紫外光(ultraviolet)简称UV,UV固化油墨是通过紫外光激发产生自由基,再由自由基引发配方中的各种活性组分,迅速转化为固体的过程。紫外固化油墨与传统的印刷油墨、印刷方式及干燥方式相比,具有如下优点:
(1) 无挥发性溶剂排放,对环境无污染;
(2) 节省能源;
(3) 生产效率高;
(4) 瞬间干燥,网点扩大小,干燥过程无需喷粉;
(5) 占地面积小,可降低投资;
(6) 使用对温度敏感点额承印物印刷。
由于UV油墨在环境、技术、产品质量、印刷方式等方面具有其他任何传统油墨无法比拟的特点,因此自上世纪七十年代实现商业化、产业化以来,得到了迅速的发展。
UV固化油墨客根据印刷方式的不同分为:凹版印刷、平版印刷、丝网印刷、柔性版印刷、喷涂等,也可根据承印物分为:纸、金属、塑料、玻璃、复合材料等。UV固化油墨的共同特点是它们都含有主体树脂(低聚物、单体等),粉、光敏剂(如369、907、TPO、TPO-L等)、助剂,而且都必须经过UV照射才能固化。
UV油墨根据印刷方式的不同,而有不同的黏度、墨层厚度、固化速度、见表(1):
表(1) 用于各种不同印刷方式的UV油墨的固化速度等技术指标
印刷方式 | 颜料含量% | 黏度Pa·S/25℃ | 墨层厚度(微米) | 固化速度(m/s) |
凹版印刷 | 6-9 | 0.15-0.30 | 2-4 | 70-100 |
柔版印刷 | 12-18 | 0.25-2 | 2-5 | 60-150 |
丝网引刷 | 5-9 | 5-10 | 10-25 | 10-25 |
凸版印刷 | 12-16 | 10-15 | 3-8 | 50-100 |
干式胶印 | 14-18 | 12-18 | 1-4 | 50-100 |
湿式胶印 | 10-100 | 10-100 | 1-3 | 15-150 |
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2. UV固化油墨的组成
UV固化油墨由低聚物、单体、光引发剂、颜料及助剂(分散剂、流平剂、填料)等组成。
2.1 低聚物
低聚物在UV固化油墨中的作用相当于一般油墨内的连结料,现有可供UV固化的低聚物很多,常用的低聚物有以下几类:
(1) 环氧丙烯酸酯(包括环氧丙烯酸酯);
(2) 聚氨酯丙烯酸酯(分为脂肪族和芳香族两大类);
(3) 聚酯丙烯酸酯(包括氯化聚酯和该性聚酯丙烯酸酯);
(4) 聚醚丙烯酸酯;
(5) 波峰焊锡条纯丙烯酸酯;
(6) 改性不饱和树脂。
2.2 单体
单体又称活性稀释剂,是一种功能性单体,它在油墨中的作用是调节油墨的黏度,固化速度和固化膜性能。大体可分为单官能团和多官能团两类,但官能团单体易燃、易挥发,对皮肤刺激性大,在油墨中已经很少使用。多官能团挥发性低,闪点高,对批发刺激刺激性叫xioa,在油墨中经常使用。近年来更出现了乙氧基、丙氧基改性的单体,使单体对皮肤的刺激性、毒性大大下降并增加了柔韧性,见表(2):
表(2) 活性稀释剂性能表
门窗封条活性稀释剂 | 缩 写 | 官能团 | 黏度mpa.s/25℃ | 皮肤刺激性 |
丙烯酸-2-乙基乙酯 | EHA | 1 | 1.54 | 严重 |
丙烯酸羟乙酯 | HEA | 1 | 5.34 | 严重 |
己二醇二丙烯酸酯 | HDDA | 2 | 5-7 | 中等 |
新戊二醇二丙烯酸酯 | NPGDA | 2 | 5-6 | 严重 |
二缩三乙二醇二丙烯酸酯 | TEGDA | 2 | 18 | 严重 |
二缩三丙二醇二丙烯酸酯 | TPGDA | 2 | 13-15 | 中等 |
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 | TMPTA | 3 | 70-110 | 中等 |
三丙烯酸酯 | PETA | 3 | 600-800 | 严重 |
乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 | EO-TMPTA | 3 | 40-80 | 低 |
丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯 | PO-NPGDA | 2 | 10-20 | 低 |
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2.3 光引发剂和增感剂
光引发剂又称光敏剂,它是能吸收辐射能,经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的物质。光引发剂可分为夺氢型和裂解型,夺氢型光引发剂一般和增感剂配合使用,常用的增感剂为叔胺类化合物,常用的光引发剂列于表(3):
表(3) 常用的光引发剂的种类与特点
光引发剂 | 商品名 | 吸收峰μm | 最长吸收波nm | 优点 | 缺点 |
