UV油墨常識(shí)哲銘油墨

紫外線油墨即UV油墨是利用一定波長(zhǎng)的紫外線輻射，通過(guò)瞬間的光化學(xué)反應(yīng)聚合固化。UV固化型油墨，最初是1969年在美國(guó)被應(yīng)用于厚板紙印刷。1971年日本開(kāi)始應(yīng)用于金屬印刷和不干膠印刷。它是近年來(lái)迅速發(fā)展的一類環(huán)保型油墨，以瞬間固化、不含揮發(fā)性溶劑、應(yīng)用簡(jiǎn)單方便等特性迅速占領(lǐng)包裝印刷市場(chǎng)。 ?目前，在勁嘉事業(yè)本部的生產(chǎn)車間內(nèi)，UV油墨使用已占有很大比例。為了讓UV油墨的效用能更加充分得到利用，下面將針對(duì)UV油墨的基本組成和UV光源做詳細(xì)介紹。 ?

一、UV油墨的組成

? UV油墨的主要成分是聚合性預(yù)聚物、感光性單體、光引發(fā)劑，輔助成分是著色顏料、填料、添加劑(流平劑、消泡劑、阻聚劑)等。 ?1．聚合性預(yù)聚物聚合性預(yù)聚物是決定UV光油涂層性能的重要成分，是UV油墨中最基本成分。它是成膜物質(zhì)，其性能對(duì)固化過(guò)程和固化后墨膜的性質(zhì)起著重要作用。一般根據(jù)骨架結(jié)構(gòu)來(lái)分類。骨架結(jié)構(gòu)影響涂層硬度、耐摩擦性、附著性、耐光性、耐化學(xué)品性和耐水性等。預(yù)聚物，從結(jié)構(gòu)上看，齊聚物都為含有“C＝C”不飽和雙鍵的低分子樹(shù)脂，如含有丙烯?；?、甲基丙烯?；?、乙烯基、烯丙基等。主要有環(huán)氧丙烯酸酯樹(shù)脂、聚氨酯丙烯酸酯樹(shù)脂、聚酯丙烯酸酯樹(shù)脂、聚醚丙烯酸酯樹(shù)脂、聚丙烯酸丙酯、不飽和聚酯樹(shù)脂等幾種樹(shù)脂類型。而在同樣的條件下，光固化速度丙烯?；羁?，故齊聚物大都為丙烯酸樹(shù)脂。 2．感光性單體(活性稀釋劑) ? UV油墨和UV光油在涂布時(shí)需要有適應(yīng)涂布機(jī)的黏度，一般是通過(guò)添加20％～80%的單體來(lái)降低預(yù)聚物的黏度，同時(shí)單體自身發(fā)生聚合，成為固化膜的一部分。 活性稀釋劑也叫交聯(lián)單體，是一種功能性單體，它在油墨中的作用是調(diào)節(jié)油墨的粘度、固化速度和固化膜性能?；钚韵♂寗┙Y(jié)構(gòu)上也是合有“C＝C”不飽和雙鍵，可以是丙烯?；?、甲基丙烯?；?、乙烯基和烯丙基，鑒于丙烯?；夤袒俣茸羁?，因此目前使用的活性稀釋劑大多是丙烯酸酯類單體。由于含有丙烯酰基的數(shù)量不同，可分為單官能團(tuán)、雙官能團(tuán)和多官能團(tuán)三類，官能團(tuán)活性稀釋劑，稀釋效果和固化速度都不同。一般來(lái)說(shuō)，官能度愈多，固化速度愈快，但稀釋效果愈差。 傳統(tǒng)的活性稀釋劑，如苯乙烯、第一代丙烯酸酯單體等，它們的毒性根強(qiáng)，有些丙烯酸酯類單體對(duì)皮膚有強(qiáng)烈的刺激作用。為了減少活性稀釋劑對(duì)皮膚的刺激性，通常有兩種方法：一是采用環(huán)氧乙烷，環(huán)氧丙烷和己酯開(kāi)環(huán)聚合增加單體分子量；二是改變單體酯基結(jié)構(gòu)；還有一種就是改變以前使用醇酯化方法，在采用醇加成到丙烯?；?，使多官能度單體皮膚刺激性大大降低，如新戊二醇二丙烯酸酯采用酯化合成時(shí)，PH值（皮膚刺激性指數(shù)）為4.96，而采用加成法合成時(shí)，PH值降為0.3。 ?最近，開(kāi)發(fā)出了一些性能很好的單體，如：烷氧基丙烯酸酯、碳酸單丙烯酸酯、咪唑基單丙烯酸酯、環(huán)碳酸酯單丙烯酸酯、環(huán)氧硅酮單體、硅酮類丙烯酸酯、以及乙烯基醚類單體等。其中有些已經(jīng)商品化，如：美國(guó)Sartomer公司、比利時(shí)UCB公司、德國(guó)Henkel公司的烷氧基化丙烯酸酯，美國(guó)ISP公司的許多乙烯基醚類單體。選擇單體時(shí)，要遵循以下原則：?

