非吸收性UV印刷油墨在PVC靜電薄膜上的運用

本文圍繞非吸收性光固化膠印油墨進行長達十余年的探索后，認為：解決附著、增加流動、防止光子分解、降低油墨成本及改進墨性的有效途徑是在其體系內添加LJJ·TM助劑。在此，僅就筆者的點滴實踐同業內外人士商榷。

 

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、嘗試，作為綠色包裝印刷油墨這門嶄新的邊緣學科，由于污染小、干燥快．耗能少，已成為當全國際新時尚。"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、圖文網點層次逼真的膠印，尤其能在非吸收的非極性材料上的UV油墨實屬很少。究其原因是：成本太高，附著牢度差，低溫沒有流動性（一般靠加熱），成膜過程，什至成膜后光子可能分解（自由基）等等而受到了應用范圍的限制。其次是膜脆，在PVC靜電薄膜上印刷的網點容易丟失或經磨擦墨粉脫落已成為一大難點，靠UV上光油工彌補其缺陷往往白白浪費工時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現技術上的突破，一直在左右該產品的發展。

 

二、理論與實踐的探索

 

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（樹脂連結料），再加入光引發劑、著色劑等構成。連結料大致分為三大類型：（1）活性基聚合型；（2）聚烯硫醇固化系統的活性基加合聚合型；（3）環氧樹脂的離子聚合型。

 

市場國際化和經濟一體化的到來，必將受生態政策而左右。UV油墨同樣也面臨著科學理論上的突破與應用技術的創新一它不再只是紙、紙盒、包裝紙、標簽、金屬箔復合紙、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、網版、凹版轉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油墨無力應對而去拓展這一市場空間。

 

為了改善包裝印刷環境，感光固化油墨、感光固化上光油的設備、設施為15KM－64KM之間。為了確保印刷圖文達到干燥速度的平衡，人們總是依據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，并根據顏色色相個數而安裝或打開紫外線燈管（泡）和調節其受光距離，為了保證產品的高質量，防止墨膜脫落，印刷者現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反應，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（態）分子。正如人們已知道的每一個光子只能活化一個分子；同一分子在同一瞬間只能吸收－個光子。因此，理論上往往解釋為：分子吸收－個光子后，會發生向高級能應的電子躍遷，發生電子躍遷的分子稱為激發態（即分子），這種激發態分子除釋放能量后而又返回到基態外，還有可能向其它分子轉移能量或產生自由基后能量轉感光性高分子至聚合固化或是光交聯及光架橋。無論是油墨體系含有光引發劑，其目的是使UV油墨體系發生光固化反應，也就是引發光敏的化學反應的結果；還是近年來已經問世的不含有引發劑的UV油墨和UV上光油，其光固化是靠溶劑使其體系交聯成網狀結構后，光聚臺的化學反應的結果。體系里含有紫外線吸收劑，在吸收天然陽光和熒光源中，紫外線能夠轉變成硬化交聯的墨膜結構。

 

我們在對同一用途的UV油墨進行嚴格的歸類、篩選后認為：作為冷光源的黑光燈和熱光源的碘鎵燈進行油墨干燥過程的記錄試驗，就安全而言，前者優于后者。因為當UV非吸收性膠印油墨在印壓后的墨膜物質，受到紫外線或可見光的照射時，其分子外層的電子被激發而躍遷到較高的能級位），才能出現光的吸收。筆者在經過對武漢樹脂、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行試驗，檢測比對一分子中不同的鍵臺，包括不同的不飽和鍵、芳香環、雜元素的有機化合物及金屬絡合物的定性、定量分析，雖然紫外線光區在200－400納米，可見光區在400－800納米之間，僅占可見光的4％，正是這4％的作用對產生了光化學反應。由于在不同波長處往往會出現不同強度的光的吸收，所構成的吸收光譜具有高靈敏（光化學反應）度，幾乎是在看不見就能化合固化的情況下快速干燥，更能設計出成套的全自動化（從膠印到固化），也能夠適應微量、痕量分析和動力學研究一從光源到光強（電壓高低也不會相同），從燈型到輸出間距（發出的光譜分布也不盡相同）；從墨膜厚薄包括體系內光敏劑含量多少）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或引起偶聯架橋等光交聯反應，這點已使油墨同行所共識。但在使用非吸收性的極性UV油墨就可能重新導致光子分解，本文在此不作贅述。

