非吸收性UV印刷油墨在PVC靜電薄膜上的運(yùn)用

本文圍繞非吸收性光固化膠印油墨進(jìn)行長達(dá)十余年的探索后，認(rèn)為：解決附著、增加流動(dòng)、防止光子分解、降低油墨成本及改進(jìn)墨性的有效途徑是在其體系內(nèi)添加LJJ·TM助劑。在此，僅就筆者的點(diǎn)滴實(shí)踐同業(yè)內(nèi)外人士商榷。

 

一、UV抽墨的展望

 

UV油墨是泛指采用紫外線光固化的平版、柔版、凹版、絲網(wǎng)版等印刷油墨的簡稱。人們在近三十年中通過不斷地努力、改進(jìn)、嘗試，作為綠色包裝印刷油墨這門嶄新的邊緣學(xué)科，由于污染小、干燥快．耗能少，已成為當(dāng)全國際新時(shí)尚。"還一片清新的空氣和一塊潔凈的樂土"早已成為包裝印刷界人士的共同呼聲。但真正能夠高速、全自動(dòng)、圖文網(wǎng)點(diǎn)層次逼真的膠印，尤其能在非吸收的非極性材料上的UV油墨實(shí)屬很少。究其原因是：成本太高，附著牢度差，低溫沒有流動(dòng)性（一般靠加熱），成膜過程，什至成膜后光子可能分解（自由基）等等而受到了應(yīng)用范圍的限制。其次是膜脆，在PVC靜電薄膜上印刷的網(wǎng)點(diǎn)容易丟失或經(jīng)磨擦墨粉脫落已成為一大難點(diǎn)，靠UV上光油工彌補(bǔ)其缺陷往往白白浪費(fèi)工時(shí)而影響正品率的提高。因此，在非吸收靜電膜材料上的紫外線光固化能否實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破，一直在左右該產(chǎn)品的發(fā)展。

 

二、理論與實(shí)踐的探索

 

眾所周知：可利用紫外線干燥固化的油墨，簡稱為UV油墨，是由光聚合性的低聚物和稀釋單體等組成（樹脂連結(jié)料），再加入光引發(fā)劑、著色劑等構(gòu)成。連結(jié)料大致分為三大類型：（1）活性基聚合型；（2）聚烯硫醇固化系統(tǒng)的活性基加合聚合型；（3）環(huán)氧樹脂的離子聚合型。

 

市場國際化和經(jīng)濟(jì)一體化的到來，必將受生態(tài)政策而左右。UV油墨同樣也面臨著科學(xué)理論上的突破與應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新一它不再只是紙、紙盒、包裝紙、標(biāo)簽、金屬箔復(fù)合紙、有色金屬上采用油性或水性，已成為靠分子或離子直線或間接的利用平版、柔版、網(wǎng)版、凹版轉(zhuǎn)移印刷甚至電腦噴繪吸收或非吸收承印載體的代名詞。隨著非吸收非極性塑料材料在包裝上的問鼎，UV油墨無力應(yīng)對而去拓展這一市場空間。

 

為了改善包裝印刷環(huán)境，感光固化油墨、感光固化上光油的設(shè)備、設(shè)施為15KM－64KM之間。為了確保印刷圖文達(dá)到干燥速度的平衡，人們總是依據(jù)彩色油墨體系中的不同顏料波長而安排印刷色序的：白色油墨－黑色油墨－青色油墨－黃色油墨－紅色油墨，并根據(jù)顏色色相個(gè)數(shù)而安裝或打開紫外線燈管（泡）和調(diào)節(jié)其受光距離，為了保證產(chǎn)品的高質(zhì)量，防止墨膜脫落，印刷者現(xiàn)多在最后以膠印一道UV上光油來解決。

 

縱觀市場上的UV油墨及UV上光油，其干燥的原理無非是光化學(xué)反應(yīng)，首要條件是分子必須具有足夠能量的光量子后才能成為激發(fā)（態(tài)）分子。正如人們已知道的每一個(gè)光子只能活化一個(gè)分子；同一分子在同一瞬間只能吸收－個(gè)光子。因此，理論上往往解釋為：分子吸收－個(gè)光子后，會(huì)發(fā)生向高級能應(yīng)的電子躍遷，發(fā)生電子躍遷的分子稱為激發(fā)態(tài)（即分子），這種激發(fā)態(tài)分子除釋放能量后而又返回到基態(tài)外，還有可能向其它分子轉(zhuǎn)移能量或產(chǎn)生自由基后能量轉(zhuǎn)感光性高分子至聚合固化或是光交聯(lián)及光架橋。無論是油墨體系含有光引發(fā)劑，其目的是使UV油墨體系發(fā)生光固化反應(yīng)，也就是引發(fā)光敏的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果；還是近年來已經(jīng)問世的不含有引發(fā)劑的UV油墨和UV上光油，其光固化是靠溶劑使其體系交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，光聚臺(tái)的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。體系里含有紫外線吸收劑，在吸收天然陽光和熒光源中，紫外線能夠轉(zhuǎn)變成硬化交聯(lián)的墨膜結(jié)構(gòu)。