a.黏度低，稀釋效果好； ?b.固化快； ? c.在材料上有良好的附著性； ?d.對(duì)皮膚刺激性小，毒性?。?/p>

? ?e.在涂層中不留氣味。 ?3．光引發(fā)劑光引發(fā)劑是能吸收輻射能，經(jīng)過(guò)化學(xué)變化

產(chǎn)生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體的物質(zhì)，它是任何UV固化體系都需要的主要成分。光引發(fā)劑

可分為奪氫型和裂解型：奪氫型是需要和一含活潑氫的化合物（一般稱助引發(fā)劑）相配合，通過(guò)奪氫反應(yīng)，形成自由基，是雙分子光引發(fā)劑；裂解型是光引發(fā)劑受光激發(fā)后，分子內(nèi)分解為自由基，是單分子光引發(fā)劑。 （1

）奪氫型 ?以二苯甲酮（BP）為例：?jiǎn)为?dú)使用二苯甲酮時(shí)，不能使烯類單體進(jìn)行光聚合，要

它成為光引發(fā)劑需求是不同的。它們的反應(yīng)機(jī)理是不同的烷基或芳基，從醇或醚中提取氫原子時(shí)，氧氣很容易淬滅激發(fā)態(tài)的二苯甲酮。而從胺提取氫原子時(shí)，由于酮形成激發(fā)態(tài)后馬上與胺形成激發(fā)態(tài)的絡(luò)合物，避免了向氧分子的能量轉(zhuǎn)移，所以胺體系不易為氧氣淬滅，與醇醚體系相比，也減少了向單體發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的可能性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用胺體系。除二苯甲酮外，這類光引發(fā)劑還有蒽醌類和硫雜蒽酮類，如常用于UV油墨中的有2-異丙基硫雜蔥酮（ITX）。

?（2）裂解型 ?以安息香醚類為例：安息香醚曾是實(shí)際應(yīng)用最廣的一種光引發(fā)劑，它的特點(diǎn)是其激發(fā)態(tài)可直接分解成二種自由基。生成的游離基都可以引發(fā)單體聚合。安息香醚的激發(fā)態(tài)壽命短，不易為氧氣淬滅，也不能為苯乙烯所淬滅，所以可用于苯乙烯的聚

合。但安息香醚即使不見(jiàn)光也有不同程度的熱分解，貯存穩(wěn)定性不好，一般要加穩(wěn)定劑或阻聚劑，目前最常用的是安息二甲香醚（651）。此類光引發(fā)劑常用于UV

油墨中的還有1173、184、369、907等等。最近還開(kāi)發(fā)了一些新的光引發(fā)劑，如Ciba公司開(kāi)發(fā)的?；籽趸?19和BAPO，它們?cè)?/p>

