UV固化油墨进展与应用

    【集萃网观察】环保油墨逐步取代传统的、挥发有机溶剂油墨，是印刷业
 
    低VOC（VolatileOrganicCompound挥发性有机物质）排放：目前，国内外在柔性印刷和凹版印刷中,已部分或全部采用水性油墨，用水的渗透和挥发作为干燥手段,在很大程度上减少了油墨的VOC含量。而UV固化油墨的发展进一步改善了这一状况。

    易降解：油墨的原材料必须在物理、化学和生物的作用下,易降解。通常以植物中提取出来的物质作为原材料,比如大豆油,这样的油墨比由其他化工材料合成的油墨更易降解。

    原材料可再生：植物合成的油墨可再生,由煤炭等化工类产品制造出来的油墨不可再生的。

    所谓UV（Ultraviolet：紫外线）油墨,是指经紫外光线照射瞬间固化的油墨。UV固化油墨由连结料、颜料及有关助剂3部分组成。UV自由基固化油墨在紫外光照射下,引发剂引发连结料中的不饱和键发生自由基聚合,油墨固化成膜。UV固化油墨在国外早已有研究,近年来有不少产品推向市场[1]。由于可在非吸收性承印物表面印刷,目前在各个领域均有应用。UV固化油墨属反应性油墨,数秒就可以固化，适合高速印刷。因反应性干燥交联过程，对绝大多数底材的附着力良好.

    传统的溶剂型油墨施印后一般需经过干燥,干燥过程需要消耗大量热源,速度较慢，且有溶剂挥发,干燥以后的附着力不理想,对后续工艺也产生影响。

    在UV油墨中,液态的单体和低聚物取代了树脂连结料,使颜料分子可以分散其中。由于没有任何溶剂的挥发,固化后的油墨层厚度同固化前的厚度完全一样,因此我们通常称UV油墨为“100％固体”油墨。

　在UV油墨发展初期,受条件限制,配制油墨的化学原材料（光引发剂、树脂、单体等）的选择性很小,也缺乏适合工业应用的紫外光源[2]。如今油墨制造商可以在数千种原材料中进行选择。UV固化整个固化体系为无溶剂体系,UV 油墨印刷有稳定的适应性,可提高实际生产效率并可降低成本，能给投资者带来高生产率及高产量等经济效益。正因为如此,这种技术受到许多应用厂商的青睐,这也正是这种技术得到迅速推广和运用的主要原因。近年来，欧洲对能量固化油墨和光油的需求呈增长态势,尤其是在包装印刷领域。20世纪90年代后,UV固化油墨开始大规模进入使用阶段。

    2、UV固化油墨优势以及常见问题 UV光固油墨具有很多优点,主要表现在：

    ①固化速度快,省时省力节能。②设备占地面积小,经济实惠。③属于无溶剂型油墨,不存在自然挥发,油墨粘度稳定性好，印刷中不会有拉丝现象。④光泽度高,墨层固化后有较好的耐摩擦和耐抗性。⑤UV光固油墨固体颗粒小,故可印刷精致图纹。⑥不存在有机挥发物,环保等。

　　UV光固油墨正因为具备诸多优点,所以近年来得到很广泛的应用。但在使用中会存在以下问题,归类如下：

　　①承印物和油墨不相容以及承印物表面受到污染导致的无附着力。②叠印时层间附着力弱。③出现条纹、斑纹。④油墨固化后成斑纹状。⑤不能固化或表面发粘和残留气味大。⑥分辨率或清晰度不够。⑦点的印迹扩大。⑧边缘卷曲。⑨鱼眼、白点。⑩光泽度低等。

　　UV油墨有多种系列，其组成的多样性构成了其影响因素的复杂性。影响油墨固化充分性和最佳固化速度的主要因素有如下几个方面：外部条件有固化时的温度、固化的环境条件、光引发剂、光源的辐射强度等；内部条件有颜料性质、油墨墨层厚度、承印材料的表面性质等。

　株式会社研制出了提供在印刷品上不发生锯齿纹、搭色、针眼、透色等缺陷、具有稳定的适印性、并且可制造呈现高度的镜面光泽、彩色镜面光泽的印刷品的特殊丝网印刷油墨。

　　日立麦克赛尔株式会社发明提供了一种油性颜料油墨组合物[6]，该油性颜料油墨组合物与现有技术相比,不存在使用有机溶剂油墨组合物所存在的安全性和异味的问题,可以在没有接受层的聚氯乙烯类低成本薄膜的印字媒体上印字,可以适用于室外环境。

    3、UV固化油墨常见品种及进展

    （1）、UV丝网印刷油墨

　　丝网印刷是目前主流印刷工艺之一,属于孔版印刷,应用广泛。丝印可以产生比较厚的墨膜，承印面可以是平面,也可以是曲面,成本低。但印刷速率不高,UV丝印油墨厚度较高,对底层固化提出了挑战。油墨越厚,底层固化速率越低,好在丝网印刷本身速率不高。UV网印最适合需要厚墨层印刷的场合，如海报印刷。

