可食性油墨及其印刷适性

马 海 龙, 霍 李 江, 王 润 桃, 郭 鹏 瑛

( 大连工业大学 轻工与化学工程学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

传统油墨在生产及印刷过程中会造成严重的环境污染,在食品及药品的包装中,油墨会对内装物产生影响[1],因而印刷油墨生命周期内的环保性能现已受到高度重视[2]。可食性油墨既具有传统油墨的特点,满足印刷适应性及其颜色要求,又具有可食性[3],是环保型油墨发展的新方向。

目前可食性油墨的制备已有实验研究先例[4]。在其基础上,本实验选用性能相对更加稳定、成本较低、易获取的材料作进一步研究,为实现可食性油墨产业化奠定基础。用于制备可食性油墨的各组分的名称、作用及质量分数如表1所示。其中色素选用符合我国食品添加剂使用卫生标准GB 2760—1996规定的人工合成色素亮蓝、胭脂红等,其他原料也均符合可食用的要求,并且制备过程产生的物质对人体及环境无害,均达到国家指定的相关标准。

表1 可食性油墨组分

1 实 验

1.1 材料及设备

主要材料:蒸馏水,蔗糖,食用色素(亮蓝、胭脂红),黄原胶,大豆油,70 g/m2胶版纸,80 g/m2铜版纸等。

主要设备:D-971型无级调速搅拌器,100网目丝网版,KGZ-1A镜像光泽度仪,X-RITE530分光密度仪,MCJ-01A摩擦实验机等。

1.2 可食性油墨的制备

接通电热恒温水浴锅,调节使其加热升温至50 ℃。量取20 mL蒸馏水加入250 mL烧杯中,并将烧杯置入温水浴锅中。用电子天平称取蔗糖35.8 g,将其缓慢加入烧杯中,并用搅拌器进行搅拌,直到蔗糖完全溶解。称取色素1 g、黄原胶0.2 g,使其混合均匀,然后将色素与黄原胶的均匀混合物缓慢加入到烧杯中。待色素及黄原胶的混合物完全溶解后,称取大豆油43 g 缓缓加入,使其和水充分乳化。静置0.5 h油墨无分层,可食性油墨即制备完成[5]。

1.3 丝网印刷

根据实验设计方案,选用100网目的丝网版。采用直接制版方式,曝光时间设置为4 min,制得符合测试条件的220 mm×50 mm实地测试条。将已制备的可食性油墨分别印刷在70 g/m2胶版纸和80 g/m2铜版纸上。制得220 mm×50 mm的实地图文,自然静置待其完全干燥。

1.4 印刷适性检测

1.4.1 印品密度的检测

采用X-RITE530分光密度仪,在测量之前先进行仪器的校正,之后调整仪器的测量方式匹配待测印品,在各印品上检测出相应的密度值。

1.4.2 印品牢固度的检测

首先将印品剪切成规格为220 mm×50 mm的试样,用压纸装置固定在MCJ-01A摩擦实验机的摩擦台上；将80 g/m2的清洁胶版纸剪成尺寸为250 mm×50 mm的摩擦纸,用偏心压轮将其固定在摩擦体上；接通电源,设定摩擦回数为40,开始摩擦实验。再用X-RITE530分光密度仪测量出摩擦前后印品的密度,根据以下公式计算印品墨膜的牢固度。

1.4.3 印品光泽度的检测

采用KGZ-1A镜像光泽度仪,分别选用60°及75°视角,测量印品在不同视角时的光泽度值。仪器使用执行标准是TAPPI-8254,每个印品取5个点进行测量,取平均值。

2 结果与讨论

2.1 印品的密度

采用X-RITE530分光密度仪,对所制得的每个印品取6个点进行密度的测量,然后取其平均值,结果如表2所示。

表2 印品密度

由表2可知,可食性油墨在纸质承印物上密度的变化波动很小,密度值较为稳定,即可食性油墨在承印物表面分布较为均匀,且铜版纸上印品的平均密度高于胶版纸上印品的平均密度,说明可食性油墨在表面平整的铜版纸上附着量较大,因为印品密度由油墨连结料决定。未经涂布的胶版纸表面裸露的纤维会使油墨中的连结料大量渗入纸内,导致纸张表面的连结料减少,因此印品密度随之降低。相反,经过涂布的铜版纸,颜料粒子之间的空隙形成毛细管通道,油墨的渗入几率降低,因此密度值增大。

