有機(jī)顏料在油墨中的應(yīng)用全解析：選擇指南與性能優(yōu)化

一、前言

隨著印刷油墨工業(yè)的興起與發(fā)展，顏料工業(yè)尤其是有機(jī)顏料行業(yè)得到了顯著的推動(dòng)與成長(zhǎng)。目前常用的油墨種類主要包括：膠印油墨、凹印油墨、紫外光固化油墨（UV油墨）、柔版油墨、絲網(wǎng)印刷油墨以及各種特種油墨（如導(dǎo)電油墨、安全防偽油墨等）。油墨的性能不僅取決于連接料和助劑，作為著色主體的有機(jī)顏料更是決定了油墨的色彩表現(xiàn)、印刷適性及最終產(chǎn)品的耐久性。本文旨在系統(tǒng)闡述有機(jī)顏料在各類油墨中的應(yīng)用原則、結(jié)構(gòu)性能關(guān)系及技術(shù)發(fā)展前沿。

二、油墨體系中的有機(jī)顏料選擇

由于不同油墨體系及應(yīng)用環(huán)境的差異，對(duì)有機(jī)顏料的性能提出了嚴(yán)格且多樣化的要求，主要考量指標(biāo)如下：

• 色相與色彩鮮艷度：顏料是油墨的著色主體，首先要求色彩鮮艷、飽和度高、明亮度好。
• 著色力：顏料的著色力直接影響油墨中顏料的添加量，從而影響油墨的成本與性能。
• 透明性與遮蓋力：由于印刷方法與承印物的不同，對(duì)顏料的透明性或遮蓋力要求也不同。如四色套印要求高透明性，而專色覆蓋則可能需要高遮蓋力。
• 光澤性：隨著印刷品光澤度要求的提高，顏料本身對(duì)油墨成膜后光澤度的貢獻(xiàn)也需相應(yīng)提升。
• 吸油量：吸油量與顏料的顆粒分散性、潤(rùn)濕性及表面特性有關(guān)。吸油量過大會(huì)導(dǎo)致油墨濃度難以提高，黏度調(diào)整困難，并可能影響干燥速度。
• 分散性與流變性：顏料的分散性直接關(guān)系到油墨的穩(wěn)定性、著色力和光澤，是核心指標(biāo)之一。其與顏料的潤(rùn)濕性、粒徑及分布、晶型密切相關(guān)。同時(shí)，顏料顆粒的形態(tài)和表面處理會(huì)顯著影響油墨的流變行為（如觸變性）。
• 理化性能：隨著印刷應(yīng)用的多樣化，顏料必須具備優(yōu)異的光牢度、耐熱性、耐溶劑性、耐酸堿性及抗遷移性等。

目前油墨中常用的有機(jī)顏料主要包括：偶氮顏料（單偶氮、雙偶氮、縮合偶氮、苯并咪唑酮類）、酞菁顏料以及高性能有機(jī)顏料（如喹吖啶酮、二噁嗪、異吲哚啉酮等）和色淀顏料等。以下簡(jiǎn)要介紹幾類主要油墨體系中的顏料選擇原則。

（1）膠印油墨

膠印油墨目前使用量最大，約占全球油墨總量的40%，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中更高達(dá)約70%。其顏料選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：

• 膠印油墨體系以礦物油和植物油為主要溶劑，連接料（如松香改性酚醛樹脂）通常呈酸性。因此，不宜使用強(qiáng)堿性顏料，以避免發(fā)生皂化反應(yīng)導(dǎo)致油墨膠化。
• 印刷過程中油墨需與潤(rùn)版液接觸，要求顏料具有良好的耐水性，防止因吸水而發(fā)生性能劣化。
• 膠印墨層較薄，要求顏料具有較高的著色強(qiáng)度。
• 膠印多為四色套印，特別是黃色與品紅色顏料，需具有良好的透明性，以確保疊印色彩的真實(shí)性。

（2）溶劑型凹印油墨

此類油墨的溶劑主要為苯類、醇類、酯類和酮類等有機(jī)溶劑。由于體系差異較大，顏料選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素：

