光固化油墨及其配方设计

UV油墨及其配方设计
Samuel Cao
UV光固化油墨的分类
•胶印UV油墨 UV油墨的承印物
•柔印UV油墨纸张及纸板：
•凹印UV油墨金属：铁、金、银、铜、铝•柔印UV油墨塑料： PP、PE、PET、
•丝印UV油墨 PVC、PC、ABS等
•移印UV油墨玻璃：无机玻璃、有机玻璃•喷绘UV油墨布料：PP无纺布、PET涤纶布、 NYLON尼龙布等
UV固化油墨的优点
•无污染、无溶剂释放
•节省成本
•生产效率高
•瞬时干燥、无需喷粉
•质量高、网点扩大小、光泽丰满清晰•可用于热敏承印物
UV光固化油墨所用颜料
•无机颜料：金属颜料、金属盐颜料、
金属氧化物颜料、金属硫化物颜料有机颜料：偶氮颜料、酞菁颜料、
色淀颜料、新型盐颜料
颜料的作用
•提供遮盖力、赋予油墨和涂料以色彩•增加强度
•增加附着力
•改善流变性能
•改善耐候性
•功能作用
•降低光泽
•降低成本
有机颜料与无机颜料性能比较
•有机颜料：色彩丰富、鲜艳、色泽好，
优于无机颜料
无机颜料：耐光、耐热、耐溶剂、
价格低廉
颜料体系与无颜料体系光吸收的比
较
在UV丝印油墨中能量的吸收
UVA（320-390） ＵＶＢ（280-320）油墨表层的最上面 6560 1995
基材的最上面 138 157
油墨吸收的能量 98％ 92％
可用于基材固化的能量 2％ ２％
黑色丝印ＵＶ油墨，所用ＵＶ光源为：ＦＵＳＩＯＮ　ＵＶ１　600（240Ｗ／ＣＭ）　Ｄ灯
在ＵＶ丝印光油中的能量吸收
• ＵＶＡ（320-390）ＵＶＢ（280-320）ＵＶＣ（250-260）•光油表层的最上面 2162 2161 254
•基材的最上面 1400 880 15
•油墨吸收的能量 35％ 59％ 94％
•可用于固化基材的能量 65％ 41％ ６％
•丝印ＵＶ光油，所用ＵＶ光源为：ＦＵＳＩＯＮ　ＵＶ１　６００
• （240Ｗ／ＣＭ）　Ｈ灯
光引发体系
•ＵＶ光固化油墨的光固化速度主要取决于光敏引发体系，因此选择好的光引发剂对光固化油墨十分重要。

•光引发剂的选择原则如下：
•光引发剂的紫外－可见光谱吸收、紫外光源的发射光谱和颜料的最小吸收要匹配，也就是紫外光源的最强光谱发射波长，刚好是光引发剂的最大吸收和颜料的最小吸收。

各波段紫外光在UV油墨中穿透能力
的比较
•UVV＞UVA＞UVB＞UVC
各种光源的发射光谱说明
•H灯
在紫外线UVC范围内照射强度大，主要用于表面干燥、薄层的固化（如：油墨、油漆）、杀菌（外表面、液体）
G灯
在短波可见光和紫外线ＵＶＣ范围内照射强度大、主要用于深层固化（如聚酯树脂）
　Ｆ灯
　在紫外线ＵＶＡＵＶＢ及可见光范围内，宽广的光谱具有高的辐射强度。

主要用于表面固化和深层固化（如：粘结剂、塑料和填料）、荧光性激发
固化速度
丝印UV蓝墨，在玻璃板上12微米膜厚，2%引发剂+3%MDEA，摆杆硬度：2H
摆杆硬度
丝印UV光油，50微米膜厚，2.5米/分，2%引发剂+3%MEDA
氧的阻聚•光引发过程
hv O2•PI →1(PI) ﹡→3(PI) ﹡→猝灭•↓
• R1O2·← R1·+R2·→R1M·• O2 M·
克服氧阻聚的方法
•（1）. 增大光强；
•（2）. 加入胺类化合物；•（3）. 改变光引发剂；•（4）. 改变低聚物或单体；•（5）. 在惰性气氛中进行光照。

胺类抗氧阻聚的机理
• ·•RO2·+R1CH2NR2R3→ROOH+R1CHNR2R3
预聚体和活性稀释单体的作用
•油墨的主要组成成分，“是油墨的心脏”
•活性连接体：颜料的连接料，可光聚合成网状大分子
•赋予油墨理想的物理机械性能
•包括：强度，硬度，柔韧性，光泽度，耐溶剂，耐老化，耐磨
•调节活性官能团，提高光固化速度
•给颜料以润湿、分散和稳定作用
•给油墨印刷适性：粘度、粘性、屈服值、流变性、油墨转移性能
预聚体：如二到四官能度的丙烯酸酯•例如环氧丙烯酸酯：
•双酚A环氧丙烯酸酯
•大豆油改性环氧丙烯酸酯
•酸酐改性环氧丙烯酸酯
•胺改性环氧丙烯酸酯
•脂肪酸改性环氧丙烯酸酯酚醛环氧丙烯酸酯•乙氧（丙氧）改性环氧丙烯酸酯
预聚物
•聚醚丙烯酸酯：二官能度、四官能度•聚酯丙烯酸酯：二、三、四、六官能度，氯化，低粘度、高粘度
•聚氨酯丙烯酸酯：二、三、四、五、六官能度，芳香族，脂肪族，聚醚型
颜料的分散分为三个过程•润湿、分散、稳定
微细颗粒在液相介质中的分散过程
•颗粒在液相中的浸润；
•颗粒聚团在机械作用下的解体和分散；•将原生颗粒或较小的聚团稳定，阻止再进一步不发生团聚。

