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水性UV油墨的光固化机理和应用
2020年11月09日    阅读量:721    新闻来源:合亚嗒资讯网 heyada.com  |  投稿

水性UV油墨的主体基料为水性光固化树脂,同时也包括了其他辅料如光引发剂、颜料、水、助溶剂和其它助剂等, 是近年来引起广大科学工作者研究兴趣的一种新型环保油墨。


水性UV油墨目前在食药品、烟酒及人们使用的各种日用品的包装印刷有了初步的应用。水性UV油墨的关键组成部分水性UV光固化树脂,在油墨中起连接料的作用,提供与承印物材料的黏附力,并使颜料能均匀的润湿,使油墨具有优良的物理化学性能,如耐化学品、耐磨等特性涂料在线coatingol.com。光引发剂是水性UV油墨成膜的关键组成物质,它关系着墨膜的成膜速度与成膜质量,本文着重探讨水性UV油墨的干燥固化机理及其在工业中的应用。


01、水性UV油墨的干燥固化机理

水性UV油墨的干燥固化既有传统UV油墨的光固化,也有常规水性油墨的挥发物理成膜干燥,两种干燥具体方式分别为:前段的加热预挥发干燥和后段的紫外光辐射光固化干燥。


(1) 预挥发干燥机理

预干燥与常规的水性干燥类似,是光固化之前的干燥工艺,预干燥必须彻底充分才能得到良好的墨膜表面效果。水性UV油墨的关键组成之一水性光固化树脂的合成,通常是通过添加酸或者碱,使其变成羧酸盐具有良好的亲水性,如通过外加氨水可增加其亲水性,具体的反应式为:

R-COOH+NH →R-COO-+NH +(水溶性)

反过来,在水性UV油墨预干燥过程中的反应式为:

R-COO-+NH +→R-COOH(水不溶)+NH

水性UV油墨的预干燥过程通常可通过红外、热风或者微波进行快速干燥,水、胺类以及各种助溶剂等挥发干燥彻底后,才能进行下一步的光固化,得到良好的表面效果。


(2)光固化成膜机理

水性UV油墨通过紫外光固化机,配方中的光引发剂吸收辐射能分裂产生相应的自由基和阳离子,开始链引发,引发水性UV光固化树脂的预聚物发生聚合及交联反应。发生聚合后的大分子继续进行三维交联反应,当自由基反应完全失去活性后,链终止,形成三维的网状高分子聚合物,得到硬化膜。光固化聚合具体反应如以下三个阶段:

①链的引发:紫外光辐射透过光引发剂,引起激发重排并产生自由基。

PI→PI.

PI.+RCH=CH →PI~CH C.HR

②链的增长:激发重排后的自由基,与水性UV的预聚物分子中不饱和键反应,引起预聚物中的链式聚合。

PI~CH C.HR+nCH =CHR→R(CH CHR)nCH C.HR(P)

③链的终止:自由基失去活性后,反应体系低分子交联固化为立体网状大分子,从液态转化为固态。

R+R→R-R   

P .+P .→P -P

在光固化的三个连续阶段中,光引发的速度最慢,因此光引发的速度对整个光固化反应速度起至关重要,如何把握好光引发剂的选用对光固化速度的控制是至关重要的。   


02、水性UV油墨的应用

(1)水性UV油墨的应用领域

水性光固化油墨有着生产流水线快速干燥的工艺特点,因此在非纸类承印物上, 如PVC、PET或合成纸等也能应用, 相比于传统油墨水性UV油墨即使印在纸上,光泽度的宽广度和耐摩擦性能也都较优异。水性UV油墨目前已经用作光固化聚合印刷版、丝网版印刷、凹版及平板印刷、木器及金属油墨等各种高档油墨领域。多色叠印现为许多高品质印刷的特有工艺,而较薄的干膜涂层能在承印物上体现出粗糙的墨膜效果,因此水性UV树脂本身的低固含量特性使其具有较大的优势。水性UV油墨在食药品、木材涂饰、烟酒及其他日用品包装印刷行业有很好的应用价值,尤其是在成型胶合板及成型家具木器上印刷也比较方便。


(2) 水性UV油墨应用展望

水性UV油墨既承接了传统油墨的优点,又有着水性油墨较高的环保价值,相对于传统的油性光固化油墨,各方面都有很大的提高,具有许多明显的优点:

①环保安全,以水为稀释剂解决无需添加单体稀释剂, 有利于保护环境和人身安全。

②叠印性好,因其水性UV油墨的低固含解决了普通UV油墨墨层太厚,影响叠印的问题。

③ 容易控制粘度和流变性,以水和增稠剂控制油墨的粘度和流变,可以使油墨具有良好的流变性能,可以进行高精度印刷。比如要求比较高的高加网线印刷,使其能广泛应用于各种高精度及高质量印刷。

④同时因为印刷多为普遍的薄涂层,水性UV油墨对传统UV油墨中存在的氧阻聚有着独特的优势,水性UV能尽可能减少氧阻聚效应。


但水性UV油墨仍存在一些缺点需要改进。

①水性UV油墨在干燥时需要消耗更多的能源。水性UV油墨虽然环保但是能耗要比传统油墨高,因为进行后段的光固化干燥前,必须进行水性体系的预干燥,预干燥常采用能耗较高的红外热风或者微波等,而且厂家需要投资增加干燥设备,增加厂内的设备占用地,使产品的生产平均时间增加, 生产效率下降。

②价格上比传统油墨要贵很多,生产成本的增加使厂家面临较大的竞争压力。

③水性UV油墨的印刷工艺复杂多变,相对难控制,在承印物上的施工宽广性较差,与传统的油墨存在一定差距;水性UV油墨因其复杂的工艺无论是在承印物上UV底油,还是对承印物进行适当的表面处理, 都要耗费更多的生产时间, 良品率大大下降,生产成本无形增加。

由于人类对环境保护的需求越来越大,在以环保与科技领先的欧美国家光固化技术发展较快,各种技术专利和产品均日渐发展,如德国的维诺华。同时水性UV油墨的原材料技术日趋成熟,水性UV油墨已成为油墨领域各科学工作者及技术人才的重点研究对象。随着人们对环保的要求越来越高,水性UV油墨将成为环保油墨重点研究对象,广泛应用于各印刷行业。



标签:原材料辅料与设备固化剂涂装应用技术中心树脂油墨
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