400urn還有很好吸收，光引發(fā)效率高；生成的自由基吸收向短波移動(dòng)，具有“光漂白”作用；有利干深層光同

化；最終產(chǎn)物是無(wú)色的，故不泛黃，非常適用于墨膜較厚的絲印UV油墨。由于?；籽趸镱惞庖l(fā)劑價(jià)格較貴，常將它與其它光引發(fā)劑混合使用，常用的有Ciba公司的1700（75%1173＋25%BAPO）和1800（75%184＋25%BAPO）等。 選擇光引發(fā)劑應(yīng)遵循以下原則： ?a.對(duì)UV范圍的光量吸收效率高； ?b.相對(duì)穩(wěn)定性好； ? d.與預(yù)聚物、單體相溶性好； ?e.氣味?。??f.成本低。 ４．其它助劑 ?助劑主要是用來(lái)改善油墨的性能，UV油墨中常用的助劑有穩(wěn)定劑、流平劑、消泡劑、分散劑、蠟等。 （1）穩(wěn)定劑 ?穩(wěn)定劑是用來(lái)減少存放時(shí)發(fā)生熱聚合，提高油墨儲(chǔ)存穩(wěn)定性。常用對(duì)苯二酚、對(duì)甲氧基苯酚、對(duì)苯醌、2，6-二叔丁基甲苯酚等。?

（2）流平劑 ?流平劑是用來(lái)改善油墨層的流平性，防止縮孔的產(chǎn)生，使墨膜表面平整，同時(shí)也增加了油墨印刷的光澤度。 （3）消泡劑 ?消泡劑是用來(lái)防止和消除油墨在制造和使用過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡。 （4）分散劑 ?分散劑能使油墨中的顏料與連結(jié)料很好地潤(rùn)濕，使顏料在油墨中有很好的分散性，縮短油墨制造時(shí)的研磨時(shí)間；降低顏料的吸油量，以制造高濃度的油墨；防止油墨中顏料顆粒的凝聚和沉淀。分散劑一般是表面活性劑。 （5）蠟 ?蠟主要作用是改變油墨的流變性、改善抗水性和印刷性能（如調(diào)節(jié)粘性），減少蹭臟、拔紙毛等弊病，并可在干燥后的墨膜表面形成一光滑的蠟?zāi)ざ岣哂∷⑵返哪湍Σ列缘?。在UV油墨中，蠟還起阻隔空氣，減少氧阻聚作用，有利于表面固化。但在油墨中加入過(guò)量的蠟或選錯(cuò)蠟的品種，會(huì)降低油墨的光澤，破壞油墨轉(zhuǎn)移性能，延長(zhǎng)干燥時(shí)間。二、UV光源 ?影響固化的UV燈性能，可以完全準(zhǔn)確地用四個(gè)特性聯(lián)系起來(lái)：UV光譜分布，輻射度，輻射量和紅外輻射。 ?1．光譜分布它描述作為燈管發(fā)射波長(zhǎng)功能之一的相輻射能量或到達(dá)表層的輻射能量的波長(zhǎng)分布。它常用一個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá)。為了顯示UV能量的分布，可以把光譜能量合并為10nm的頻譜帶以形成一個(gè)分布表。這樣便允許不同UV燈之間的對(duì)比以及更易于光譜能量和功率的計(jì)算。紫外線的波長(zhǎng)—對(duì)紫外線固化有效的波長(zhǎng)是200-400(nm) ? 一般在線檢測(cè)使用多譜帶射線探測(cè)儀來(lái)使光譜輻射度或輻射量特性化。他們通過(guò)對(duì)在相對(duì)狹窄（20~60nm）的頻帶中的輻射能量的采樣以獲得對(duì)光譜分布有用的相對(duì)信息。由于不同廠商的射線探測(cè)儀的構(gòu)造不同，對(duì)它們做相互比較是有可能的，但很困難?，F(xiàn)在還沒(méi)有這樣的標(biāo)準(zhǔn)以使型號(hào)、廠家之間進(jìn)行比較。 紫外線燈管—金屬鹵素?zé)艉退y燈的光譜分布數(shù)據(jù)： ?高壓水銀燈是以365nm為主波長(zhǎng)，254nm、303nm、313nm附近的范圍，高效率的發(fā)出紫外線波長(zhǎng)，主要是被應(yīng)用在UV光油、油墨的固化；金屬鹵素?zé)糁饕窃?00-245nm的范圍發(fā)出紫外線波長(zhǎng)，和高壓水銀燈相比，長(zhǎng)波長(zhǎng)紫外線較多的放出，主要是被應(yīng)用在UV油墨的固化。 2．UV輻射度（Irradiance）： ?輻射度是到達(dá)表面單位面積內(nèi)的輻射功率。輻射度，以每平方厘米瓦特或豪瓦來(lái)表示。它隨燈管的輸出功率、效率、反射系統(tǒng)的聚焦以及到表面的距離不同而不同。（它是燈管及幾何形狀的特性，故與速度無(wú)關(guān)。）直接置于UV燈下的高強(qiáng)度、峰值聚焦功率參考為“峰值輻射度”。輻射度包括了所有有關(guān)電源功率，效率，輻射輸出，反射率，聚焦燈泡尺寸及幾何形狀的因素。 ?由于UV可固化材料的吸收特性，到達(dá)表層以下的光能量要比表層的要少。在這些區(qū)域的固化條件可能有顯著不同。光學(xué)厚度厚的材料（或者高吸收性，或者物理結(jié)構(gòu)厚，或者兩者有之）可能會(huì)減少光效率，從而導(dǎo)致材料深層的固化不充分。在油

