UV光固化油墨

UV光固化油墨
紫外光固化(UV)油墨是指在紫外线照射下，利用不同波长和能量的紫外光
使油墨成膜和干燥的油墨。

利用不同紫外光谱，可产生不同能量，将不同油墨
连结料中的单体聚合成聚合物，所以UV油墨的色膜具有良好的机械和化学性能。

UV油墨的主要优点有：
不用溶剂；干燥速度快，耗能少；光泽好，色彩鲜艳；耐水、耐溶剂，耐
磨性能好。

UV油墨中光引发剂是一种易受光激发的化合物，在吸收光照后激发
成自由基，能量转移给感光性分子或光交联剂，使UV墨发生光固化反应。

目前UV墨已成为一种较成熟的油墨技术，其污染物排放几乎为零。

除了不含溶剂，UV墨还有如不易糊版，网点清晰，墨色鲜艳光亮，耐化学性能优异，用量省等
优点。

目录
[隐藏]1紫外光固化油墨简介2紫外光固化油墨的组成3紫外光固化油墨
的发展趋势4 UV油墨固化对光固化系统的要求5 UV油墨的特性6 UV油墨的优
势
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紫外光固化油墨简介
紫外光固化油墨是利用紫外线的辐射能量，使液态紫外光材料中的光引发
剂受激变为自由基或阳离子，从而引发紫外光材料中的不饱和双键发生化学反应，形成了固化的体型结构。

它完全符合"3E原则"。

所谓3E，即Energy，节
省能源，在紫外光中不必对基材进行加热，一般紫外光固化为热固化的1/5；Ecology，生态环境保护，紫外光固化材料中不含或只含少量溶剂，同时紫外固化所用能源为电能，不燃油或燃气，无CO2产生，故紫外光固化被誉为"绿色技术"；Economy，经济，紫外固化装置紧凑，流水线生产，加工速度快，因而节
省场地空间，劳动生产率高，紫外固化工艺保证膜层更薄，并有优良的性能，
从而减少原材料消耗，有利于降低经济成本[1][2][3]。

是一种环保、高效、节
能的绿色产品。

这使得它在生产实践显示出强大的生命力。

1.2紫外光固化油墨的历史
紫外光固化油墨是在光固化涂料的基础上发展起来的。

光固涂料正式开始
应用于本世纪60年代，在光照产生激发态和自由基的理论已趋成熟的大背景下，西德拜尔公司和BASF公司产生了第一代光固化涂料所谓"芬斯吉达尔-UV-10"的
商品，70年代初美国的Sun化学公司、Immont公司开发了第二代光固化涂料也
就是丙烯酸系光固化油墨[4]。

此后紫外光固化油墨在印刷包装工业和电子工业
中获得广泛的应用。

紫外光油墨作为一种新型的环保型油墨，它具有节能、无
溶剂排放、不污染环境、生产效率高、适用于对热敏感的承印物、印品性能优异、设备投资低等优点，一直受到世界各国的重视，现已成功应用在涂料、油墨、黏合剂、印刷版材、电子工业、微细加工和快速成型等许多领域[5]。

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紫外光固化油墨的组成
紫外光固化油墨主要由：光固树脂(光活性齐聚体)、活性稀释剂(稀释单体)、光引发剂、着色剂、添加剂等组成。

现将各组份分述如下：
2.1光固树脂
又称齐聚物，是含有不饱和官能团的低分子聚合物，多数为端丙烯酸酯的
低聚物。

是油墨的主要成膜物质，含量约占30%一50%。

最常用的光固树脂又环
氧丙烯酸脂、聚氨脂丙烯酸脂、聚脂丙烯酸脂、聚醚丙烯酸脂。

各类改性丙烯
酸脂等。

它们的性能在很大程度上决定了油墨的物理性能、化学性能、印刷适
性以及印刷品的性能[6]。

常用的紫外光固化树脂性能参照表1
表1常用的紫外光固化树脂性能
类型固化速度抗张强度柔性硬度耐化学性抗黄变形
环氧丙烯酸酯快高不好高极好中至不好
聚氨酯丙烯酸酯快可调好可调好可调
聚酯丙烯酸酯可调中可调中好不好
聚醚丙烯酸酯可调低好低不好好
丙烯酸酯快低好低不好极好
不饱和树脂慢高不好高不好不好
2.2活性稀释剂
又称单体，单体在体系中起着关键的作用，它不仅调节黏度[7]，而且还是成膜物质，对成膜的最终性能、反应的固化动力学、聚合程度以及生成聚合物
的性质都有直接的影响。

