煙包凹印水性油墨的研發改進與推廣應用

劉豐杰

在“大眾創業、萬眾創新”的新常態經濟形勢下，我公司作為山東中煙工業有限責任公司將軍煙草集團有限公司旗下的一家煙包印刷企業，面對卷煙銷量下滑、煙草行業安全衛生標準升級、VOCs排污費征收等諸多挑戰，深刻意識到技術創新是企業發展的永恒主題，身為一家國家認定的高新技術企業，做好技術創新工作尤為重要。

2013年，我公司積極倡導綠色印刷，啟動了《白卡紙凹印水性油墨的研發應用》項目，歷時三年，經深圳布瑞特水墨涂料有限公司等油墨供應商的鼎力協助，在凹印水性油墨的流平性、印刷穩定性以及使用成本等方面取得了突破性進展。更值得一提的是，印刷速度可達160m/min。

我公司主要產品為泰山系列“泰山（白將軍）”煙包和“泰山（紅將軍）”煙包，年產量均在20萬箱左右。其中，“泰山（白將軍）”煙包印刷工藝比較簡單，采用四色凹印連線水性上光，油墨底色以金紅色為主。該煙包具體的工藝試驗過程已于《印刷技術-包裝裝潢》2013年第20期之《煙包綠色印刷工藝探索—煙包水性油墨凹印的推廣實踐》一文中做過詳細介紹，我公司也已于2015年下半年實現了“泰山（白將軍）”凹印水性油墨產品的批量生產。

相比之下，“泰山（紅將軍）”煙包的印刷工藝難度較大，為七色凹印：珠光金色→二次珠光金色→灰三角底色→紅底色→黑條碼→青光金色→水性光油，其中紅色和珠光金色為大面積實地印刷，這種多色疊印且滿版實地印刷工藝給產品的VOCs指標控制帶來諸多難題，但我公司不畏困難，通過工藝調整和多次試驗，目前已成功實現“泰山（紅將軍）”煙包凹印水性紅墨和水性光油的應用，圖1為我公司凹印水性油墨煙包產品。下面，筆者將重點介紹“泰山（紅將軍）”凹印水性紅墨和水性光油煙包產品的研發改進與推廣應用情況。

生產工藝改進方案

1.紙張性能的調整

根據凹印水性油墨的特點，量身定制了定量為230g/m2的無熒光白卡紙，通過調整紙張性能，改善紙張表面涂布層的印刷適性，使其表面涂布質量穩定，具有適當的吸墨性能，從而保證印刷效果。目前，國內煙包級無熒光白卡紙基本能符合凹印水性油墨的印刷要求。

2.根據凹印水性油墨主要特點研究油墨最佳配方

（1）組分及作用

凹印水性油墨主要由水溶性樹脂、顏料、水（水和助溶劑）、助劑等經過混合、研磨、分散、過濾后制成。其中，水溶性樹脂主要用來包裹分散的顏料，以使油墨能良好地轉移到承印物表面；顏料一般包括有機顏料和無機顏料，在油墨中起顯色、著色作用；水主要作為稀釋載體，助溶劑則主要用于增加溶解度，一般為少量醇類溶劑；助劑主要用于輔助改善油墨使用時的缺點，主要有消泡劑、分散劑、流平劑、抗磨劑、增稠劑、防腐劑等。

（2）細度

凹印水性油墨的細度與顏料、樹脂等物質有關，是凹印水性油墨的重要指標之一。凹印水性油墨的顆粒太粗不僅會影響刮刀和印版的使用壽命，而且油墨本身也容易產生沉淀，流平性也會變差。因此，考慮到印版網穴深淺、墨層厚度和研磨的經濟影響，一般要求凹印水性油墨的細度在15μm以下。

（3）黏度

印刷上機時原墨的黏度一般較高，需要添加適量的水或乙醇和水的混合液（水和乙醇的比例一般為1∶1～1∶2）進行稀釋。如果凹印水性油墨黏度較高，則容易產生氣泡，導致印刷不實或出現針孔現象；如果黏度太低，則會使印刷字體變粗，圖案邊緣變模糊，印刷質量不穩定。調整凹印水性油墨黏度時，應預先將水與醇類溶劑按一定比例混合均勻，然后邊攪拌邊加入油墨，一般使用2#察恩杯測量油墨黏度，黏度以19～21s為宜。需要注意的是，不能單獨將醇類溶劑加入油墨，否則會導致油墨返粗變質。

