环保水性油墨制备技术与应用现状分析

环保水性油墨制备技术与应用现状分析

(河南科技大学，洛阳 471023)

摘 要 研究国内外水性油墨最新制备技术，并重点分析水性油墨在我国的应用现状。通过大量查阅国内外文献资料，归纳 整理水性油墨连接料制备技术与改性研究进展，分析水性油墨应用现状，预测未来发展方向和趋势。水性油墨的研究焦点集 中在制备性能优良的新型水性连结料树脂，即水性聚丙烯酸酯，水性聚氨酯，以及纳米改性连接料的制备和改性研究。水性 油墨在柔印中所占的比例与日俱增，但在凹版塑料薄膜印刷中尚处于起步阶段。国内外关于水性油墨的研发取得了巨大进 展，应积极鼓励水性油墨的承印基材从单一的瓦楞纸、纸张向多种非吸收材料发展;印刷方式从水性柔印向水性凹印方向逐 渐推广。

关键词 水性油墨 连接料 制备 改性 水性柔印 水性凹印
中图法分类号 TS802. 3; 文献标志码 A

随着中国经济的快速增长，人们生活水平进一 步提高，消费者对食品、医药、烟酒、化妆品、玩具等 包装用油墨提出了较高要求。水性油墨几乎没有挥 发性有机化合物(VOC)的排放，具有环保、无毒、节 能、减排的绿色特性 ［1］ ，正好符合消费者对包装用 油墨的较高要求。近年来，我国对食品、药品包装的 安全性也做出了一些规定，促使水墨印刷在我国印 刷市场的地位逐年上升，市场份额日益扩大，前景 看好。

水性油墨由连接料、颜料和助剂组成，是以水为 溶剂或分散剂的油墨 ［2，3］ 。水性油墨虽然有着十分 明显的优势，但是目前国内生产的水性油墨普遍具 有干燥速度慢、抗水抗碱性差、光泽度低等缺点，这 些缺点也抑制了它的快速发展和运用，因此很多学 者对其性能改良做深入研究。本文通过大量查阅文 献，对比分析国内外最新研究成果，并指出水性油墨 应用市场未来发展方向，从而促进我国水性油墨印 刷市场的健康发展。

1 水性油墨连接料制备动态研究 

水性油墨中连接料用树脂的设计和开发是水性 油墨发展的技术关键 ［4］ ，堪称油墨“心脏”。连接料 的好坏，直接影响和决定着油墨色相、光泽度、附着 力、干燥速度等众多综合印刷特性，因此得到了广泛 的关注。目前，我国科研人员关于水性油墨的研究 焦点集中在研发制备性能优良的新型水性连结料树 脂，主要是水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯的制备及应 用研究。 

国外关于水性油墨连接料的基础研究趋于成 熟，最新研究成果集中在水性油墨的应用研究，见文 章第二部分内容。国外水性油墨市场呈现功能细 分、产品细化的特征，顾客可根据产品、承印物、工艺 的不同，选用某一特定水性油墨，可以避免在使用过 程中出现各种问题。

1. 1 水性丙烯酸树脂制备与改性研究进展 

采用水性聚丙烯酸树脂制得的水性油墨墨膜性 能优良 ［5］ ，在光泽度、透明性、附着力、耐热性、耐候 性等方面具备明显优势，但是存在耐污性、耐水性差 的缺陷。另外，聚丙烯酸酯在塑料等非吸收材料上 的附着力较小 ［6］ ，且干燥速度慢，抗黏性差，所以对 聚丙烯酸酯的制备方法及改性研究仍是主要的研究 方向。

