馬 海 龍, 霍 李 江, 王 潤 桃, 郭 鵬 瑛

( 大連工業(yè)大學(xué) 輕工與化學(xué)工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

傳統(tǒng)油墨在生產(chǎn)及印刷過程中會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,在食品及藥品的包裝中,油墨會對內(nèi)裝物產(chǎn)生影響[1],因而印刷油墨生命周期內(nèi)的環(huán)保性能現(xiàn)已受到高度重視[2]。可食性油墨既具有傳統(tǒng)油墨的特點(diǎn),滿足印刷適應(yīng)性及其顏色要求,又具有可食性[3],是環(huán)保型油墨發(fā)展的新方向。

目前可食性油墨的制備已有實(shí)驗(yàn)研究先例[4]。在其基礎(chǔ)上,本實(shí)驗(yàn)選用性能相對更加穩(wěn)定、成本較低、易獲取的材料作進(jìn)一步研究,為實(shí)現(xiàn)可食性油墨產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。用于制備可食性油墨的各組分的名稱、作用及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。其中色素選用符合我國食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—1996規(guī)定的人工合成色素亮藍(lán)、胭脂紅等,其他原料也均符合可食用的要求,并且制備過程產(chǎn)生的物質(zhì)對人體及環(huán)境無害,均達(dá)到國家指定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 可食性油墨組分

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及設(shè)備

主要材料:蒸餾水,蔗糖,食用色素(亮藍(lán)、胭脂紅),黃原膠,大豆油,70 g/m2膠版紙,80 g/m2銅版紙等。

主要設(shè)備:D-971型無級調(diào)速攪拌器,100網(wǎng)目絲網(wǎng)版,KGZ-1A鏡像光澤度儀,X-RITE530分光密度儀,MCJ-01A摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)等。

1.2 可食性油墨的制備

接通電熱恒溫水浴鍋,調(diào)節(jié)使其加熱升溫至50 ℃。量取20 mL蒸餾水加入250 mL燒杯中,并將燒杯置入溫水浴鍋中。用電子天平稱取蔗糖35.8 g,將其緩慢加入燒杯中,并用攪拌器進(jìn)行攪拌,直到蔗糖完全溶解。稱取色素1 g、黃原膠0.2 g,使其混合均勻,然后將色素與黃原膠的均勻混合物緩慢加入到燒杯中。待色素及黃原膠的混合物完全溶解后,稱取大豆油43 g 緩緩加入,使其和水充分乳化。靜置0.5 h油墨無分層,可食性油墨即制備完成[5]。

1.3 絲網(wǎng)印刷

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,選用100網(wǎng)目的絲網(wǎng)版。采用直接制版方式,曝光時(shí)間設(shè)置為4 min,制得符合測試條件的220 mm×50 mm實(shí)地測試條。將已制備的可食性油墨分別印刷在70 g/m2膠版紙和80 g/m2銅版紙上。制得220 mm×50 mm的實(shí)地圖文,自然靜置待其完全干燥。

1.4 印刷適性檢測

1.4.1 印品密度的檢測

采用X-RITE530分光密度儀,在測量之前先進(jìn)行儀器的校正,之后調(diào)整儀器的測量方式匹配待測印品,在各印品上檢測出相應(yīng)的密度值。

1.4.2 印品牢固度的檢測

首先將印品剪切成規(guī)格為220 mm×50 mm的試樣,用壓紙裝置固定在MCJ-01A摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)的摩擦臺上；將80 g/m2的清潔膠版紙剪成尺寸為250 mm×50 mm的摩擦紙,用偏心壓輪將其固定在摩擦體上；接通電源,設(shè)定摩擦回?cái)?shù)為40,開始摩擦實(shí)驗(yàn)。再用X-RITE530分光密度儀測量出摩擦前后印品的密度,根據(jù)以下公式計(jì)算印品墨膜的牢固度。

1.4.3 印品光澤度的檢測

采用KGZ-1A鏡像光澤度儀,分別選用60°及75°視角,測量印品在不同視角時(shí)的光澤度值。儀器使用執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是TAPPI-8254,每個(gè)印品取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量,取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 印品的密度

采用X-RITE530分光密度儀,對所制得的每個(gè)印品取6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行密度的測量,然后取其平均值,結(jié)果如表2所示。

表2 印品密度

由表2可知,可食性油墨在紙質(zhì)承印物上密度的變化波動(dòng)很小,密度值較為穩(wěn)定,即可食性油墨在承印物表面分布較為均勻,且銅版紙上印品的平均密度高于膠版紙上印品的平均密度,說明可食性油墨在表面平整的銅版紙上附著量較大,因?yàn)橛∑访芏扔捎湍B結(jié)料決定。未經(jīng)涂布的膠版紙表面裸露的纖維會使油墨中的連結(jié)料大量滲入紙內(nèi),導(dǎo)致紙張表面的連結(jié)料減少,因此印品密度隨之降低。相反,經(jīng)過涂布的銅版紙,顏料粒子之間的空隙形成毛細(xì)管通道,油墨的滲入幾率降低,因此密度值增大。

