丝印油墨介绍(上)

丝印油墨的分类介绍（上）目前国内使用的印刷油墨，主要是按使用油墨的印版结构进行分类，主要有凸版印刷油墨、胶印印刷油墨、凹版印刷油墨、特种印刷油墨等。丝网印刷油墨是印刷油墨的一种，其品种繁多，分类方法也是多种多样的。但主要分类方法有以下几种。根据油墨的特性分类：可分为荧光油墨、亮光油墨、快固着油墨、磁性油墨、导电油墨、香味油墨、紫外线干燥油墨、升华油墨、转印油墨等。根据油墨所呈状态分类；胶体油墨，如水性油墨、油性油墨、树脂油墨、淀粉色浆等。固体油墨，如静电丝网印刷用墨粉。根据承印材料分类：纸张用油墨：油性油墨、水性油墨、高光型油墨、半亮光型油墨、挥发干燥型油墨、自然干燥型油墨、涂料纸型油墨、塑料合成纸型油墨、板纸纸箱型油墨。织物用油墨：水性油墨、油性油墨、乳液型油墨等。木材用油墨：水性墨、油性墨。金属用油墨：铝、铁、铜、不锈钢等不同金属专用油墨。皮革用油墨：印刷皮革专用油墨。玻璃陶瓷用油墨：玻璃仪器、玻璃工艺品、陶瓷器皿用油墨。塑料用油墨：聚氯乙烯用油墨、苯乙烯用油墨、聚乙烯用油墨、丙烯用油墨等。印刷线路板用油墨：电导性油墨、耐腐蚀性油墨、耐电镀及耐氟和耐碱性油墨。本书依丝印油墨的干燥类型为主，分类介绍丝印油墨如下。1．依于操形式分类的丝印油墨介绍。①挥发干燥型油墨。墨膜的成分主要是高分子物质，印刷后溶剂挥发，其高分子物质就形成墨膜。墨膜形成的过程是：从溶剂分离的分子有数个聚集，形成核；其核集结成分子（成长）；继续成长，形成干燥小粒；干燥小粒凝集形成膜。这种挥发干燥的变化是可逆的，即干燥墨膜可使用溶剂再溶解，如图3－37所示。油墨转移到承印物上后，含溶剂的油墨墨膜首先发生溶剂的挥发，其挥发过程如3－38所示。油墨中的溶剂因蒸气压的作用扩散在大气中，在墨膜表面形成液膜，然后通过液膜挥发。在这一过程中，油墨表面因溶剂的挥发其粘度必然上升，同时因溶剂挥发，热量扩散，温度下降，然后粘度再上升。其结果是墨膜内部的溶剂挥发慢慢变得因难，这时干燥的进行，需要热量和风。热量可使溶剂分子运动活跃，使油墨表面的粘度降低，对加速溶剂的挥发有很好的效果。另外，在油墨表层，挥发层（气膜）若停滞时，会防碍挥发，因此要送风，吹去这一气膜层，加速干燥的进行。一般，溶剂的挥发速度是由溶剂的蒸气压，溶剂和空气的温度差，以及在其表面流动的空气速度来决定的。当然，对于这种油墨，其溶剂的挥发速度除上述的要素外，也会因溶解的树脂种类及颜料浓度发生变化。单独存在的溶剂和在油墨中存在的同一种溶剂的挥发区别如图3－39所示单独溶剂的挥发时间和挥发量是成一定比例的，但油墨随时间增加而挥发量减少，到完全挥发需要很长时间，这是可以测定出来的，因此墨膜中的溶剂会长时间的残留。在丝网印刷中，由于使用挥发慢的高沸点溶剂，残留溶剂问题需特别留意。墨膜中的残留溶剂起增塑剂的作用，使墨膜软化，并带来其它许多不良影响。挥发干燥型油墨的溶剂，易使用，具有快干性，因此被广泛使用。其缺点是过量使用会降低耐溶剂性、耐热性。②反应干燥型油墨。这种油墨的墨膜形成时的分子量较小，即呈预聚物状态，然后在空气中氧化，通过热、光或反应性物质的化学反应而高分子化，形成墨膜。这时在树脂间产生交联新的树脂形成交联结构，如图3－40所示。