1、第六章 UV固化油墨,6.1 油墨的组成和类型,油墨的类型（按固化方式的不同）,油墨的类型（按版型的不同）,UV固化油墨的优点与不足,1. UV固化油墨印刷的一般优点:,(1)印品干燥快，印刷结束，可立即搬运；,(2)可在线加工作业；,(3)可立即“运行和停车”，以满足严格的截止时间；,(4)降低对作业区面积的要求；,(5)印品稳定性良好；,(6)停车时油墨不会凝固；,(7)无挥发性溶剂，改善工作条件，减少对环境的污染。,对塑料等易变形的基材，使用UV固化油墨可降低废品率；对金 属基材则无需干燥。,UV固化油墨比常规产品贵（UV齐聚物、单体光引发剂的价格较贵）。,6.2 UV固化油墨主要成份的
2、选择,有色体系始终是对UV固化的一个挑战，主要是颜料与引发剂竞 争吸收UV。大多数有机颜料可吸收短至350nm的光线，这就影响了 引发剂对UV的吸收而固化。,UV固化油墨通用配方,UV固化印刷罩光漆通用配方,对UV固化油墨的各组分-树脂、活性稀释剂、活化剂、稳定 剂、颜料和添加剂的选择原则。,6.2.1 树脂的选择,1. 齐聚物的选择,环氧丙烯酸酯树脂（EA）：快速固化，价格较便宜。但仅含EA 的油墨印刷效果不理想。可选择EA与适当的聚酯混合，或者用脂 肪酸部分代替丙烯酸对环氧改性。,(2) 聚酯丙烯酸酯:固化速率与EA相当或稍慢。常为提高油墨对 塑料或金属基材的附着力。黏度较高，常以适当的稀
3、释单体预先 降低黏度后销售。,(3)聚氨酯丙烯酸酯（PUA）:在UV固化油墨和罩光漆的使用量最 少，主要缺点是价格偏高，固化速率较慢。但能提供耐磨、耐化学品性能,有良好的颜料润湿性。,2. 饱和树脂的选用,(4)环氧化油丙烯酸酯：可提高颜料润湿性并改善平版印刷性能。 但固化速率相当慢，只能用作次要的添加剂。,(5)虽然聚醚丙烯酸酯：可作齐聚物，常作为稀释单体出售。,(6)甲基丙烯酸和烯丙基官能化合物:活性比相应的丙烯酸酯低 若干数量级。故UV固化油墨一般不考虑此类齐聚物。,含量很少的能与丙烯酸酯单体和齐聚物相溶的常规树脂，尤其是某些聚酯树脂、环氧树脂和三嗪(triazine)树脂，其中聚酯较为
4、常用。若将它用于胶印油墨或罩光漆，能使产品对不易黏结的基材产生良好的附着力。,6.2.2 活性单体的选择,1.单体的刺激性问题,将简单多元醇烷氧基化使分子变大，再进行丙烯酸酯化，可大 大降低其刺激性。另外，经过不同程度乙氧基化后，再丙烯酸酯化 的双酚A衍生物。,2.对固化速率及固化制品性能影响,在降低黏度方面，某种单体可能使某种颜料和树脂混合物的黏 度大幅度降低，但在另一种混合物中却可能使其黏度增高。,在固化速率方面，官能度增加使固化加快，但这常减少附着力 和耐用品磨损性。另外，多官能单体降低黏度的能力较差。,6.2.3 光引发剂的选择,3. UV固化油墨的特殊要求问题,不同的基材或印刷版型，
5、UV固化油墨配方可能大不相同。 （TPGDA或许是油墨厂能普遍接受的惟一初始稀释单体）。 在木器UV涂料常用的丙烯酸异辛酯，因其挥发性太大而不宜在印 刷机上使用。,主要因素是效率和价格。其次是气味、污染和颜色。,一般引发剂在350400nm的吸收非常适合于固化有色体系。,(1)BP(二苯甲酮),优点：最广泛，与合适的活化剂一起相当有效。价格便宜、助于颜料润湿，可增进油墨的流平性。,缺点：有气味，不宜用于食品包装。可用取代的芳香酮，如邻苯甲酰基苯甲酸酯。,(2)TX（硫杂蒽酮）：,商品有2-氯代，2-乙基和2-异丙基取代的TX衍生物。最常用的 是ITX，即2-异丙基硫杂蒽酮。作为主引发剂，与之配
6、合的活化剂 有EDAB（对二甲胺基苯甲酸乙酯）或ODAB（对二甲胺基苯甲酸异辛酯）等胺类。ITX的引发效率比BP高4-6倍。,气味和挥发性很低、较贵、有黄色。故不易在浅色调场合使用。 易再结晶。,(3)其它引发剂,苯乙酮衍生物: Irgacure 651 DMPA (2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)液态引发剂DEAP(2,2-二乙氧基乙酮),苯偶姻醚光裂解生成自由基不需要胺类活化剂，而使用阻聚剂增 加有效期。,光引发剂用量决非越多越好；过多的用量增加成本，不利于固化 速率，还有损于固化油墨涂层的特性。,6.2.4 活化剂的选择,选择引发剂吸收光谱与UV灯具的发射光谱匹配，使其吸收波峰 在选定
