印刷油墨(光油)的固化干燥（1）

    【集萃网观察】油墨在印刷机上不干燥并保持一定的流动性，而一旦转移到承印物上则必须马上干燥。例如胶印油墨印刷之后在承印物上成为微米级的薄膜，单位体积油墨表面积变大，油墨本身以及油墨与承印物之间产生化学或物理变化，油墨粘度上升，最后完全固化干燥。

　　另一方面，印刷油墨如胶印油墨、柔印油墨，凹印油墨、丝印油墨等，是按不同的印刷方式来分类的，而且干燥方式也不同。特别是胶印油墨中单张纸胶印油墨和卷筒纸胶印油墨也是如此。

　　1 干燥方式的分类

　　现对印刷油墨典型的5种干燥方式加以解说。因印刷方式与使用的油墨不同，导致干燥方式不同，干燥速度也有明显的不同。

　　1)氧化聚合干燥型

　　在油墨连接料中包含有大量干性油或干性变性油的合成树脂，油墨一旦印刷到承印物上，这些干性油成分就被空气中的氧气吸收，通过氧化聚合反应形成柔软的大分子墨膜而固化干燥。

　　干性油的主要成分，是脂肪酸和甘油的脂类，R-COO-所表示的脂肪酸是以18个C原子组成的直链式不饱和脂肪酸为主体的。近年来因环境问题，胶印油墨中植物油的用量增加了。特别是大豆油墨及其印刷品已经获得了SOY sell认证。因此，胶印油墨中使用的植物油的主体成分由原来的亚麻仁油换成了大豆油。

　　植物油中的不饱和脂肪酸与空气中的O2产生氧化聚合反应。图1表示在甘油酸中的反应机理。通过空气中的氧气形成共轭双键，共轭双键的形成使得周围相连的植物油分子双键之间因Diels-Alder反应二次聚合，从而完成干燥。

　　但是，仅有植物油的氧化聚合反应，干燥过程是缓慢的，所以单张纸胶印油墨中使用了Co、Mn等干燥助剂。

　　实际上，胶印的干燥并不只有氧化聚合，胶印油墨是在颜料(固体成分)分散于连接料(液体成分)中的状态下，印刷在承印物(纸张)上面的。之后，连接料以及低粘度的调墨油或者溶剂通过毛细管现象浸透进纸张中。在这个阶段，树脂和颜料的凝聚力处在增强的状态，用手触摸时，形成的墨膜处在一种能保持其形状的状态。我们把这一状态称为油墨的凝固态，这与下边要谈到的渗透干燥型处于同一状态。在这之后，通过树脂与植物油组成的连接料与氧气的氧化聚合反应达到完全干燥。

　　2)渗透干燥型

　　这是报纸、电话簿印刷的干燥方式。承印物为吸收性好的非涂料纸。印刷油墨连接料中的低粘度的溶剂成分(植物油、矿物油)在印刷时被挤压进纸张的凹陷处和纸的孔隙中，之后溶剂通过纸纤维间的毛细管而浸透到纸中，油墨粘度很快增加而干燥。

　　当然，随后还要进行氧化聚合反应，经过相当的时间才能完全干燥，形成坚固的墨膜。

　　3)挥发干燥型

　　热固着油墨、柔印油墨、丝印油墨之类的油墨，印刷到承印物上后其中的溶剂分离挥发掉，油墨中的固体成分留在了承印物上，这样的干燥方式称为挥发干燥型。

　　油墨连接料由聚合物(树脂)与溶剂组成。由于印刷之后经热风等加热工序使溶剂挥发，剩下来的树脂和颜料形成墨膜，因而以秒为单位完成干燥。

　　例如，溶剂型凹印油墨使用低沸点溶剂(苯，沸点110℃;乙酸乙酯，沸点77℃;乙醇，沸点78℃)，水性柔印油墨则使用水为溶剂。两者在印刷之后因溶剂挥发而干燥。

　　另一方面，高速卷筒纸胶轮机热固着油墨适用的纸张从涂布纸到木浆纸品种很多，但印刷机上有许多墨辊，要求油墨具有机上的稳定性。与前面所述的凹印和柔印油墨相比，热固着油墨使用高沸点的矿物油溶剂(沸点250℃～300℃)。因此，使用高温型热烘箱(纸张温度100℃～150℃)，通过溶剂挥发而使油墨干燥，之后经氧化聚合反应形成坚固的墨膜。

　　以往的热固着油墨印品，因纸张温度高，容易出现诸如纸张烫伤起泡，起热皱纹，断纸等故障。最近，经过对油墨的改进，纸张温度降至100℃左右，上述故障已非常少见了。

　　4)热聚合干燥型

　　金属油墨等使用亚麻仁油变性醇酸树脂或蓖麻油变性醇酸树脂，通过干燥工序加热使其产生热聚合反应。

　　另一方面，还有一种热固化型无溶剂油墨，可选择多种干燥方式组合(包括氧化聚合Diels-Alder反应在内)，该油墨由下列三种基本反应体系构成:

　　①由包含OH基和COOH基在内的不饱和聚酯树脂系和氨基树脂系产生缩聚反应。

　　②由环氧树脂系和氨基树脂系产生交联反应。

　　③不饱和聚脂树脂与不饱和单体之间产生的自由基聚合反应。

　　特别是旨在获得快干性的场合，要添加基于不同的反应体系的物质如有机过氧化物或金属干燥剂等聚合助剂或催化剂。通过添加这种特殊的催化剂，来保持印刷油墨储存的稳定性与机上稳定性。在干燥工序中一旦加热超过规定温度范围，催化剂就会在瞬间发挥作用，迅速产生固化反应。

　　5)UV及EB固化干燥型

　　当油墨以墨膜状转印至承印物上后，通过紫外线(UV)或电子束(EB)产生光化子反应而使油墨干燥。因此，干燥过程可在瞬间完成，后工序可连续进行，可实现生产效率的大幅提升。

　　另一方面，这类油墨因无溶剂，从环境保护角度受到关注，尤其是快干性使该油墨成为耐磨性好的油墨。紫外固化型油墨正在包装材料的印刷领域大量地使用。

　　UV固化干燥的机理虽然复杂，但一般来讲，油墨使用光反应型丙烯酰基单体与光聚合引发剂，在UV的照射下，产生连锁反应而聚合干燥。尤其在最近，已经在使用对皮肤刺激性小于丙烯酰基系材料的低粘度的UV阳离子反应型材料(脂环族环氧材料、氧杂环丁烷、乙烯醚等)，应用于UV剥离涂布剂、喷墨印刷用油墨等产品上。

　　EB干燥。以往的EB干燥设备体积大，照射能量相当强(有使承印物变质的悬念)，非活性气体(N2)在整个干燥过程中是必须存在的)，而这些对于印刷要求来讲是不适应的。

　　不过最近出现了低能量的EB固化概念装置，正在进行以廉价的CO2取代N2的探索实验，该实验作为一种具有前途的新型干燥方式一直引人注目。其EB不一定非要使用光引发剂，UV油墨中因存在引发剂必定产生臭气的情况基本可避免，可进一步提升附加值。

　　以上介绍了代表性的干燥方式。除此以外，还有一些其他干燥方式，如高频干燥(微波干燥)、红外线干燥、催化剂固化反应、沉淀干燥等等。不过油墨干燥并非仅靠1种干燥机理完成干燥，而是由上述多种干燥方式的组合来实现干燥的。

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