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EB油墨在印刷包装行业的应用

时间:2018-11-09 15:07:50来源:科印网作者:薛志成

  2017年11月29日,随着陕西北人印刷机械有限责任公司在国内第一台EB油墨卫星式胶印机的完美亮相,瞬时在国内刮起了一股强劲的EB油墨(电子束油墨)及其固化技术的讨论热潮,许多客户、媒体及行业从业人员纷纷参与其中,到底是什么缘由引起行业如此广泛的关注呢?

  近3年来,为应对雾霾天气,国家加大对印刷包装行业的VOCs治理力度,高压环保政策让许多没有安装环保设施的印刷包装企业搬迁的搬迁,关闭的关闭。一时间,企业个个自危,使得原本微利的行业更是雪上加霜。如此背景下,EB油墨卫星式胶印,一种近乎完美的绿色印刷方式被呈现出来,就如同漆黑的夜晚亮起一盏明灯,为行业的发展带来全新的思考和发展方向。

  环保油墨的种类及优缺点

  印刷环保与否,关键取决于油墨,不同的印刷方式只是印刷的不同路径,但当前被称为环保油墨的品种鱼目混杂,良莠不齐。从狭义角度讲,环保油墨是指采用对人体几乎没有危害的原材料,在油墨生产和印刷过程中几乎不发生污染,对生活环境不构成威胁的油墨品种。从广义角度讲,环保油墨是指减少原材料中对环境和人体有害的成分;减少油墨生产和使用过程中对环境和人体有害的成分;易回收,减少“二次污染”。

  当前,市面上环保油墨按溶剂分类主要有:水墨、无溶剂EB/UV能量固化油墨。下面,笔者将结合印刷方式详细介绍以上油墨的优缺点。

  1.水墨

  水墨分为两种:完全水溶性墨和水+乙醇混溶性墨。能够使用水墨进行印刷的主要是柔印和凹印两种方式。

  采用水+乙醇混溶性墨在柔印上的应用非常广泛,此处不再赘述;其在凹印上的应用可谓步履蹒跚,虽然已经有一些应用,但用于需要复合的薄膜里印仍需假以时日,多做测试与改进。乙醇虽然对从业人员无害,但其对环境的危害和其他有机溶剂几乎一样,因此,这一类的油墨是否算得上真正的环保油墨还值得商榷。

  完全水溶性墨不论是凹印还是柔印方式,目前主要应用在纸张上,而且行业内应用非常广泛。用于塑料软包装印刷的完全水溶性墨至今仍未能有效实现,因此采用“柔印+完全水溶性墨”“凹印+完全水溶性墨”的方案,各方仍在积极探索实验,市场应用非常有限。

  其原因是多方面的:①水的汽化潜热是酒精的3倍多,挥发速度较慢,影响了干燥能力,导致印刷速度下降;②水墨成本以及水墨生产路线的争论,一部分厂家走乳液的路线,一部分厂家探索真正的水溶性;③水墨在薄膜上的附着力以及后序里印复合的问题,目前笔者见到的市场上所谓的水墨印刷及复合产品效果都不理想;④水墨的覆盖率、色彩饱和度等亟待改善。

  2.能量固化油墨

  (1)UV油墨

  UV油墨在国内的发展有约30年的历史,被广泛应用于凹印上光、胶印、网印,在柔印上也有部分应用,这些应用主要是在纸张以及铝箔上。

  UV油墨具有以下诸多优点。

  ①安全可靠,无溶剂排放、不易燃、不污染环境。

  ②印刷适性好、黏度稳定、着墨力强、网点清晰度高、阶调再现性好、墨色鲜艳光亮、附着牢固、适合精细产品印刷。

  ③可瞬间固化,产品印完后可立即叠放,不会发生粘连。

  ④物化性能优良。UV固化过程是UV油墨光化学反应,所以具有耐水、耐醇、耐酸碱、耐磨、耐老化等许多优异的物化性能,这是溶剂墨所不及的。

  ⑤用量省,能够近乎100%地转化为墨膜,其用量还不到水墨或溶剂墨的一半,所以成本比较低。

 

  当然,UV油墨也有一定的缺点,除上光之外,对于应用在薄膜上的其他案例也不多见,此外还存在许多问题待解决。

  ①层间剥离UV印刷每色或2~3色需固化后再进入下一色印刷,如果下层固化过度就会导致层间附着力较差。

  ②由于UV灯会产生大量热量,薄膜或标签类材料会发生变形、卷边,尤其是黑色油墨更加吸热,容易导致这一问题的加剧。当然,目前低热量的LED-UV灯正在悄悄崛起,与其配套的油墨也在研发试验中。

  ③UV油墨发生聚合的桥梁是光引发剂,但光引发剂不能完全被链接,会有10%~30%残留下来,进行材料间的迁移。而光引发剂具有一定的毒性,欧洲地区是禁止其出现在食品和药品包装中,但国内现在还没有相关的法律法规出现。