 

我們在對同一用途的UV油墨進(jìn)行嚴(yán)格的歸類、篩選后認(rèn)為：作為冷光源的黑光燈和熱光源的碘鎵燈進(jìn)行油墨干燥過程的記錄試驗(yàn)，就安全而言，前者優(yōu)于后者。因?yàn)楫?dāng)UV非吸收性膠印油墨在印壓后的墨膜物質(zhì)，受到紫外線或可見光的照射時(shí)，其分子外層的電子被激發(fā)而躍遷到較高的能級位），才能出現(xiàn)光的吸收。筆者在經(jīng)過對武漢樹脂、西安樹脂及市售的191、196樹脂的不飽和性施加不同的輔助劑和采用相同的著色劑進(jìn)行試驗(yàn)，檢測比對一分子中不同的鍵臺(tái)，包括不同的不飽和鍵、芳香環(huán)、雜元素的有機(jī)化合物及金屬絡(luò)合物的定性、定量分析，雖然紫外線光區(qū)在200－400納米，可見光區(qū)在400－800納米之間，僅占可見光的4％，正是這4％的作用對產(chǎn)生了光化學(xué)反應(yīng)。由于在不同波長處往往會(huì)出現(xiàn)不同強(qiáng)度的光的吸收，所構(gòu)成的吸收光譜具有高靈敏（光化學(xué)反應(yīng)）度，幾乎是在看不見就能化合固化的情況下快速干燥，更能設(shè)計(jì)出成套的全自動(dòng)化（從膠印到固化），也能夠適應(yīng)微量、痕量分析和動(dòng)力學(xué)研究一從光源到光強(qiáng)（電壓高低也不會(huì)相同），從燈型到輸出間距（發(fā)出的光譜分布也不盡相同）；從墨膜厚薄包括體系內(nèi)光敏劑含量多少）到油墨顏料波長的長短（墨膜越透明及越薄，波長越短；光線能量大，干燥越快）；從承印物的表面張力、氫鍵力、自由能到檢驗(yàn)其附著性等等。

 

除了上述分子受激后處在高能位外，還有可能在光敏劑或紫外吸收劑的作用下，導(dǎo)致光子分解（既光分解過程），或者鍵的一部分開鍵后，生成活化分子（自由基），引起雙健的聚合反應(yīng)或引起偶聯(lián)架橋等光交聯(lián)反應(yīng)，這點(diǎn)已使油墨同行所共識。但在使用非吸收性的極性UV油墨就可能重新導(dǎo)致光子分解，本文在此不作贅述。

 

實(shí)現(xiàn)UV膠印非極性材料，達(dá)到附著牢度，改變低溫特性，能夠正常流動(dòng)和免去靠上光油的波動(dòng)作業(yè)方式，筆者在圍繞上述問題進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)油墨與非極性承印物的氫鍵值、PH值、自由能值、表面張力值等差距太大，為不改變即有UV油墨UV上光油總體結(jié)構(gòu)，在江蘇儀征天楊化工廠、天津力生化工廠、松滋樹脂廠等單位的支持下，大膽采用接枝、復(fù)配（混合）技術(shù)，運(yùn)用"價(jià)值工程"、"正交法"及"倒算法"，在青島李翔先生的支持下，添加0.25％市售的LJJ·TM助劑，引入U(xiǎn)V油墨體系中，經(jīng)簡單分散后，在青島中華道盛印刷公司配合下，開機(jī)印刷后達(dá)到不再上光就能附著牢固的可喜效果－材料個(gè)數(shù)少、工藝簡化、周期縮短、適性擴(kuò)大、質(zhì)量提高。我們從中感悟到：只有搶占科技制高點(diǎn)，才能拓展非極性軟包裝承印載體的印刷消費(fèi)空間；只有占領(lǐng)了市場經(jīng)濟(jì)的灘頭陣地，才能反復(fù)強(qiáng)調(diào)時(shí)間就是金錢、質(zhì)量就是生命；只有以高質(zhì)量低價(jià)值的印刷油墨作基礎(chǔ)，才能把握住時(shí)機(jī)去占領(lǐng)市場經(jīng)濟(jì)的灘頭陣地；只有做至人無我有、人有我優(yōu)、人代我新，才能從市場信息反饋中去捕捉國內(nèi)外最新科技成果為我所用。

