光固化油墨介绍详

光固化油墨
1
光固油墨在光固化材料市场中的分布
欧洲 北美 日本
工业涂料 印刷油墨 电子工业 黏合剂
64000 12400 2900
1100
46150 16350 14900 2500
13750 7940
14728 488
合计 84000 79900 36906
油墨所占比例 14．8% 20．5% 21．5%
DEAP:TEPO 75:25
110
DEAP:TEPO 50:50
170
DEAP:TEPO 25:75
330
Yellowness Index 0.72 0.85 0.84 0.83 0.81 0.95
44
Cure speed of a White Coating containing 40% TiO2 using the Fusion “V” bulb
IA1/IA = 1C1/(1C1 + 2C2 +………)
所以在体系中加入吸光的颜料时，光引发剂吸收光子的总量 下降。
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颜料体系与无颜料体系光吸收 的比较
Absorption of Energy in UV Screen Ink
UVA(320-390) UVB(280-320)
Top Surface of Ink
Blend DEAP:TPO 75:25 DEAP:TPO 50:50 DEAP:TPO 25:75 DEAP:TEPO 75:25 DEAP:TEPO 50:50 DEAP:TEPO 25:75
Cure Speed (ft/min) 420 >544 >544 360 530 >544
Yellowness Index 0.77 0.87 0.94 0.83 0.79 0.96
6660
1995
Top of Substrate
138
157
Absorbed in Ink
98%
92%
Available for cure
at substrate
2%
8%
黑色丝印油墨，所用光源为：Fusion UV1 600 (240W/cm) D灯
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清漆，所用光源为：Fusion UV1 600 (240W/cm) H灯
引发剂 二苯甲酮
5.0
二苯乙二酮
3.0
颜料 甲基二乙醇胺 品红
2.0 16.0 5
➢ 遮盖和赋予涂料和油墨以彩色 ➢ 增加强度 ➢ 增加附着力 ➢ 改变流变性能 ➢ 改善耐侯性 ➢ 功能作用 ➢ 降低光泽 ➢ 降低成本
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光固油墨颜料
颜
料
无机颜料
有机颜料
金 金 金金 属 属 属属 颜 氧 硫盐 料 化 化颜
35%
59%
94%
Available for cure
at substrate
65%
41%
6%
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各种白色颜料的吸收光谱
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含不同白色颜料的油墨配方的 光固化过程
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光引发体系
光固油墨的固化速度主要 取决于光敏引发体系, 因 此选择好的光引发剂对光 固油墨体系十分重要
光引发剂的选择原则如下:
光引发剂的紫外-可见光谱吸收,光源的发射光谱和颜 料的最小吸收要相匹配, 也就是光源的最强发射光谱 波长, 刚好是光引发剂的最大吸收和颜料的最小吸收
390420nm 547 794
200600nm 1797 2440
对于配方： TiO2 18% CN120/HDDA(1:1), Dacure 4265 1.5% 184 0.5%
VIP F600 固化硬度同样达到17 Swings. 固化速度： 300fpm, 200fpm
同样的固化速度，硬度VIP比F600提高40~50%
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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 给油墨以理想的机械物理性能 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 给颜料以湿润, 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
固化性能 单 双 三 四 五
固化速度 慢 …… …… …… ……
柔韧性 柔韧 …… …… …… ……
硬度
软 …… …… …… ……
抗溶剂性 差 …… …… …… ……
收缩
低 …… …… …… ……
六 快 脆 硬 优 高
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Sartomer 公司用于UV胶印油墨的齐 聚体产品
产品 CN293
产品级别 聚酯丙烯酸酯
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光源颜料引发剂匹配实例
Emission spectra of F600-V bulb and absorb/reflection spectra of TiO2
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Emission spectra of VIP 397/418 bulb and absorb/reflection spectra of TiO2
光固油墨的承印物： 纸张 纸板 金属（Al, Fe, Cu）塑料
（PE, PP, PVC) 玻璃 纤维
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光固化油墨与光固化涂料配方的对比
UV印刷油墨配方实例：
UV胶印油墨
预聚体 环氧丙烯酸树脂 聚酯丙烯酸树脂
20.0 10.0
稀释单体 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 三丙二醇二丙烯酸酯
10.0 31.0
Acrylate Blend CN120 Cn2200 CN2201 CN2800 CN2900 CN2100 CN2101 CN2901 CN2902
Mill Passes 5 4 5 5 4 2 2 4 5
Viscosity(CP) 201000 205000 288000 191000 316000 183000 176000 207000 204000
Enhances cure speed.
Flexible. Excellent flow. Low color. Good water-ink balance. Good pigment wetting.
Improved adhesion. Low water pickup. Good emulsion and antimisting characteristics.
Good pigment wetting. Good emulsion stability. Gloss enhancement.
Provides improved adhesion, low
water pickup, and anti-misting
characteristics
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CN2100和CN2101对与分散紫罗兰颜料 来说相对于其他齐聚物来说更有效率
柔版, 胶印, 丝网墨
柔版, 胶印, 丝网墨
特征及功能
Excellent flow characteristics and pigment wetting. Provides low yield stress.