 

實現UV膠印非極性材料，達到附著牢度，改變低溫特性，能夠正常流動和免去靠上光油的波動作業方式，筆者在圍繞上述問題進行研究后發現：大多數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上光油總體結構，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、復配（混合）技術，運用"價值工程"、"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UV油墨體系中，經簡單分散后，在青島中華道盛印刷公司配合下，開機印刷后達到不再上光就能附著牢固的可喜效果－材料個數少、工藝簡化、周期縮短、適性擴大、質量提高。我們從中感悟到：只有搶占科技制高點，才能拓展非極性軟包裝承印載體的印刷消費空間；只有占領了市場經濟的灘頭陣地，才能反復強調時間就是金錢、質量就是生命；只有以高質量低價值的印刷油墨作基礎，才能把握住時機去占領市場經濟的灘頭陣地；只有做至人無我有、人有我優、人代我新，才能從市場信息反饋中去捕捉國內外最新科技成果為我所用。

 

三、創新與提高的思路

 

1．綠色非吸收性UV膠印極性材料油墨，顧名思義是根據不同油墨組成的，并要求具有附著性、高流動性、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（舉例配方設計：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／連結料）所列舉的油墨配方（①著色料白50－60％，彩墨15－25％；②連結料40－70％；③輔助劑0.01-20％）進行檢測分析，從中不難看出，其體系酸性混合物是導致UV油墨成膜過程或成源后在光引發劑的作用下同時出現光子分解過程（分子分解）的問題原因之一。另外，我們根據現行樹脂技術指標：①粘度25－50帕·秒／25°C；②酸值20以下；③色澤≤10；油墨技術指標：①顏色近樣；②細度15－20μm；③流動度20－35mm；④著色力90－110％；⑤粘性15－25（32°C）；⑥沖擊強度（N·m）29．4；①光固時間SI－3等，進行認真反復的研究后發現，流動度的定位已不適應現代高速輪轉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，以提高其流動性，但經紫外線光固后，尤其經背面曝光后，一是光澤略差，二是經摩擦墨膜成顆粒狀脫落－墨膜體系內的樹脂成份少和過脆而造成的。從大的范圍講，偏酸的油墨會提高印刷墨膜的附著軍度，但上述故障的出現，我們一時感到束手無策，因而中斷了幾年的研究課題。為沖破現自學術理論設定的框框，跳出環境、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的總稱）作為重點，先后設定了樹脂連結料和顏、染料著色的配方、工藝（詳見表一），即拋棄傳統實用加載方式，采用復配技術的添加助劑方式。在配方中，我們在著色劑方面進行了設計一無機顏料、有機顏料、體質顏料、金屬粉螢光染料等，還從價格、色彩、明暗、耐堿性、耐磨性，尤真是油墨的固化特性、儲存穩定性、表面反射性及濕潤性考慮。

 

1.武漢樹脂制造連結料的工藝流程

 

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

 

2．西安樹脂制造連結料的工藝流程

 

先將安息香研細加入樹脂中，升溫12O°C，充分攪拌，并恒溫（120°C）20分鐘后降溫至80－60°C時加入對苯二酚，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，網版彩墨5.5－11g。

 

3，主要原材料的性能和用途

 

（1）光引發劑兼防腐劑：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。光引發劑有許多種，通常應考慮到固化性、吸收光譜、穩定性、色調、透性、臭氣、揮發性、離子反應性、腐蝕性、印膜的膨脹性等，確保光引發劑的穩定性是首要的。

 

（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）輔助樹脂兼交聯劑；醋酸乙烯，又稱乙烯基醋酸酯。

 

（8）交聯劑兼稀釋劑：苯乙烯，又稱乙烯苯。

 

（9）輔助樹脂兼交聯劑：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。

 