（4）pH值

目前市場上凹印水性油墨一般偏堿性，主要是因為這些產品大部分使用的是堿溶性連結料。我們在生產實踐中發現，油墨pH值的控制也比較重要，通常控制在7.5～9.0為宜，此時凹印水性油墨的性能非常穩定，能保證印刷質量的穩定性。

根據凹印水性油墨的特點，經過反復試驗，最終確定最佳的凹印水性油墨配方為：10%～20%的高級顏料、30%～40%的丙烯酸樹脂、1%的助劑（分散劑、消泡劑、耐磨劑）、0.8%的微量助劑（X、Y、Z）、30%～40%的溶劑（水、乙醇）。通過試驗發現，當水和乙醇的比例為1∶4時，印刷效果較為理想，但還需根據季節及印品特點進行微調。

3.干燥系統的改進

干燥是凹印水性油墨印刷中的重要環節，除了與凹印水性油墨本身的干燥速度有關外，與印版網穴深淺、烘箱溫度也有很大關系，一般紙張類凹印干燥時的熱風溫度應控制在80～110℃。此外，適當提高凹印機烘箱的通風量和加熱功率，也可以改善凹印水性油墨的干燥效果。

4.制版參數的改進

凹版一般采用激光雕刻版或者電子雕刻版，原有溶劑型油墨的印版網穴深度一般在45～55μm，濕膜涂布量為6.0g/m2，但由于凹印水性油墨的干燥速度比溶劑型油墨慢，經過多次試驗，可將印版網穴深度控制在35～40μm，濕膜涂布量為4.5g/m2，不僅能保證較好的印刷效果，同時還能兼顧油墨的流平效果與干燥效果，最終達到較快的印刷速度。

煙包產品質量分析

1.物理指標、色差與滑爽性

煙包產品的物理指標主要取決于紙張的特性。采用溶劑型油墨與水性油墨生產的煙包產品，在物理指標方面差異不是很大，基本都能達到中煙公司的產品標準；在色差方面，凹印水性油墨在使用過程中沒有溶劑揮發，且油墨流平均勻、色相穩定、色彩飽和度高；在滑爽性方面，由于凹印水性油墨中的水性樹脂及連結料與溶劑型油墨不同，墨層干燥后滑爽性較好，有利于卷煙廠高速包裝作業。

表1所示是“泰山（紅將軍）”煙包采用凹印水性油墨與溶劑型油墨印刷時的主要質量指標對比。從表中可以看出，相比采用溶劑型油墨印刷的煙包產品，采用凹印水性油墨印刷的煙包產品色差小，且由于凹印水性油墨在使用過程中不易揮發，不需要頻繁補充溶劑來維持油墨黏度的穩定，進一步保證了印品色差的穩定性；動摩擦系數對煙包產品的上機適用性具有較大的影響，動摩擦系數較小，說明凹印水性油墨煙包產品具有良好的滑爽性，更符合高速包裝機的上機適用性要求。

2.VOCs指標

在“泰山（紅將軍）”煙包的7色凹印中，紅色油墨和光油均為水性產品，根據“泰山（紅將軍）”煙包的成本分析，紅色油墨與光油的使用量占油墨總使用量的30%，因此，凹印水性紅墨能從根本上解決30%的VOCs排放問題。表2是根據煙草行業標準YC/T 207-2006《卷煙條與盒包裝紙中揮發性有機化合物的測定 頂空-氣相色譜法》對“泰山（紅將軍）”煙包中有機化合物殘留（VOCs指標）的檢測結果，從凹印水性紅墨與溶劑型紅墨的對比來看，采用凹印水性紅墨能明顯改善煙包產品中有機化合物殘留問題。