颗粒分散的稳定性
•在颗粒悬浮体系中，颗粒分散的稳定性取决于颗粒间相互作用的总作用能；
•当颗粒间的排斥作用大于其相互吸引作用时，则颗粒间处于稳定的分散状态，反之，则颗粒间产生团聚。

颜料粒子稳定的两种方式
•电荷保护作用
•立体保护作用（空间位阻效应）
稀释单体•常用单体：
•甲基丙烯酸羟乙酯
•1，6-己二醇二丙烯酸酯
•季戊四醇四丙烯酸酯
•三丙二醇二丙烯酸酯
•三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
•新戊二醇二丙烯酸酯
•二丙二醇二丙烯酸酯
•近来新发展的稀释单体
•乙氧化新戊二醇二丙烯酸酯
•乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
•二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯
乙氧基酚基丙烯酸酯
•丙氧化甘油三丙烯酸酯
油墨印刷适性
•油墨在印刷机上顺利地转移到印刷物表面，必须具备适宜的印刷适性：包括：流动性、流平性和转移性。

•油墨的流动形式
•油墨的粘度：测量流体粘滞性的物理量
•油墨的触变性：剪切速率保持恒定时，剪切应力和表观粘度随时间的延长而减少
•油墨的屈服应力：当剪切应力小于T时，油墨不会发生流动，而当剪切应力大于T时，油墨像牛顿流体一样流动，T即为油墨的屈服值。

•油墨的粘性：油墨的内聚力，是油墨分子间的作用力与抗剥离能力，是油墨分子间的作用力。

•油墨的拉丝：油墨拉成丝状的性质
油墨的流动类型
•A.牛顿流体流动
•B.假塑性流动：适用类型：柔印油墨、凹印油墨•C.胀流性流动
•D.宾汉姆流体流动
•E.塑性流体流动：适用类型：平版胶印油墨、丝网印刷油墨
实验得到的UV色墨与UV单体的搭配类型•对四种多醇和两种烷氧化类型的16种丙烯酸酯单体进行颜色强度和流变性的研究，没有得出化学结构与性能的关系，但得到颜色强度、粘度和屈服值有价值的结果。

•颜色强度、低粘度、低屈服值的组合：
•黄油墨、黑油墨：（PO）2-NPGDA，二丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯•蓝油墨：TPGDA，二缩三丙二醇二丙烯酸酯
•红油墨：MM（EO）3-TMPDA，三乙氧基化三羟甲基丙烷二丙烯酸酯单甲醚•没有一个特殊的单体对四种彩色油墨都能得到最佳的性能
UV光固化油墨助剂
•一.泡沫控制助剂：
• 1.改善表观；2.防止针孔；3.防止桔子皮；• 4.改善研磨分散过程中的颜料润湿。

•二.表面控制助剂：
•（一）.润湿剂：
• 1.提高对底材的粘附力；2.提高层间粘附；• 3.颜料漂浮与树脂润湿。

•(二).流平剂:
• 1.改善层间粘附力；2.改善表观；3.改善光泽。

UV丝印油墨起始配方
•齐聚体： 50-80%
•颜料： 4%
•单体： 10-30%
•活性胺： 3%
•ITX： 0.5%
•907： 4.5%
•共计： 100%
UV胶印油墨起始配方
•预聚体：环氧丙烯酸酯： 20.0%•聚酯丙烯酸酯: 10.0%•稀释单体：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯： 10.0%•三丙二醇二丙烯酸酯： 31.0%
•引发剂：二苯甲酮: 5.0%•二苯乙二酮： 3.0%•甲基二乙醇胺： 2.0%
•颜料：品红： 16.0%•填料： 3.0%•共计： 100%
工业印刷用双重固化数码油墨
•UV固化聚合的类型
•（一）.自由基聚合固化
•配方通常包括单体、齐聚物、光引发剂以及助剂，丙烯酸类是最常用的单体。

• O O
• ǁ ǁ
•H2C＝CH—C—O—R—O—C—HC＝CH2
•（二）阳离子聚合固化
•配方通常包括：环氧类、乙氧基类、乙烯基醚类
双重固化方式
•结合自由基聚合和阳离子聚合的双重固化拥有两者的优点。

阳离子聚合的部分可使收缩率降低，从而使附着力较好；而自由基聚合部分则可加快聚合速率。

其中阳离子聚合既可以有热引发也可以由UV辐射引发。

油墨附着力
•自由基聚合固化速率快，收缩率高，从而导致涂层有较高的应力，因此很难在多种基材上都获得较好的附着力。

•阳离子聚合收缩率低，涂层对基材的附着力好，但由于环境中水汽的影响，使得聚合固化速率较慢。

•双重固化油墨扬长避短，充分利用两者的优点。

结论
•双重固化油墨拥有自由基固化和阳离子固化的优势，它们能够适用于大多数基材为其提供良好附着力。

•然而油墨在室温和喷射温度下的稳定性是主要的问题，这就需要使用合适的稳定剂。

•双重固化油墨有良好的耐化学药品腐蚀性。

•THANK YOU！•谢谢！。