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摘 要：以常温水性自交联聚氨酯乳液为主连结料，通过添加底材湿润剂、消泡剂、增滑耐磨剂等助剂，进行适用于瓦楞纸纸箱预印工艺所需要具有耐热，耐磨，高光泽等特性的水性光油制备试验。并对水性光油的粘度、附着牢度、细度、耐热性、耐磨性等指标进行了分析，确定水性光油的最佳配方。
关键词：瓦楞纸纸箱 预印 水性光油 自交联聚氨酯乳液
一、前言
瓦楞纸纸箱预印工艺是近年来兴起一种瓦楞纸纸箱生产方式。首先是以卷筒纸进行印刷所需的图案纸，并进行上光油。然后将图案纸与瓦楞纸进行粘合，加热成型。经这一工艺生产出来的瓦楞纸强度较单一传统瓦楞纸强度更强、图案更加精美。而预印图案纸和生产瓦楞纸纸箱的组合是很灵活多样的，瓦楞纸纸箱厂可自设印刷设备单独完成所有工序，也可以委托其他印刷企业进行图案纸的统一加工，并发到各地再进行纸箱成型加。这样既可保证图案、色彩、性能的一致性，也可以大大提高生产效率。而因为瓦楞纸纸箱预印工艺增加了粘合和加热成型的两个工序，就对油墨和光油提高了很高的要求，而光油作为最外的一层涂层就直接肩负了提供耐磨、耐热、提供光泽、耐水等重要性能的任务。
二、瓦楞纸纸箱预印工艺对水性光油的要求分析
1.耐摩擦和耐热要求
由上图可知光油需要在高压、高温条件下施行60～100米，时间约为10～20秒。这就要求光油必需具有极佳的耐热和耐摩擦性能。如果光油不能满足耐热和耐摩擦性能要求会导致图案发花，油墨变色、光油层光泽下降和发粘，最终产品报废。
2.光油要符合环保要求
对于光油的环保要求主要是重金属含量和其他有毒有害物质的含量必需低于标准。众所周知人体如果摄入过量的重金属，可造成严重的生理损害，引发多种疾病。重金属进入人的机体后，会在人体内部积聚下来，并可能转化为毒性更强的金属化合物。以镉为例，镉元素进入人体后，在体内形成镉硫蛋白，通过血液到达全身，并有选择性地蓄 积于肾、肝中。情况严重时，使骨骼的生长代谢受阻碍，从而造成骨骼疏松、萎缩、变形等。慢性镉中毒主要影响肾脏，最典型的例子是日本著名的公害病——痛痛病。慢性镉中毒还可引起贫血。因此我国、欧盟、美国都制定了涂层中可溶性重金属限制：（见下表）
光油中可能存在有毒有害物质还有：（1）连结料生产合成时残留的单体，如剧毒物游离二异氰酸酯；（2）溶剂残留导致苯、甲醇、甲醛超量。许多国家严格控制油墨干膜中的有毒有害物质含量。以甲醛为例：日本要求甲醛含量<75mg/kg，意大利要求甲醛含量<7mg/kg，我国要求甲醛含量<0.1%。
3.光油必需提供合适的表面摩擦系数
考虑到瓦楞纸纸箱在包装货物后需要堆码运输和滑道输送，纸箱使用厂家提出：已装满产品的纸箱先水平放在另一个纸箱上，然后一定的线速度提高在下面纸箱的一端，当固定端角度小于或等于24。时，上层纸箱不能滑动；当固定端角度大于或等于30。时，上层纸箱必需滑动；当固定端角度大于24。或少于30。时，上层纸箱可滑动也可不滑动。
三、水性光油的研制
1.原材料的选择：
1.1水性乳液的选择
目前用来制备水性光油的乳液主要有水性聚氨酯（PU）乳液、水性丙烯酸酯（PA）乳液及丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体（PUA）。PU乳液制备的水性光油硬度不高、耐化学性差。PA乳液玻璃化温度较高，在常温下一般不能成膜，在配制水性光油时需加入成膜助剂。PUA分散体结合了PU与PA乳液的优点，但其配制的水性光油在硬度及漆膜综合性能上还是不能完全满足瓦楞纸纸箱预印工艺耐摩擦和耐热要求。而硬度、耐化学性能均优于PUA分散体的室温自交联PUA分散体，是较为理想的瓦楞纸纸箱预印水性光油主体连结料。
