紫外线固化干燥(UV)油墨的定义特点分类及其应用

紫外线固化干燥(UV)油墨的定义特点分类及其应用

 

一、紫外线固化干燥(UV)油墨概述

紫外线固化干燥柔印油墨,简称UV油墨,UV油墨实质是一种在一定波长的紫外线照射下,能够从液态转变成固态的液体油墨。

将UV油墨的组成和传统油墨的组成进行比较,会发现两者有很大不同。不同之处是UV油墨的成膜,从单体到聚合物是化学反应;而传统油墨的成膜是物理作用,树脂已经是聚合体,溶剂是将固体的聚合物溶解成液状的聚合物,有助于将油墨涂覆在承印物上,然后溶剂挥发或被吸收,使液状的聚合物再回复成原来的固态状。UV油墨主要是由颜料、预聚物、活性稀释剂、光引发剂和助剂组成的。

印刷业的迅速发展,不仅要求优质高效,降低成本,还要求对环境无污染。UV油墨能在任何承印物上印刷,印品质量优于溶剂型和水性柔印油墨,具有网点扩大量小、亮度高、耐磨及防化学侵蚀、无污染、良好的网点复制效果和遮盖力好、成本低等优点。UV油墨目前在国外已得到广泛应用。在平版胶印、丝网印刷、柔性版印刷和凸版印刷中,UV油墨的消耗量呈逐年上升的趋势。欧美和日本等国UV油墨的年增长率为9%~12%。

 

二、UV光固化油墨的特性

紫外线是一种波长比可见光更短的电磁波,不同波长具有不同能量。通常,UV光固化油墨固化所采用的紫外光波长度为250~400nm。工业上常用的紫外线光源为高压汞灯和金属卤素灯,两者分别在200~300nm和300~400nm范围内效率最高。所以,无色UV光固化油墨常用高压汞灯,而有色UV光固化油墨常用金属卤素灯进行固化。

UV光固化油墨有别于其他类型油墨的根本特征在于墨层固化成膜是经过强紫外光线照射,成膜物质由光引发剂引发而发生快速聚合反应,在几秒至几十秒之内完成。若不接触强紫外光,即使受热,油墨也将长时间处于黏稠状态而不能固化。UV光固化油墨的主要优点是:a.能使印刷较厚的墨层一次固化,墨层最厚可达100~150μm;b.固化时间短,耗能少,节省印刷场地、空间,生产效率高;c.不含有机溶剂,几乎100%固化成膜,无有机溶剂挥发,减少了对环境的污染;d.适用于热容量大的承印物的印刷;e.印刷品精美,质量好、档次高,固化后的墨膜耐热性、耐溶剂性和耐划伤性均好。

 

三、紫外线光固油墨的组成特点

紫外线光固油墨,也称紫外线干燥油墨或UV油墨。这是一种在紫外线照射下,吸收一定波长的光能并产生光化学反应而迅速完成从液态转化为固态的油墨。

在这种油墨中没有溶剂存在,而且只有在紫外线照射的条件下,才能迅速地发生光化学反应,从而达到快速干燥的目的。正是由于具有这一特点,克服了油墨在印刷机上容易发生性能变化的问题,同时也解决了油墨被转移到承印物表面后迅速干燥的问题。这样的油墨不仅适应了高速、多色一次印刷的要求,也为非吸收性材料的印刷提供了方便。

紫外线光固油墨与其他油墨一样,是由颜料、连结料和辅助料组成的,但因为需要依靠光化学反应来实现油墨的干燥,所以在油墨连结料的使用上有其特定的要求,即使用光固型连结料。光固型连结料主要由光敏树脂或预聚物、交联剂、光引发剂等物质组成。

1.颜料

紫外线光固油墨对颜料的要求是拼混性要好,拼混后不能使紫外线光固油墨在有效存放期内胶化;颜料合用时,每种颜料在光固油墨中的用量一定要准确;颜料的浓度要高,色泽要鲜艳,要具有优良的分散性和足够的着色力;选用对于紫外线光谱吸收率小的颜料,这样才能不妨碍光固油墨的固化速度;当颜料暴露在紫外光下或是固化反应时要求不变色。

不同的颜料对于紫外光谱的吸收和反射是不同的,因此,光固油墨的固化速度由于颜料的不同也有区别。透明度好的颜料,由于紫外线透射率高,所以固着快一些;炭黑的紫外线吸收能力较高,固化得最慢;白色颜料反光性强,也妨碍了固化。

根据以上原则,紫外线光固油墨选用的颜料大致有钛白粉、联苯胺黄、酞菁蓝、永久红、桃红、宝红、耐晒深红、炭黑等。

2.光固型连结料

在紫外线光固油墨中,光固连结料是特别重要的,对其的要求是:光固连结料色泽要浅,透明度要好;光固化活性要高,在紫外光照射下要瞬间干燥;固化成膜后光泽要好,附着力要强,韧性和耐冲击性要优良;光固连结料的酸值不能过高(一般在20以下),否则在油墨储存时易发生胶化;与颜料的润湿性要好。紫外光固连结料,不能只选用一种光固树脂,大都采用两种或多种光固树脂或预聚物、交联剂拼合。例如:可以用一种或多种丙烯酸树脂为基础。最常用的材料是以氨基甲酸乙酯、环氧树脂或聚酯树脂为基础的三官能度构型。

在实际应用中还有很大一部分其实并不属于树脂,只不过是不饱和化合物的酯类,又称活性单体,如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6己二醇二丙烯酸酯、间苯二甲酸二丙烯酸酯等。但它们可与光固树脂并用,有助于光照聚合固化。三羟甲基丙烷三丙烯酸酯是高反应性、低黏度的(一般为0. 05~0. 15Pa·s,25℃)稀释剂,能提供硬度和亮光,并能增加固着速度,它特别适用于需要较低黏度和较高反应性的配方。