低黏度和易溶性是理想单体的性质[8]。

按单体的官能度分，可以分成单官能度、双官能度及多官能度稀释剂。

常用的单体有：双官能单体为二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和1，6-己
二醇二丙烯酸酯(HDDA)；三官能单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)[9][10]。

使用活性稀释剂时，从稀释效果看，单官能>
双官能>多官能；从光固化速度看，单宫能<双官能<多官能，因此在实际应用中，多是用两组分或多组分配合[11]。

2.3光引发剂
2.3.1光引发剂作用机理：
油墨中加入少量的光聚合引发剂，在紫外光的作用下，光引发剂吸收光量子，分解生成自由基，引发不饱和双键发生聚合反应，聚合物分子相互作用形
成网状结构，待自由基失去了活性，链的增长终止。

此时，油墨完全固化。

因此，这个过程可视为：
光量子吸收→激发→自由基分解→(预聚物和单体)开始反应→链增长→连
锁反应→终止。

2.3.2光引发剂现有类型及相关的商品
光引发剂种类繁多，按光解机理分为自由基型和阳离子型；按物理形态分
为液态和固态；按应用领域，可分为涂料和油墨等[12]。

本文主要从自由基和
阳离子两种光引发剂论述。

自由基光引发剂又有：
⑴吸收紫外光辐射后按分裂机制起作用的光引发剂，多是苯偶姻和苯偶酰
缩酮的衍生物：苯偶姻、苯偶姻醚、苯偶酰缩酮等。

⑵能通过提氢或分裂起引发作用的由苯乙酮衍生的引发剂：2，2-二乙氧苯乙酮、对苯氧基-α，α-二氯苯乙酮、1-羟基环乙基苯乙酮等
⑶依靠提氢机制起作用，添加胺类光活化剂可提高活性的芳香酮类光引发剂：二苯甲酮、氯化二苯甲酮、4-苯甲酰基-4-甲基二苯基硫醚等。

阳离子光引发剂常用的有汽巴261等。

汽巴开发出的酰基磷氢化物(BAPO)
型光引发剂(如1700、800等)，很有特色，它们在400nm很强的吸收.引发效率高，有利于墨层的深层固化，且不泛黄。

非常适宜于白色紫外光固化油墨体系[13]。

2.4着色剂
紫外光固化油墨中的着色剂为颜料。

通常如果一个体系含有颜料，则其应
用性能在很大程度上受到颜料性能的影响。

这些影响包括对光、热、气候、有
机溶剂等的稳定性，涉及到加工过程的分散，发花，以及最终产品的颜色匹配
等等。

综合起来，颜料在膜层或油墨中的作用可以分为七大功能：
(1)提供颜色；(2)遮盖一定的颜色；(3)改善膜层的强度；(4)改善膜层的
黏附力；(5)改善膜层的耐劳化性；(6)减少光泽；(7)改进流动和涂布能力[1]。

颜料是决定最终产品色彩和光学特性的关键，而色彩与光学特征与颜料的本质及其分散度即颗粒大小均有很大关系。

在组成相同的条件下，色相、着色力和遮盖力等均与颜料颗粒的分散度有关。

颜料的分散可分为三个过程：润湿、解散、稳定。

润湿和稳定要受到颜料助剂的影响，分散助剂可加快润湿速度，提高分散效率。

需要强调的是，不同颜料对光的吸收、反射和散射的特性不同，从而对紫外光固化的阻碍程度也不同。

有意义的是，大多数颜料在部分紫外光和可见光范围内都有一定的可透射区，可称为该颜料的"光谱窗口"，在该窗口，引发剂可充分吸收紫外光辐射。

因此，确定该窗口的位置对选择合适的光引发剂是非常重要的。

原则上，应选择在颜料的光谱窗范围内具有很好吸收性的光引发剂[14]。

这个对提高有色油墨体系的紫外光固化速度是十分重要的
2.5添加剂
为了改善制品的某些性能，在配制紫外光固化树脂时，往往还要添加适量的流平剂、增塑刑、阻聚刑、润湿剂、消泡剂、热稳定剂以及着色颜料或染料等。