方长青等 ［7］ 在实验中发现水性油墨用丙烯酸 树脂普遍存在稳定性和耐水性不好等问题。通过选 用不同的材料，对水性油墨的不同配方进行了一系 列的研究，发现水性油墨中的增稠剂和水性乳液能 明显提高水性油墨的稳定性和抗水性。他们认为在 水性油墨中，增稠剂的链段因为氢键的作用而相互 连接，从而形成三维网状结构，阻碍了油墨的流动， 提高了油墨的黏度。油墨黏度的提高，使研磨过程中其剪切应力也相应提高，颜料得到更好地分散，提 高了细度，而油墨细度的改善能够提高油墨的干燥 性、抗水性和光泽度。与此同时，油墨黏度增大，体 系的运动阻力也随之提高，颜料粒子很难沉淀，体系 的稳定度得到明显改善。

黄文涛等 ［8］ 采用丙烯酸(AA)、丙烯酸羟丙酯 (HPA)作为功能单体，甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙 烯酸丁酯(BA)作为硬软单体，通过乳液聚合法制备 了高固含量、耐酸减性和抗水性优良、成膜性较好的 水性聚丙稀酸树脂连接料，然后加入颜料、分散剂、 消泡剂等成分制得水性油墨。研究和实验表明，单 体配比影响树脂的耐酸碱性以及抗水性。当 MMA∶ BA 质量比为3∶ 2，AA 含量为 3. 6%，HPA 含量为 6. 7%时，树脂获得最佳抗水性;当油墨中水的含量 为 25%，pH 值为 8. 5 ～9. 0，分散剂用量为颜料和填 料总量的 3%，异丙醇含量为 5%时，油墨的干燥性、 抗水性、光泽度等性能表现最佳。

谢顶杉等 ［9］ 采用种子乳液聚合法制得稳定性 好、耐水性好、凝聚率低的环氧-丙烯酸酯复合乳液。 然后加入钛白粉颜料、水性树脂分散色浆，配制了凹 版水性油墨。研究数据表明，该工艺配制的水性油 墨的复合牢度为 1. 12 N，耐水性为 5 级，性能较为 优异。

钟泽辉等 ［10］ 采用了半连续乳化工艺制得双丙 酮丙烯酰胺(DAAM)-己二酸二酰肼(ADH)改性的 丙烯酸酯乳液，研究交联体系改性对水性油墨相关 性能的影响。研究数据表明，交联体系 DAAM-ADH 质量比的变大，可以加快水性油墨的干燥速度，当 DAAM-ADH 质量分数增大到 4% 时，油墨初干性最 佳。当 DAAM-ADH 的质量分数达 5% 时，水性油墨 的黏度极度增大，导致物理凝胶的形成。同时，为确 保油墨黏度稳定，应将水性油墨的 pH 值控制在 7. 5 ～9. 0 的范围内。

于洋等 ［11］ 采用顺丁烯二酸酐和多元醇经过开 环半酯化反应，制备了以多元醇为核心的水溶性聚 酯型支化单体。将其作为反应单体，与甲基丙烯酸 甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)反应 单体在乳化剂作用下进行聚合反应，制备了 70 ～ 110 nm 粒径的纳米级超支化聚丙烯酸酯乳液。并 对制得乳液的性能如固含量、粒径、稳定性、胶膜形 貌和吸水性等逐项进行分析测试。研究表明，超支 化聚丙烯酸酯乳液制备工艺简单且产率较高，乳液 具备较低黏度和较高的稳定性，而且胶膜平滑光整。

Liu 等 ［12］ 制备了环氧-丙烯酸接枝共聚物。研 究结果显示，树脂分子量的提高，以及羧基含量的提 高，能够提高制备共聚物的交联程度，达到提高墨膜 的抗水性、耐腐蚀性目的。

Barbosa 等 ［13］ 研究制备了无任何挥发性气体的 水性丙烯酸树脂。将丙烯酸树脂与烯丙基脂肪酸、 丙烯基脂肪酸分别混合，发现两种混合树脂的最低 成膜温度都有所降低，干燥时间大大缩短，耐擦洗性 明显提高。由于丙烯基脂肪酸中的共轭双键与空气 中的氧气发生反应，使得它的性能提高更为突出。