交联后其性质变得稳定，具有更好的物理性能。这种化学反应的速度，其反应物质的浓度越高就越快，另外可通过催化剂的添加，以及热、光的作用而加快反应速度。在使用反应型油墨时，加热对于加速硬化最有效果。也有不加热就无法硬化的类型。但是，由于有的承印物加热变形及油墨中的树脂、颜料的耐热性的强弱木同，在加热时要注意温度的调整。挥发干燥型油墨，油墨和干燥墨膜之间是可逆的，但反应型油墨则无可逆性。溶剂的蒸发温度同挥发干燥型油墨一样，因反应形式不同。油墨发生的变化也不同。氧化聚合型油墨。氧化聚合型油墨是以油改性醇酸树脂为主要成分的油墨。这种油墨的主反应是在部分油中发生氧化反应，产生聚合，成为聚合物。这种反应在常温情况下可慢慢进行，如加热会加快速度。另外干燥剂的适量添加也会促进反应。这种类型的油墨可印刷出有光泽的厚墨膜的印刷品。其粘着力良好，墨膜强韧。缺陷是常温干燥较慢，至少需2小时，80°C热烘需半小时，贮藏中油墨表面易产生皮膜。这种油墨应用于印刷涂装金属、硬塑、木制品、纸、布等。加热固化型油墨。指印刷后需经加热才能发生缩聚反应而固化的油墨。此墨亦用环氧树脂作连结料，但与二液型环氧墨不同，此墨为内含催化剂的一液型油墨，在加热下才能固化。其优点是一液型，无溶剂，加热前粘度稳定，印品粘附牢度及耐抗性好；缺点是能耗大。此墨的固化速度取决于催化剂的含量和加热温度。不加催化剂时，油墨需要在高于150C的高温下固化，加入催化剂后在中温下就能固化，但催化剂含量大，不利油墨的保存。这种油墨的硬化墨膜的诸物理性能非常好，主要用于金属印刷，一部分也用于塑料印刷。二液反应型油墨。指主剂和固化剂分别制备，印刷时再混合使用的油墨。主剂中的连结料多由环氧树脂及肢基树脂等组成，在添加固化剂后发生缩聚后应而固化。此墨的优点是不含溶剂，对多数材料具有优良的粘附性；墨膜光泽、强度及耐抗性都好。缺点是两种组分混合后就开始编聚后应，因此油墨粘度会随时间而变。油墨增粘，不仅引起印刷时起泡，还会降低粘附性，因此，双组分的混合墨量应控制在使用时限内用完，否则造成浪费。此类油墨的干燥速度慢，常温（20°C）下指触干燥要2小时，固化要20〜30小时，80°C时，加热干燥需要40分钟，这些弱点影响了它的广泛使用。二液反应型油墨，通常用于挥发干燥型油墨较难粘着的承印材料的印刷。其硬化墨膜，特别是加热硬化的墨膜的诸物理性能优良。二液反应型的典型油墨有环氧系、氨基甲酸酯系的油墨，多应用于金属表面涂装，热硬化树脂制品、玻璃等的印刷。紫外线硬化油墨（UV油墨）。紫外线油墨是能产生光化学反应，在很短的几秒钟内即可固化的油墨。油墨的主要成分是光聚合性树脂、光聚合引发剂、色料及助剂，原则上不含有机溶剂。在丝网印刷领域中，研究探讨紫外线硬化油墨已有十数年之久，并越来越实用化。特别是在印刷线路板中UV油墨已进入实用阶段。UV油墨的优点不单是速硬化，墨膜物性好，它还具有溶剂型油墨所没有的功能。当然UV油墨并不是万能油墨。下面对UV油墨做简单介绍：⑤紫外线油墨的组成。紫外线油墨的组成一般为：光聚合性树脂一低聚物及反应型稀释剂；光聚合引发剂；颜料；助剂；聚合抑制剂。紫外线油墨和溶剂型油墨的组成比较如表3－5所示。