根據上述配方設計和生產工藝要求，該油墨生產方法基本上同傳統平版油墨一樣，只是該產品在使用過程中是在一定波長的紫外線光照射下，油墨體系便發生交聯反應一即由液態轉變成固態。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；既能直接進行柔性凸版印刷，又能進行轉移性平版印刷；既沒有烘箱或電吹風設施，又無須考慮臟版進噴粉。我們在上述配方的試驗時，光引發劑問LJJ·TM助劑一步到位和市售油墨產品SLJJ·TM臨時進行調配而進行試產開印后，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。同時在零下5－l0°C時油墨無須加熱，使照常在高速運轉中流動。當我們從網圖文版面成膜（像）后發現：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、連續的墨膜，不僅增加附著性，而且大大縮短了工時，是其它油墨無法比擬的。再者，我們為了完善非吸收性產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，減少共軛雙鍵，握高抗氧性，使其粉化難以附著，低溫流動慢，促進包裝印刷圖文呈現各種色彩，低溫穩定性，以適應包裝印刷的要求，以廉價、優質的UV油墨品牌，參與國際市場競爭，迎接21世紀的納米油墨技術時代的挑戰。

 

四、檢驗方法與結論

 

1. 檢驗水墨平衡，用酸度計分別測其PH廈，如不平衡可采用醋酸或堿進行調解之。本文略述。

 

2. 檢驗軍間環境濕度、濕度是否控制在60±5％和22±3°C之間。

 

3．檢驗原潤版液是否接觸了平版，盡可能不接觸為準。

 

4．檢驗連結料是否色淺、透明及青色劑的純度。

 

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

 

6．檢驗UV的粘連性，看是否具有耐磨擦性。

 

7. 檢驗附著力，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，脫落0－10％為合格，否則，反之。

 

8. 檢驗光固速度；①無粘性（如加壓時可能蹭臟）；②拇指捻動無粘動（大約5KG的向下壓力），用指在墨膜上作旋轉捻動，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. 檢驗顏色、細度、流動度、著色為、粘性同平版油墨相同。

 

10. 檢驗沖擊強度同印鐵印刷相同。

 

說明：通過試驗、試用、檢測、分析后認為，6＃和 7＃的配方是可行的。因為6＃配方中的材料均為市場價格，而UV油墨國產市是價約為22萬元，毛利幾乎1000％。減去物耗及水電費，利潤可達500％。

 

如果按市售油墨單獨添加LJJ·TM助劑的活，每公斤油墨節省約5％費用，按噸成品，再加入助劑后，噸油墨可節省千余元。

 

其次，在市售UV油墨里，對無須處理直接回刷PVC靜電膜，從長遠的角度看，復配技術的應用，彌補了現有UV油墨利用平版在非極性材料進行印刷的不足，將同納米朱油墨化工技術一樣成為行業上的一大熱點。

 

五、疑、難點的討論

 

1. 水墨的平衡控制一在采用酸度計時能否將控制的范圍擴大一點，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入或制墨時先少量加入，印刷不足，以提高使用期，減少資源的浪費。

 

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劑的制墨新方法，以便能廣泛應用。

 

4．UV油墨的色相定位一我國能否制訂統一UV油墨著色劑的質量標準，特別是純度指標。如能使色調變差問題得到解決以及印刷廠商統一采用全自動配色系統儀器，即可以達到標樣和縮短生產周期。

 

5. UV油墨的高成本．高價格能否從配方及工藝降至一般膠印油墨價格，同時從氫鍵、張力、自由能等方面加以改進，提高附著牢度，簡化工藝和減少臭氧氣味，從而減少環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5－8千印／h，提高到3萬印／h，同時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實等。

 

7. 如何極易脫除UV油墨印刷墨膜，便于回收、再生而復重使用。

 

8. 印刷色序的呆板問題一如何能象其他油墨那樣，色序能自由進行控制，對皮膚沒有刺激性，以及減少靠版、導墨、傳墨輥個數。

 

非吸收性UV膠印非極性油墨的問世，要想獨領風騷，需要我國包裝印刷界同仁，樹立民族品牌的危機意識，圍繞在開發中繼承，在繼承中創新，以只爭朝夕的精神，共同探索和努力，春光明媚將為期不遠。