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水性UV油墨浅析

2015-2-28 13:46:07      点击:
U V 油墨具有干燥快、占地面积少、节省能源、印刷稳定性好、不污染环境等优点,是未来油墨发展的方向之一。但是在溶剂型油墨向U V 油墨转化时,由于U V 油墨印刷后没有溶剂挥发,油墨在干燥后厚度几乎不会减薄,所以在同样印刷条件下,U V 油墨的厚度比溶剂型油墨厚一倍之多,当进行网点多色印刷时,就会由于承印物表面不平而造成网点扩大,从而导致印刷产品的色相失真。水性U V 油墨采用水作为稀释剂,采用除湿和U V 辐照固化两种技术的结合来实现印刷过程,其印刷工艺是在油墨固化前对湿油墨进行除水干燥,得到可指触的干膜,然后进行U V 光辐射,实现U V 油墨的交联固化。

1. 水性UV 油墨的特点
水性光固化油墨以水作为稀释剂,采用U V 辐照固化技术,结合了传统的U V 油墨和水性材料的各自特点,相对于传统的油性U V 光固化油墨,水性光固化油墨具有以下优点:
1 ) 用水替代活性稀释剂来调节黏度,解决了V O C 及毒性、刺激性问题。
2) 可以实现薄涂层涂布,降低成本。
3) 设备容器易于清洗。
4) 光固化前已可指触,可堆放和修理,保证了固化膜的光洁度,简化了防尘操作。
5) 可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩。
6) 极大提高安全性,减少火灾危害。
光固化水性油墨也有缺点,与传统油溶性光固化油墨不同,光固化水性油墨在光固化前,大多要对湿膜进行干燥除水,导致能耗增加。而在现有的光固化生产线上增加干燥装置,这将增加设备占用的空间,同时干燥环节还延长了生产时间,使生产效率下降。
水的表面张力较高,这将会导致一系列问题,如对基材(特别是低表面能者)和颜料的润湿性差、易引起分散不均等一些印刷故障,这可以通过加入共溶剂或表面活性剂解决。同时水的凝固点比一般有机溶剂高,在运输过程储存中要加入防冻剂,水性体系容易产生细菌,需要加入防霉剂,使配方复杂化。

2. 水性UV 油墨的干燥固化机理
水性U V 油墨主要是由预聚物、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助剂和其他添加剂等配制而成。与U V 油墨不同的是,水性U V 固化体系不再使用单体作稀释剂,取而代之的是水。而水基光固化树脂之所以能够溶于水,是由于在聚合物分子链上含有一定数量的强亲水性基团,如含有羧基、羟基、氨基等。但这些极性基团与水混合时多数只能形成乳浊液,它们的羧酸盐则可部分溶于水中,因而水溶性树脂绝大多数以中成盐的形式获得水溶性。水性U V 油墨主要有两种干燥方式:水体系的预挥发干燥和紫外光固化干燥。
1 )预挥发干燥机理
在制造水性U V 油墨时,水基光固化树脂通过添加一种碱或者酸使其变为羧酸盐才能溶于水。通过加氨水使其成盐的反应可表示为:
R - C O O H + N H 3 → R - C O O -+ N H 4+ ( 水可溶)
反过来,在预干燥过程中发生的反应是:
R - C O O -+ N H 3+ → R - C O O H ( 水不溶) + N H 3 ↑
为了提高聚合物的水溶性,通常要加入一定比例的助溶剂,例如低级醇或醇醚类等。在水性U V 油墨的预干燥过程中,体系中的水分和助剂将会在一定的温度下挥发。因此预干燥是光固化之前必须有的一道工序,不进行预干燥将导致光固化的最终结果不理想。
2 )光固化成膜机理
U V 固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下,光引发剂吸收紫外光的辐射能后分裂成自由基,引发预聚物发生聚合、交联接枝反应,在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物,得到硬化膜,实质是通过形成化学键实现化学干燥。其固化过程一般可分为4 个阶段:光与引发剂之间相互作用,它可能包括对光的吸收和光引发剂之间的相互作用;光引发剂分子发生重排,形成自由基中间体;自由基与齐聚物中的不饱和基团作用,引发链或聚合反应;聚合反应继续,液态的组分转变为固体聚合物。

