UV上光材料及工艺指标

    【集萃网观察】近些年来，UV（紫外线）上光技术在印刷领域正得到不断的普及。那么什么是UV呢?UV对于印刷有什么用处?使用UV技术对于印刷有什么好处呢?等等。下面我们带着这些问题来走近UV。

　　UV是英语中紫外线ultraviolet的缩写。紫外线是电磁波谱中的一个波段。波长100nm到400nm的波均称为紫外线。我们一般所说的UV在印刷中实际上就是紫外线固化的简称，即印刷品在印刷结束后，在紫外线照射下干燥的过程。

　　一、UV上光的优缺点：

　　优点

　　①配方内无溶剂，故无溶剂挥发带来的问题；

　　②室温下能快速固化；

　　③降低能耗。固化速度快，使单位面积所需要能量减少；

　　④可涂布热敏基材；

　　⑤涂布过程简单易行；

　　⑥节省场地，比红外热干燥箱短得多；

　　⑦成品可立即堆放；

　　⑧涂层性能优异。

　　缺点

　　①若不使用有害的单体，常很难配制粘度非常低的涂料；

　　②价格昂贵；

　　③对皮肤有刺激；

　　④UV光源会产生臭氧；

　　⑤涂层附着力低，有收缩性。

　　二、UV上光油的化学构成。

　　UV上光油的化学成分主要有辐射预聚物、稀释剂和光引发剂：

　　1.辐射预聚物。预聚物是有剩余不饱和性分子的化学体系。这种分子当处于某种条件时能与其他不饱和分子交联，由液态变成固态涂层。要求这些不饱和分子在交联之前必须稳定，互相不起反应。

　　预聚物种类:

　　1）环氧丙烯酸酯；

　　2）丙烯酸酯化的油；

　　3）丙烯酸氨基甲酸酯；

　　4）不饱和聚酯；

　　5）聚酯丙烯酸酯；

　　6）聚醚丙烯酸酯等。

　　2.稀释剂。稀释剂也是含不饱和分子的化学体系。用它可调节粘度，同时又是成膜物质。有些情况可代替预聚物，为了使粘度达到需求范围，常要在预聚物和稀释剂的混合物中加入少量的挥发性有机溶剂，但最多不超过5%-10%。

　　稀释剂分活性和非活性两种。非活性稀释剂有溶剂和增塑剂两类。溶剂类主要是挥发物。增塑剂是使固化后的涂层产生一定的柔性，不但降低粘度而且还有利于涂布和流平。活性稀释剂加入到预聚物中可改变粘度、粘着性、柔性和硬度。活性稀释剂可分为单官能团和多官能团两种。

　　单官能团活性稀释剂，如：丙烯酸-2-乙基乙酯，易燃，易挥发，对皮肤有刺激。多官能活性稀释剂挥发性低，闪点高，对皮肤刺激性小。

　　活性稀释剂的作用如下：

　　①调节粘度和流平性；

　　②与光引发剂体系决定固化速度；

　　③与高分子量预聚物分子连接到一起，加速固化；

　　④增进和改善固化涂层的性能。

　　3.光引发剂。光引发剂的定义是吸收辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的分子。

　　光引发剂不参与固化，因此光引发剂浓度较低，其用量要求：引发剂其本身或其光化学产物，必须不对固化后聚合物的化学和物理性能产生不良影响。通常用二苯甲酮类。

　　光引发剂在引发聚合的过程中，还有两种物质是不可缺少的。光敏型，是指吸收光能后，将能量转移给光引发剂分子引发聚合的化学反应，而光敏剂恢复到其初始非活性状态。另一种称为光活性剂或光增效剂（通常为胺类），主要是增强光引发剂的活化速率，它本身不吸收辐射，也不引发聚合，但能提高固化速率。

　　三、UV上光固化的化学过程。

　　光固化材料的基本组成有预聚物、稀释剂、光引发剂、助剂、颜料。光的固化化学过程是光引发剂吸收光子能量而激发，形成游离基，这些游离基引发预聚物和稀释剂聚合（引发分子链增长）。

　　四、在印刷品表面的UV光油的工序：

　　1.除粉。一般印刷机上都有除粉装置，印刷墨色较大时常用喷粉来解决蹭脏问题。但是喷粉粘在油墨表面象砂纸一样，涂上UV光油以后并没有光泽。因此需除粉。清除方法：先用毛刷滚扫，毛刷滚动方向与纸张移动方向相反；将粉扫起来，再经吸风道吸到室外。当粉与油墨混在一起成颗粒状，扫不下来的时候，可用两个光辊对压纸表面，将粉墨颗粒压平。