Li 等 ［14］ 通过实验制备了一系列聚氨酯-丙烯酸 酯互穿网络共聚物。由于聚氨酯能很好的分散在丙 烯酸酯中，因此大大提高了丙烯酸酯的性能。研究 显示，制备共聚物对低表面能材料具有很高的黏 附力。

目前我国水性丙烯酸树脂制备与改性研究难点 与方向。尽管丙烯酸乳液有诸多的优点，但目前丙 烯酸系水性油墨在使用中依然存在一些亟待解决的 问题，例如膜层在高温下会出现一定返粘现象，而在 低温下则会出现发脆等问题 ［15］ ;另外，在油墨印刷 过程中，为提高膜层的干燥速度，用户常常会在油墨 体系中添加乙醇等低沸点的环保型溶剂，还会添加 大量无机填料及助剂，导致油墨的稳定性能下降，不 能满足实际使用的需要。我国目前生产的水性油墨 与国外同类产品相比，无论从油墨自身性能上或是 从油墨的印刷适性上考虑，均存在较大的差距。因 此，通过优化水性油墨用丙烯酸乳液连接料的配方， 自主研发综合性能优良的油墨是当前的研究重点。

1. 2 水性聚氨酯制备及改性的研究进展 

水性聚氨酯(WPU)具有极好的耐磨性、耐化学 性、附着力、柔硬度平衡性，以及良好的低温性能、高 光泽度、保光性等优点。脂肪族聚氨酯还具有耐紫 外光 性 能，并 且 应 用 范 围 具 有 较 广 泛 的 可 调 性 ［16，17］ ，可以满足各种不同印刷工艺需求。另外， 水性聚氨酯还具有无毒、不燃、无污染等优点 ［18］ 采 用 WPU 连结料制成的水性油墨，在网版印刷、复合 薄膜印刷方面都占有举足轻重的地位。

方长青 ［19—21］ 以聚氨酯为主要连接料，辅以适当 增稠剂、表面活性剂等助剂，研究了水性聚氨酯制备 原料的配比对水性聚氨酯油墨性能的影响。合理调 节水性聚氨酯制备配量比，可制备出具有弱结晶性 能的纳米分散颗粒水性聚氨酯乳液，在固含量、黏 度、生产工艺及成本均能满足水性油墨的要求。

单一的 WPU 存在一些缺点，尚不能满足多种 领域的需要。主要体现在干燥速率慢、对非极性基 材润湿差、固含量低、稳定性差和耐水性不良等方 面 ［22］ 。而丙烯酸酯类乳液的优点体现在较好的耐 水性、耐候性及优异的物理机械性能。将不同化学 成分和性能的高分子材料通过一定方式复合，是改

善其性能、研制新型材料的有效途径 ［23］ 。因此，用 丙烯酸酯改性 WPU 可以将聚氨酯的优点如较高的 拉伸强度、抗冲击强度、优异的耐磨性，与丙烯酸酯 树脂的上述优点有机结合，实现优势互补，从而制备 出高固含量、低成本、性能优异的丙烯酸酯改性 WPU，促进水性油墨的发展。

李艳辉等 ［24］ 对多种聚丙烯酸改性聚氨酯乳液 方法做了具体分析，对比与研究，验证了改性后的聚 氨酯乳液具有优异的物理机械性能、耐水性能、高光 泽度、高耐候性等特点。

徐磊等 ［25］ 采用半互容性聚氨酯、聚甲基丙烯酸 甲酯作为基体，通过本体聚合法制备了一系列线性 聚氨酯 PU/聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 的互穿网络 结构 IPN，它是不同于核壳结构的另一种复合结构。 另外，为了提高该体系的阻尼性能，引入了功能单 体。采用动态力学性能分析法，研究了该体系的组 成、交联密度、无机填充物纳米 SiO 2 用量、功能单体 长侧基单体甲基丙烯酸十八酯浓度、内接枝剂甲基 丙烯酸羟乙酯浓度等对互穿网络体系阻尼性能的影 响。通过透射电镜法，观察研究体系阻尼性能变化 和体系相态的关系。研究发现，当材料的有效阻尼 温度范围不是很高，但阻尼强度要求较高时，运用内 接枝剂是改善体系阻尼性能的有效方法，为制备 IPN 结构和增强复合树脂的阻尼性能提供了借鉴。