3.光固化水性油墨的分类
按照组成和水分散手段的不同,可以把光固化水性油墨分为乳化型、水分散型、水溶型三类。
1) 乳化型
早期通过外加表面活性剂(乳化剂),并辅以高剪切力,有可能把传统的光固化树脂乳化,变成水分散系(水包油系)。乳化剂由亲水基团和亲油基团组成,后者一般为较长的烷烃链,与树脂液滴混溶后,亲水基团位于水中,使树脂液滴分散稳定。这种乳液具有较高的固含量,可以直接利用现成的油墨原料,生产工艺较简便。但由于乳化剂的加入,影响了固化膜的耐水性和光泽,力学性能也大幅下降,材料对p H 值也敏感。现在多采用自乳化型,即在低聚物中引入亲水基团(如羧基、聚乙二醇),在水中有自乳化作用,不用外加乳化剂,固化后可以提高耐水性和光泽。
2) 水分散型
由固化亲水聚合物与物理干燥水分散树脂(通常为丙稀酸类树脂)混合,光固化水性聚合物组分通过非光固化的水分散性丙稀酸树脂分散在水相中。但是因为光固化组分在整个系统中的含量较低,所得的固化膜的交联密度不高,因而与传统光固化体系相比,其化学耐抗性也较低。
3) 水溶型
指低聚物中含有足够量的羧基盐或季铵盐基团,成为水溶性材料。把离子基引入到树脂骨架中,然后用反离子中和分子链上的离子,这样得到的树脂具有很好的自乳化性能。

4. 水性UV 油墨的应用
随着社会的进步和人类生活水平的提高,人们越来越重视效率和环保问题,从而推动了水性U V油墨的开发和应用。
1 )水性U V 油墨在网版印刷中的应用
水性U V 固化油墨的研制和开发为网版印刷领域提供了新的机遇,在网版印刷中使用水基UV 油墨,可以使分辨率达到120 ~133 dpi ,甚至更高,还有极小的油墨堆积和较快的印刷速度。其中,印刷C D 光盘和大幅面户外广告是一个比较成功的应用。水性U V 油墨也是唯一用于纺织品的U V 印刷油墨,由于现在不能有效地检测证明U V 油墨固化的彻底性,因此一直困扰着其在纺织品上的应用,这些问题一旦解决,水性U V 油墨一定会成为非常有市场竞争力的产品。以下几点是我们在应用水性U V 油墨进行网版印刷时要注意的。
● 网版网目数的要求
水性U V 油墨用于网版印刷,分辨率可以达到120~133 dpi,如果超过这个分辨率,就要求丝网目数也增加,纺织品要保持平滑,丝网目数是290~460 线/ 英寸。
● 膜版的要求
膜版必须是疏水的,制造商为了得到最薄的膜版和最平的膜版表面,开发了一种双重固化配方。人们使用一种高质量的乳剂可获得厚仅1 0 ~1 5 μ m的膜版。
● 网版清洗剂的要求
网版清洗剂要随着所使用的水基U V 油墨的配方的变化而改变,有人建议用水,而塑料印刷油墨的制造商坚持认为在他们生产的油墨中所使用的浸润性低聚物成分需要使用特定的稀释剂或水解溶剂。
2 )水性U V 油墨在数码喷墨印刷中的应用
喷墨印刷是一种非接触式、无压力、无印版的数字化印刷方式,从上个世纪9 0 年代开始迅速发展,上世纪末又出现了U V 喷墨印刷。理想的U V喷射墨可以使印刷图像具有防水性、防退色性等特性,其优于其他类型喷射墨的优势主要包括:低V O C 含量;低能源需求;瞬间干燥;适用于多种承印物;固化前不会干燥;不堵塞喷头;不需清洗喷头;油墨成分稳定;印刷质量高(耐光、耐摩擦);无污染。
水性U V 喷墨印刷由于低黏度、高性能的特点,将成为U V 喷墨油墨研究和发展的主要方向之一。但是目前这种技术还有两个缺点:喷墨系统需要在U V 光源照射前让油墨中的水分挥发。油墨中的水分是一个很恼人的问题,只有迅速地去除水分,才能防止产生网点增大、水分渗入承印物等印刷故障,而且如果水分不及时除去的话,油墨就不能很好地与承印物黏附,从而影响印刷品质量;目前在光引发剂的分散方面还存在着一些技术上的困难。
总之,水性U V 油墨仍然处于探索阶段,虽然已有不少科研机构投入研制,也有少量的产品进入市场。尽管存在一些问题,水性U V 油墨的前景是非常广阔的,不久的将来,水性U V 油墨的应用范围必定越来越宽广。