 

三、創(chuàng)新與提高的思路

 

1．綠色非吸收性UV膠印極性材料油墨，顧名思義是根據(jù)不同油墨組成的，并要求具有附著性、高流動(dòng)性、低成本、工藝簡草、色彩亮麗并無須上光。

 

我們剖析《油墨制造工藝》教科書（舉例配方設(shè)計(jì)：①多元醇25－45；②多元醇20－40；③丙梯酸10－30；④對苯二酚0.05－0.2；⑤對甲苯磷酸0.1－2／連結(jié)料）所列舉的油墨配方（①著色料白50－60％，彩墨15－25％；②連結(jié)料40－70％；③輔助劑0.01-20％）進(jìn)行檢測分析，從中不難看出，其體系酸性混合物是導(dǎo)致UV油墨成膜過程或成源后在光引發(fā)劑的作用下同時(shí)出現(xiàn)光子分解過程（分子分解）的問題原因之一。另外，我們根據(jù)現(xiàn)行樹脂技術(shù)指標(biāo)：①粘度25－50帕·秒／25°C；②酸值20以下；③色澤≤10；油墨技術(shù)指標(biāo)：①顏色近樣；②細(xì)度15－20μm；③流動(dòng)度20－35mm；④著色力90－110％；⑤粘性15－25（32°C）；⑥沖擊強(qiáng)度（N·m）29．4；①光固時(shí)間SI－3等，進(jìn)行認(rèn)真反復(fù)的研究后發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)度的定位已不適應(yīng)現(xiàn)代高速輪轉(zhuǎn)膠印非極性載體的要求了。如我們曾以增加兼有堿性的溶劑苯乙烯，以提高其流動(dòng)性，但經(jīng)紫外線光固后，尤其經(jīng)背面曝光后，一是光澤略差，二是經(jīng)摩擦墨膜成顆粒狀脫落－墨膜體系內(nèi)的樹脂成份少和過脆而造成的。從大的范圍講，偏酸的油墨會(huì)提高印刷墨膜的附著軍度，但上述故障的出現(xiàn)，我們一時(shí)感到束手無策，因而中斷了幾年的研究課題。為沖破現(xiàn)自學(xué)術(shù)理論設(shè)定的框框，跳出環(huán)境、條件的死胡同，我們以不飽和樹脂（由一元或多元醇和二元或多元酸縮聚而成的樹脂物質(zhì)的總稱）作為重點(diǎn)，先后設(shè)定了樹脂連結(jié)料和顏、染料著色的配方、工藝（詳見表一），即拋棄傳統(tǒng)實(shí)用加載方式，采用復(fù)配技術(shù)的添加助劑方式。在配方中，我們在著色劑方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)一無機(jī)顏料、有機(jī)顏料、體質(zhì)顏料、金屬粉螢光染料等，還從價(jià)格、色彩、明暗、耐堿性、耐磨性，尤真是油墨的固化特性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、表面反射性及濕潤性考慮。

 

1.武漢樹脂制造連結(jié)料的工藝流程

 

先將樹脂投入反應(yīng)釜中，加熱到120－130°C時(shí)，停止加熱，當(dāng)降至120°C時(shí)，把光引發(fā)劑投入攪勻，再持降至100°C，投入增感劑和著色劑，繼續(xù)將溫度降至6o°C時(shí)，將事前準(zhǔn)備的輔助樹脂、增硬劑、增塑劑混合后投入釜中，分散均勻或軋至細(xì)度合格后即成UV光固化印刷油墨。

 

2．西安樹脂制造連結(jié)料的工藝流程

 

先將安息香研細(xì)加入樹脂中，升溫12O°C，充分?jǐn)嚢?，并恒溫?20°C）20分鐘后降溫至80－60°C時(shí)加入對苯二酚，攪勻升溫至70°C溶解后，再降溫60°C，加入氯化亞錫，攪勻，降至40°C左右，加入安息香乙基醚，并攪勻詩用。

 

