有机颜料在油墨中的应用：性能要求、结构影响与环保发展趋势

有机颜料在油墨中的应用全解析：选择指南与性能优化

一、前言

随着印刷油墨工业的兴起与发展，颜料工业尤其是有机颜料行业得到了显著的推动与成长。目前常用的油墨种类主要包括：胶印油墨、凹印油墨、紫外光固化油墨（UV油墨）、柔版油墨、丝网印刷油墨以及各种特种油墨（如导电油墨、安全防伪油墨等）。油墨的性能不仅取决于连接料和助剂，作为着色主体的有机颜料更是决定了油墨的色彩表现、印刷适性及最终产品的耐久性。本文旨在系统阐述有机颜料在各类油墨中的应用原则、结构性能关系及技术发展前沿。

二、油墨体系中的有机颜料选择

由于不同油墨体系及应用环境的差异，对有机颜料的性能提出了严格且多样化的要求，主要考量指标如下：

• 色相与色彩鲜艳度：颜料是油墨的着色主体，首先要求色彩鲜艳、饱和度高、明亮度好。
• 着色力：颜料的着色力直接影响油墨中颜料的添加量，从而影响油墨的成本与性能。
• 透明性与遮盖力：由于印刷方法与承印物的不同，对颜料的透明性或遮盖力要求也不同。如四色套印要求高透明性，而专色覆盖则可能需要高遮盖力。
• 光泽性：随着印刷品光泽度要求的提高，颜料本身对油墨成膜后光泽度的贡献也需相应提升。
• 吸油量：吸油量与颜料的颗粒分散性、润湿性及表面特性有关。吸油量过大会导致油墨浓度难以提高，黏度调整困难，并可能影响干燥速度。
• 分散性与流变性：颜料的分散性直接关系到油墨的稳定性、着色力和光泽，是核心指标之一。其与颜料的润湿性、粒径及分布、晶型密切相关。同时，颜料颗粒的形态和表面处理会显著影响油墨的流变行为（如触变性）。
• 理化性能：随着印刷应用的多样化，颜料必须具备优异的光牢度、耐热性、耐溶剂性、耐酸碱性及抗迁移性等。

目前油墨中常用的有机颜料主要包括：偶氮颜料（单偶氮、双偶氮、缩合偶氮、苯并咪唑酮类）、酞菁颜料以及高性能有机颜料（如喹吖啶酮、二噁嗪、异吲哚啉酮等）和色淀颜料等。以下简要介绍几类主要油墨体系中的颜料选择原则。

（1）胶印油墨

胶印油墨目前使用量最大，约占全球油墨总量的40%，在国内市场中更高达约70%。其颜料选择主要考虑以下几点：

• 胶印油墨体系以矿物油和植物油为主要溶剂，连接料（如松香改性酚醛树脂）通常呈酸性。因此，不宜使用强碱性颜料，以避免发生皂化反应导致油墨胶化。
• 印刷过程中油墨需与润版液接触，要求颜料具有良好的耐水性，防止因吸水而发生性能劣化。
• 胶印墨层较薄，要求颜料具有较高的着色强度。
• 胶印多为四色套印，特别是黄色与品红色颜料，需具有良好的透明性，以确保叠印色彩的真实性。

（2）溶剂型凹印油墨

此类油墨的溶剂主要为苯类、醇类、酯类和酮类等有机溶剂。由于体系差异较大，颜料选择时应综合考虑以下因素：

• 凹印油墨黏度低，要求颜料分散性好，在连接料中具有良好流动性，储存过程中不絮凝、不沉淀。
• 油墨以挥发干燥为主，要求颜料具有良好的溶剂释放性，避免干燥不良。
• 颜料需具备优异的耐溶剂性，在储存和印刷过程中不发生晶型成长、变色或褪色。
• 印刷时颜料会与金属辊筒接触，颜料中游离酸不应腐蚀金属。
• 目前，醇溶性与酯溶性凹印油墨因毒性较低、环保性更好，已成为主流发展方向。

（3）UV光固化油墨

近年来，UV固化油墨在全球范围内快速发展，年增长率长期高于油墨总体增长速度。其主要应用形式包括UV胶印、UV柔印及UV丝印。其颜料选择应重点考虑以下两点：

• 光稳定性：颜料在紫外光照射下不发生变色或降解。
• 固化干扰性：颜料的吸收光谱至关重要。应选择在紫外固化波段（通常为365nm、395nm、405nm等）吸收率较低的颜料，以避免影响光引发剂效率，确保固化速度和深度。

（4）水性油墨

水性油墨主要应用于柔版印刷和凹印体系。由于其体系一般呈碱性（常用氨水或胺类调节pH），因此不宜使用含易与碱反应离子的颜料（如某些色淀颜料）；同时，水性油墨中常含有醇类溶剂（如乙醇、异丙醇），要求颜料具备良好的耐醇性。此外，颜料在水性体系中的分散稳定性是关键挑战，通常需要亲水或两亲性的表面处理。

