耐蒸煮塑料油墨顏料的特性選擇及應用

許多種類的食品需要同塑科包裝一起進行高溫殺菌處理，如果油墨的耐蒸煮性差，高溫蒸煮后會出觀顏色變化或褪色現象；為使印刷過的塑料袋在經過高溫蒸煮處理后們保持正常的顏色，選用耐高溫蒸煮的塑料油墨是非常重要的；而油墨耐高溫蒸煮的技術關鍵是油墨中顏料的選擇。



油墨的耐高溫蒸煮性主要指油墨的耐熱性，即墨層在受熱情況下抗變色的程度。塑料油墨的耐熱性主要指包裝在蒸煮，熱封和復合過程中的耐熱性，耐熱性差主要表現為墨層褪色、變色、圖文不清晰等。油墨的耐熱性主要取決于顏料和連結料，連結料的耐熱性差，受熱后會由白色變成棕黃色，因此，淺色油墨的耐熱性取決于連結料，彩色油墨的耐熱性則取決于顏料。本文將以紅色有機顏料油墨為例，對油墨的耐熱性和顏料的選擇進行分析探討。



有機顏料耐熱性實驗 



耐蒸煮塑料油墨由不同樹脂組成的連結料及著色劑、輔助劑(如填充劑、潤濕劑、減黏劑等)構成。有機顏料不溶于水和有機溶劑，是高度分散的微粒狀著色劑，顏色鮮艷，著色強度高，耐光性、耐候性、耐熱性、耐溶劑性、耐遷移性及分散性良好。



在本次實驗過程中，選用了4種紅色顏料作為塑料耐蒸煮油墨的著色劑進行測試，因為紅色顏料是印刷油墨常用顏料，溶劑墨中紅色有機顏料種類最多；而且紅色顏料的耐熱性一般分4級，色彩鮮艷，即使是細微的變色情況也能夠辨別。



1．實驗顏料及儀器



1)實驗顏料



本次實驗選用的4種紅色顏料是：



①金光紅C(黃光紅)顏料，顏料索引號：P.R.53:1，為黃色粉末，一般采用C.L.T酸重氮偶合法生產。



②永固紅F4R(FR3560)顏料，顏料索引號：P.R.8，為色澤鮮艷的紅色粉末，耐堿性好，耐曬性一般，耐熱性差，遇濃硝酸呈藍光大紅色，遇濃硫酸呈黃光大紅色，遇氫氧化鈉不變色。



③立索爾寶紅BK(N53)顏料，顏料索引號：P.R.57:1，為帶藍光的深紅色粉末，色澤鮮艷，著色力高，不溶于乙醇，溶于熱水后呈現金光紅色，耐酸堿性好，耐曬性一般，耐熱性達150℃，遇濃硫酸呈紅色，稀釋后為品紅色沉淀，水溶液遇鹽酸為棕紅色沉淀，遇濃氫氧化鈉呈棕色。



④永固紅2B(大紅)顏料，顏料索引號：P.R.48:2，紫紅色粉末，不溶于水和乙醇，遇濃硫酸呈紫紅色，稀釋后呈藍光紅色沉淀，遇濃硝酸呈棕紅色，遇濃氫氧化鈉呈紅色，耐熱性好。



2)主要儀器



KGZ-1A光澤度儀；SM-Ⅱ型磨砂機；PB203-N型電子天平；XXQG02型蒸汽消毒器；XD型刮板細度儀：DMDE450光學鍍膜機；D-8401型多功能調速攪拌器。



