水墨性能的提升:從色強度到印刷適性、附著力及貼合來評判水墨性能



軟包裝柔印採用水墨的比例逐年提高,這跟行業趨勢及水墨性能的改進有關。我們來回顧一下包裝行業及水墨發展的歷史,並探討接下來的趨勢。


軟包裝的應用範圍很廣,包括乾的、濕的、冷凍及微波食品的包裝。根據 Smithers 公司市場調查報告,北美的軟包裝市場每年大約有 3 % 的成長。軟包裝由於體積小、輕量化及使用方便的特性,頗受市場青睞。


 

包裝材料及可持續性


常見的軟包裝材料包括有低密度PE(LDPE)、高密度PE(HDPE)、PET、PP、OPP及BOPP等,這些材料的表面特性及張力與紙張非常不同。軟包裝印刷通常使用溶劑墨,紙張印刷則通常使用水墨。


在軟包裝上使用水墨的動機是源自印刷行業受到的法規限制及社會壓力,政府及國際組織基於可持續性的考量,制定越來越嚴苛的要求,目的是在經濟發展與環境保護之間取得平衡。軟包裝採用水墨印刷是朝向可持續性、技術創新及商業模式差異化跨出一大步。此外,因為水墨的 VOC 及氣味較低,採取水墨印刷能夠大幅提升印刷現場的工作環境。在人工短缺的趨勢下,這可改善員工的生活品質、工作滿意度及穩定性。


水墨印刷的產品


 

分散與沾附


水墨的主要關鍵是顏料的分散跟沾附或延展。顏料的有效分散主要依賴樹脂,才能有均勻的墨色。沾附主要依賴乳液,在印刷材料上形成墨層,並帶有抗水性、流平及附著的特性。乳液並有助於保持水墨黏度的穩定,這對印刷操作十分重要。此外,還會添加消泡劑、濕潤劑、蠟等成分來提高水墨的性能。


水性丙烯酸樹脂最早用於地板維護,後來才被發現適用於水墨。水墨原本主要用於紙張印刷,包裝業者受到排放限制的要求,必須安裝處理設備或改用低排放的油墨。水墨的排放量很低,又容易被紙張吸收,這對尋求低 VOC 排放及避免投入昂貴 VOC 處理設備的(紙張)印刷廠來說是個理想的方案。


為因應表印的特性要求,例如抗水性、抗化學腐蝕、耐熱及耐摩擦,水墨的成分及配方不斷在開發。其中抗水性及抗化學腐蝕性的提升通常使用添加的交聯基。


 

交聯基


聚合鏈之間的共價連結可以改善分子之間的聚合力,讓油墨成分緊密結合,提高避免被水或化學品吸收或移除的能力。但這個方案也有缺點,例如儲存期較短、環境健康因素、法規限制以及與印刷添加劑可能的交互反應。


另一個改善性能的方案是使用金屬交聯基,這樣可以提高水墨的耐熱性。這些金屬離子會跟聚合物的酸形成氫鍵改善油墨的耐性。這種離子鍵是可逆的,所以無法改善油墨的耐化學腐蝕特性。


自交聯聚合物也可用於提升表印水墨的耐性,近期對自交聯聚合物的研發已經可以兼顧水墨的耐性及再溶性。這個方案比較穩定,沒有儲存期、環境健康、法規限制以及交互反應的疑慮。耐摩擦性能可通過蠟的添加改善,蠟可以提高油墨分子的柔韌性,避免摩擦受損。


 

淋膜及貼合


水墨也可用於貼合包裝。由於油墨被包覆在兩層材料之間,對抗水性、抗化學腐蝕及耐摩擦的要求不高,但多了在淋膜或貼合時保持良好附著性的要求。


水性 PU 分散劑對印刷材料有良好的附著性,性能跟溶劑墨接近。早期水性 PU 分散劑用於塗布,可以提供良好的附著性,但印刷適性及再溶性很差,並且跟多數的顏料連接料不相容。近期的研發已經可以克服這個問題,更好地兼顧附著性和印刷適性的問題。此外,亞克力聚氨酯混合物可以提供良好的附著性、印刷適性及再溶性,並且可以相容多數傳統水墨的顏料連接料。


這些樹脂的技術演進,加上印刷設備乾燥能力的提升,讓水墨成為軟包裝印刷的可能方案。雖然水墨原本主要應用在紙張印刷,但我們已經看到水墨性能的大幅提升。只要水墨能夠滿足性能的要求,又能更好地符合法規、社會責任及可持續性的發展目標,水墨在軟包裝行業的廣泛使用指日可待。


 

※ 本文翻譯自美國 FTA " FLEXO " 雜誌 2021年 9月刊

原文標題:Evolution Yield Uncompromised Performance

由「信華柔印科技 * 嘉昱有限公司」提供予「台灣柔版印刷協會」網站使用


※ 作者:Josh Kempfer

BASF 公司 技術專家,負責與使用者研究各種印刷及塗布方面的需求







※ 譯者:信華柔印科技 * 嘉昱有限公司--林嘉彥 先生