水性UV油墨的配置与性能研究

北京印刷学院本科生毕业设计（论文）摘 要水性 UV 油墨主要是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成。其结合了 UV 油墨和水性油墨的优点，拥有比单独 UV 油墨或水性油墨更好的印刷适性。其干燥固化结合了 UV 光固化和水性油墨渗透蒸发二种干燥形式，具体说主要有两种干燥方式：水性体系的预挥发干燥和紫外光固化。这是一种新型的环保型 UV 油墨，主要应用于 PET 塑料表面的印刷。水性 UV 光油以水和乙醇作为稀释剂，其干燥速度、附着力等都受到水性 UV光固化树脂在光油中所占比例的影响，实验需通过不断改变水性 UV 光固化树脂的比例来测试水性 UV 光油的固化性能，综合各个参数，寻求最佳配比。通过在最佳比例的水性 UV 光固化树脂的条件下，配制水性 UV 光油，改变添加剂的种类、含量，颜料的种类及含量后，研磨油墨后以丝网印刷的方式，通过300 目/cm，绷网张力在 20N/cm 以上的丝网印刷在 PET 塑料表面，测试其干燥速度和油墨附着力，并通过不断改变实验条件来改善其干燥速度和附着力。关键词：水性 UV 油墨 最佳配比 干燥速度 附着力北京印刷学院本科生毕业设计（论文）ABSTRACTWater character UV printing ink is mainly made up with prepolymer（water-base photo-curing resin）、Light initiator 、Pigment 、 Amines material, water, flux and other chemical additives and so on . It unified the UV printing ink and t Water color ink merit, has compared to alone the UV printing ink or Water character printing ink better printability. Its dry solidification unified the UV photo-curing and Water color ink penetration evaporates dry forms, said specifically mainly has two dry ways: Water character systems pre-volatility dry and ultraviolet photo-curing. This is one kind of new environmental protection UV printing ink, mainly applies in PET plastic surface printing.The water character UV gloss takes the diluent by the water and the ethyl alcohol, its drying velocity, the adhesion and so on receive the water character UV photo-curing resin to account for the proportion in the gloss the influence, The experiment must through change the water character UV photo-curing resin the proportion to test the water character UV gloss unceasingly the solidification performance, synthesizes each parameter, seeks the best allocated proportion.Through under best proportion water character UV photo-curing resin condition, disposition water character UV gloss, change chemical additive type, content, after pigments type and content, after abrasive ink, by silk-screen printing