本试验采用：TJ-02 46%自交联PUA乳液
1.2底材湿润剂的选择
因为水性光油是印刷在印刷油墨或基材之上，而水性光油与这几种材料的表面性能存在较大差异，如果不加入底材湿润剂就容易现“针孔”、附着力不佳等问题。底材湿润剂使用得当能使固体物料更易被水浸湿的物质。通过降低水性光油的表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把固体物料润湿。消除“鱼眼”和其它由于过度消泡导致的漆膜缺陷。 迅速降低基材的表面张力，提高付着力。
本试验采用：X-405 聚醚类非离子表面活性剂
Wet500 聚醚硅氧烷共聚物表面活性剂
1.3消包剂的选择
水性光油在生产过程（搅拌）中会产生大量的气泡，一般采用加入消泡剂进行“抑泡”和“破泡”方法解决。就目前消泡剂而言，聚醚类与有机硅类消泡剂的性能最为优良，对这两类消泡剂的改性与新品种的开发研究也比较活跃。
本试验采用：T-607 硅酮类消泡剂
GP330 甘油聚氧丙烯醚消泡剂
1.4增滑耐磨剂的选择
水生光油传统配方中一般是采用水性蜡乳液作为增滑耐磨剂，而一般水性蜡乳液粒子是呈规则的球状，其粒径很小，大约分布在10～500纳米的微小范围内，其软化点一般只有70℃～130℃。考虑到瓦楞纸纸箱预印工艺用水性光油必需能耐到170℃以上，水性蜡乳液明显不能满足。就采用PTFE蜡水性分散体，这种水性蜡分散体软化点在220℃以上。
本试验采用：D-838 PTFE水性蜡分散体
2.水性光油小样制备
2.1水性光油的试验配方
2.2. 水性光油制造工艺
将原料中的前加料部分按配方量投入250ml的烧杯中，然后用搅拌机以500转每分钟的速度分散20分钟。再将后加料部分预先混合好，边搅拌加入到烧杯中500转每分钟的速度分散5分钟，静置30分钟。用此方法制造A、B、C………样品。
2.3水性光油的技术指标
注：①本试验以A为基准。
②细度要求控制在25μm以下，越小越好。
③油墨粘度为20～40秒为最适合。
④卡纸附着牢度-剥离越小越好。
⑤油墨干膜附着牢度-剥离越小越好。
⑥光泽值越高越好。
⑦气泡残留越小越好。
⑧70℃热压磨20秒目视检测
⑨用手动检测24度角和30度角的滑动情况。
3.实验结果讨论
从上述试验的结果分析知，水性光油的最佳配方为C配方。C配方所得水性光能符合瓦楞纸纸箱预印工艺要求的附着牢度、耐热耐磨、提供合适的摩擦系数等要求。
四、结语
目前市面上销售的瓦楞纸纸箱预印用的光油是溶剂型光油，主要是以乙醇和乙酯为溶剂，以硝化棉为主要连结料。本试验所得水性光油能作为溶剂型光油的替代品，具有使用成本低、无VOC二次污，生产工艺简单的优点。我们期待这个新的环保产品能为广大瓦楞纸纸箱预印厂家带来更大效益，实现大家的多赢。
参考文献
[1]陈广祥.李金玲.叶代勇. 室温自交联水性聚氨酯分散体的合成与表征[期刊论文] –材料保护2010.43（1）.
[2]凌芳 . 单组分自交联水性聚氨酯分散体涂料.[期刊论文] –应用化学2001.30（2）.
[3]上海拓佳印刷材料公司. TJ-0246%自交联PUA说明书.2011.7.
