可降解油墨的技术发展研究
发表于:2025-02-11 印刷工业
本文对国内外的绿色可降解油墨重点技术进行了详细梳理,揭示了可降解油墨的技术现状以及其技术发展需求与趋势。可降解油墨技术的研发与应用,不仅符合全球可持续发展的战略要求,同时也是印刷和包装行业绿色、可持续发展转型的必由之路。
可降解油墨能够在特定环境条件下自然分解为无害的物质,是一种环保型油墨。在绿色印刷的浪潮中,可降解油墨作为印包行业绿色转型的关键一环,正逐步成为市场关注的焦点,尤其是伴随着新的 食品级标GB4806.14—2023《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用油墨》的发布和实施,可降解油墨更是以其独特的优势在减少环境污染、促进资源循环利用方面展现出巨大的市场前景和社会效益。
重点技术
1. 生物降解油墨
生物降解油墨是指在微生物的作用下,油墨中含有的有机成分被微生物分解为二氧化碳、水和生物质等一些无害的物质,这种分解无需人工干预即可完成。降解方式通常需要特定的时间和适宜的环境温度,例如特定的微生物群落、适宜的温度和湿度等。近几年来,国内很多高校和企业在油墨的生物降解方面纷纷申请了专利。
东莞德芳油墨科技有限公司申请了一项发明名称为“高性能环保水性油墨及其制备工艺”的专利,是通过将改性松香与改性中间体搅拌混合并加热反应,再加入 1,4-丁二醇和季戊四醇继续反应,以此来对改性中间体进行第二次改性,能够使所制得的水性油墨在具备可生物降解性能的同时,还具有较好的耐老化能力。这项技术解决了传统的水性油墨容易受到微生物的污染和分解,而导致油墨变质和变色等问题,以及印品在使用期内耐久性较差、使用寿命较短的问题。
苏州市博来特油墨有限公司申请了一项发明名称为“无酚醛无 VOC 油墨及其制备方法”的技术,使用改性松香酯树脂和亚油桐油为主要原料来生产油墨。使用该项技术制备的油墨具有优异的生物降解性以及机械稳定性和良好的印后加工性,印刷品具有脱墨效果好、综合印刷成本较低等诸多优势。
2. 光降解油墨
光降解油墨是在特定波长的光线照射下,利用光能作为驱动力,依靠油墨中的光敏成分发生化学反应,使油墨中的分子链断裂,从而实现油墨的降解。光降解油墨的降解速度取决于光照强度、波长和油墨的光敏性能等因素。
由于光降解油墨的降解效率受多种因素影响,以及对光敏感的光降解油墨在运输和储存过程中需要采取相关的避光措施,在成本上会较其他油墨高,因此,目前有关光降解油墨的研究相对较少。
韩国三星公司提出了一种包含发光元件分散剂的油墨,该油墨中包含有发光元件分散剂,将发光元件分散在溶剂中并包含可光降解的官能团,其中可光降解官能团的至少一个键通过施加的光分解,即当用光照射时该键通过光反应分解,可以分解成具有小分子量的分子。因此,当制造显示装置时通过低温下的热处理去除能够形成异物的油墨,这一过程不仅减少了油墨对环境的污染,还通过光能实现了降解过程的自启动与自控制,为户外广告、包装印刷等领域提供了环保解决方案。
3. 热降解油墨
热降解油墨是指在高温环境下,油墨中的高分子材料发生热分解反应,转化为低分子量的物质,进而实现降解。