　　2.电晕处理。有些印刷材料，如PP或PET对UV光油亲和性不好，有些油墨含蜡多对UV油也不亲和，可采用经高压放电处理改善亲和能力，就能很均匀地与UV油附着。

　　3.打底油。对渗油的纸张，应先上乳白色底油，将纸张毛孔封住，提高白度，再上UV油效果最佳。如表面涂布层较薄的白板纸，若直接涂UV光油。油会很快渗入底层，上不出光来，反而将底层灰底色反应出来，使上光后纸面发青。若先打一层底，再涂UV油就可解决此问题。底油一般是热干燥型的。

　　4.UV上光。涂布UV光油。

　　5.冷却。用风扇吹经UV固化后的印刷品，使其表面温度降低。其目的一是避免纸张变形，二是阻止后固化继续。

　　五、我们目前比较常见的UV上光的方式主要有以下四种：

　　三辊式涂布原理。

　　三辊式涂布原理如图所示。UV光油流入辊M和R形成的醋槽内，经M一R挤压均匀，光油附着在R上，R与M挤压将R上的油涂布到纸上。刮刀将压印辊M上的多余光油刮入下面接油槽内，重新使用。涂布量由M与R之间的压力决定。此机特点是上光速度快，机器结构简单，价格便宜，操作技术性不高。缺点是不适宜薄纸，因为薄纸易粘在辊R上反卷回去。也有些设计，加气刀可使纸与辊R剥离，使薄纸不被辊R卷走，但使用起来都不理想。再有就是涂布量不易控制，涂层过厚，光油涂布量不易调节，只能靠加热油或添加稀释剂来控制上光厚度。

　　叼牙式上光机构原理。

　　叼牙式上光机构原理如图所示。墨棍M从油槽中将油带到压印辊R上，R与叼纸压印筒L对压，将光油转移到纸上，实现涂布。优点：薄厚纸均适宜，一般80g/?单面铜纸至450g/?白板纸均可。操作简便，结构简单易维修。由于辊R和L之间压力大，因此匀墨效果好于三辊式。缺点：速度慢，一般2500张/时；操作人员多，最少需4人；涂布量不易控制。

　　四辊式网纹辊上光机结构。

　　四辊式网纹辊上光机结构如图所示。比较三辊式涂布机，四辊式多了一个网纹辊（计量辊），相应多了一把刮刀。增加一个网纹辊的目的是定量地控制涂布量，保证产品上光层膜层厚度的一致性。一般长版包装用此种机型，比如烟、酒、肥皂、牙膏、胶卷等产品包装盒需要定量控制产品质量，保证产品质量的一致性。再如某一品牌肥皂盒不同时期生产，但摆在同一柜台，若用三辊式上光机上光就会出现盒表面光亮度不同，而用网纹辊上光机上光，就分不清是哪批生产的产品。

　　用胶印机上光。

　　用胶印机上光的方法及特点如下：

　　1上光油置于水槽内，通过水辊涂布。

　　2将水辊的水绒套取下，用胶辊传光油，目的是减少传油量。

　　3调节水辊上水量，即调节上油量。

　　4将水槽加宽，使全部墨辊都在水槽上面。因为光油粘度低，水辊上的油向下滴油会掉在下面的纸上。

　　5裁切橡皮布与印品宽度一样或略小于印品宽度。

　　6可涂布UV油、水性光油，但不能涂布溶剂型热干燥光油，否则粘滚。

　　7用普通PS版、普通橡皮布即可。

　　8涂布油层厚度不宜过大，否则出现麻点。

　　9不能局部上光，因为UV油对PS版无水墨分离特性。

　　10通过割橡皮布可简单局部上光。

　　11需要涂层薄时可用墨槽上光。

　　若车间温度低于20℃，可通过添加稀释剂调节涂布厚度。

　　六、UV上光油的正确使用

　　UV油是不结膜物，就像食用油放在空气中表面不会结一层干燥膜。UV油见到紫外光，如阳光、电焊弧光、晒版灯光立即固化。一般日光灯、白炽灯、钠光灯等照明光源不会引起固化。UV油内含光引发剂、稀释剂，对人体皮肤有一定刺激作用。

　　鉴于UV油具有以上特性，使用时应注意以下几点：

　　①UV油正常使用温度为50℃~55℃，使用时用恒温水浴将油循环加热，使粘度达到设计使用要求，有利于流平和快速固化。

　　②UV油经过UV灯辐照区域，温度为50℃~60℃时，固化快，附着力强。但并非UV灯下温度越低越好。

　　③上光机摆放在阳光不能直射的位置，否则UV光油固化在涂布辊上，若不能避开阳光直射，应用红黑窗帘挡住光线。

　　④上光时UV油会将上光材料上的油墨散到UV油中，使上光油着色，其经过滤沉淀后还可使用，不必废掉。

　　⑤上光操作时，UV油碰到皮肤应立即用肥皂水洗掉，否则会出现皮肤红肿、起泡。

　　⑥UV油使用粘度随上光机种类而异，应根据机型选用专用上光油。若达不到上光机需要的粘度，可用稀释剂减粘或用增粘剂加粘。这种方法会损失UV光油固化速度、亮度、附着力等。