△：用時(shí)稱100g，升溫60 C左右，加入甲基丙烯酸(夏34.5g,冬17.25g），醋酸乙烯4.5－22.5g，網(wǎng)版彩墨5.5－11g。

 

3，主要原材料的性能和用途

 

（1）光引發(fā)劑兼防腐劑：安息香，又稱二苯乙醇酮、苯偶姻、苯甲酰甲醇、苦杏仁腦、苯基羥基苯甲酮、二苯羥是乙酮。光引發(fā)劑有許多種，通常應(yīng)考慮到固化性、吸收光譜、穩(wěn)定性、色調(diào)、透性、臭氣、揮發(fā)性、離子反應(yīng)性、腐蝕性、印膜的膨脹性等，確保光引發(fā)劑的穩(wěn)定性是首要的。

 

（2）增感劑兼催化劑：氯化亞錫，又稱二氧化錫。

 

（3）輔助樹脂兼交聯(lián)劑：甲基丙烯酸，又稱α－甲是丙烯、異丁烯酸。

 

（4）增塑劑兼剝離劑：二了酯，又稱鄰苯二甲酸二丁脂。

 

（5）熱穩(wěn)定劑兼阻聚劑：對苯二酚，又稱海得爾、幾雙尼。

 

（6）分散劑兼界面粘合劑：LJJ·TM，又稱界面粘合劑。

 

（7）輔助樹脂兼交聯(lián)劑；醋酸乙烯，又稱乙烯基醋酸酯。

 

（8）交聯(lián)劑兼稀釋劑：苯乙烯，又稱乙烯苯。

 

（9）輔助樹脂兼交聯(lián)劑：丙烯酸，又稱敗脂酸酸、乙烯基甲酸。

 

（10）耐磨劑兼油墨添加劑：聚乙烯蠟。

 

根據(jù)上述配方設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝要求，該油墨生產(chǎn)方法基本上同傳統(tǒng)平版油墨一樣，只是該產(chǎn)品在使用過程中是在一定波長的紫外線光照射下，油墨體系便發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)一即由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)。其最大特征在于既能在極性材料，又能在非極性材料上印刷；既能直接進(jìn)行柔性凸版印刷，又能進(jìn)行轉(zhuǎn)移性平版印刷；既沒有烘箱或電吹風(fēng)設(shè)施，又無須考慮臟版進(jìn)噴粉。我們在上述配方的試驗(yàn)時(shí)，光引發(fā)劑問LJJ·TM助劑一步到位和市售油墨產(chǎn)品SLJJ·TM臨時(shí)進(jìn)行調(diào)配而進(jìn)行試產(chǎn)開印后，效果則是一樣的。為了解決光子分解，我們用市售油墨和同一角牌、同一生產(chǎn)日期、同一顏色品種，R需加入2－3％的LJJ·TM便可消除光子分解這一難題。同時(shí)在零下5－l0°C時(shí)油墨無須加熱，使照常在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中流動(dòng)。當(dāng)我們從網(wǎng)圖文版面成膜（像）后發(fā)現(xiàn)：LJJ·TM的存在，使油墨的分子活化了，其印膜明顯薄于同一用途油墨的厚度、亮麗、平滑、均勻、抗粘、連續(xù)的墨膜，不僅增加附著性，而且大大縮短了工時(shí)，是其它油墨無法比擬的。再者，我們?yōu)榱送晟品俏招援a(chǎn)UV膠印極性材料的低成本、高品位，除了要考慮UV油墨的印刷適性和應(yīng)用范圍，比如空氛中氧的存在也能對光固油墨的固化有抑制作用一導(dǎo)致表面干燥的降低等。

 

助劑的作用除以上所提到的外，還可降低酸性，提高軟化點(diǎn)，減少共軛雙鍵，握高抗氧性，使其粉化難以附著，低溫流動(dòng)慢，促進(jìn)包裝印刷圖文呈現(xiàn)各種色彩，低溫穩(wěn)定性，以適應(yīng)包裝印刷的要求，以廉價(jià)、優(yōu)質(zhì)的UV油墨品牌，參與國際市場競爭，迎接21世紀(jì)的納米油墨技術(shù)時(shí)代的挑戰(zhàn)。

 

四、檢驗(yàn)方法與結(jié)論

 

1. 檢驗(yàn)水墨平衡，用酸度計(jì)分別測其PH廈，如不平衡可采用醋酸或堿進(jìn)行調(diào)解之。本文略述。

 

2. 檢驗(yàn)軍間環(huán)境濕度、濕度是否控制在60±5％和22±3°C之間。

 