日本楠本化成株式会社在中国申请了一项有关热降解油墨的技术,该项技术提供了一种容易热降解的树脂粘料,容易热降解的树脂粘料为在高浓度无机微粒分散体中用作粘料组分的有机树脂粘料,且使得油墨能够在烧制过程中以较低温度进行烧制且可以抑制碳残留物的产生,同时保持印刷特征。由于热降解油墨通常需要较高的温度,这类油墨多用于特定工业领域,如高温环境下的标签印刷、特殊材料的涂层处理等。
4. 水性油墨
水性油墨,顾名思义就是以水为主要溶剂,通过添加天然树脂、颜料等成分制造而成。水性油墨含有的有机溶剂极少或者为零,从而降低了 VOC 的排放量,阻止了挥发性有机物带来的污染。水性油墨凭借其无毒、无味、不易燃烧等特点,是目前印包领域中应用较为广泛的绿色可降解油墨之一。
中国科学院化学研究所申请了一项发明名称为“水性油墨组合物、水性油墨树脂及其制备方法和应用”的技术,通过采用端羟基聚酰胺 - 醚树脂为软段,提高了水性油墨树脂与包装基材的附着牢度,避免了采用普通聚酯时,由于酯键的耐水解性差所带来的聚合物降解问题。
广东德康化工实业有限公司申请了一项发明名称为“ 一种可降解 薄膜水性印刷油墨及其制备方法
”的技术,提供的油墨成分包括大豆蛋白水性丙烯酸树脂、改性淀粉水性丙烯酸树脂、黄原胶改性水性丙烯酸树脂、水性环保颜料浆料、防腐剂、消泡剂、巴西棕榈蜡剂、水。这项技术解决了传统的可降解薄膜印刷的油墨多是采用传统的聚丙烯、达玛树脂等树脂组分作为主要连结料,制成的油墨在印刷过程中会释放 VOC 有害气体,印刷于可降解薄膜上不能降解且带来环境二次污染的技术问题。
东洋纺株式会社申请了一项发明名称为“用于聚乳酸基水性油墨的粘合剂、水性乳液和水性油墨”的技术,在水性油墨的粘合剂中含有共聚聚氨酯树脂,其分子中具有聚乳酸链段和含磺酸金属盐基的链段。该技术中涉及的水性油墨中使用的粘合剂树脂,可以单独使用共聚聚氨酯树脂,也可以根据需要配合使用松香系、丙烯酸系、氯乙烯系、氯乙烯 - 乙酸乙烯酯系、聚乙烯醇系、聚乙二醇系等亲水性树脂。若配合使用松香系、聚乙烯醇系、聚乙二醇系等具有生物降解性的亲水性树脂,则可提高水性油墨整体的生物降解性。
5. 植物油油墨
植物油油墨是以植物油为主要原料,如大豆油、玉米油等,经过特殊处理后制成的油墨,适用于对环保要求较高的领域,例如食品包装、药品包装等领域。
植物油油墨不仅具备良好的生物降解性和可再生性,同时还具有优异的印刷性能。国内对植物油油墨做出相关研究的高校和企业有武汉大学、天津科技大学、陕西科技大学、华南农业大学、西安理工大学、上海牡丹油墨有限公司、杭华油墨化学有限公司、中山市富日印刷材料有限公司等;国外企业主要涉及东洋油墨制造株式会社、DIC 株式会社等。
武汉大学申请的一项发明名称为“植物油型胶版油墨及其制备方法”的技术,是将废植物油单元酸在扩链剂及多元醇的酯化反应下生产出可以满足胶印油墨的树脂。利用废植物油单元酸制取胶印油墨用溶剂,将废植物油单元酸与单元醇或多元醇在催化剂作用下进行酯化,生成废植物油单元酸单醇单酯或废植物油单元酸多元醇单酯,替代矿物油制造胶印油墨。通过该项技术制得的油墨色浓度高、粘度适中、印刷适应性好,解决了胶印油墨的绿色环保和资源再生利用的综合问题,且在使用过程中可用胶印油墨溶剂稀释,对环境和人体都不存在危害。
中山市富日印刷材料有限公司申请的一项发明名称为“一种高粘度低粘性的纯植物油油墨及其制备方法”的技术,提供了一种纯植物油油墨。该项技术用植物油取代传统石油基油墨的部分石油系溶剂,并且通过对环氧大豆油改性,然后利用改性环氧大豆油的枝接作用,使制得的油墨具有较高的粘度,而椰子油的使用显著降低了连接料的粘性,实现了高粘度、低粘性,赋予油墨较好的内聚力、抗水性能以及纸张适应性,有效提升了油墨的印刷性能,改善了当前