　　⑦UV油流到传动轴转动部分，在高温下会粘在轴上，影响传动，因此注意清洗轴头。

　　根据承印物表面的性质，选用专用的光油，如金卡纸油、PET专用油等。

　　七、UV固化的时间

　　从理论上可以严格计算出单位体积内，UV固化材料需用多少个光子可以固化，而光化学反应速度基本不用多少时间。但在UV油或油墨中添加了阻聚剂延缓了光化学反应后的分子聚合时间（即固化时间）与光引发剂和阻聚剂有直接关系。

　　一般UV光油或油墨配方时将固化时间选定在0.1~0.2s以内。但具体时间在配方确定后，从工艺上与以下几个因素有关：

　　①涂层厚度。涂层表面固化很快，但表层固化后强烈地吸收紫外线，紫外线强度以指数衰减，降低固化速度。因此涂层薄固化快，反之则慢。

　　②紫外线强度。强度大则固化时间短，反之则长。

　　③添加溶剂。UV光油中添加稀释剂，如乙醇会降低固化速度。

　　④环境温度。涂层温度在50℃~70℃时为较理想的环境温度。UV汞灯中含有大量可见光和红外线成分，为涂层表面提供了环境温度。因此在设计固化机时并非材料表面温度越低越好。

　　⑤氧气少固化速度快。氧气对紫外线有强烈吸收，在涂层表面充氮气会加速固化速度。

　　具体固化时间的选定与以下几方面有关：

　　根据涂布机的特点，如丝印机，印刷速度约600~2000张/时，用350目网涂UV光油，用功率密度80W/cm灯管一支即可达到要求。用四色胶印机印刷UV胶印油墨，用功率密度80W/cm灯管三支，印刷速度达7000张/时。柔印机、凹印机涂布UV光油，网线数为165线网纹辊，用120W/cm灯管一支，固化速度达80W/min。一般选择固化速度比涂布速度要快一些。

　　根据印刷品材料耐温性。不耐温材料固化速度要快，以免材料变形，如塑料薄膜，速度快到其表面受光照后涂层恰好固化，但温度尚未传到下面就离开光线，使材料基层不变形。白板纸易脱水，也需固化速度快。

　　八、UV上光油的粘度的调整

　　UV光油含量一般要求在92%～98%，其中溶剂很少。从配方中解决粘度高低不当的问题，粘度高易实现，只需加入增粘剂，反之比较难。改变使用环境温度也可调整粘度，一般将辊和储油箱加温到55度，可降低粘度。另一个方法是添加稀释剂，但此办法不太理想，稀释剂阻碍固化，影响光膜亮度，且中间体不参与固化，最后浪费掉造成环境污染。

　　九、一般UV上光膜层厚度：

　　膜层厚度与以下几方面有关：

　　1.与纸张表面光泽、密度有关。纸张光亮、密度大、不渗油则需要膜层薄反之则厚。

　　2.与客户的要求有关。如仅需覆盖油墨则要薄，如要立体效果则需要厚些。

　　3.与上光机有关。用胶印机、凸印机涂布不可能太厚，因为压力大，而用三辊式上光机涂布不可能薄，因为压力小，用凹印机、柔印机涂布可定量调节厚度。

　　4.与涂布机运转速度有关。如柔印、凹印机上光时速度高，油稀，网纹辊网目数高涂布膜层就薄。如果使用低网目，粘稠的油尚未流平就固化，上光层是点状不是膜层。

　　根据以上因素调整膜层厚度。一般铜板纸表面油墨为1～4g/平方米，膜厚1～4微米；白版纸表面用油墨3～12g/平方米，厚度3～12微米。

　　十、UV上光的耗油量

　　UV光油用量可根据以下几个方面因素确定：

　　1.上光机方式结构。如最简单三辊式上光机，由于辊压力小，无匀墨辊，因此光油涂布量比较大，常常涂布量远远超过需要量，一般涂布量6g/?以上。而用网纹辊上光，涂布量为2g/?以下。叼牙式上光机涂布量2～8g/?。丝网机涂布量可打50g/?。一般局部立体艺术上光，上光膜层厚度约0.5?，用手触摸有立体感。胶、凸印刷机涂布上光1～3g/?。

　　2.纸张表面光亮度。UV上光应说是锦上添花，但只适用于表面光亮度高的纸张，或表面对光油吸收性差的材料。如果材料表面粗糙，光油涂上去后立即就会渗到下层去，就不会在表面上形成一层光亮的膜，也就没有上光的意义了。纸面的材料只有铜版纸、白板纸能涂布UV油。铜卡（玻璃卡）涂油量2～3g/?效果就很理想。一般铜版纸涂的油约3～5g/?，而白纸板涂油量约5～12g/?。

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