  ④纸张上很少有白墨的应用,但塑料薄膜上白墨的应用率非常高,而普通的UV固化系统对白墨的固化较难,需利用特殊的固化系统才能完成。

  以上问题便成为阻碍UV油墨在软包装上应用的主要因素。

  (2)EB油墨

  EB是英文ElectronBeam(电子束)的缩写,通常我们所说的EB油墨就是电子束油墨,这种油墨的固化只能通过电子束发生器(通称“EB发生器”)进行固化。在这个工艺中油墨基本是单分子体和低聚体的混合液体,配以颜料和其他添加物。该液体油墨通过EB发生器时被高速的电子束穿透,电子束撞击并穿透液体层时所释放的能量激发油墨产生聚合作用,从而在印刷基材上留下固体油墨。EB油墨固化机理如图1所示。

  采用EB油墨印刷的优点如下。

  ①绿色、环保、安全。EB油墨中不含任何溶剂,油墨的固含量接近100%,对环境、包装物没有任何污染,符合国家环保政策要求。

  EB油墨不含任何光引发剂,解决了UV油墨光引发剂的迁移问题,特别适合于食品、药品包装的印刷。

  EB油墨的固化是聚合反应,为了防止氧阻聚的产生,其固化过程必须在惰性气体的保护下进行,故无臭氧产生。通常采用氮气作为保护气体,氮气的纯度为99.99%,用量约为60~130m³/h,氮气压力为0.6~1.0MPa;氮气本身是大气的主要组成部分,故非常环保。

  ②高效节能。油墨固化在0.005秒以内完成,能耗仅为传统热固化的10%(含加热及进排风机的功率)。

  ③承印物较广泛。适应于各种纸张、薄膜的印刷,除了传统的薄膜,对于个别特殊种类的薄膜需要一定的验证。

  ④印品质量优良。电子束的穿透能力强,可使油墨彻底固化。因油墨交联反应形成了高分子立体网状聚合物,颜料浓度高,印品外观漂亮,具有很强的光泽度和立体感。

  ⑤可以彻底固化暗的颜色和黑色;白墨固化良好;固化会得到更强的色密度;不透明的颜色也可固化;墨层表面还具有很强的耐化学性能和耐摩擦性能。

  ⑥EB油墨在常规环境下非常稳定,无需天天清洁印刷机组。墨斗里的EB油墨即使存放一周,也不会出现结皮、硬化现象,未受污染的余墨3个月内可再次使用。

  ⑦适应行业广泛,从普通包装和食品包装到户外包装、收缩膜和标签。

  EB油墨的创新应用

  区别于其他油墨的印刷方式,在要求不高的情况下,EB油墨的色组为CMYK4原色加1组白色进行印刷;对于要求较高的,采用7原色高保真彩色印刷,即在CMYK四色基础上增加RGB(红、绿、蓝)或OGV(橙、绿、紫)等颜色油墨的印刷方式,有些厂家是在CMYK的基础上直接加上自己的专色墨进行印刷。色墨印刷完成后,最后一色采用白墨覆盖。这就决定了采用EB油墨印刷的印刷机基本都是4+1色或7+1色。

  目前,能够使用EB油墨进行印刷的主要有柔印和胶印两种方式。

  1.湿式柔印,改变你对柔印的看法

  传统柔印都有色组干燥,即每个色组印刷完成后,必须进行预干燥,再进入下一组印刷;在所有色组印刷完成后统一进行二次干燥。湿式柔印是采用EB油墨进行的印刷方式,每个色组间不需要进行油墨固化,后一色油墨直接叠加在前一色油墨之上。所有色组印刷完成后,统一采用EB固化装置进行固化。传统柔印与湿式柔印结构对比如图2所示。

 

  EB固化技术的应用对卫星式印刷设备来说,主要结构不会发生变化,但局部结构需要重新设计或改造,具体如下。

  ①不再需要传统干燥装置,包括色间干燥的风刀、印刷后的隧道式干燥箱,以及加热的热源、温度控制系统、进排风系统。印刷单元的结构将变得更加紧凑、简洁。

  ②EB油墨的固化采用加装在印刷色组之后的EB固化装置,即印刷材料从中央压印滚筒引出后直接进入EB固化装置,进行固化。

  ③供墨系统发生变化,采用电动涡轮叶片泵供墨,要求在供墨过程中稳定无波动,所有以压缩空气为动力的泵不宜使用,包括蠕动泵。

  ④印刷时,无须每天清洗印刷单元,连续停机超过一周时,原则上应该刮出油墨并清洗印刷单元。

  2.EB油墨与卫星式胶印相结合,颠覆你的认知

  (1)EB油墨与卫星式胶印相结合的优势

  传统胶印为机组式,分为单张纸和卷筒纸,大部分应用于出版领域,一部分应用于包装领域,主要是纸箱纸盒。胶印几乎从未应用在薄膜上。主要问题:一是薄膜是非吸收性材料;二是传统胶印油墨在薄膜上的干燥问题,这导致湿叠湿无法在薄膜上完成。