这里需要提醒的是，添加这些添加剂会引发膜层老化变质的问题[15]，还可能对固化系统有一定的影响。

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紫外光固化油墨的发展趋势
如今的紫外光固化发展趋势有如下几个方向：
⑴开发低刺激性的活性单体：
目前应用中的一些活性稀释剂，对人体的刺激性较大，对生产和使用油墨的人体均可能造成过敏或灼伤。

在此前提下，SARTOMER、UCB、ISP等公司已经开发了针对性的烷氧基化改性丙烯酸酮类活性单体、乙烯基醚单体等。

如：乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯。

丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙院三丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、三乙二醉二乙烯基醚、羟
丁基乙烯基醚、碳酸丙基丙烯基醚、十二烷基乙烯基醚等。

这些单体对皮肤的
刺激性程度已经降至极低的值。

⑵使用新的光引发剂：
在光固化体系中,光引发剂在光固化过程中往往不是完全耗尽的，未光解部分常会迁移到涂层的表面，使涂层泛黄、老化，影响产品的质量；另一方面一
些光引发剂和体系不能相容或相容性不好，使其应用受到限制。

为解决这些问题，光引发剂的高分子化引起人们的重视。

相对于小分子质量的引发剂，高分
子化的光引发剂具有以下优点：(1)在聚合物链中能量迁移和分子间反应变得更加容易，而使高分子光引发剂具有更高的光活性；(2)通过与非活性基团共聚,
调节并设计光敏基团间的距离，或改变光活性基团与主链间的距离，从而获得
具有不同反应活性的光引发剂；(3)可以在同一高分子链引入不同的光活性基团，利用它们的协同作用来提高光敏性能；(4)光敏基团的高分子化，限制了光敏基团的迁移，从而防止了涂层的黄变及老化；(5)由于大多数光解碎片仍连接在高分子基体上，因此可以降低体系的气味和毒性[16]。

⑶水性紫外光固化油墨
水性紫外光固化体系是目前紫外光固化领域的一个新研究方向。

它除具有
紫外光固化体系对环境污染性低等特点外，安全性提高，而且体系粘度小，流
变性好，对氧阻聚有一定缓解作用。

水性紫外光固化体系齐聚物制备较复杂，
目前主要通过将齐聚物-单体进行机械分散或乳化，也可引入水溶性基团的方法来制备。

其应用还局限于易挥发场所或吸水性基材表面，这正是油墨主要应用
场合，因此水性紫外光固化油墨从发展看是有生命力的[17]。

⑷开发阳离子及阳离子/自由基紫外光光固化体系
阳离子光固化体系较自由基光固化体系，具有不受氧阻聚影响，表面固化
性好，对人体皮肤刺激性小，固化后墨层内应力小体积收缩小.柔韧性和附着性好等优点.已成为目前研究开发的热门课题。

但该体系的缺欠是可用的光敏树脂和活性稀释剂品种较少，易受环境湿度和碱性影响等[5]。

阳离子光固化虽然具有快速、无氧阻聚、与基材附着力好等优点[18]，但由于可以使用的原材料较少，阳离子光固体系只占整个光固体系的6%[19].
当今世界环保的呼声越来越高，为了子孙后代的利益，也为了全民族的可
持续发展，我们国家制定了更加严格的环保政策，加大了执法力度；再加上人
们对环保认识的加深和对环保产品的喜爱，这些都给紫外光固化油墨的生产和
发展带来了绝好的机遇。

世界上一些印刷油墨工业先进的国家正在积极的发展
之中[20]，在21世纪。

紫外光固化油墨必将获得更大的发展。

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UV油墨固化对光固化系统的要求
1、反射罩的类型：聚焦型，非聚焦型和多面反射型。