way, Through 300 item /cm, stretches the net tensity in the 20N/cm above silk-screen printing in the PET plastic surface, tests its drying velocity and the printing ink adhesion, and through changes the experimental condition to improve its drying velocity and the adhesion unceasingly.Key word: Water character UV printing ink Best allocated proportion Drying velocity Adhesion北京印刷学院本科生毕业设计（论文）I目 录引言 .1第一章 概述与理论部分 .21.1 水性 UV 油墨概况 .21.2 水性 UV 油墨组成 .31.2.1 预聚物 .31.2.2 光引发剂 .31.2.3 颜料 .31.2.4 水性上光油的组成和应用 .41.2.5 添加剂 .41.2.6 电晕处理 .513 水性 UV 油墨的固化干燥机理 .514 影响水性 UV 油墨固化干燥的因素 .615 课题研究的现状 .816 课题研究的意义 .81.7 课题预计可达到水平及实用价值 .9第二章 实验 .102.1 实验试剂和仪器的选择 .102.1.1 试剂 .102.1.2 实验仪器 .102.2 实验步骤 .112.2.1 材料选用 .112.2.2 实验步骤： .112.2.3 鉴别墨膜是否固化方法及鉴别合格光油方法 .122.2.4 测定油墨附着力的方法 .12第三章 实验结果与讨论 .133.1 测定水性 UV 光油主要成分的最佳配比 .133.1.1 改变水性 UV 光固化树脂含量对 UV 光油固化性质的影响 改变水性 UV 光固化树脂的含量 .133. 2 颜料其对水性 UV 油墨固化性质的影响 .143.3 添加颜料测试水性 UV 油墨固化性能 .163.3.1 添加红色颜料测试油墨固化性能 .163.3.2 测试炭黑为颜料的油墨固化性能 .183.3.3 测试黄色颜料的油墨固化性能 .223.3.4 以最优配置测试其它颜料的油墨固化性能 .243.3.5 在最优配置下测试颜料含量对油墨固化性能的影响 .26北京印刷学院本科生毕业设计（论文）II3.3 实验总结 .28参考文献 .29附录 1：外文翻译原文 .30附录 2：外文翻译 .33致 谢 .37北京印刷学院本科生毕业设计（论文）1引言水性UV油墨是一种新型的环保型油墨，其是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成的一种新型环保油墨。水性UV油墨和普通UV油墨的最大区别在于用水作为溶剂，而不再使用单体稀释剂，这从根本上解决了使用单体稀释剂时，与人体接触产生的刺激作用，甚至引起皮肤过敏等对人体造成一定的伤害，在环保上有了更大的优势。水基光固化树脂是水性UV油墨的主要组成部分，它在油墨中起连接料的作用，它使颜料可以均匀分散，使油墨具有一定的流动性，并提供与承印物材料的黏附力，使油墨能够在承印物上很好地附着，并有耐磨、耐水等性质。光引发剂在水性UV油墨中起着重要的作用，它影响着油墨的干燥速度。适量的光引发剂可以加快油墨的固化速度并获得良好的油墨性质，但当光引发剂量增加到一定值时，如果再增加其含量，由于光引发剂会大量吸收能量，油墨固化速度反而会下降，因此在印刷中必须适量使用。颜料以微粒状态均匀地分布在连结料中，决定着油墨的色相，颜料颗粒通过吸收或反射光线呈现一定的颜色。一般要求颜料具有鲜艳的色泽，适合的着色力和遮盖力，以及较高的分散度。助溶剂是为了提高聚合物的水溶性，常用的有低级醇或醇醚类等溶剂。本课题是研制一种新型的水性 UV 油墨，通过改变水性 UV 固化树脂的含量，配制固化性能良好的水性 UV 光油，再结合添加颜料后油墨的固化速度，粘度等参数，选择一种配置为水性 UV 光油主要成分的最佳配置，再在此配置的基础上添加各色颜料，研磨成油墨后以丝网印刷的方式通过 300 目的丝网印刷到 PET 塑料表面，测油墨的固化性能。试验中通过添加多种不同含量的添加剂来改变油墨的附着力，针对不同颜色的颜料所配置的油墨的固化性能不一样，需要不断改变颜料种类，添加剂的含量及其他处理方法以优化油墨的固化性能。