3)實驗原料及藥品



樹脂A液、樹脂B液、DCHP、低分子蠟、4種顏料、甲苯(分析純)、丁酮(分析純)。







2．實驗用油墨的配制



先將樹脂A液、低分子蠟、DCHP、甲苯、丁酮按配方混合，充分攪拌10分鐘后，作為a部分；再加入適量樹脂B液充分攪拌約60分鐘，作為b部分，使各成分混合均勻。



①將充分攪拌后的油墨倒入砂磨機中研磨，使研磨后的油墨具備油墨應有的各種流變性及印刷適性。



②將制成的油墨裝入試樣瓶中，加蓋封緊，貼上標簽，以待測試。 



本試驗所采用的配方及制備過程均按照工業生產油墨的常規方法進行。



采用同樣質量的原料配制的油墨，體積從大到小依次為金光紅C、永固紅F4R．立索爾寶紅BK、永固紅2B。其中，金光紅C油墨的體積大約是永固紅2B油墨的3倍。配制好的永固紅2B油墨非常稠，不易過濾，因此，在測試時，要先用溶劑將永固紅2B油墨稀釋到適當的濃度。







3．實驗樣本的制備及耐熱性試驗



1)樣本的制備 



將所制備的油墨分別網印在PET膜、BOPA膜以及經過離子轟擊處理過的BOPA膜上。油墨性能的測試按照標準要求取樣，耐熱試驗參考金屬油墨耐熱性能測試標準，裁取20mm × 100mmPET膜和BOPA膜若干條備用。



2)顏料耐熱性試驗內容



①將4種顏料分別在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標準樣對比，考察其顏色變化情況。



②將8種油墨的試樣在100℃、40分鐘等5種條件下干烘處理，冷卻后同標準樣對比，考察其顏色變化情況。



③將4種油墨的8種試樣在100℃、40分鐘等3種條件下進行蒸煮和自來水水煮處理，冷卻以后同標準樣對比，考察試樣的顏色變化情況、褪色情況及水的顏色變化情況。







4．實驗標準



本實驗依據凹版塑料油墨檢驗方法國家標準中，光澤度檢驗，細度檢驗、初干性檢驗、附著牢度檢驗、抗黏連性檢驗、顏色檢驗標準及油墨流動度檢驗標準進行。



實驗結果與討論 



1．干烘對油墨和顏料性能的影響



1)干烘后油墨的變色情況



①評定標準



油墨和顏料的耐熱評定采用5級標準：5級，與標準色樣相同：4級，微有變色；3級，變色較輕；2級，變色較重；1級，嚴重變色。



②實驗方法與結果



將薄膜試樣各3條和顏料同時放在恒溫箱中按規定的時間烘烤后，取出2塊試樣，待冷卻后以手觸摸不發黏，即可同標準樣本比較。表1列出了在不同條件下干烘以后油墨和顏料的變色情況。



2)結果分析



加熱溫度在135℃以下，溫度對薄膜油墨變色情況影響不大，金光紅C油墨的變色情況要比其他3種油墨稍微嚴重一些。加熱溫度高于135℃后，油墨變色加劇。綜合來看，永固紅2B油墨的耐熱性能要略好于永固紅F4F和立索爾寶紅BK兩種油墨。單純從顏料的耐熱性能來看，永固紅F4R要好于立索爾寶紅BK，立索爾寶紅BK略好于永固紅2B。







2．水煮對油墨性能的影響



1)水煮后油墨的變色情況



①評定標準與條件



水煮實驗的耐熱性評定標準和取樣方法與干烘一樣，在實驗中，采用蒸餾水進行水煮實驗，水煮溫度分別是100℃和120～121℃。



②實驗結果



100℃水煮后，永固紅2B水煮后顏色幾乎沒有變化；其他3種顏料油墨褪色比較嚴重，水的顏色呈現橙黃色；變色順序依次是金光紅C/PET薄膜>永固紅F4R/PET薄膜>立索爾寶紅BK/PET薄膜。表2列出了在不同水煮條件下試樣的變色情況。



2)結果分析



用100℃蒸餾水水煮以后，永固紅2B的效果最好，其他油墨也略有變色。121℃水煮以后，金光紅C油墨嚴重變色，因此可以排除金光紅C作為耐蒸煮油墨著色劑的可能。永固紅2B油墨的耐高溫蒸煮性能要略好于其他兩種油墨。BOPA薄膜蒸煮以后，有發黃現象，其上油墨變色情況比PET薄膜嚴重一些。這說明承印材料的變色也會影響著色劑的遮蓋效果。