墨或涂層里，表面較高的輻射度會(huì)提供相對(duì)覺(jué)高的光能量。固化的深度更多地是被輻射度影響而不是較長(zhǎng)的曝光時(shí)間（輻射量）。輻射度的影響對(duì)于高吸收性（高不透明度）的薄膜更重要。 ?高輻射度允許使用較少的光觸發(fā)劑。光子密度的增加增多了光子—光觸發(fā)劑的碰撞，從而補(bǔ)償了光觸發(fā)劑濃度的減少。這對(duì)于較厚的涂層會(huì)有效，因?yàn)楸韺拥墓庥|發(fā)劑吸收和阻礙了同一波長(zhǎng)到達(dá)深層的光觸發(fā)劑分子。 3．UV輻射量 ?到達(dá)表面單位面積的輻射能量。輻射量表示到達(dá)表面的光子總量（而輻射度則是到達(dá)的速率）。在任一給定光源下，輻射量與速度成反比而與曝光的數(shù)量成正比。輻射量是輻射度的時(shí)間累積，以每平方厘米Joules或轉(zhuǎn)miliJoules表示，（遺憾的是，沒(méi)有有關(guān)輻射度或光譜內(nèi)容換為以輻射量測(cè)量的信息，它僅僅是被曝光表面能量的累積。）它的意義在于它是唯一包括了速度參數(shù)和曝光時(shí)間參數(shù)的特性顯現(xiàn)。 4．紅外輻射密度： ?紅外輻射主要是由UV源的石英泡發(fā)射出來(lái)的紅外能量。紅外能量和UV能量一起被收集并聚焦在工作表層。這決定于IR的反射率和反射器的效率。IR能量可以被轉(zhuǎn)換為輻射量或輻射度單位。但通常，它所產(chǎn)生的表面溫度才是被注意的重要之處。它所產(chǎn)生的熱量可能有害也可能有益。 ?結(jié)合UV燈解決溫度與IR之間關(guān)系的技術(shù)有許多?？梢苑譃闇p少發(fā)射，傳送和控制熱量移動(dòng)。發(fā)射的減少通過(guò)使用小直徑的燈泡來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檎莌ot quartz的表面區(qū)域發(fā)射幾乎所有的IR。傳遞的減少可通過(guò)在燈管后面使用分色的反射器（cold mirror）來(lái)實(shí)現(xiàn)；或在燈管與目標(biāo)之間使用分色窗（hot mirror）。熱量移動(dòng)降低了目標(biāo)的溫度—但僅僅是在IR已引起了溫度升高之后—可使用冷氣流或散熱裝置來(lái)控制熱量的移動(dòng)。IR能量的吸收由材料本身決定—油墨、涂層或基片。速度對(duì)由入射的IR能量及工作表面吸收的能量引起的溫度有重大影響。過(guò)程越快，被吸收的IR能量越少，引起溫度升高。可通過(guò)改進(jìn)效率來(lái)加快生產(chǎn)的過(guò)程。