北京印刷学院本科生毕业设计（论文）2第一章 概述与理论部分1.1 水性 UV 油墨概况水性 UV 油墨主要是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成 1。水性 UV 油墨是目前 UV 墨领域研究的新方向。普通 UV 墨中的预聚物黏度一般都很大，需加入活性稀释剂稀释。而目前使用的稀释剂丙烯酸酯类化合物具有不同程度的皮肤刺激性和毒性，同时许多反应性稀释单体在紫外光辐射过程中还存在反应不完全的问题，残留单体具有可渗透性，易带来卫生安全隐患，并影响固化膜的长期性能稳定。水性油墨虽具有极易调节的低粘度和极低的有机挥发物（VOC），但其干燥时间一般较长，大多需进行加热，基材耐热性亦受限制，干燥与固化交联可能同时发生等不足之处。水性 UV 油墨以水和乙醇等作为稀释剂，结合了水性油墨与 UV 油墨的特点。不添加有机溶剂，保证极微少的 VOC 排放，无臭味，无易燃易爆的危险，油墨生产和印刷生产现场环境和卫生条件得到根本改善。能够符合环境保护管理部门对本行业的最严厉要求。印刷品墨层中没有有机溶剂残留；没有或极低的重金属检出量，能够符合严格的食品、药品包装以及在儿童玩具上的使用要求。具有良好存放稳定性，低温-20和高温 60存放 48 小时后恢复常温，油墨流动度变化最大不超过 15%，油墨印 刷适性和固化干燥速度没有变化。具有优良使用稳定性，即使用高目数网布也不冻版，不堵网，印品色彩一致，成品率高。固含量高，墨层减薄少，固化前不流散，固化后图案清晰、网点表现力强，色彩鲜艳，不需要背印三色。干燥过程使用紫外线光源，能量利用率高，干燥快，节省时间，少占空间，生产效率高，适合快节奏的订单要 求。附着力强，适合多种合成纸、灯箱布、KT 板基材耐日光，耐磨，耐水，适合印刷户外场所使用的印刷品。印刷商生产的多种广告印刷品已经在北京、上海、广州 等多个城市发布。网版清洗使用普通洗涤剂和自来水，无需有机溶剂，节省费用，操作安全无毒害。目前，水性 UV 油墨主要应用于丝网印刷，主要由于水性 UV 油墨属于溶剂性油墨，它含有水分及 5%环保溶剂，固化后水分蒸发，墨层减薄，所以它既具有溶剂型油墨干燥后墨层薄，不会导致像普通 UV 油墨由于印刷后没有溶剂挥发，干燥后墨层厚度很少减薄颜色叠加后，墨层明显变厚，造成承印物表面不平，在一定刮刀压力下，油墨向低凹处流散，造成网点扩大。又有 UV 油墨干燥快、环保等的优点。适用于现代印刷设备，固化能量低，可减低费用和减少承印物爱热，固化后表面坚硬。具高密度网点色，适用于室内外广告领域，如背打灯广告及前打灯广告，颜色鲜艳，高清晰度，网点外围无阴影，特别是第四色的印刷，有很北京印刷学院本科生毕业设计（论文）3好的网点锐利度的效果；为单组份光固油墨，不含 NVP 或重金属；油墨色密度高，可用网点光油改变印刷效果。1.2 水性 UV 油墨组成水性 UV 油墨的主要成分是：预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等 2。1.2.1 预聚物预聚物既水基光固化树脂，是 UV 上光油中最基本的组份。它是成膜物质，其性能对固化过程和固化膜的性质起着重要作用。从结构上看，齐聚物都为含有C=C 不饱和双键的低分子树脂，大都为丙烯酸树脂。目前，常用于 UV 上光油中的齐聚物有环氧丙烯酸树脂、聚氨酶丙烯酸树脂和聚酯丙烯酸树脂等。环氧丙烯酸树脂具有固化速度快、价格便宜等特点，制成的上光油涂布于纸或纸板上，能使其具有良好的耐化学药品性和较高的机械强度。聚氨酯丙烯酸树脂具有柔韧性好、弹性强、光泽度高等特点，但价格较贵，常与环氧丙烯酸树脂混合使用。聚酯丙烯酸树脂黏度低，柔韧性好，价格较便宜。由于它对非吸收性承印物如塑料、金属等的附着力好，因此常用作这类材料的上光油，一般与其他树脂混合使用，有时可作上光油的稀释剂，用来调节环氧丙烯酸树脂和氨酯丙烯酸树脂的黏度。 121.2.2 光引发剂光引发剂是能吸收辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的物质，是任何 UV 固化体系都需要的主要成分。光引发剂可分为夺氢型和裂解型。夺氢型光引发剂需要和一含活泼氢的化合物（一般称助引发剂，通常为胺类化合物）相配合，通过夺氢反应形成自由基。它是双分子光引发剂，在上光油中常用的有二苯甲酮（BP）等。裂解型光引发剂受光激发后，分子内分解出自由基，是单分子光引发剂。 121.2.3 颜料颜料在油墨中起着显色作用，它又对油墨的一些特性有直接的影响。颜料是不溶于水和有机溶剂的彩色、黑色或白色的高分散度的粉末，根据其来源与化学组成，分为有机颜料和无机颜料两大类。