表3－5油墨成分比较UV油墨比较项目溶剂型油墨高粘度齐聚物连结料热可塑性树脂低粘度齐聚物单体类各种溶剂光聚合引发剂催化剂无颜料色料颜料消泡剂、各种调整剂助剂消泡剂、各种调整剂聚合抑制剂其他无我们可以看到，溶剂型油墨通过溶剂可调整粘度，而紫外线油墨是通过觉粘度的齐聚物及单体等反应型稀释剂调整粘度的，所以这是百分之百不择发油墨对VV油墨分一液型和二液型。二液型的颜料在低粘度的单体及低聚物中分散、成为原色浆，与涂料相混合后使用。a）光聚合性树脂。照射紫外线进行聚合的技术从1940年开始就已研究，当初使用的树脂是不饱和聚酯系。其后随着光硬化型树脂的用途的不断扩大，又开发使用了性能更好的丙烯系树脂。这些光聚合性树脂分为低聚物和反应型稀释剂。低聚物是几种基本分子相聚合，有低粘度液状、高粘度液状和半固体状，是一种决定紫外线油墨的基本物性的树脂，主要品种有聚酯丙基酯盐、环氧氨基甲酸乙酯丙基酸盐等。反应型稀释剂一般使用低粘度、高沸点的单体和聚合物。反应型稀释剂用于油墨粘度的调整，促进硬化和附着性能。b）光聚合引发剂。光聚合引发剂在紫外线照射下产生原子团，与单体反应产生聚合。光聚会引发剂有驻基化合物、硫化物、偶氮化合物、有机过氧化物等，主要使用竣基化合物。C）颜料。一般使用不阻碍油墨硬化和稳定性好的颜料。d）助剂。与溶剂型油墨的助剂相同。e）聚合抑制剂。为防止油墨的暗反应而少量添加。硬化机理。如前所述紫外线油墨因紫外线的作用而产生反应，紫外线是光的波长域的一部分，是电磁波的一种，其光具有粒子性。光聚合型树脂的反应首先是光聚合引发剂吸收紫外线的能量，生成游离基，其原子团作用于低聚物及单体，并开始聚合。然后通过连锁反应不断重复成长反应和连锁移动反应。最后以停止反应而终结，在瞬间形成硬化墨膜。关于硬化性。在实际使用紫外线油墨时，与粘合性能有很大关系的是硬化性能。关于硬化效应的产生原因，说明如下。a）表面硬化性和内部硬化性。表面硬化性是指印刷墨膜表层的硬化性能。墨膜表层受空气中的氧气的影响，原子团减少，聚合速度变慢。因此容易产生硬化不良，在油墨表面上产生后效粘性。内部硬化性是不受空气中氧气影响的。紫外线强度在墨膜底部变弱，聚合速度变慢，若硬化不足便会发生粘着不良现象。改善粘着的关键是要改善内部硬化性，但内部硬化性若过强，其内应力会变大，也会导致附着变差。b）膜厚和颜料浓度。妨碍紫外线透过油墨的主要是颜料。油墨中的颜料浓度是根据其硬化性能而决定的，因提高浓度而膜厚增加时，墨膜底部的紫外线强度会减低。c）印刷材料。透过墨膜的紫外光在材料表面形成反射，其散射光影响膜内聚合。即使在同一条件下，印刷材料若不一样，也会因材料对紫外线的吸收和反射不同而导致硬化性能发生变化。粘着性。与紫外油墨完全粘着的材料在现阶段还很有限。影响紫外线油墨的粘着性的原因有许多，主要是油墨对承印物润湿差和承印物因油墨硬化体积收缩而带来的不良影响。在实际印刷中，改善其粘着性能有以下有效方法：a）在粘着较难的材料上涂上填充剂作为底涂层，使紫外线油墨容易粘合。b）在紫外线照射前把紫外线油墨进行须加热，以此来提高紫外线油墨对材料的湿润，同时缓和照射后的应力，提高粘着性。c）紫外线照射后的后加热也可缓和残留应力，提高粘着力。