VOC 油墨粘性和粘度都偏大、印刷性能差的问题。
6. 生物基油墨
生物基油墨是指利用生物基材料如纤维素、淀粉等制成的油墨。
华南农业大学在生物基的研究方向上申请了多项专利。其中,发明名称为“多官能度生物基丙烯酸酯预聚物及其制备方法和应用”的技术具有以下特点:制备的多官能度生物基丙烯酸酯预聚物得率达 99%;在四(3- 巯基丙酸)季戊四醇酯的巯基中引入了 4 个植物油酸,从而极大程度上提高了其生物基含量;将生物基的原材料引入了丙烯酸酯中并复配生物基活性稀释剂甲基丙烯酸异冰片酯,降低了化石资源的消耗。
碳衡(重庆)生物质新材料有限公司申请了发明名称为“一种墨色生物基结构单色发光油墨复合材料及其制备方法和应用”的技术,公开了一种墨色生物基结构单色发光油墨复合材料的制备方法。该材料具有隐蔽性强、绿色环保、稳定性优异、色纯度高、无毒等特点,是开发新型结构色墨水的理想途径,且制备方法简单高效,条件温和,无需昂贵的化学试剂或复杂的大型仪器设备。
美国东丽塑料公司提出了一种双轴取向的生物基聚酯膜和层压体的技术,提供了一种使用生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物和共聚物生产用于各种包装应用的有用膜和层压件的方法。该专利的发明人发现在包装生产、工业应用中使用这种材料可以保证可加工性、加工质量和加工成本,同时减少二氧化碳排放。
国内外技术发展需求分析
1. 国内技术发展需求
(1)政府的大力支持
在我国,随着一系列相关环保法规的实施,可降解油墨的研发与应用也呈现出蓬勃发展的态势,很多高校、科研机构与相关印包企业紧密合作,通过对油墨成分进行创新和技术突破,开发出了一系列适应不同印包场景的可降解油墨。这些可降解油墨不仅能够在食品包装、电子标签等对质量把控较为严格的技术领域中展现出广阔的应用前景,还逐步向学生教材、出版物、广告印刷等其他更广泛的领域进行渗透。这种政策趋势为可降解油墨的市场发展提供了有力的支持。
(2)消费者对健康和环保的意识增强随着人们生活水平的提高,消费者对环保产品的关注度和需求日趋增加,他们更愿意选择使用环保材料包装的食品,以减少对自身和环境的影响。
(3)企业的社会责任意识不断增强
采用可降解油墨,向社会展示企业的环保理念和积极作为,有助于企业为自身树立良好的形象,增强企业的社会声誉和品牌价值。虽然目前可降解油墨的研发和生产成本较高,但从长远来看,随着技术的成熟和市场规模的扩大,可降解油墨的成本会逐渐降低。因此,企业社会责任意识的不断增强,助推了可降解油墨的市场推广,加速了可降解油墨的研发与创新,印包企业将不断探索新的环保材料和制造工艺,提高产品质量。
2. 国外技术发展需求
在国外,可降解油墨同样受到了广泛关注,在技术研发层面,国外在可降解油墨的原材料选择、分子结构设计及降解机制等方面有着丰富的经验,已形成了较为完善的技术体系。日本与韩国的企业在可降解油墨领域的技术优势尤为显著,这两个国家不仅拥有先进的油墨研发设施和专业的技术团队,还注重推动技术成果的快速转化。与此同时,新兴市场如非洲、东南亚等部分地区,伴随着自身经济发展,也逐渐意识到环保的重要性,开始加大对可降解油墨相关市场的投入。