一般使用聚焦型，非聚焦型和多面反射型常用来固化光油(没有着色料的油墨)。

2、UV灯：UV灯的功率要满足能穿透UV油墨达到固化的要求。

UV灯的使
用寿命不低于1500小时，一般建议使用l200小时就应更换下来。

每隔一定时
间清洁灯管，清洁后将灯管逆时针旋转1/4周(可重复三次)。

在安装和清洗UV
灯时要小心。

3、固化系统的检测：可用能量计测量UV灯的输出能量。

用UV，IMAP波形
显示器绘制出UV图，根据UV图，检测固化系统；若绘制出的能量图很尖，说
明固化系统无问题；若顶端为驼峰，说明反射罩有灰尘；若顶端为圆的，说明
灯管老化，根据老化的程度该更换的应换掉。

4、光固化的要素：
UV灯的功率：即UV光的辐射量，也称穿透力，一定要满足紫外固化油墨
的要求，若UV灯的功率不够，即使光照时间再长，或者重复固化次数，也不能使油墨完全固化。

所以当UV灯的功率不够时，就需通过高功率的灯使油墨固化，这是因为低功率的灯发出的UV光不能穿透到墨层底部，使底部不固化。

固化速度：固化速度要从两方面来考虑。

一是充分固化；二是以最佳固化
速度固化。

最佳固化速度的选择方法是：先以某一速度通过UV机固化，如果固
化了，再加快速度，直到通过固化机出来的墨层不能固化为止，这时，就能确
定最佳固化速度，即开始不固化的速度×0.8=最佳固化速度。

UV灯的光谱波长范围：即UV灯的分光感度范围一定要与UV油墨相匹配。

一般要求UV灯的波长范围为l80-420nm之间，峰值365nm。

如有必要，可搭配
使用金属卤素灯，以固化较难固化的黑、白色的UV油墨。

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UV油墨的特性
受紫外线照射后瞬时固化，印后加工即可进行，成品交货短期化；不用喷粉、操作环境良好，可以避免喷粉所导致的品质问题；可印刷于纸以外的承印
物(塑料薄膜，金银卡纸、铝箔等)此特性比传统平版印刷能印刷更多的产品种类，有更广阔的市场未来性；没有石油溶剂的蒸发，对环境没有污染。

VOC=0；非常之好的耐摩擦性；纸张的损失少；与热干燥相比，干燥装置的占用面积少；联机印刷中的中间干燥成可能；于印刷同时可立即干燥，可大幅改善生产效率，由于不需要等待油墨干燥时间，所以生产时间可以大幅缩短，印刷公司也可以
节省许多储存待干印件的空间，对成本节省多有助益。

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UV油墨的优势
干燥快速，性能优良。

UV油墨在UV光照射下，只需1/10秒到几秒即可彻
底干燥固化，速度很快。

在联机印刷的传递中即可干燥，保证印后可随即进行
后加工，有利于后加工工序的进行，节省成品周期。

此外，由于UV油墨只有在紫外线光的照射下才会干燥，油墨在印刷过程甚至在墨斗中长期存放，其性能
也能保持稳定，也不会出现在墨辊上结皮的现象。

节省能源，符合环保。

比除
自然蒸发干燥油墨外的任何油墨，更节省能源，较少浪费。

UV油墨的另一个重
要的特点是油墨固化后固含量接近100%，几乎不含VOC，即固化过程中不会或
很少放射出挥发性的有机化合物，不会造成危害性较强的环境污染，使印刷环
境空气较清新，气味小，有利于环保和职工身体健康，对环境无污染，符合环
保和绿色印刷的要求，是属于一种环保型的油墨。

此外，油墨闪点高(100℃以上)，不易燃烧，节省热能，使用安全。

设备占地面积小。

与热干燥相比，干燥装置的占用面积少。

印刷可流水作业，节省人力，经济实惠。

干膜厚度相同的
情况下，印刷面积大。

此外，印刷品颜色稳定性好，光亮度高。

油墨颗粒小，
可印精细图纹。

UV油墨能够提供鲜艳、光亮的色彩，保证印刷品光泽好，色彩
鲜艳；由于印品墨层结实、快干及交联，这样的墨层具有较高的耐摩擦性能和
耐化学性能。

因此UV油墨可用于需要耐磨的外包装印刷。

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