由于聚丙烯酸酯与水性聚氨酯能较好实现优势 互补，而且核壳结构和 IPN 结构将是未来复合树脂 的研究重点，因此很多学者开展对聚丙烯酸酯单体 与聚氨酯交叉改性研究 ［26—28］ 。研究通过接枝共聚 法制备聚丙烯酸酯-水性聚氨酯复合乳液，并分析复 合乳液的胶膜性能、储存稳定性。研究结果显示，交 叉改性后的复合乳液稳定性大幅提高，能长期存储 而不发生黄变现象，且耐水性明显提高。同时，研究 者也提出了适宜的聚氨酯与聚丙烯酸酯单体的 配比。

经过适宜含量环氧树脂改性的 WPU，其黏接强 度、耐水性、耐溶剂性也会大幅改善。

邓朝霞 ［29］ 等采用环氧树脂和丙烯酸羟丙酯 (HPA)为主要原料，制备了环氧改性的聚氨酯复合 乳液。研究结果显示，环氧分子多重交联后得到的 改性 WPU 树脂的耐水性、耐溶剂性、力学性能等综 合性能大幅提高，且使分散体粒径分布更宽。随着 环氧树脂用量增加，乳液黏度增大，但外观和稳定性 变差，试验表明环氧树脂添加量以 4% ～ 8% 较适 宜。HPA 单体的加入可用于配制具有紫外光固化 性能的成膜树脂。

朱黎澜等 ［30］ 采用甲苯二异氰酸脂(TDI)、聚醚 二元醇(GE-210)、1，4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙 酸( DMPA) 环 氧 树 脂 ( E-128)、丙 烯 酸 羟 丙 酯 (HPA)为主要原料，制备出了性能优良的环氧改性 聚氨酯分散体。研究了异氰酸酯基团与羟基的比值 Ｒ、小分子扩链剂、亲水扩链剂及环氧树脂的加入量 对乳液的基本性能(黏度、粒径、稳定性) 的影响。 研究结果显示，当 Ｒ 值取 6 ～7，DMPA 用量为 6% ～ 7%，环氧树脂 E-128 添加量为 6% ～7% 时，乳液的 外观及稳定性最好，而且涂膜的耐水性能优异。郝 新兵等 ［31］ 对现有聚氨酯和环氧树脂相互改性方法 做对比、分析和总结，指出化学共聚法改性效果更为 显著。

水性聚氨酯连接料制备及应用方向。由于水性 聚氨酯表面张力较大，成膜时容易锁孔 ［32］ ，且干燥 较为困难，因此目前在我国水性聚氨酯应用于塑料 软包装印刷的较少。而醇溶性聚氨酯经过多年发 展，配方及工艺较为完善，可作为水性聚氨酯油墨推 广的过渡产品，最终实现聚氨酯油墨从苯溶—酯 溶—醇溶—水溶的变化发展。

1. 3 纳米改性连接料制备及改性的研究进展 

关于纳米油墨的研究始于 1994 年，美国 XMX 公司获得了一项用于制造油墨用纳米级均匀微粒原 料的专利技术 ［33］ ，韩国 ABC 纳米技术公司成功开 发了用于 ＲFID、PCB 领域的纳米银导电油墨 ［34］ 。 纳米材料的加入，可以改善油墨连接料耐水性差、光 泽度不够、固含量低等关键技术问题 ［35］ 。另外，油 墨的颗粒越细，颜料颗粒与连接料的接触面就会越 大，油墨润湿性、展色性更好，印刷性能更加稳定。 因此，纳米油墨的色彩更为饱和艳丽，印刷色域更加 宽广。纳米水性油墨融合了水性油墨的环保优势和 纳米油墨的性能优势，成为当下研究的重点。