7、颜料对UV吸收较弱的波长范围内。,三乙醇胺和N-甲基二乙醇胺，都是特别有效的活化剂。其原因 为羟基易供氢，进而增进引发反应。但往往是水溶性的，在印刷 油墨中应避免使用。,对二烷氨基苯甲酸酯是一类对有色体系非常有效的活化剂，常用 EDAB（对二甲氨基苯甲酸乙酯）和ODAB（对二甲氨基苯甲酸异辛 酯）。它们与BP或ITX配合，可大大提高固化速率，减少O2的阻聚 作用。其用量约2%-5%。,带有胺基结构的丙烯酸酯单体或齐聚物也具有光活化的功能，增 进油墨成品的耐用性，价格较贵。有效浓度15%-20%。,6.2.5 稳定剂的选择,6.2.6 颜料的选择,稳定剂又称阻聚剂。大多数单体和齐聚物已加有稳定剂
8、。,对苯二酚、甲氧基对甲苯酚、对苯醌、酚噻嗪、单叔丁基氢醌、 邻苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、苯醌、2,5-二叔丁基氢醌、2,5-对 二甲基对苯醌、蒽醌和2,6-二叔丁基甲苯酚等。,白色颜料是钛白粉(TiO2)，它有效吸收光谱约在380nm，光谱窗 口是380420nm。而黑色颜料则在整个可见光谱范围皆产生吸收。,颜料的选择是一个与引发剂和光源等选择有关的综合问题。,6.2.7 添加剂的选择,石蜡、聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡和硅酮等，提供耐磨性和表面 润滑性，但会导致低光泽。则蜡会影响铺展性和附着力。,塑料和金属用油墨常采用添加剂以促进附着力。,6.3 UV源的选择,有色体系应选择350420nm内有
9、较高发射率的光源。,末掺杂的高压汞灯在366405nm范围内的输出很低；,在高压汞灯中掺入Ga，在380450nm获得相对较高的发光率。,对有色体系UV固化，Fusion的“D”灯(光谱长移至250450nm区。 主要固化有色涂料或油墨)对彩色体系固化效果可能较好，而“V”灯 (完全不发射UV，几乎在可见光谱的紫色、蓝色区)则对白色体系 特别有效。,6.4 不同用途的UV固化油墨,6.4.1 纸基UV固化油墨的通用配方,蓝墨,二苯甲酮和2-氯硫杂蒽酮组成的引发剂，适合对深蓝色油墨提供恰当的固化速率。,食品包装材料可能必须使用Irgacure 184。,黑墨,卷筒纸胶印的典型UV固化油墨,环氧丙
10、烯酸酯构成齐聚物的主体，聚酯丙烯酸酯或脂肪改性的 环氧丙烯酸酯都可选作共用树脂。在吸收性的纸质基材上，选择 齐聚物时不必过分考虑附着性。,6.4.2 UV固化丝网油墨的配方,稀释单体可选用双酚A环氧丙烯酸酯型单体。,一般的要求是：油墨的黏度较低，流动性良好而稠度不要显得 太低。,卷筒纸油墨的是混合引发剂（如5%二苯甲酮和2%硫杂蒽酮衍生 物）。滑石粉可能使雾化降至最低，使油墨的流动性和弹性减小。,UV固化丝网印刷油墨配方,第七章 UV固化设备,一、系统简介：灯管、反射罩、能量控制装置、温度控制装置（冷却装置）。,商业上的UV设备常包含以下主件：灯管、反射器、冷却风机、动力、光罩、排气装置。,反
11、射罩主要是将UV电磁波反射回来，以增加UV的光源效率。另外维持灯管的工作温度。反射罩表面常是铝制，反射率常高达90%。反射罩形式:聚焦型，散焦型。后又出现延伸型。,UV灯管最常用的是内部填充水银，有时会添加一些其它的金 属如镓。另外还有金属卤素灯管。UV灯管发出的电磁波长为200- 400nm。,能量控制装置:主要控制UV灯管的能量、维持硬化的效率及稳定，配合不同印刷速度的需求。有电子式设计，也有微电脑控制。,UV灯管发出UV电磁波，也会发出IR（红外线波）使设备在高 温运作（如石英灯管的温度可达600-800度），会缩短设备的寿命 外，对印刷品易引起伸缩的情况，导致印刷时无法套准，可见冷却
