uv固化油墨

UV固化印刷油墨
王小妹
（中山大学化学与化工学院）
摘要：本文从印刷方法、油墨组成特性、油墨配方及制造三方面总结该技术目前的研究状况及发展趋势。

关键词：UV固化印刷油墨
1．印刷方法
UV（紫外光）和EB（电子束）固化油墨的印刷与传统的印刷相比，UV印刷具有许多优点，由于在环保、技术、产品质量等方面的优越性，近二十几年来在世界范围内得到了迅速的发展。

它广泛应用于纸张、金属、塑料、玻璃等平面及曲面表面的印刷，根据印刷的方式、版材、承印物及用途有各种各样的UV油墨。

每一种印刷方法要求不同的油墨粘度、颜料含量和固化速度。

表1列出几种常用油墨印刷的参数值。

表1 印刷方式与油墨、印刷参数
印刷方式颜料含量（%）粘度cps 墨厚μ固化速度m/min 凹版6-9 150-300 2-4 70-100
柔性版12-18 250-2000 2-5 60-150
丝网5-9 5000-10000 10-25 10-25
凸版12-16 10000-15000 3-8 50-100
干胶印14-18 12000-18000 1-4 50-100
湿胶印15-21 18000-30000 1-3 15-400
2． UV固化油墨的基本组成
UV固化油墨的基本组成是：颜料、齐聚物、稀释剂、光引发剂及助剂（流平剂、消泡剂、表面活性剂、填料）等。

目前辐射固化的主要反应历程是由辐射引起光引发剂分解，再引发乙烯类单体/齐聚物聚合交联。

但是固化膜常会有残留的光引发剂及未参与引发聚合的光分解产物，它们会从固化膜中溶出或渗出。

目前关于可聚合的光引发剂的研究正逐渐引起人们的注意，这些光引发剂和单体齐聚物一起固化后，形成交联骨架。

另外，“无引发剂”光聚合体系也正迅速发展。

2.1齐聚物
齐聚物在UV固化油墨中的作用相当于一般油墨内的树脂，通常采用以下几种：
（1）不饱和聚酯
（2）环氧丙烯酸酯
（3）聚氨酯丙烯酸酯
（4）聚酯丙烯酸酯
（5）聚醚丙烯酸酯
（6）聚丙烯酸酯
齐聚物的性能见表2，根据不同的性能要求，可选择一种或几种齐聚物拼用。

表2 UV固化油墨用齐聚物
类型固化速度抗张强度柔性耐化学性不变黄环氧丙烯酸酯高高不好极好中
聚氨酯丙烯酸酯可调可调好好可调
聚酯丙烯酸酯可调中可调好不好
聚醚丙烯酸酯可调中好不好
聚丙酸酯慢低好好极好
不饱和聚酯慢高不好不好不好
2.2活性稀释剂
活性稀释剂不仅可以调节体系粘度，还可调节固化后墨膜的性能和固化速度。

活性稀
释剂分多官能度（含两个以上双键的单体，如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）和单官能度（丙烯
酸异辛酯）两类，稀释剂官能度对体系粘度、固化速度、固化墨膜均有影响，详见表3。

表3 稀释剂官能度对固化性能的影响
性能粘度固化速度伸长率硬度柔性抗冲击性热稳定性耐化学性抗张强度官能团提高—+ —+ ——+ + +
2.3光引发剂
UV固化，是依靠光引发剂吸收辐射能后形成自由基，引发单体和齐聚物发生光交联反
应，形成网状结构的高分子聚合物，从而使液体迅速变成固体。