2.2 印品的牢固度

摩擦之后印品的密度與印品初始密度的比值即為印品的牢固度,結(jié)果如表3所示。

表3 印品牢固度

由表3可知,可食性油墨在膠版紙和銅版紙上的牢固度均較高,牢固度在87.8%～93.3%。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7706—1987的規(guī)定,印品墨膜牢固度應(yīng)大于70.0%,因此可食性油墨可以滿足在此類紙質(zhì)承印物上印刷。銅版紙上墨膜的牢固度略低于膠版紙上墨膜,是由于銅版紙表面的印品密度大,其對油墨的吸附量較大,在進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí)損失的墨量比膠版紙損失的墨量相對較多。

2.3 印品的光澤度

采用KGZ-1A鏡像光澤度儀在60°及75°視角,測量紅色油墨和藍(lán)色油墨分別在膠版紙和銅版紙上的印品光澤度,結(jié)果如表4所示。

表4 印品的光澤度

由表4可知,無論在60°或75°視角,可食性油墨在銅版紙上的印品光澤度明顯大于在膠版紙上的印品光澤度。這主要是由于銅版紙經(jīng)過涂布處理,其表面光滑平整、質(zhì)地緊密,使油墨更易附著于表面,因此可食性油墨在銅版紙上印刷所得的印品光澤度高。由此可見,可食性油墨所呈的光澤度與承印物的表面狀況具有很大的相關(guān)性。

2.4 承印物對可食性油墨印刷效果的影響分析

由表2、3、4的結(jié)果可知,可食性油墨分別在膠版紙與銅版紙上印刷時(shí),得到的印品在光澤度、密度及牢固度指標(biāo)上都具有顯著區(qū)別,即不同承印物對可食性油墨的印刷效果將產(chǎn)生直接影響。

從膠版紙與銅版紙的材料結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步分析可知,未經(jīng)涂布的膠版紙與經(jīng)過涂布處理的銅版紙的微觀結(jié)構(gòu)明顯不同,非涂布紙與涂布紙的400倍掃描電鏡圖如圖1所示[6]。

(a) 非涂布紙

Fig.1 The scanning electron microscope of non- coated paper and coated paper (400×)

由圖1可見,經(jīng)過涂布處理的銅版紙質(zhì)地緊密、纖維緊湊分布均勻,而未經(jīng)涂布的膠版紙纖維間存在間隙。針對基于大豆油制備的可食性油墨,組分中充當(dāng)連結(jié)料成分的油基會在膠版紙表面進(jìn)入纖維間隙進(jìn)而滲入膠版紙,使可食性油墨中的油基逐漸與其他組分分離,導(dǎo)致紙張表面的連結(jié)料減少,產(chǎn)生光澤度下降、密度下降等不良的印刷效果。而銅版紙表面光滑,可食性油墨中的油基很難滲入其中,從而使油墨能穩(wěn)定的附著于銅版紙表面,得到較好的印刷效果。

3 結(jié) 論

經(jīng)過對可食性油墨組分與制備的實(shí)驗(yàn)研究,所確定的可食性油墨牢固度可以達(dá)到有關(guān)印刷品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求,可用于與食品、藥品等產(chǎn)品直接接觸的紙質(zhì)包裝印刷。經(jīng)過對可食性油墨的印品檢測,結(jié)果顯示可食性油墨適合于銅版紙這類表面光滑平整、質(zhì)地緊密、不易滲入的承印物。隨著人們對食品安全意識的提高以及可食性印刷包裝材料及技術(shù)的發(fā)展,可食性油墨印刷產(chǎn)品會有更為廣闊的發(fā)展前景。

[1] 王尚偉. 綠色印刷:環(huán)保油墨知多少[J]. 廣東印刷, 2007(2):49-51.

[2] GOTOH T. Environmental friendly ink in the commercial printing field[J]. Journal of Printing Science and Technology, 2004, 41(2):7-12.

[3] 范小平,張欽發(fā),岳淑麗. 可食性油墨及應(yīng)用現(xiàn)狀研究[J]. 包裝工程, 2007, 28(5):172-174.

[4] 范小平,張欽發(fā),向紅,等. 網(wǎng)印用可食性油墨的研制及其性能研究[J]. 包裝工程, 2010, 31(23):43-46.

[5] 蘇羽航,趙秀萍. 可食性油墨的制備及其性能的測定與分析[J]. 包裝工程, 2009, 30(6):32-33.

[6] 劉艷新,王玉瓏. 輕涂紙的特點(diǎn)及其印刷適性[J]. 印刷技術(shù), 2005(31):75-76.