从长远看，水性油墨与UV油墨由于具有极低的VOC排放，具备出色的环保优势，是油墨行业未来的重要发展方向。有机颜料的研发也应与之同步，向环保、低污染方向转型。

三、有机颜料的结构、性能与表面处理技术

同一种化学结构的颜料，因晶型不同，其色相与性能可能存在显著差异。例如，酞菁蓝的α型为红光蓝、在有机溶剂中不稳定，易转化为β型；而β型为绿光蓝、晶型稳定，耐溶剂性优异。

1. 颜料粒径、形态与性能关系

颜料的着色力、透明性、吸油量及耐候性等关键性能与粒径密切相关。

• 粒径与性能：粒径越小，比表面积越大，光牢度与耐候性通常越好，但吸油量增大，分散难度也增加。
• 粒径与遮盖力：遮盖力与粒径的关系主要取决于临界粒径值。当粒径大于临界值时，遮盖力随粒径减小而增强；当粒径小于该值时，遮盖力反而下降、透明性增加。在油墨体系中，当颜料粒径处于0.05–0.15 μm范围内时，着色力最强。
• 粒径与色光：其关系较复杂，下表为常见经验规律，但需注意化学结构与晶型的决定性作用：

2. 高性能有机颜料结构与性能的关系

颜料的各种性能与其分子结构密切相关。通过分子设计，特别是引入特定官能团，可以系统性地提升性能：

• 引入酰胺、磺酰胺或环化酰胺基团（如苯并咪唑酮类）：能显著提高分子间作用力（氢键），增强分子极性，从而大幅提升耐光、耐热、耐溶剂与抗迁移性能。
• 引入氯或其他卤素原子：可以改善耐光性与耐溶剂性。
• 引入磺酸基或羧基：主要用于制备色淀颜料，或提高其在水性体系中的相容性；但这些亲水基团可能会在一定程度上削弱其耐有机溶剂性。
• 引入硝基基团：可以增强耐光性与耐溶剂性。

除了上述经典类型，高性能有机颜料（HPPs）在高端领域的应用日益广泛：

• 喹吖啶酮颜料：提供从红到紫的鲜艳色相，具有极高的耐性等级，是标准的红紫色HPP。
• 二噁嗪紫：着色力极强的紫色颜料，色相鲜艳，耐性优良，广泛用于调色和增白。
• 异吲哚啉颜料：提供高性能的黄、橙、红色调，耐性全面。
• 苝系和芘系颜料：提供高牢度的红、棕、黑色调，尤其以出色的耐热性著称。

3. 颜料的分散与表面处理技术

随着油墨体系向低黏度、高颜料含量、高稳定性方向发展，颜料的分散性要求愈加严格。现代表面处理技术是解决这一问题的关键。

• 传统处理：采用松香及其衍生物进行处理，可以提高颜料的润湿性和分散稳定性。
• 核心工艺—挤水转相：对于胶印等高端油墨，普遍采用挤水转相工艺。该工艺直接将颜料水性滤饼与油性连接料混合，在剪切力作用下使颜料从水相转移到油相。此法能避免干燥过程中的颗粒团聚，获得更高的着色力、光泽和流动性。
• 先进技术—超分散剂：针对难以分散的高性能颜料，高分子超分散剂已成为标准方案。其分子结构包含锚固基团（牢固吸附于颜料表面）和溶剂化链（与连接料相容），通过强大的空间位阻效应，实现颜料颗粒的长期稳定分散，尤其对低黏度溶剂型和水性体系至关重要。

四、未来趋势与挑战

有机颜料在油墨中的应用正面临来自环保、法规和新技术应用的多重驱动：

• 环保与法规合规：全球对VOC的限制日益严格，推动了水性、UV和EB（电子束）固化油墨的增长。颜料必须适应这些体系。同时，法规（如欧盟REACH、玩具标准EN71-3）对颜料中的特定芳香胺、重金属含量等提出了严格限制，推动了对无APEO、无重金属、低多环芳烃环保型颜料的研发。
• 功能性颜料的需求：在安全防伪、包装电子化等领域，对功能性颜料的需求上升。例如，光学变色颜料（OVPIs）、温变/压变颜料、上转换/下转换荧光颜料等特种颜料成为研发热点。
• 供应链的稳定与创新：在追求高性能和环保的同时，保证供应链的稳定性和成本效益，也是颜料和油墨企业共同面临的挑战。

五、结语

有机颜料在油墨中的应用体现了颜料科学与印刷工艺的深度融合。通过科学的分子设计、精细的晶体工程和先进的表面处理技术，可以定向地优化颜料性能，满足多样化印刷需求。未来，有机颜料产业必将持续向高性能化、环保化和功能化方向演进，与油墨行业协同发展，共同推动整个印刷产业向更高质量、更绿色可持续的方向迈进。