崔锦峰等 ［36］ 在丙烯酸乳液中加入了纳米 SiO 2 ， 研发了用于柔印的纳米水性油墨。首先用丙烯酸乳 液原位聚合工艺对纳米 SiO 2 进行表面改性，再结合 精心制备的水性丙烯酸柔版基墨。最后，将纳米 SiO 2 丙烯酸共聚乳液与水性丙烯酸基墨按照一定 比例进行复配，制得纳米水性柔版印刷用油墨。研 究显示，得到的水性柔版油墨稳定性强，成膜后有优 异的抗水性能和良好的耐老化性能，各项性能指标 均优于普通水性丙烯酸柔版油墨。

李玉平等 ［37］ 利用硅烷偶联剂改性纳米二氧化 硅，以甲基丙烯酸甲酯 MMA、丙烯酸丁酯 BA 为主 要单体，通过核壳乳液聚合法制备了 SiO 2 /聚丙烯 酸酯复合乳液。这种乳液有良好的热稳定性，可以 有效提高膜层的抗水性和抗紫外光能力。该乳液用 于水性油墨制备中，可提高水性油墨的附着牢度和耐磨性。

Zhao 等 ［38］ 将纳米 SiO 2 以盐酸为催化剂首先进 行原位水解，然后以丙烯酸酯类作为分散单体，通过 半连续种子乳液法与含氟丙烯酸酯混合，制备了具 有互穿网络结构的纳米二氧化硅/含氟聚丙烯酸酯 复合乳液。研究显示，纳米 SiO 2 /氟化聚丙烯酸酯 乳液粒径分布较窄，且涂膜热稳定性、耐水性得以 改善。

利用纳米材料对聚氨酯进行改性的研究也同样 引起了人们极大的关注。石墨烯、纳米碳管是目前 国内外用于聚合物改性研究的新型纳米材料。Kim 等 ［39］ 采用常用物理、化学方法将石墨烯与聚氨酯进 行混合，并对比分析。结果显示，原位聚合法获得的 石墨烯-聚氨酯复合材料性能最为优异。

Kuan 等 ［40］ 尝试将纳米碳管引入水性聚氨酯树 脂基体。研究显示，纳米碳管和水性聚氨酯分散体 可较好相容，达到协同增强效应，明显改善乳液涂膜 的机械性能。胶膜的热稳定性提高了 26℃，拉伸模 量提高了 170. 6%，拉伸强度提高了 370%。

毋庸置疑，纳米技术已成为当下及未来科技发 展的重要源泉之一。在水性油墨技术研究领域，采 用无机或有机纳米材料对现有聚合物树脂进行改性 研究是增强水性油墨墨膜性能的重要研究方向 ［41］ 。 其中，纳米材料在聚合物基体如何分散，是制备稳定 性能乳液的关键。

2 水性油墨应用现状分析 

水性油墨是唯一被 FDA(美国食品药品监督管 理局)认可的环保油墨，是世界各国公认的环保印 刷材料 ［42］ 。国外对水性油墨的研究始于20 世纪60 年代，先后经历了三个阶段 ［43，44］ 。首先，是以松香、 马来酸改性树脂为连接料的第一研究阶段;其次，是 以溶液型苯乙烯-丙烯酸共聚树脂为连接料的第二 研究阶段;最后，是以丙烯酸单体和苯乙烯聚合物乳 液树脂为连接料的第三研究阶段。20 世纪 80 年 代，欧美国家率先提出了绿色印刷、水性油墨的概 念 ［45］ 。基于成熟的技术和完善的法律法规，以及环 保意识深入人心，取得了较好研究及应用成果。以 美国为例，目前 95% 的柔印产品，以及 80% 的凹印 产品都采用水性油墨印制完成 ［46］ 。