2.2 印品的牢固度

摩擦之后印品的密度与印品初始密度的比值即为印品的牢固度,结果如表3所示。

表3 印品牢固度

由表3可知,可食性油墨在胶版纸和铜版纸上的牢固度均较高,牢固度在87.8%～93.3%。根据国家标准GB 7706—1987的规定,印品墨膜牢固度应大于70.0%,因此可食性油墨可以满足在此类纸质承印物上印刷。铜版纸上墨膜的牢固度略低于胶版纸上墨膜,是由于铜版纸表面的印品密度大,其对油墨的吸附量较大,在进行摩擦实验时损失的墨量比胶版纸损失的墨量相对较多。

2.3 印品的光泽度

采用KGZ-1A镜像光泽度仪在60°及75°视角,测量红色油墨和蓝色油墨分别在胶版纸和铜版纸上的印品光泽度,结果如表4所示。

表4 印品的光泽度

由表4可知,无论在60°或75°视角,可食性油墨在铜版纸上的印品光泽度明显大于在胶版纸上的印品光泽度。这主要是由于铜版纸经过涂布处理,其表面光滑平整、质地紧密,使油墨更易附着于表面,因此可食性油墨在铜版纸上印刷所得的印品光泽度高。由此可见,可食性油墨所呈的光泽度与承印物的表面状况具有很大的相关性。

2.4 承印物对可食性油墨印刷效果的影响分析

由表2、3、4的结果可知,可食性油墨分别在胶版纸与铜版纸上印刷时,得到的印品在光泽度、密度及牢固度指标上都具有显著区别,即不同承印物对可食性油墨的印刷效果将产生直接影响。

从胶版纸与铜版纸的材料结构做进一步分析可知,未经涂布的胶版纸与经过涂布处理的铜版纸的微观结构明显不同,非涂布纸与涂布纸的400倍扫描电镜图如图1所示[6]。

(a) 非涂布纸

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

由图1可见,经过涂布处理的铜版纸质地紧密、纤维紧凑分布均匀,而未经涂布的胶版纸纤维间存在间隙。针对基于大豆油制备的可食性油墨,组分中充当连结料成分的油基会在胶版纸表面进入纤维间隙进而渗入胶版纸,使可食性油墨中的油基逐渐与其他组分分离,导致纸张表面的连结料减少,产生光泽度下降、密度下降等不良的印刷效果。而铜版纸表面光滑,可食性油墨中的油基很难渗入其中,从而使油墨能稳定的附着于铜版纸表面,得到较好的印刷效果。

3 结 论

经过对可食性油墨组分与制备的实验研究,所确定的可食性油墨牢固度可以达到有关印刷品质量标准的要求,可用于与食品、药品等产品直接接触的纸质包装印刷。经过对可食性油墨的印品检测,结果显示可食性油墨适合于铜版纸这类表面光滑平整、质地紧密、不易渗入的承印物。随着人们对食品安全意识的提高以及可食性印刷包装材料及技术的发展,可食性油墨印刷产品会有更为广阔的发展前景。

[1] 王尚伟. 绿色印刷:环保油墨知多少[J]. 广东印刷, 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,张钦发,岳淑丽. 可食性油墨及应用现状研究[J]. 包装工程, 2007, 28(5):172-174.

[4] 范小平,张钦发,向红,等. 网印用可食性油墨的研制及其性能研究[J]. 包装工程, 2010, 31(23):43-46.

[5] 苏羽航,赵秀萍. 可食性油墨的制备及其性能的测定与分析[J]. 包装工程, 2009, 30(6):32-33.

[6] 刘艳新,王玉珑. 轻涂纸的特点及其印刷适性[J]. 印刷技术, 2005(31):75-76.