含有不饱和双键可以参与氧化成膜．所以相对于油性油墨具有更好的耐擦性能．从而解决了报纸读者的手容易被油墨污染的问题。

脱墨性(Deinking)。豆油基油墨具有较好的脱墨性，而且对纸质纤维的损伤小．可提高再生纸的品质．同时由于脱墨后的油墨残渣比石油基油墨更加容易分解．可改善废水处理的工艺．有效降低纸张回收处理成本。

避免VOC的挥发。石油系油墨含有大量的VOC及毒性成分．而以豆油取代石油系矿物油．能够避免石油系矿物油挥发有害成分而造成的环境污染．无论是在制造油墨、印刷干燥．或是清洗制造设备等过程都不会产生VOC。

豆油基油墨现状与展望

目前豆油基轮转油墨在面对轻量化纸张的印刷实验上已获得成功．在日本已有印刷厂商实现了豆油基油墨在33g／c㎡ 、27g／c㎡ 和20g／c㎡ 等超薄再生纸上的印刷。如果豆油基油墨在这方面能够完全满足实际印刷的需求．将有效降低印刷用纸成本．使再生纸资源得以充分利用。通过评估豆油在uV油墨中的应用．Lehigh大学的研究显示在uV胶印油墨中至少有25％ 的丙烯酸酯类组分可以被处理过的豆油类产品所取代。目前．研究人员已确认在uV油墨中加入20％的豆油．油墨的印刷适性和固化性能将保持或得到改善。使用豆油组分取代一部分更加昂贵的丙烯酸酯预聚物不但可以降低固化过程中所产生的VOC数量．而且将改善颜料润湿性．降低气味．改善印刷产品的生物降解性．有利于纸张的回收利用。美国化学公司的辐射固化部门正试图实现这种产品的商业化．我们期待有更多的供应商能够提供这样的豆油基产品以满足市场需求。■

转载自：中国印刷

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