中国国产的水性油墨在 1975 年问世 ［47，48］ ，是 天津油墨厂和甘谷油墨厂共同研发生产的水性凹版 纸张油墨，90 年代又研制了凸版塑料表印油墨，紧 接着，从加拿大、美国、英国、瑞士等国引入了 100 多 套组合式柔印生产线，对我国水基油墨的发展起了 较大推动作用。2003 年，武汉现代工业技术研究院 研制生产了水性油墨相关产品。2004 年初，上海美 德精细化工成功研制了达到日本、德国环保要求的 全水性低温热固油墨 ［49］ 。为了规范国内水性油墨 市场，和世界水性油墨技术接轨，2007 年 5 月我国 推出了第一部关 于 水 性 油 墨 的 标 准，即 QB/T 2825—2006《柔性版水性油墨》 ［50］ ，对柔印水性油墨 的使用提出具体要求。我国印刷业“十二五”发展 规划 ［51］ 及“十三五”发展规划草案 ［52］ 中，已明确将 水性油墨及其相关原材料研制列为今后印刷包装业 发展研究的重点和油墨行业发展的主要方向。

目前，水性油墨最主要的应用领域是卫生条件 要求较为严格的食品、药品、儿童玩具等包装装潢印 刷 ［53］ 。印刷方式以柔印和凹印为主，承印物以瓦楞 纸、金银卡纸、铜版纸、白板纸、塑料薄膜、不干胶纸 等为主。由于水性油墨具有优良的环保特性，可以 有效解决当前包装印刷业的污染问题，因此各国家 和地区都在努力开发和使用水性油墨，并逐步取代 溶剂型油墨。以水性油墨为主要发展对象的包装印 刷在国际上已经形成一种趋势 ［54］ 。

2. 1 水性油墨在柔印领域的应用

 柔性版印刷于 20 世纪初起源于美国，由于采用 了环保的水性油墨作为印刷材料，因此被业界誉为 最为环保的印刷方式 ［55］ 。

柔印水性油墨在瓦楞纸箱印刷领域的应用。水 性柔印是最常见的瓦楞纸板印刷工艺，美国纸箱几 乎 100% 采用柔性版印刷，西欧为 85%，日本为 93%，而我国目前只有50%左右 ［56］ 。由于水性油墨 的润湿性、亲和性较好，两者只需轻轻接触，水性油 墨即可完全被瓦楞纸吸收，因此墨色呈现均匀厚实。 柔性水印凭借绿色环保、保质高效等优势，在瓦楞纸 箱预印行业独占鳌头，技术成熟。

柔印水性油墨在软包装印刷领域的应用。市场 数据显示，柔印在北美软包装市场的占比为 75%， 欧洲约 57%，但亚太地区仅为 10% 左右 ［56］ 。在国 内绿色、环保、低碳的环境趋势下，以及企业操作环 境安全健康的要求，水性柔印将逐渐取代部分溶剂 型柔印及凹印市场。天津东洋油墨有限公司推出薄 膜用水性柔版油墨，印刷适性优良，具备丰富的色彩 再现性 ［57］ 。

柔印是目前国外水性油墨产品的最大应用市 场，技术较为成熟。波兰华沙工业大学的 Zuzanna Zoek-Tryznowska 教授科研团队做了相关研究。

Zoek-Tryznowska ［58］ 将支化聚甘油作为水性柔 印油墨的添加剂，研究了改性后的油墨在聚乙烯塑 料薄膜上的承印性能。研究表明，水性柔印油墨添 加支化聚甘油后，可以大大提高油墨的耐摩擦性能，且前后色差较小;色彩光学密度增大，印品光泽度 更佳。