无机颜料是有色金属的氧化物，或一北京印刷学院本科生毕业设计（论文）4些金属不溶性的金属盐，无机颜料又分为天然无机颜料和人造无机颜料，天然无机颜料是矿物颜料。有机颜料是有色的有机化合物，也分为天然和合成的两大类。现在常用的是合成有机颜料，有机颜料的品种多，色彩比较齐全，性能优于无机颜料。对印刷油墨中使用的颜料要求颇高，特别是颜色、分散度、耐光性、透明度等，要求彩色颜料的色调接近光谱颜色，饱和度应尽可能大，三原色油墨所用的品红、青、黄色颜料透明度一定要高，所有颜料不仅要耐水性，而且要迅速而均匀地和连接料结合，颜料的吸油能力不应太大，颜料最好具有耐碱、耐酸、耐醇和耐势等性能。颜料颗粒的颜色、大小和浓度都会影响到水性 UV 油墨的固化速度和附着力。1.2.4 水性上光油的组成和应用 水性上光油主要由主剂、溶剂、助剂三大部分组成。 1主剂。水性上光油的主剂是成膜树脂，通常是合成树脂，它影响和支配着深层的各种物理性能和膜层的上光品质，如光泽性、附着性、干燥性等。 水性成膜树脂品种很多，但目前国内外使用较为普遍的是丙烯酸体系的共聚树脂。其共聚树脂的性能取决于单体的组成和合成工艺。水性丙烯酸共聚树脂具有成膜性好、光泽度好、透明度高、干燥速度快、耐磨、耐水等一系列优良性能，大量地应用在水性上光油中。 2助剂。助剂是为了改善水性上光油的理化性能及加工特性。经常使用的助剂有：固化剂、表面活性剂、消泡剂、干燥剂、助粘剂、润湿分散剂、其他助剂等。 助剂的种类很多，使用上视上光油的种类而定。但各类助剂的用量不应超过总量的 5%，否则将会影响上光油的加工适应性。 3溶剂。溶剂的主要作用是分散或溶解合成树脂、各种助剂。 水性上光油的溶剂主要是水，无色、无味、无毒，来源广，价格低廉，挥发性几乎为零，流平性也非常好。但是，也有不足之处，如干燥速度慢，容易造成产品尺寸不稳定等，因此，在使用时适量添椰乙醇，以提高水性溶剂的干燥性能，改善水性上光油的加工适应性。 41.2.5 添加剂添加剂主要用来改善油墨的性能。水性 UV 光油中常用的助剂有增稠剂、流平剂、附着力促进剂等。1.增稠剂北京印刷学院本科生毕业设计（论文）5增稠剂又称胶凝剂，它可以提高物系粘度，使物系保持均匀的稳定的悬浮状态或乳浊状态，或形成凝胶。2. 流平剂流平剂用来改善上光膜面的流平性，防止缩孔的产生，同时也增加了上光涂层的光泽度。3.附着力促进剂附着力促进剂用于促进油墨的 PET 塑料表面的附着力。1.2.6 电晕处理电晕处理是广泛用于对塑料、纸张及金属箔作表面处理以改进油墨、油漆、连接剂及涂料的附着力。它被广泛采用的原因是效果好、能控制及便于掌握。尤其是因为电晕处理设备的效率及作用不断改进，与高产的加工设备保持着同步并进。电晕处理器由电极、高电位器及走卷导辊组成，当电压超过 1-2mm 的空气间隙的电离电阻时，就会产生连续放电，由于导辊上的电介质使放电获得均一的分散。电极装在罩室内，以防接触。为了降温及排除所产生的臭氧，用排气风扇把电晕处理器附近的空气往外吹散。但为了不让臭氧向外排放，还须让排气先通过一个空气净化器。电晕处理增加基材的附着性能是通过下列机理的：1 移除表面上被吸收的原子和分子。2 促进原子的接触，增进湿润。3 增进表面能，调节极性。4 创造能起化学反应的原子基或功能团。电晕处理对塑料表面所产生的物理及化学影响是复杂的，其效果主要通过三方面来控制：1、特定的电极系统，2、导辊上的电介质，3、特定的电极功率。经过电晕处理后，塑料表面层的交联结构比其内层的交联结构减少，因此其表面层的功能团有较高的移动性。所以，在储存中，不少塑料出现电晕处理效果的衰退，添加剂由内部向表面迁移，也是使表面能下降，影响附着力的因素，这种负面影响无法完全抑制。13 水性 UV 油墨的固化干燥机理水性 UV 油墨主要是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成。其干燥固化结合了 UV 光固化和水性油墨渗透蒸发二种干燥形式，具体说主要有两种干燥方式：水性体系的预挥发干燥和紫外光固化。1 预挥发干燥机理北京印刷学院本科生毕业设计（论文）6预干燥是光固化之前必须有的一道工序，不进行预干燥将导致光固化的最终结果不理想。在水性 UV 油墨的制造过程中，水基光固化树脂通过添加一种碱或者酸使其变成羧酸盐才能溶于水，其中通过加氨水使其成盐的反应可示为：R-COOH+NH3-R-COO+NH4(水溶性)2 光固化成膜机理UV 固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下