通過水煮和干烘實驗后，已經基本排除金光紅C顏料作為塑料耐蒸煮油墨著色劑的可能性。因此在后面的油墨性能檢測實驗中，不再測試金光紅C油墨的有關性能。







表1 不同條件干烘后的油墨和顏料的變色情況



水煮條件 100℃ 121℃ 121℃ 135℃ 135℃ 



實驗材料 40min 15min 30min 15min 30min 



金光紅C/PET薄膜 5 4 4 4 4 



永固紅F4R/PET薄膜 5 5 5 5 4



立索爾寶紅BK/PET薄膜 5 5 5 4 4



永固紅2B/PET薄膜 5 5 5 5 5 



金光紅C/BOPA薄膜 4 4 4 4 4



永固紅F4R/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



立索爾寶紅BK/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



永固紅2B/BOPA薄膜 5 5 5 5 4



永固紅F4R顏料 5 5 5 5 4 



立索爾寶紅BK顏料 4 4 4 3 3



永固紅2B顏料 5 4 4 3 2







3．油墨各項性能的測定



1)油墨附著牢度檢驗



①參考標準為GB/T13217.7-91 GB/T13217.1-91，檢測在溫度25±1℃，濕度65％±5％的條件下進行。 



②檢驗結果及分析



將BOPA膜用真空鍍膜機進行3分鐘的離子轟擊處理，以提高薄膜的表面張力，之后與PET膜進行對比實驗(見表3)，可以得出以下幾點結論：



a．承印材料不同，與油墨的附著牢度就不同。立索爾寶紅BK油墨受材料的影響最大，永固紅2B等3種材料的附著牢度相對來說比較接近，附著牢度受材料的影響較小。



b．永固紅2B的附著牢度較好，永固紅F4R最差。



c．經過離子處理后的薄膜材料，對各種油墨的附著牢度都有明顯提高。



2)油墨光澤度測定



①參考標準：GB/T13217.2-91。檢測在溫度25±1℃，濕度65％±5％的條件下進行。



②檢驗結果及分析



實驗結果表明，3種油墨的光澤度大小順序依次為：永固紅2B〉永固紅F4R〉立索爾寶紅BK。從表中還可以看出，油墨的光澤度大小與承印材料的關系不大，表中一些數據偏差比較大，主要原因可能就是薄膜上的油墨不均勻，導致對光的反射能力也不同。



3)油墨細度測定



①參考標準：GB/T13217.2-91。檢驗在溫度25〉±1℃，濕度65％±5％的條件下進行。 



②檢驗結果及分析



每種油墨取3份試樣，細度測量值為：立索爾寶紅BK油墨的細度平均值為4μm，永固紅F4R油墨的細度平均值為2μm，永固紅2油墨的細度平均值為5μm，金光紅C油墨的細度平均值為21μm。