　UV固化常采用自由基和阳离子聚合的方法。近年来阳离子

    油墨（也称阳离子油墨）是随着UV技术发展而研发的一种新型特种油墨。阳离子UV油墨多用于短版套筒型热缩膜的印刷,自由基油墨则因墨膜收缩量小而多用于纸类承印物[7]。阳离子UV油墨的优势在于反应类型为典型的环氧基团逐步开环聚合反应,能明显提高油墨的有效成分含量。

　自由基油墨反应速度快,但会导致自由基UV油墨的柔性下降、亲和性、粘附性变差。相比之下,自由基油墨基本上只能利用UV曝光才能彻底干燥，导致挥发量增加。阳离子UV油墨固化速度稍逊于自由基油墨,可二次固化,不易被氧化,无收缩量,附着性优良等特点。阳离子UV;油墨具有挥发性低、气味小,但颜料大多含有强亲核性的基团,而且阳离子光引发剂的选择余地太小,价格太高。

　　UV网印金属油墨主要由光敏树脂、光敏剂、颜料和助剂组成。UV网印金属油墨在应用过程中,具有节省能源和场地,提高工作效率的特点。在印刷过程中,由于网版上的油墨未能接触紫外线的照射,因此它永远不会堵网,这给印刷精确的图文和连续性操作带来了很大的方便[8]。UV网印金属油墨由于在环保、成本、效率方面与普通的溶剂型金属油墨相比具有明显的优势。因此，它的应用前景必定十分广阔。同时,这种油墨也正被印刷厂家逐渐了解和采用。目前国内市场上应用成熟的UV金属网印油墨有德国的lougre油墨和杭州恒基油墨涂料有限公司出品的UV-5000网印金属油墨,颜色有常规色墨和磨砂两个系列。

　2005年在德国慕尼黑市展览中心隆重举行的全球网印及制像业瞩目的FESPA2005展览会上,日本NBC株式会社展示的新一代V-Screen丝网,其丝线采用一种新型的合成芳基聚合物制造,具有两倍于金属丝网的强度,V-Screen丝网的开孔面积大,大大提高了油墨在丝网上的透过量。

    美国Nor-CoteInternationalLimited公司展示了他们研制生产的UV油墨系列,包括适于薄膜开关材料、执照和铭牌印刷的PTXUV油墨和用于电致发光图片印刷的UV导电油墨,这种油墨不仅具备溶剂型油墨附着性好、耐磨损的特性,而且还有溶剂型油墨所不具备的瞬间干燥的特性。

　美国AmericanBiltrite,Inc.公司推出的全新转移材料TransferRiteULTRA可以使胶带完全平整地贴附于硅涂层的底纸上；瑞士FOTECAG公司以他们开发的新型感光乳剂吸引了很多客户,这种感光乳剂含有60%的固体颗粒,黏度低,可单面涂布网版,为网版曝光技术带来了一次革新,用这种感光乳剂制作的网版适于UV固化油墨的网版印刷。

    （2）、UV胶印油墨 普通胶印油墨的干燥机理为先渗透固着,然后氧化结膜干燥。胶印UV油墨的干燥机理则与此完全不同。首先紫外光照射油墨,使光敏剂分子被激发产生高活性自由基或离子然后这些高活性自由基引发光固树脂和活性稀释剂分子中的不饱和双键发生连锁聚合反,达到分子交联聚合,从而使油墨固化干燥。

    胶版印刷是平印中发展最快、应用最广的一种。胶印技术是基于油墨对印版亲油、亲水区域的黏附性能不同,要求油墨对这两种区域有强烈的选择性。传统溶剂型胶印油墨需印后干燥，烘干系统使印刷机械体积过于庞大。光固化可适当降低干燥系统体积。UV胶印油墨固化基本没有膜厚损失,消光情况可能没有溶剂型油墨那么严重。UV胶印技术在于能获得色彩丰富的精美图案,可展现细腻的色彩变化。适合精美商品包装印刷,主要针对纸皮印材。UV胶印油墨的固含量较高,而且其在固化之前颜料与连结料的比率与普通胶印油墨相仿,因此最先在胶印中得到应用。

    UV胶印油墨固化无渗透问题,不仅可以在纸张印刷,还可以在非吸收性承印材料上印刷。在国外,UV油墨的最大市场是胶印油墨。我国UV胶印油墨起步较晚,但近两年的发展势头非常迅猛。据中感光学会辐射固化专业委员会的不完全统计，2002年内UV胶印油墨的生产量只有232吨,2003年为662吨而2004年就达到1459吨,其产量一跃成为仅次于UV印油墨的第二大UV油墨,并与UV网印油墨的差距越越小。

    （3）、UV柔印油墨 柔印属于凸印,是通过突出部位将油墨压印到承印面上。UV凸印非常适合硬塑料的印刷,如杯子、管子等。传统柔印油墨（溶剂型和水性）,其所用油墨不应具有过高的黏度。UV柔印油墨和其它类型油墨的主要区别也就在于聚合流变性。UV柔印油墨的黏度总体上可能高于溶剂型柔印油墨。随着柔性版印刷的质量不断改进,应用领域的拓展,对特殊物理适性的需求也在继续增长。