通過對表2進行分析，筆者得出以下結論。

（1）使用凹印水性紅墨生產的“泰山（紅將軍）”煙包產品，乙醇殘留量較高，其他VOCs指標均比溶劑型油墨低。

（2）除乙醇外，“泰山（紅將軍）”凹印水性油墨煙包產品其他指標均比溶劑型油墨煙包產品低很多，但與“泰山（白將軍）”凹印水性油墨煙包產品相比，卻高出很多，這與兩種煙包產品的油墨結構有關，超出部分主要來自“泰山（紅將軍）”煙包的兩次珠光印刷。

（3）下一步，研發并應用水性珠光油墨是從根本上解決“泰山（紅將軍）”煙包產品VOCs殘留量超標的重要措施。

效益分析

1.經濟效益

凹印水性油墨的直接采購成本雖然較高，但是由于其使用水和乙醇作為溶劑，大量節省了乙酸正丙酯的使用量，綜合使用成本有所降低。表3所示為1000大箱“泰山（紅將軍）”煙包小盒使用凹印水性紅墨與溶劑型紅墨的成本對比。通過對表3進行分析，可得以下結論。

（1）相比溶劑型紅墨，使用凹印水性紅墨使得“泰山（紅將軍）”煙包的油墨綜合成本降低了20.42%，按年產20萬箱進行計算，可節約26.74萬元的成本，加上配套的條盒，節約成本可達40.00萬元。

（2）使用凹印水性紅墨比溶劑型紅墨的輔助材料種類少，后者共使用6種輔助材料，而凹印水性紅墨僅使用3種，更便于操作。

（3）物流倉儲方面，生產1000大箱“泰山（紅將軍）”煙包小盒需要溶劑型油墨318.44kg，需要凹印水性油墨147.00kg。可見，凹印水性油墨的物流量不足溶劑型油墨的一半，每年可減少34.2噸的材料裝卸、庫房及生產過程物流工作量，而且庫存可以減少一半，同時可在普通倉庫儲存，有效消除了危化品倉庫的安全隱患。

（4）溶劑使用量大幅減少。根據國家《揮發性有機物排污收費試點辦法》相關條款，有機溶劑的排污費約為8元/千克。按照我公司年產量20萬箱計算，使用溶劑型油墨需消耗正丙酯和慢干劑共44.2噸，大概需繳納35.36萬元排污費，而使用凹印水性油墨至少可省去該項費用。

2.社會效益

（1）溶劑型油墨的主要溶劑是正丙脂、丙二醇甲醚等，每年約向大氣排放44.2噸氣態有機化合物。而采用凹印水性油墨則能避免這部分有機化合物排放，有效保護了環境。

（2）凹印水性油墨的主要溶劑是水和乙醇，均不易揮發，生產作業現場溶劑氣味較小，改善了印刷車間的作業環境，保障了員工的身體健康。

（3）由于凹印水性油墨不易燃燒，可消除印刷車間易燃易爆的火災隱患，有利于安全生產。

凹印水性油墨使用注意事項

1.印版的使用及清洗

凹印水性油墨干燥后不再溶解于水，因此停機后要及時將印版清洗干凈，避免油墨干燥后堵塞印版網穴。若不慎發生堵版，可先用水和乙醇的混合溶液進行清洗，然后使用洗衣粉溶液清洗，最后再使用溶解性強的正丙酯將印版清洗干凈。值得注意的是，清洗印版時要避免清洗溶液流入油墨內。

2.油墨的調配

為保證凹印水性油墨使用過程中的流動性，應將其黏度調整為19～21s。凹印水性油墨的溶劑大部分使用的是水與乙醇混合液，二者的比例為1∶4，切忌加入其他有機溶劑。

3.油墨的保存

凹印水性油墨適宜的儲存溫度為5～35℃。使用過程中要將墨桶密封好，以防油墨干燥起皮而影響印刷，余墨再用時務必先進行過濾。

目前，我公司已經固化了凹印水性紅墨的部分研發成果，也申報了相關油墨配方的發明專利，并且實現了大批量生產，取得了顯著的經濟效益和社會效益。但就“泰山（紅將軍）”煙包產品而言，珠光金色還占據著三分之一的印刷面積，溶劑型珠光金墨依然對產品的VOCs指標具有一定影響。為此，我公司將繼續與深圳布瑞特水墨涂料有限公司等先進油墨供應商深度合作，并不斷總結經驗，再接再厲，向水性珠光金墨的研發和應用發起挑戰。