因此，光引发剂的性能对体
系的固化速度起着直接的、关键性的作用。

UV光引发剂分为均裂型和提氢型两类，提氢型光引发剂一般和增感剂配合使用，常用的增感剂为叔胺类化合物，常用的光引发剂列于表4。

表4 UV油墨常用光引发剂
光引发剂商品名吸收峰（ηm）最长吸收波
长（ηm）
优点缺点用途
二苯甲酮BP 260 370 廉价，与叔胺
配合有较好
表干作用有气味，挥发
性大
安息香甲醚651 330-340 390 价格便宜，热
稳定性好，光
引发效率高
泛黄阻焊油墨
α—羟基异丙基
苯甲酮1173 320-335 370 不泛黄，热稳
定性好，光引
发效率高
挥发大纸张、塑料、
金属上光油
α—羟基环己基
苯甲酮184 325-330 370 不泛黄，热稳
定性好，光引
发效率高
纸张、塑料、
金属上光油
异丙基硫杂蒽酮ITX 375-385 430 分光感读范
围宽，与叔胺
配合引发效
率高
带浅黄色白色油墨
2（4—甲硫基苯甲酰基）—2—吗啉基丙烷907 320-325 385 分光感读范
围宽，高UV
吸收性
有臭味，泛淡
米色，价高
凹版、丝网、
柔版油墨
（4—吗啉基甲酰基）1—卞基，1（二甲胺基）丙
烷369 325-335 440 分光感读范
围宽，高UV
吸收性
淡黄色，价高凹版、丝网、
柔版油墨、阻
焊油墨
3．油墨制造及配方
3.1 UV油墨的影响因素
在设计油墨的配方时，要考虑许多因素。

例如：
（1）油墨的不透明性或透明度
（2）油墨的油水平衡（在平板印刷中）
（3）印刷光泽
（4）油墨粘性
（5）油墨粘度和屈服值
（6）颜料分散程度
（7）固化速度
（8）颜色顺序
（9）油墨对片基的粘附力
（10）在印刷墨膜上烫金或上光油
（11）油墨墨膜的耐性（物理或化学性能）
（12）油墨墨膜的柔软性
（13）耐光性
3.2 油墨配方设计
为了进一步说明这些材料是如何使用的，本文通过分析国外UV油墨样板，提供三个初始UV油墨配方，并列出油墨粘度、固化速度及用途。

（1）UV固化柔性版油墨
颜料12%
聚氨酯丙烯酸酯24%
聚酯丙烯酸酯10%
稀释剂42%
光引发剂10%
助剂2%
UV幽默粘度为560cps/25 o C，固化速度是50m/min，对PVC及经处理过的PP附着很好。

（2）UV固化丝网油墨
颜料5%
聚氨酯丙烯酸酯30%
环氧丙烯酸酯10%
稀释剂30%
光引发剂10%
助剂15%
UV油墨粘度为5000cps/25o C，固化速度是15m/min，在PVC上附着很好。

（3）UV固化平版油墨
颜料18%
聚酯丙烯酸酯22%
环氧丙烯酸酯15%
聚氨酯丙烯酸酯22%
稀释剂7%
光引发剂10%
助剂5%
UV油墨粘度为3000cps/25o C，固化速度是150m/min，在纸张及某些塑料上附着良好。

3.3问题讨论
（1）颜料润湿
丙烯酸酯对颜料的润湿性并不十分好，特别是对平版和柔性版UV油墨。

在平版UV 油墨中要求改善颜料润湿性给出较好的油水平衡、印刷品光泽和流变性。

对柔性版油墨UV 油墨随着颜料含量增加，容易产生颜料絮凝。

在平版和柔版印刷中，油墨转移性与颜料润湿性密切相关。

另一方面，颜料润湿性影响油墨制造成本、研磨效率及颜料分散程度。

印刷的承印物不同，要求采用的润版液要具有相应的适性，以保证良好的印刷质量。

（2）固化速度
目前印刷速度在不断提高，在平版印刷中，卷筒纸印速达400m/min，单张给纸为15000张/每小时。

柔版印刷速度超过150m/min
为了达到较快的印刷速度，可采用官能度高的齐聚物和稀释剂。

（3）附着力
UV油墨在固化干燥时，发生交联聚合反应，瞬间体积缩小，产生较大内应力。

与油性油墨及溶剂油墨相比，存在附着力低的问题。

尤其在某些塑料、玻璃等的附着较难，可对承印物表面进行改性处理来解决。

研究表明：当承印物表面能比油墨膜层表面张力大10达因/厘米时，可达到良好的粘附效果。

亦可采用附着力较好的聚氨酯丙烯酸酯、低、中粘度的聚酯丙烯酸酯，单官能度的稀释剂，减少收缩应力，改善UV油墨的润湿性，提高附着力。

另外，目前还发展一种超支化齐聚物，它具有粘度低、固化速度快、相容性好和膜收缩率低等优点，尤其因为粘度低，在配方中可以少加或不加单体。

结论
据估计，现在国外市场60%的油墨是UV固化油墨，最终将达到75%到80%的份额，最广泛应用的技术是丝网和平（胶）印，柔印是一个潜力很大的市场。

近几年来由于中国经济的快速发展也带动了辐射固化技术的飞速发展，人们的消费要求不断提高，环保意识增强，因此可以预计在二十一世纪的油墨行业中UV固化油墨和水性油墨将得到更快的发展和更广泛的应用。