[4]程能林.溶剂手册（第二版）-北京.化学工业出版社，1994.5：133～135.
作者简介：陆耀权 大学本科 化工中级 现任职广东省佛山市顺德区德美油墨化工有限公司 技术总监。
关键词：瓦楞纸纸箱 预印 水性光油 自交联聚氨酯乳液
一、前言
瓦楞纸纸箱预印工艺是近年来兴起一种瓦楞纸纸箱生产方式。首先是以卷筒纸进行印刷所需的图案纸，并进行上光油。然后将图案纸与瓦楞纸进行粘合，加热成型。经这一工艺生产出来的瓦楞纸强度较单一传统瓦楞纸强度更强、图案更加精美。而预印图案纸和生产瓦楞纸纸箱的组合是很灵活多样的，瓦楞纸纸箱厂可自设印刷设备单独完成所有工序，也可以委托其他印刷企业进行图案纸的统一加工，并发到各地再进行纸箱成型加。这样既可保证图案、色彩、性能的一致性，也可以大大提高生产效率。而因为瓦楞纸纸箱预印工艺增加了粘合和加热成型的两个工序，就对油墨和光油提高了很高的要求，而光油作为最外的一层涂层就直接肩负了提供耐磨、耐热、提供光泽、耐水等重要性能的任务。
二、瓦楞纸纸箱预印工艺对水性光油的要求分析
1.耐摩擦和耐热要求
由上图可知光油需要在高压、高温条件下施行60～100米，时间约为10～20秒。这就要求光油必需具有极佳的耐热和耐摩擦性能。如果光油不能满足耐热和耐摩擦性能要求会导致图案发花，油墨变色、光油层光泽下降和发粘，最终产品报废。
2.光油要符合环保要求
对于光油的环保要求主要是重金属含量和其他有毒有害物质的含量必需低于标准。众所周知人体如果摄入过量的重金属，可造成严重的生理损害，引发多种疾病。重金属进入人的机体后，会在人体内部积聚下来，并可能转化为毒性更强的金属化合物。以镉为例，镉元素进入人体后，在体内形成镉硫蛋白，通过血液到达全身，并有选择性地蓄 积于肾、肝中。情况严重时，使骨骼的生长代谢受阻碍，从而造成骨骼疏松、萎缩、变形等。慢性镉中毒主要影响肾脏，最典型的例子是日本著名的公害病——痛痛病。慢性镉中毒还可引起贫血。因此我国、欧盟、美国都制定了涂层中可溶性重金属限制：（见下表）
光油中可能存在有毒有害物质还有：（1）连结料生产合成时残留的单体，如剧毒物游离二异氰酸酯；（2）溶剂残留导致苯、甲醇、甲醛超量。许多国家严格控制油墨干膜中的有毒有害物质含量。以甲醛为例：日本要求甲醛含量<75mg/kg，意大利要求甲醛含量<7mg/kg，我国要求甲醛含量<0.1%。
3.光油必需提供合适的表面摩擦系数
考虑到瓦楞纸纸箱在包装货物后需要堆码运输和滑道输送，纸箱使用厂家提出：已装满产品的纸箱先水平放在另一个纸箱上，然后一定的线速度提高在下面纸箱的一端，当固定端角度小于或等于24。时，上层纸箱不能滑动；当固定端角度大于或等于30。时，上层纸箱必需滑动；当固定端角度大于24。或少于30。时，上层纸箱可滑动也可不滑动。
三、水性光油的研制
1.原材料的选择：
1.1水性乳液的选择
目前用来制备水性光油的乳液主要有水性聚氨酯（PU）乳液、水性丙烯酸酯（PA）乳液及丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体（PUA）。PU乳液制备的水性光油硬度不高、耐化学性差。PA乳液玻璃化温度较高，在常温下一般不能成膜，在配制水性光油时需加入成膜助剂。PUA分散体结合了PU与PA乳液的优点，但其配制的水性光油在硬度及漆膜综合性能上还是不能完全满足瓦楞纸纸箱预印工艺耐摩擦和耐热要求。而硬度、耐化学性能均优于PUA分散体的室温自交联PUA分散体，是较为理想的瓦楞纸纸箱预印水性光油主体连结料。
