第六章 UV固化油墨

组 成
特 点
热固化（干燥）
非转化型
转化型
辐射（UV）固化
非转化型连结料 溶剂 颜料 其它
转化型连结料 溶剂 颜料 其它
齐聚物 单体 光引发剂 颜料 其它
1.溶剂仅起稀释作用，1. 溶剂仅起稀释作用， 1. 起稀释作用的活性
固化完毕，溶剂挥 固化完毕，溶剂挥发。 单体也参与固化反应，
发。
2.连结料分子量较低，通 成为固化材料的组成
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。
反射罩主要是将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。
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 装置的重要性。
(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。
(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。
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。
(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。
6.2.6 颜料的选择
白色颜料是钛白粉(TiO2)，它有效吸收光谱约在380nm，光谱窗 口是380~420nm。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。
UV固化油墨通用配方
名称 丙烯酸酯树脂或混合树脂
丙烯酸酯稀释单体 颜料
光引发剂 光活化剂 润湿剂和表面活性剂
石蜡
含 量/wt% 40-60 10-20 15-23 3-8 2-5 1 2
UV固化印刷罩光漆通用配方
名称 丙烯酸酯树脂 丙烯酸酯稀释单体 三官能或多官能交联剂 复合光引发剂
光活化剂 表面活性剂和石蜡
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。
黑墨
黑色油墨 环氧丙烯酸酯树脂
稀释单体 二苯甲酮 Irgacure 651 2-氯硫杂蒽酮
炭墨 酞菁蓝调节剂
石蜡 光活化剂，如Quantacure EPD
总计
含 量/wt% 43 20 4 3 3 15 2 3 7
100.0
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。
2.连结料分子量较高 过交联固化的化学反应 部分。
，固化过程无化学 （聚合或氧化），形成 2.通过（UV）辐射发
反应。
不能再融的固化层
生聚合反应而固化。
油墨的类型（按版型的不同）
版型
举例
凸 版 铅印（书籍）油墨、轮转（新闻）油墨、铜版油墨、 柔性凸版油墨
平版 凹版
石印油墨、胶印油墨、亮光油墨、
雕刻凹版（钞票、邮票）油墨、轮转（腐蚀）凹版油 墨、塑料油墨
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。
结合UV灯，解决温度与IR之间关系的技术有： 减少发射、传送和控制热量移动。 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。
(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。
滤过版 丝网油墨、导电油墨、荧光油墨、塑料油墨
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。
(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。
2. 饱和树脂的选用 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 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。
第六章 UV固化油墨
6.1 油墨的组成和类型
UV墨 颜料(pigment) 预聚物(oligomer) 单体(monomer) 添加剂(additives)
传统墨 颜料(pigment)
树脂(resin) 溶剂(solvent) 添加剂(additives)
油墨的类型（按固化方式的不同）
固化 （干 燥）方 式
二、光固化分析： 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。
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。
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
蓝 色油墨 环氧丙烯酸酯树脂 调节固化的树脂，如聚酯丙烯酸酯
稀释单体，如DDA 二苯甲酮
2-氯硫杂蒽酮 活化剂，如 二烷氨基苯甲酸丁氧乙酯
酞菁蓝 炭墨 石蜡
稳定剂 总计
含 量/wt% 35 20
10 5 3 5
15 5 1.9 0.1 100.0
颜料
10-30
丙烯酸酯树脂
35-60
稀释单体
15-50
光引发剂
3-7பைடு நூலகம்
添加剂
1-5
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。
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200400nm。
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 稳定剂又称阻聚剂。大多数单体和齐聚物已加有稳定剂。 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。
6.2.3 光引发剂的选择
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350~400nm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。
塑料和金属用油墨常采用添加剂以促进附着力。