• 凹印油墨黏度低，要求顏料分散性好，在連接料中具有良好流動(dòng)性，儲(chǔ)存過程中不絮凝、不沉淀。
• 油墨以揮發(fā)干燥為主，要求顏料具有良好的溶劑釋放性，避免干燥不良。
• 顏料需具備優(yōu)異的耐溶劑性，在儲(chǔ)存和印刷過程中不發(fā)生晶型成長(zhǎng)、變色或褪色。
• 印刷時(shí)顏料會(huì)與金屬輥筒接觸，顏料中游離酸不應(yīng)腐蝕金屬。
• 目前，醇溶性與酯溶性凹印油墨因毒性較低、環(huán)保性更好，已成為主流發(fā)展方向。

（3）UV光固化油墨

近年來，UV固化油墨在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，年增長(zhǎng)率長(zhǎng)期高于油墨總體增長(zhǎng)速度。其主要應(yīng)用形式包括UV膠印、UV柔印及UV絲印。其顏料選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮以下兩點(diǎn)：

• 光穩(wěn)定性：顏料在紫外光照射下不發(fā)生變色或降解。
• 固化干擾性：顏料的吸收光譜至關(guān)重要。應(yīng)選擇在紫外固化波段（通常為365nm、395nm、405nm等）吸收率較低的顏料，以避免影響光引發(fā)劑效率，確保固化速度和深度。

（4）水性油墨

水性油墨主要應(yīng)用于柔版印刷和凹印體系。由于其體系一般呈堿性（常用氨水或胺類調(diào)節(jié)pH），因此不宜使用含易與堿反應(yīng)離子的顏料（如某些色淀顏料）；同時(shí)，水性油墨中常含有醇類溶劑（如乙醇、異丙醇），要求顏料具備良好的耐醇性。此外，顏料在水性體系中的分散穩(wěn)定性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)，通常需要親水或兩親性的表面處理。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，水性油墨與UV油墨由于具有極低的VOC排放，具備出色的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是油墨行業(yè)未來的重要發(fā)展方向。有機(jī)顏料的研發(fā)也應(yīng)與之同步，向環(huán)保、低污染方向轉(zhuǎn)型。

三、有機(jī)顏料的結(jié)構(gòu)、性能與表面處理技術(shù)

同一種化學(xué)結(jié)構(gòu)的顏料，因晶型不同，其色相與性能可能存在顯著差異。例如，酞菁藍(lán)的α型為紅光藍(lán)、在有機(jī)溶劑中不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)化為β型；而β型為綠光藍(lán)、晶型穩(wěn)定，耐溶劑性優(yōu)異。

1. 顏料粒徑、形態(tài)與性能關(guān)系

顏料的著色力、透明性、吸油量及耐候性等關(guān)鍵性能與粒徑密切相關(guān)。

• 粒徑與性能：粒徑越小，比表面積越大，光牢度與耐候性通常越好，但吸油量增大，分散難度也增加。
• 粒徑與遮蓋力：遮蓋力與粒徑的關(guān)系主要取決于臨界粒徑值。當(dāng)粒徑大于臨界值時(shí)，遮蓋力隨粒徑減小而增強(qiáng)；當(dāng)粒徑小于該值時(shí)，遮蓋力反而下降、透明性增加。在油墨體系中，當(dāng)顏料粒徑處于0.05–0.15 μm范圍內(nèi)時(shí)，著色力最強(qiáng)。
• 粒徑與色光：其關(guān)系較復(fù)雜，下表為常見經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，但需注意化學(xué)結(jié)構(gòu)與晶型的決定性作用：

2. 高性能有機(jī)顏料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系

顏料的各種性能與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過分子設(shè)計(jì)，特別是引入特定官能團(tuán)，可以系統(tǒng)性地提升性能：

• 引入酰胺、磺酰胺或環(huán)化酰胺基團(tuán)（如苯并咪唑酮類）：能顯著提高分子間作用力（氫鍵），增強(qiáng)分子極性，從而大幅提升耐光、耐熱、耐溶劑與抗遷移性能。
• 引入氯或其他鹵素原子：可以改善耐光性與耐溶劑性。
• 引入磺酸基或羧基：主要用于制備色淀顏料，或提高其在水性體系中的相容性；但這些親水基團(tuán)可能會(huì)在一定程度上削弱其耐有機(jī)溶劑性。
• 引入硝基基團(tuán)：可以增強(qiáng)耐光性與耐溶劑性。