  就如同UV油墨一样,EB油墨的出现及其固化方式,实现了用胶印在薄膜上湿叠湿的印刷。这为EB油墨在薄膜上的应用翻开了崭新的一页。众多优点不一而足。

  ①胶印印版可以在数分钟内成像并加工,制版时间短,印前准备快,并能够立刻在印刷机上使用。这减少了印刷机的印前准备时间,从客户接单到开始印刷仅需3小时,为生产计划提供了更大的灵活性,特别对于生产临时加急印刷订单,不会破坏生产计划,增加了订单的柔性生产能力。这与凹印、柔印1~2周的交单时间相比,生产效率极大提高。

  ②与UV固化相比,EB固化产生较少的热量,属于冷固化。UV固化的热量会影响易变形的薄膜基材和附近的印刷机部件,造成变形和误差等问题。

  ③可以印刷、复合同时联机进行,复合后无需熟化,直接进入分切或制袋工序,节省半成品库区空间,缩短订单生产周期。

  ④版材的价格直接影响到生产成本,每平方米的PS版价格仅为30~50元,低于同等面积凹版1600元左右的价格,远低于同等面积柔性版2200元左右的价格。

  ⑤使用EB油墨,与柔印一样,无需天天清洁印刷机组。连续停机超过一周时,原则上应该刮出油墨并清洗印刷单元,未受污染的余墨3个月内可再次使用。

  ⑥卫星式胶印结构的应用拓宽了印刷基材的应用范围,轻薄的纸张和薄膜都可以在该类机器上应用,因为印刷基材紧紧包裹在中央滚筒表面,所以不论何种基材,套印精度都可以创历史地达到±0.02mm,这是传统各类柔印、机组式胶印、机组式凹印±0.1mm的套印精度无法相提并论的。

  当然,应用EB油墨的卫星式胶印方式也有其短板,水墨曲线的调整相对较难,对从业人员要求高,从业人员稀缺,这些都是阻碍其快速发展的原因。

  (2)EB油墨与卫星式胶印发展的新方向,无水EB胶印

  近年来,随着油墨技术、设备数字化以及印版配方的不断改进,无水胶印得到了快速发展,甚至说有了本质的改变。但在中国,尤其是印刷包装企业,对无水胶印了解很少,已经开展无水胶印的更是凤毛麟角。其实无水胶印在保证环境条件、设备精度和油墨特性的前提下,和水墨平衡的传统胶印相比,操作简单,完全可以将其比喻为傻瓜式胶印。

  所谓“无水”胶印是相对于传统“湿”胶印而言的。传统胶印由油(油墨)和水(润版液)两种成分通过油水不相溶的原理在印刷机上复制图文。

  然而在印刷机上处理水墨平衡是比较困难和复杂的,而无水胶印靠硅油涂层来排斥油墨,不需要润版液,不使用水、酒精或酒精类液体,即无水墨平衡问题,也是一种绿色印刷。

  无水胶印不使用酒精等溶剂,设备上没有水斗装置,所以无须进行废水处理,对水源没有污染;无水胶印印版的制版处理过程中减少或消除了溶剂和化学品的应用,VOCs排放小;相对于有水胶印,无水胶印机的噪声也比较低。

  无水EB胶印则有如下优点:

  ①无须润版液和润版水斗、水辊系统,降低了印刷成本;②不需要调节水墨平衡,节约了准备时间,提高了生产效率;③套印和色差容易掌控,减少了生产过程中的浪费;④质量连续稳定,开机后很短的时间就可达到设计要求,减少了纸张消耗;⑤设备结构简单,便于操作,对从业人员的技能需求降低,操作快捷方便。

 

  EB固化装置

  EB固化装置即EB发生器,其工作原理是在真空下钨丝发出电子,用高电压加速发出的自由电子,经过钛窗的整合后射出,对油墨实施固化,原理图如图3。EB发生器分扫描式、帘式两种,国内生产的主要是扫描式,但近两年,相关企业与科研院所也开始研发帘式EB发生器。印刷行业使用的都是帘式EB发生器。

  随着相关技术的成熟以及EB油墨、固化设备成本的大幅降低,这种完全无排放、无光引发剂迁移、无臭氧产生的印刷方式闪亮登场,其与成熟的柔印、胶印技术的结合彻底解决了困扰行业人士的问题。应该说,未来无水EB油墨的胶印方式将彻底颠覆所有传统印刷方式,为印刷包装行业提供绿色、环保、节能、安全的生产方式,为行业的发展翻开新的篇章。


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