結果表明永固紅F4R油墨與立索爾寶紅BK油墨的細度平均值相近，金光紅C油墨的顆粒較堅硬，在配制油墨的過程中，應適當延長研磨時間。



4)油墨流動度測定



①參考標準GB/T14624.3-93，測定在溫度25±1℃，濕度65％±5％的條件下進行。



②實驗結果及分析



油墨的流動度測定以橫向測量和縱向測量進行，測量3種油墨的直徑平均值，測量結果是，立索爾寶紅BK為62mm，永固紅F4R為58mm，永固紅2B為62.5mm。



表2 不同水煮條件下的油墨變色情況



水煮條件 100℃ 121℃ 121℃ 121℃ 121℃



40min 15min 30min 15min 30min



實驗材料 蒸餾水 蒸餾水 蒸餾水 自來水 自來水



金光紅C/PET薄膜 4 1 1 1 1



永固紅F4R/PET薄膜 4 4 4 3 2



立索爾寶紅BK/PET薄膜 4 3 3 2 2



永固紅2B/PET薄膜 5 5 5 3 3



金光紅2B/PET薄膜 3 2 1 1 1



永固紅F4R/BOPA薄膜 3 4 4 3 3



立索爾寶紅BK/BOPA薄膜 4 4 3 2 2



永固紅2B/BOPA薄膜 3 4 4 4 4 



實驗結果表明3種油墨的流動度相差不大，永固紅2B油墨和立索爾寶紅BK油墨的流動度幾乎一致，略好于永固紅F4R油墨。



5)油墨初干性測定



①參考標準：GB/T13217.5-91，檢驗在溫度25±1℃，濕度65％±5％的條件下進行。



②實驗結果及分析



3種油墨初干長度平均值為，立索爾寶紅BK為55.5mm，永固紅F4R為41.5mm，永固紅2B為50.5mm。



表3 油墨附著牢度的檢驗結果



試樣 試樣1 試樣2 試樣3 平均值 



試驗材料 



永固紅F4R/PET薄膜 56.94 55.31 - 56.12 



立索爾寶紅BK/PET薄膜 100 100 100 100 



永固紅2B/PET薄膜 99 99 97 98.33 



永固紅F4R/BOPA薄膜 15.28 43.20 27.59 28.69 



立索爾寶紅BK/BOPA薄膜 23.56 46.10 - 34.83 



永固紅2B/BOPA薄膜 67.33 80.23 - 73.78 



永固紅F4R/離子處理BOPA薄膜 91.18 97.66 - 94.42



立索爾寶紅BK/離子處理BOPA薄膜100 100 100 100



永固紅2B/離子處理BOPA薄膜 100 99 99 99.33 



立索爾寶紅BK油墨的初干性大大優于其他兩種油墨，永固紅F4R的初干性最差。



6)油墨抗黏性檢驗



①參考標準：GB/T13217.8-91、GB/T13217.1-91，檢驗溫度50±1℃。



②檢驗結果及分析



3種油墨的抗黏連性大小順序依次為永固紅2B(90)〉永固紅F4R(40)〉立索爾寶紅BK(15)。



實驗結果說明，永固紅2B的抗黏連性最好。



7)油墨干燥速度測試



油墨的自然干燥速度是在溫度19℃，濕度68％的條件下測試的，如表4所示。



測試方法是將銅版紙壓在薄膜墨層上，并馬上揭起，銅版紙上沒有墨跡為油墨干燥，在實際生產中可根據油墨的干燥特性調整印刷速度，提高生產率。4種油墨的干燥速度因承印物的不同而略有不同，其中，金光紅C油墨的干燥速度相對慢些。



結論



綜合幾種油墨的性能特點，在選擇紅色耐蒸煮油墨時，如果產品需要經過較高的溫度處 理(100℃以上)，應盡量選用永固紅28顏料作為著色劑；如果對油墨的初干性和附著強度的要求較高，而加工溫度在100℃左右，可以考慮用立索爾寶紅BK顏料作為油墨的著色劑；由于永固紅F4R顏料油墨的附著牢度較差，可以在一些對印刷質量和溫度條件要求不太高的包裝印刷上應用(在沒有前兩種顏料的情況下)；一般不選用金光紅C顏料作為耐蒸煮油墨的著色劑。



另外，配制實驗油墨時要注意，金光紅C油墨較稀，放置一段時間后，會出現嚴重分層現象，因此，配制時可適當降低溶劑比例。金光紅C顏料的顆粒較大，研磨時間應適當加長。永固紅2B油墨非常黏稠，在使用時加入溶劑，狀況會有所改觀；或在配制永固紅2B油墨時，適當增加溶劑的比例。



表4 實驗油墨自然干燥時間（溫度19℃，濕度68%）



PET BOPA



立索爾寶紅BK顏料油墨 3＇50" 4＇42"



永固紅F4R顏料油墨 4＇02" 5＇03"



永固紅2B顏料油墨 4＇23" 3＇47"



金光紅C顏料油墨 8＇00" 10＇14" 模切刀 壓痕條 刀版彈墊 補底紙 膠條 海綿條 補底紙 壓痕模 壓痕線