Zoek-Tryznowska ［59］ 用超支化聚酯 Boltorn_P500 和 Boltorn_P1000 改性水性柔印油墨，并在三种不同 的塑料薄膜材料 PE、OPP、PET 上做印刷实验。研 究表明，少量超支化聚酯的加入，可以改善油墨总体 呈色性能及耐摩擦色牢度，并讨论了对油墨的流变 特性、光学密度、色度变化及色牢度的影响。

Zoek-Tryznowska ［60］ 研究了离子液体作为添加 剂，对水性柔印油墨性能及其印刷效果的影响。该 研究选取的承印材料为聚丙烯塑料薄膜，讨论了离 子液体的加入对油墨接触角、光学密度、色度等的影 响。研究发现，离子液体改性后的油墨光学密度增 大，润湿性更佳，且色差较小。

柔印水性油墨在标签印刷领域的应用。水性油 墨在窄幅标签印刷领域具有绝对优势，但由于质量 原因，中高端标签印刷很难看到水性柔印的影 子 ［61］ 。劲嘉集团与其油墨供应商共同开发了环保 水性油墨，用于烟标印刷 ［62］ 。另外，随着食品环保 要求愈加苛刻，柔印水性油墨在食品标签印刷领域 将大有可为。

2. 2 水性油墨在凹印领域的应用

 早在 20 世纪 70 年代，水性凹版油墨就逐渐应 用于包装纸、厚纸板等产品的印刷 ［63］ 。由于纸类承 印物的蒸发干燥与吸收干燥性能较好，因此油墨的 干燥问题较好解决。如今，美国约有 80% 的凹印产 品采用水性油墨印制完成 ［64］ 。

水性油墨在凹版纸张印刷领域的应用。凹版印 刷墨膜厚实，几乎是柔印墨膜的两倍。且在印刷过 程中，网穴中的油墨几乎是在不受力的情况下转移 至承印物，故对油墨的转移性、流平性、黏附性要求 较高 ［50］ 。张彪等 ［65］ 通过水性油墨与溶剂型油墨纸 张印刷对比实验，判断水性油墨在干燥性和附着力 等方面已经能够达到与传统溶剂型油墨相当的性 能，只有在一些低表面能的承印物上，水性油墨的附 着力较差。在色密度方面，水性油墨暗调部分略微 偏低，亮调部分表现丰富。水性油墨凹版纸张印刷 工艺基本成熟。

水性油墨在凹版塑料印刷领域的应用。资料显 示，塑料凹版印刷居印刷业有机溶剂污染之首。而 我国软包装印刷长久以来形成了以凹版印刷为主流 的生产现状 ［66］ ，因此在凹版塑料印刷领域推广使用 水性油墨替代溶剂型油墨技术，其难度要远远大于 柔印等其他印刷领域。水性油墨在国内凹版印刷领 域的使用已有一定经验，2011 年 9 月 15 日，国家颁 布了有关薄膜凹印水性油墨的一个重要标准，即 GB/T 26394—2011《水性薄膜凹印复合油墨》 ［67，68］ 。 凹印水性油墨产品发展至今，其产品性能已取得了 巨大进步，在油墨附着力、色度及光泽度方面达到甚 至超过了溶剂型油墨的性能。不足之处在于干燥速 度慢、干燥能耗高等 ［69］ ，这些也是未来凹印水性油 墨要解决的重要问题。经过三年多研发，北京英科 凡化工成功推出了 WE 型塑料薄膜印刷用凹版水性 油墨 ［70］ 。该产品符合环保要求，印刷效果可以媲美 芳烃类溶剂油墨产品水平。在表面张力 36 ～ 42 dyn/cm 的 BOPP、PET、PE 等塑料薄膜上附着牢固， 印刷适性良好 ［71］ 。

整体而言，水性油墨在凹印纸张印刷趋于成熟， 塑料材质印刷性能则有待提升。凹印速度与凹印质 量与凹印干燥之间的矛盾，是水性凹印油墨无法推 广普及的重要原因。要解决干燥问题，可以通过改 善油墨成分，提高油墨干燥性能;或是改良凹印机机 械结构，提升设备干燥效率，降低干燥能耗。