不饱和聚酯是具有不饱和双键的线形结构的高聚物,凡是能与这种高聚物进行交联共聚的单体,称为交联剂,又名“架桥剂”,使线形聚酯交联成网状结构。交联剂的作用主要有两个:在光聚合中起交联固化作用;作为一种稀释剂,降低体系的黏度,提高树脂的流动性。理想的交联剂也是理想的活性稀释剂,可按如下原则选择,与树脂的混溶性要好,能溶解和稀释不饱和聚酯,并能参加光固化反应;光敏性好,具有优良的光固化活性;对固化后成膜的物性有所改进;挥发性要低,无臭、无毒;来源丰富,价格便宜。选择适用的交联剂,还要考虑到树脂本身的特性,综合多方面的因素,取长补短,才能收到较好的效果。

聚合系统中在单体以外加入容易由光分解或激发的化合物,叫光敏剂(也称为增感剂)。由此引起光聚合的称为增感光聚合。用于增感光聚合的光敏剂,通常比单体吸收波长更长的光,分解产生自由基;或者是光激发引起二次反应产生自由基,两者都引起光聚合。

紫外线光固油墨中常用的光敏剂主要有两大类:酮类,如二苯甲酮、联苯甲酰、朱蚩酮、对苯基二苯酮、卤代苯乙酮;安息香及其醚类,如安息香、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香丁醚、α-甲基安息香、α-苯基安息香。它们的共同特点是都含有、基,而且是芳香酮基。它们的不同之处是,安息香类本身通过光化学作用,可以引发烯类单体,所以既是光敏剂,又是光引发剂;而二苯酮通过光化学作用后,往往需要再与其他分子作用后,才能引发烯类单体聚合,所以严格来说它只是光敏剂,不是很好的光引发剂,往往需要与其他化合物配合使用。尽管如此,这两类物质的共同特征是有芳香酮基中的、基,首先进行光敏作用。光敏剂在紫外线光固油墨中的用量一般在1%~10%(质量分数),最好在3%~6%。光敏剂的用量过少时,光“架桥”作用的速度减慢,不利于应用。另一方面,光敏剂用量过多,光固化速度不一定增加,不但在经济上不合理,而且用量过多还会降低固化后结膜的强度,影响墨膜的性能。

在自由基聚合的过程中,由于某些少量物质的存在,使单体与不饱和树脂不能发生聚合反应,则称为阻聚,引起这种现象的物质称为阻聚剂。阻聚剂不应抑制光固化反应,只是为了防止热聚合反应才添加的,因此,其用量为不饱和聚酯的0. 01%~0. 20%。

3.辅助剂

在油墨中常以蜡类作为辅助剂使用,以改善油墨的耐摩擦性能,降低黏性。对油墨使用蜡的基本要求是高熔点和微结晶。油墨中可用的蜡有微结晶蜡和聚乙烯蜡。另外还加入少量的叔胺类、磷化氢的衍生物等作为辅助剂。

 

四、紫外光固化油墨的技术指标与印刷适性

1.紫外光固化油墨的技术指标

颜色近似标样;细度达15~ 25μm;流动度达20~ 35mm;着色力为90%~110%;黏性达15~25 (32℃);冲击强度29. 4N·m;光固时间1~2s。

2.紫外光固化油墨的印刷适性

油墨的混合。光固化油墨之间可以相互混合,但不得与一般油墨混合。当从原先用的油墨换成光固油墨时,应洗净后才能进行印刷。

油墨的洗净。洗净溶剂应用光固化油墨的专用品。在印刷中,如果洗净溶剂残留在墨辊、橡皮布和水辊上时,会成为油墨干燥不良和着墨不良的原因,故要彻底去除。

辅助料。辅助料中有减粘剂,催干剂和坚膜剂。减粘剂用于降低油墨的黏度,添加量宜在5%以内,超过此量时会降低油墨的硬化性;催干剂用于增加光固油墨的同化速度,添加量宜在2%以内;坚膜剂最大限度为10%,超过此量毫无效果。该辅助剂是光固油墨的专用品,不得使用一般的辅助剂类。

 

五、紫外线光固油墨的使用要点

由于紫外线油墨的干燥特点,其适用范围较广,特别适合在非吸收性材料表面印刷。如果不考虑价格因素,紫外线光固油墨可用于各种印刷方式的印刷机中,承印材料为纸张类、塑料及塑料薄膜类、铝箔类、金属类等。

在使用紫外线光固油墨印刷时,印刷机的各色组的出纸部分应配有紫外光照射装置,并根据印刷幅面确定灯管的长度和功率,一般灯管与印刷物的距离约在20cm以内,一般配备专用的印刷墨辊和橡皮布。

紫外线油墨在使用过程中,不得与一般油墨掺和。在印刷中,当从原先用的油墨转换成紫外线光固油墨时,应将原来的油墨清洗干净,再换上紫外线光固油墨,而油墨的适性调整必须用专用的辅助剂。如减黏剂、坚膜剂、催干剂等。专用的减黏剂的作用在于降低紫外线光固油墨的黏度,其添加量应控制在5%以内,否则将降低油墨的硬度;坚膜剂是提高墨层强度的,最大限量为10%;催干剂的作用在于加快油墨的固化速度,添加量应控制在2%以内。

在印刷中途或印刷结束时,需对墨辊、橡皮布、印版、水辊和墨斗进行清洗,应采用紫外线光固油墨专用的洗涤溶剂,且清洗必须彻底,以免造成着墨不良或油墨干燥不良等故障。

紫外线光固油墨的使用与储存应避免日光的直射,应储存在20℃的避光处,存放期不宜过久,一般有效期为6个月。

 

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