本试验采用：TJ-02 46%自交联PUA乳液
1.2底材湿润剂的选择
因为水性光油是印刷在印刷油墨或基材之上，而水性光油与这几种材料的表面性能存在较大差异，如果不加入底材湿润剂就容易现“针孔”、附着力不佳等问题。底材湿润剂使用得当能使固体物料更易被水浸湿的物质。通过降低水性光油的表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把固体物料润湿。消除“鱼眼”和其它由于过度消泡导致的漆膜缺陷。 迅速降低基材的表面张力，提高付着力。
本试验采用：X-405 聚醚类非离子表面活性剂
Wet500 聚醚硅氧烷共聚物表面活性剂
1.3消包剂的选择
水性光油在生产过程（搅拌）中会产生大量的气泡，一般采用加入消泡剂进行“抑泡”和“破泡”方法解决。就目前消泡剂而言，聚醚类与有机硅类消泡剂的性能最为优良，对这两类消泡剂的改性与新品种的开发研究也比较活跃。
本试验采用：T-607 硅酮类消泡剂
GP330 甘油聚氧丙烯醚消泡剂
1.4增滑耐磨剂的选择
水生光油传统配方中一般是采用水性蜡乳液作为增滑耐磨剂，而一般水性蜡乳液粒子是呈规则的球状，其粒径很小，大约分布在10～500纳米的微小范围内，其软化点一般只有70℃～130℃。考虑到瓦楞纸纸箱预印工艺用水性光油必需能耐到170℃以上，水性蜡乳液明显不能满足。就采用PTFE蜡水性分散体，这种水性蜡分散体软化点在220℃以上。
本试验采用：D-838 PTFE水性蜡分散体
2.水性光油小样制备
2.1水性光油的试验配方
2.2. 水性光油制造工艺
将原料中的前加料部分按配方量投入250ml的烧杯中，然后用搅拌机以500转每分钟的速度分散20分钟。再将后加料部分预先混合好，边搅拌加入到烧杯中500转每分钟的速度分散5分钟，静置30分钟。用此方法制造A、B、C………样品。
2.3水性光油的技术指标
注：①本试验以A为基准。
②细度要求控制在25μm以下，越小越好。
③油墨粘度为20～40秒为最适合。
④卡纸附着牢度-剥离越小越好。
⑤油墨干膜附着牢度-剥离越小越好。
⑥光泽值越高越好。
⑦气泡残留越小越好。
⑧70℃热压磨20秒目视检测
⑨用手动检测24度角和30度角的滑动情况。
3.实验结果讨论
从上述试验的结果分析知，水性光油的最佳配方为C配方。C配方所得水性光能符合瓦楞纸纸箱预印工艺要求的附着牢度、耐热耐磨、提供合适的摩擦系数等要求。
四、结语
目前市面上销售的瓦楞纸纸箱预印用的光油是溶剂型光油，主要是以乙醇和乙酯为溶剂，以硝化棉为主要连结料。本试验所得水性光油能作为溶剂型光油的替代品，具有使用成本低、无VOC二次污，生产工艺简单的优点。我们期待这个新的环保产品能为广大瓦楞纸纸箱预印厂家带来更大效益，实现大家的多赢。
参考文献
[1]陈广祥.李金玲.叶代勇. 室温自交联水性聚氨酯分散体的合成与表征[期刊论文] –材料保护2010.43（1）.
[2]凌芳 . 单组分自交联水性聚氨酯分散体涂料.[期刊论文] –应用化学2001.30（2）.
[3]上海拓佳印刷材料公司. TJ-0246%自交联PUA说明书.2011.7.
[4]程能林.溶剂手册（第二版）-北京.化学工业出版社，1994.5：133～135.
作者简介：陆耀权 大学本科 化工中级 现任职广东省佛山市顺德区德美油墨化工有限公司 技术总监。