2. 3 水性油墨在丝印领域的应用 

美国、德国、瑞典是水性网印油墨技术应用最为 成熟广泛的国家 ［72］ 。自 20 世纪 80 年代以来，已开 发出用于丝网印刷的有光、无光水性油墨，满足于织 物、纸、PVC、PS、铝箔及金属等众多承印物的需求。 我国也研发了适用于纸张和塑料等承印材料的水性 网印油墨。天津环球磁卡股份有限公司(原天津市 人民印刷厂)2010 年研制开发了水性丝网油墨，成 功替代了溶剂型丝网油墨用于磁卡的生产，填补了 数据卡用水性丝网油墨产品在国内的空白 ［73］ 。丝 网印刷对水性油墨的黏度及 pH 要求较高 ［74］ 。

2. 4 水性油墨在数字喷墨印刷领域的应用
随着数字喷墨印刷技术的成熟及推广，国外开始将水性油墨应用于喷墨印刷领域 ［75］ ，这也是目前国外关于水性油墨应用研究的一个热点。

Penmetcha ［76］ 等深入研究了用于聚合物太阳能 电池给体-受体材料的水性纳米油墨。给体-受体纳 米油墨颗粒 P3HT(3-己基噻吩的聚合物)、PCBM (富勒烯衍生物)通过微乳液技术制得，特征是颗粒 尺寸采用准弹性光散射测量技术精确控制，平均直 径为52 nm。研究发现，改变油墨中 P3HT、PCBM 各 自的浓度含量，会影响到油墨的共混比。最后将制 得的 P3HT、PCBM 的水性纳米油墨通过喷墨技术印 刷于氧化铟锡 ITO 透明导电薄膜的 PEDOT(3，4-乙 烯二氧噻吩单体聚合物)、PSS(聚苯乙烯磺酸钠)涂 层之上，便得到了太阳能电池的有源层。

Howe 等 ［77］ 研发了用于固体氧化物电池的阴极 水性油墨配方(专利申请号:1107672. 6)。该油墨 采用 PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作为分散剂，PVA(聚乙烯醇)作为连接料。调节 PVA 的含量可使油墨粘 附力最佳，对不同的 PVP 含量和链长分别进行测 试，研究对油墨分散性能的影响，结果显示该油墨使 用性能达到甚至超过了现有电池油墨配方。

Naohiro ［78］ 等研发了新型水性乳液油墨配方，可 适用于喷墨印刷承印非渗透性材料，如塑料薄膜。 和之前喷墨印刷使用的溶剂型油墨相比，该油墨得 到的图文质量较高，且无任何挥发性气体释放。该 油墨同样适用于渗透性承印物，如墙纸等。研究发 现，抑制水性乳液油墨干燥过程中颗粒的聚集，可以 有效改善图文质量。

3 我国水性油墨市场发展趋势

有关全球包装、印刷市场的权威调查报告《全 球包装印刷市场展望》 ［79］ 、《印刷油墨、印版及其他 耗材未来预测》 ［80］ 均显示，全球印刷包装业正在努 力向可持续发展产业转型。水性油墨因为具备环 保、经济双重效益特征，市场发展潜力可观。数据显 示，2009 年全球环保油墨市场规模为 58 亿美元， 2014 年则达到 72 亿美元，年均复合增长率为 4. 5% ［81］ ，其中很大的贡献为广泛应用于柔印软包 装的水性油墨。同时，随着法律法规制度的建立，市 场对水性环保油墨的需求将日益增长。

国内外关于水性油墨的研发与应用已取得了丰 硕成果。在我国，水性油墨在柔印领域的应用日渐 成熟，呈稳定增长态势，但在塑料薄膜材质为主流的 凹印领域则刚刚起步 ［82］ 。结合我国实际情况，应积 极鼓励推进水性油墨在不同印刷基材和印刷工艺的 应用。

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