除了上述經(jīng)典類型，高性能有機(jī)顏料（HPPs）在高端領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛：

• 喹吖啶酮顏料：提供從紅到紫的鮮艷色相，具有極高的耐性等級(jí)，是標(biāo)準(zhǔn)的紅紫色HPP。
• 二噁嗪紫：著色力極強(qiáng)的紫色顏料，色相鮮艷，耐性優(yōu)良，廣泛用于調(diào)色和增白。
• 異吲哚啉顏料：提供高性能的黃、橙、紅色調(diào)，耐性全面。
• 苝系和芘系顏料：提供高牢度的紅、棕、黑色調(diào)，尤其以出色的耐熱性著稱。

3. 顏料的分散與表面處理技術(shù)

隨著油墨體系向低黏度、高顏料含量、高穩(wěn)定性方向發(fā)展，顏料的分散性要求愈加嚴(yán)格。現(xiàn)代表面處理技術(shù)是解決這一問題的關(guān)鍵。

• 傳統(tǒng)處理：采用松香及其衍生物進(jìn)行處理，可以提高顏料的潤(rùn)濕性和分散穩(wěn)定性。
• 核心工藝—擠水轉(zhuǎn)相：對(duì)于膠印等高端油墨，普遍采用擠水轉(zhuǎn)相工藝。該工藝直接將顏料水性濾餅與油性連接料混合，在剪切力作用下使顏料從水相轉(zhuǎn)移到油相。此法能避免干燥過程中的顆粒團(tuán)聚，獲得更高的著色力、光澤和流動(dòng)性。
• 先進(jìn)技術(shù)—超分散劑：針對(duì)難以分散的高性能顏料，高分子超分散劑已成為標(biāo)準(zhǔn)方案。其分子結(jié)構(gòu)包含錨固基團(tuán)（牢固吸附于顏料表面）和溶劑化鏈（與連接料相容），通過強(qiáng)大的空間位阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)顏料顆粒的長(zhǎng)期穩(wěn)定分散，尤其對(duì)低黏度溶劑型和水性體系至關(guān)重要。

四、未來趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

有機(jī)顏料在油墨中的應(yīng)用正面臨來自環(huán)保、法規(guī)和新技術(shù)應(yīng)用的多重驅(qū)動(dòng)：

• 環(huán)保與法規(guī)合規(guī)：全球?qū)OC的限制日益嚴(yán)格，推動(dòng)了水性、UV和EB（電子束）固化油墨的增長(zhǎng)。顏料必須適應(yīng)這些體系。同時(shí)，法規(guī)（如歐盟REACH、玩具標(biāo)準(zhǔn)EN71-3）對(duì)顏料中的特定芳香胺、重金屬含量等提出了嚴(yán)格限制，推動(dòng)了對(duì)無APEO、無重金屬、低多環(huán)芳烴環(huán)保型顏料的研發(fā)。
• 功能性顏料的需求：在安全防偽、包裝電子化等領(lǐng)域，對(duì)功能性顏料的需求上升。例如，光學(xué)變色顏料（OVPIs）、溫變/壓變顏料、上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)換熒光顏料等特種顏料成為研發(fā)熱點(diǎn)。
• 供應(yīng)鏈的穩(wěn)定與創(chuàng)新：在追求高性能和環(huán)保的同時(shí)，保證供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性和成本效益，也是顏料和油墨企業(yè)共同面臨的挑戰(zhàn)。

五、結(jié)語

有機(jī)顏料在油墨中的應(yīng)用體現(xiàn)了顏料科學(xué)與印刷工藝的深度融合。通過科學(xué)的分子設(shè)計(jì)、精細(xì)的晶體工程和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，可以定向地優(yōu)化顏料性能，滿足多樣化印刷需求。未來，有機(jī)顏料產(chǎn)業(yè)必將持續(xù)向高性能化、環(huán)保化和功能化方向演進(jìn)，與油墨行業(yè)協(xié)同發(fā)展，共同推動(dòng)整個(gè)印刷產(chǎn)業(yè)向更高質(zhì)量、更綠色可持續(xù)的方向邁進(jìn)。