Excellent pigment wetting. Good color development and gloss.
物 物料 颜颜 料料
偶 酞 色新
氮 颜 淀型
颜 料 颜盐
料
料颜
料
7
部分颜料的结构式
OO
N H
N N Cl
Cl
N
N H N
OO
Carbon Black
Yellow 14
Rutile and Anatase TiO2
8
有机无机颜料性能比较
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
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胺的协同效应
PI Combination
D bulb
speed YI
DEAP:TPO:ITX 50:25:25
350 1.6
DEAP:TPO:ITX 25:37.5:37.5 500 1.9
DEAP:TEPO:ITX 50:25:25 350 1.6
DEAP:TEPO:ITX 25:37.5:37.5 500 1.7
Cure speed of a White Coating containing 40% TiO2 using the Fusion “D” bulb
Blend
Cure Speed (ft/min)
DEAP:TPO 75:25
1500
DEAP:TPO 50:50
300
DEAP:TPO 25:75
350
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光引发剂的吸收与颜料的透过之间 的窗口效应
Transmittance spectrum of rutile titanium dioxide and absorbance spectra of photoinitiator
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Absorbance spectra of 10μm thick screen ink
计量单位：吨 欧洲，北美的数据为2002年统计，日本数据为1999 年统计。
2
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
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光固油墨的分类
胶印油墨 柔印油墨 凹印油墨 凸印油墨 转移油墨 喷涂油墨 丝印油墨
CN294
聚酯丙烯酸酯
CN373 CN2200
Amine synergist 聚酯丙烯酸酯
CN2203
聚酯丙烯酸酯
CN2204
环氧丙烯酸酯
CN2901
聚氨酯丙烯酸酯
推荐应用 柔版油墨, 胶印墨 耐磨涂料 柔版, 胶印, 丝网墨 柔版, 胶印, 丝网墨; 涂料 柔版, 胶印, 丝网墨
柔版, 胶印, 丝网墨
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能量转移或电子转移效应
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37
固化速度与光敏剂浓度的关系
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固化速度与光敏剂浓度的关系
39
固化速度与膜厚度的关系
40
固化速度与BDMB与ITX浓度 之间的关系
41
BDMB, TPO 和BDPP白色油墨体系 固化性能影响
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引发剂侧基对引发效率的影响
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不同引发剂组合的引发效率比较
耐溶剂提高60%
不含TiO2的清漆也存在同样的效果
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BP, ITX 和蓝色颜料的吸收光谱
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固化速度
ITX CTX 2-PTX
4-PTX MPTX CPTX
33
ITX CTX 2-PTX
4-PTX MPTX CPTX
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UV Absorption of 1-Chloro-4Propoxythloxanthone
films containing 7wt. % pigment (no
photoinitiator sensitiser added)
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Absorbance spectra of photoinitiators 1 and 2 and
isopropyl-thioxanthone in a non-pigmented screen
转移性能
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预聚体
二、四官能度的丙烯酸酯
脂肪酸 酸酐
胺改性
乙氧（丙氧）改性
大豆油 环氧 双酚A环氧 酚醛环氧
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二、三、四、六官能度的丙烯酸酯
低粘度
六丙烯酸脂
双丙烯酸酯
聚酯
聚酯 脂肪型
聚氨脂
芳香型 聚醚聚酯
氯化
四丙烯酸酯
高粘度
二官能团丙烯酸酯
聚醚
四官能团丙烯酸酯
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单体 预聚体官能团数对固化性能 的影响
ink film (10μm)
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各种光源的发射光谱
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各波段紫外在油墨中穿透能力的比较
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F600-V 和VIP 397/418 输出功率的比较
F600-V VIP397/ 418
200250 nm 37 70
250300nm 190 336
300350nm 232 393
V bulb speed YI >544 1.2 >544 1.6 >544 1.2 >544 1.4
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协同效应的机理研究
能量转移
47
能量转移机理
48
电子转移机理
49
部分光引发剂的结构图
50
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新型双官能团引发剂 LFC 100
O
O CH3
C
SFra Baidu bibliotek
CC
CH3
CH3
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氧的阻聚
53
54
55
Absorption of Energy in UV Screen Coating
UVA(320-390) UVB(280-320) UVC(250-260)
Top Surface of coating 2162
2161
254
Top of Substrate
1400
880
15
Absorbed in Ink
9
彩色油墨固化的固化特性
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紫外光在颜料中的传播示意图
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颜料的加入对光固油墨体系 产生的影响
根据Beer-Lambert 定律，在一个体系中如果同时存在 两个或以上的吸光物质，则光吸收定律可以表示为：
IA
=I0
(1
–
10-d
(
C 11
+
C 22
+………))
=
I0(1
–
10-A)
I0为光的初始强度， IA为被吸收光的强度，ξ和C分别为光吸 收介质的吸光系数和浓度，d 为光路长度。如果1代表的是光 引发剂，则光引发剂的吸收光强与总吸收量的比值为：