3．檢驗(yàn)原潤版液是否接觸了平版，盡可能不接觸為準(zhǔn)。

 

4．檢驗(yàn)連結(jié)料是否色淺、透明及青色劑的純度。

 

5．檢驗(yàn)光固時(shí)間，是否是瞬間干燥，只要活性好，可適當(dāng)延長干燥時(shí)間一單色一般為15KW，四色一般為64KW為宣及燈管壽命。

 

6．檢驗(yàn)UV的粘連性，看是否具有耐磨擦性。

 

7. 檢驗(yàn)附著力，①劃圈法；②用針尖在墨膜上劃上×形，然后用膠粘帶貼在刻痕上，并拉動(dòng)，脫落0－10％為合格，否則，反之。

 

8. 檢驗(yàn)光固速度；①無粘性（如加壓時(shí)可能蹭臟）；②拇指捻動(dòng)無粘動(dòng)（大約5KG的向下壓力），用指在墨膜上作旋轉(zhuǎn)捻動(dòng)，以墨膜不破裂，可視固化通過；③無劃傷固化，包括用指甲使勁劃墨膜不破裂，可視固化完全。

 

9. 檢驗(yàn)顏色、細(xì)度、流動(dòng)度、著色為、粘性同平版油墨相同。

 

10. 檢驗(yàn)沖擊強(qiáng)度同印鐵印刷相同。

 

說明：通過試驗(yàn)、試用、檢測、分析后認(rèn)為，6＃和 7＃的配方是可行的。因?yàn)?＃配方中的材料均為市場價(jià)格，而UV油墨國產(chǎn)市是價(jià)約為22萬元，毛利幾乎1000％。減去物耗及水電費(fèi)，利潤可達(dá)500％。

 

如果按市售油墨單獨(dú)添加LJJ·TM助劑的活，每公斤油墨節(jié)省約5％費(fèi)用，按噸成品，再加入助劑后，噸油墨可節(jié)省千余元。

 

其次，在市售UV油墨里，對無須處理直接回刷PVC靜電膜，從長遠(yuǎn)的角度看，復(fù)配技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)了現(xiàn)有UV油墨利用平版在非極性材料進(jìn)行印刷的不足，將同納米朱油墨化工技術(shù)一樣成為行業(yè)上的一大熱點(diǎn)。

 

五、疑、難點(diǎn)的討論

 

1. 水墨的平衡控制一在采用酸度計(jì)時(shí)能否將控制的范圍擴(kuò)大一點(diǎn)，以利在膠印過程中控制。

 

2. 貯存期的控制一光散劑是否在印前調(diào)入或制墨時(shí)先少量加入，印刷不足，以提高使用期，減少資源的浪費(fèi)。

 

3．光子分解的控制一除加入LJJ·TM方法外，是否提倡或完善不含光引發(fā)劑的制墨新方法，以便能廣泛應(yīng)用。

 

4．UV油墨的色相定位一我國能否制訂統(tǒng)一UV油墨著色劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，特別是純度指標(biāo)。如能使色調(diào)變差問題得到解決以及印刷廠商統(tǒng)一采用全自動(dòng)配色系統(tǒng)儀器，即可以達(dá)到標(biāo)樣和縮短生產(chǎn)周期。

 

5. UV油墨的高成本．高價(jià)格能否從配方及工藝降至一般膠印油墨價(jià)格，同時(shí)從氫鍵、張力、自由能等方面加以改進(jìn)，提高附著牢度，簡化工藝和減少臭氧氣味，從而減少環(huán)境污染和提高印刷品位。

 

6．非吸收性UV膠印非極性材料，如何由目前的5－8千?。痟，提高到3萬?。痟，同時(shí)使圖文不被溶劑溶解、鋁金屬的PS版成本問題、采用新型更加薄的高效聚合物取代之成為現(xiàn)實(shí)等。

 

7. 如何極易脫除UV油墨印刷墨膜，便于回收、再生而復(fù)重使用。

 

8. 印刷色序的呆板問題一如何能象其他油墨那樣，色序能自由進(jìn)行控制，對皮膚沒有刺激性，以及減少靠版、導(dǎo)墨、傳墨輥個(gè)數(shù)。

 

非吸收性UV膠印非極性油墨的問世，要想獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，需要我國包裝印刷界同仁，樹立民族品牌的危機(jī)意識，圍繞在開發(fā)中繼承，在繼承中創(chuàng)新，以只爭朝夕的精神，共同探索和努力，春光明媚將為期不遠(yuǎn)。