二苯甲酮 | BP | 260 | 370 | 廉价,与叔胺配合有较好表干作用 | 有气味,挥发性大 |
安息香双甲醚 | 651 | 330-340 | 390 | 价格便宜,热稳定性好,光引发效率高 | 泛黄 |
α-羟基异丙基苯甲酮 | 1173 | 车辆定位系统320-335 | 370 | 不泛黄,热稳定性好,光引发效率高 | 挥发大 |
α-生理卫生裤羟基环乙基苯甲酮 | 184 | 325-330 | 370 | 不泛黄,热稳定性好,光引发效率高 | |
异丙基硫杂蔥酮 | ITX | 375-385 | 430 | 感光度范围宽与叔胺配合引发效率高 | 带浅黄 |
2.4-甲硫基苯甲酰基2-吗啉基丙烷 | 970 | 320-325 | 385 | 感光度范围宽,高UV吸收性 | 有臭味,泛淡米,价高 |
2.4.6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦 | TPO | 273 | 380 | 很长的波长范围内的UV吸收不犯黄,后聚合效应低,无残留。 | 价高 |
4-吗啉基苯甲酰基-1-卡基,1-二甲氨基丙烷 | 369 | 325-335 | 440 | 感光度范围高,高UV吸收性 | 淡黄、价高 |
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抗震床
2.4 助剂
UV固化油墨常用的助剂有分散剂、稳定剂、消泡剂、流平剂、触变剂等。
(1) 分散剂
分散剂能增进颜料润湿并缩短研磨时间,增进光泽和流平,降低黏度和避免触变性。
(2) 稳定剂
稳定剂是用来减少存放时发生热聚合,提高油墨存储稳定性,延长保质期的。常用的有对苯二酚、对甲氧基苯酚,对苯醌、2,6叔丁基对甲苯酚等。
(3) 消泡剂
消泡剂是用以防止和消除油墨在制造和使用过程中产生的气泡,TEGO公司生产的Foamex810、FoamexN(有机硅类),台湾德谦公司生产的3100(非有机硅高分子化合物),德国毕克公司生产的BYK-055(无有机硅类)。
(4) 流平剂
流平剂是用来改善油墨层流平性,防止锁孔产生,如TEGORad2100和Rad2200(有机硅丙烯酸酯),Glide440, 台湾德谦公司457(硅酮型)。
(5) 触变剂
触变剂加入油墨可提高油墨的触变性,防止颜料沉淀,主要用气象SiO2,如德国威凯公司的N20,迪高沙公司的A200,美国卡博特公司的M-5。
最后还可以根据不同的印刷要求加入附着力促进剂,蜡等助剂。
3.油墨配方的设计及设计所要注意的事项
3.1 UV油墨配方设计过程的关键
在设计油墨的配方时,所要考虑的因素很多。例如:
(1) 油墨的遮盖性或透明性;
(2) 油墨的抗水性(UV胶版油墨体系);
(3) 印刷品的瓜果纳泽,要求(哑光或亮光);
(4) 油墨粘性(UV胶版油墨体系);
(5) 油墨粘度和屈服值(UV胶版油墨体系);
(6) 油墨对基材的附着力;
(7) 在印刷膜上是否要进行后加工或处理;
(8) 油墨的印刷序;
(9) 颜料的分散性;
(10) 固化速度;
(11) 油墨墨膜的各种耐性(物理或化学性能);
(12) 油墨墨膜的柔韧性;
(13) 印刷品的耐光性、耐变黄性。
3.2 油墨配方设计
为了进一步说明这些材料是如何使用的,根据平时的生产经验及用户的使用情况,提供三个原始油墨配方,并列出部分油墨指标。
(1) UV固化柔性版油墨
颜料 14
聚氨酯丙烯酸酯 20
聚酯丙烯酸酯 10
聚醚丙烯酸酯 10
活性稀释剂 34
光引发剂 10
助剂 2
UV油墨粘度为1200cps/25℃,固化速度15m/min(122w高压汞灯),对PVC、PET及经处理的BOPP(表面张力大40dyc/cm以上)附着力良好。
(2) UV固化平版油墨
颜料 17
聚酯丙烯酸酯 25
改性环氧丙烯酸酯 15
聚氨酯丙烯酸酯 20
活性稀释剂 7
光引发剂 10
助剂 6
UV油墨流动度为32mm/25℃,粘性12.8,拉雷速度500p,屈服值7800dyc/cm2,固化速度90 m/min(120w/cm高压灯),在纸张及某些塑料上附着力良好。
(3) UV固化丝印墨
UV固化丝印墨可分为UV固化丝印彩油墨和UV固化吸引透明油墨。
UV重结晶碳化硅固化丝印彩油墨
颜料 5.2
聚氨酯丙烯酸酯 54
环氧丙烯酸酯 12
活性稀释剂 17
光引发剂 5
助剂 6.8
UV油墨粘度为5200cps/25℃,固化速度15m/min,在PET、PVC、金银卡纸上附着力良好、柔韧性、指划性佳。
UV光固化丝印透明油墨
料 3.6
聚氨酯丙烯酸酯 40
环氧丙烯酸酯 15
活性稀释剂 32
光引发剂 5
助剂 3.4
UV油墨粘度为4000cps/25℃,固化速度15m/min,在PET、PVC、金银卡纸上
的附着力良好,柔韧性、、指划性佳。