12、装置的重要性。,UV固化材料预期性能的获得，不管是保护胶、油墨，还是粘合剂，将依赖于UV灯管的参数、设计和控制的方法。,二、光固化分析：,1、UV灯四个关键的参数是：,（1）紫外辐射（又称为光强度）：指到达单位面积表面的辐 射率。单位是每平方厘米瓦特或毫瓦特。,在相同紫外剂量的固化下，高强度的紫外灯光源可增加固化 速度和固化深度。紫外光强度对有颜色的涂层固化的影响更加明显。,2）紫外剂量：到达单位面积表面的辐射能量，单位是每平方厘 米焦耳或毫焦耳。在其它条件不变时，增加光照时间以增加紫外 剂量，但这对深层固化的影响很小。,（3）光谱分布：使光引发剂的吸收光谱同紫外光的发射光谱相匹 配，可有效地
13、使用紫外光能量，且可降低光引发剂的用量，降低成 本。,（4）红外辐射：由紫外光源石英管发射的辐射红外能量。红外辐 射产生的热效应具有两重性。,波长的重要性：大多数UV固化包含了两种范围的波长同时工作。短波长工作于表层，长波长工作于涂层和薄油墨层。高吸收性的材料，比如粘合剂和丝网油墨，它们的配方更适合于长波固化。用来固化这些材料的灯管，包含了添加剂以及汞，发射出更多的长波同时也辐射一些短波，足以使表层固化。许多极特殊的应用，比如大量含有氧化钛颜料的材料进行固化，或需要穿过塑料、玻璃进行固化，就必须长波固化，因为这些材料几乎完全阻碍了短波。,结合UV灯，解决温度与IR之间关系的技术有：减少发射、传
14、送和控制热量移动。发射的减少，可使用小直径的灯泡来实现。传递的减少可通过在灯管后面使用分色的反射器。或在灯管与目标之间使用分色窗。热量移动降低了目标的温度。IR引起温度升高后可使用冷气流或散热装置来控制热量的移动。IR能量的吸收还由材料本身决定-油墨、涂层或基片。,(1) UV光源,2. UV固化设备组件,UV灯管可按每厘米灯管的能量(W/cm)来分类。商品化UV灯管 分为80, 100, 120, 150及240 W/cm。UV输出和固化速度之间往往 并不是线性关系。,UV波段含盖100到400nm范围。UV固化涂料一般在200-450nm 有活性。,常用紫外固化光源,汞蒸气灯 （含金属卤化
15、物灯）,无极灯,氙灯,低压汞灯(10100Pa),中压汞灯(105Pa),高压汞灯(105Pa),(有极灯，弧灯),汞蒸气灯管是长度不等（最长可达120cm）、内有汞的密封 石英管。电极一般由钨制成位于两端，当两极通过电流时便触发电 弧，发射特征的紫外光、可见光及部分红外光。,汞蒸气灯（有极灯）,弧灯需要几分钟预热，汞在石英管内完全被气化。,灯的平均寿命为10001500h。,最常用的是中压汞灯（MPML）。灯泡温度可升至700800。因此要冷却灯泡、反射灯罩及基材。,中压汞灯的汞光谱在260和365nm有高强度的特征峰，但365nm 和366.3nm的线谱占有极大优势，许多光引发剂在此有强烈
16、吸收。,高压汞灯充有汞、氙的混合物，压力多为1MPa。固化涂料和油墨时一般不采用，但适用于照相平板印刷等特殊用途。,金属卤化物灯将金属卤化物（如铝、锗、镁、铊、和其他金属的碘化物）加 在汞中，发射的波长向长波长方向移动。如使用碘化镁时，镁输出 280、310和385nm的谱线，能提高固化速率。,无极灯,灯管直径小（9-13mm），内无电极。管总长为1520cm。,微波由小的高能磁控管产生，并被导入微波腔内。腔内由无电 极灯管及反射器组成。微波的能量激活灯内的分子，由此产生特征 光。无电极灯可即刻开关，开关次数也不影响灯管寿命（平均寿命 可达3000h）。,每个灯管都有磁控管，较昂贵。,FSC(
17、fusion system corporation) 向灯管内加入不同的元素：,(1) “Hg”灯是标准汞灯。,(2) “A”灯（含锡），整个UV区分布均匀。,(3) “D”灯（含铁），光谱长移至250450nm区。主要固化有色涂料或油墨。,(4) “M”灯（含铅），增强360370nm，并消除较短的UV波长。,(5) “V”灯（含镓），完全不发射UV，几乎在可见光谱的紫色、蓝色区。,氙灯（含氙气）,(2) 反射器,(3) 冷却,最初用于摄影领域的应用而开发。,氙灯,连续光源,脉冲光源 （脉冲氙气闪光灯）,紫外输出低而红外区较高。,UV输出提高 （气压增高、等离子区温度上升）。,主要功能就是为了保证所产生的紫外光都能到达辐照目标。,空气冷却，水冷却,