d）进行火焰处理和电晕放电处理等表面处理。紫外线油墨的使用方法。a）印刷环境。紫外线油墨因温度原因粘度变化很大，所以要调整室温。一般15〜25°C较合适。要注意印刷时不能受到直射阳光的照射，也不要接近荧光灯及水银灯等。b）印刷条件。关键是控制墨膜厚度，为此需要设计与油墨性能相适应的版膜厚度。在印刷着色油墨对，使用300目以上的丝网。刮板以硬度65度以上的氨基甲酸酯利权为最好，刮板尖端要经常保持锐利状态。一液型的油墨，一般具有立即印刷的粘度，如果要降低粘度需添加10％以下的专用减粘剂，若提高其粘度，要加入增粘剂。c）预备试验和照射条件。在决定紫外线油墨的照射条件时，必需通过预备试验，试验用印刷材料要用生产中实际使用的材料。预备试验通过设定的照射条件使油墨硬化后，再进行印刷面的后效粘性、附着性、耐挠性、弯曲性等实验。为满足这些实验，需要再调整照射条件。照射条件主要指；灯的亮度；灯的个数；照射距离；传送带的速度；是否需预热及预热条件。d）油墨的安全性。紫外线油墨由于没有挥发物，所以可不必担心人体呼吸。但对皮肤有轻微刺激性，所以在使用时要小心。皮肤刺激性用指数（P.I.I.）来表示（表3—6）。表3－6油墨的皮肤刺激指数P.I.I皮肤感觉0.00〜0.030.04〜0.991.00〜1.992.00〜2.993.00〜5.996.00〜8.00无刺激极微刺激稍微刺激轻微刺激中度刺激严重刺激皮肤刺激性是由于单体低聚合物而引起的，最近产生了许多指数接近于零的产品。在使用紫外线油墨时，要带防护手套，注意不接触到皮肤，如果皮肤沾上了油墨，要用肥皂水洗净。e）贮藏的稳定性。紫外线油墨在贮藏中即使不受到阳光的照射也会产生暗反应。这是由于单体及填充剂因热而产生原子团聚合造成的，所以紫外线油墨最好在冷暗室中保管。并且要经常搅拌油墨，把油墨中产生的原子团通过空气中的氧气而非活性化。如果贮藏慎重，可保存2年。紫外线油墨的理化性能。紫外线油墨的性能由油墨成分、种类及硬化条件来决定，举例如表3－7所列。表3—7UV油墨的理化性能试验项目方法与条件结果粘着性横割、剥离优100/100耐划伤性划伤优硬度JISK—54006—14铅笔硬度3H耐折性JISk—54006—15弯曲试验机弯折心棒径3mm,180度优叠印性双色的叠印性和耐折性优耐酒精性用布浸100％的酒精往返涂100次正常耐汽油性用布浸汽油往返涂100次正常耐溶剂性用布浸醋酸往返涂100次正常耐酸性在10％的盐酸中浸24小时在10％的硫酸中浸24小时面粗正常耐碱笥在5％苛性碱中浸24小时正常耐粘页性在印刷面上加200g/cm2负荷，70°C,1小时正常耐粉化性负荷500g/cm2，往复3次5级（无色转移）耐磨擦性负荷500g/cm2，研磨机往复300次优耐气候性耐气候牢度试验400小时正常注：承印物：硬质乙烯、乙烯胶纸。印版：直接制版法，350目聚酯丝网，版膜厚：15m。硬化条件：120W/cm2，灯一盏，速度10m/min。UV照射机。UV照射机由UV灯、照射装置、电源等构成。其机构有很多形式，在选择时必须考虑印刷目的、机构及操作环境。a）灯的种类。主要有高压水银灯和金属卤化物灯。其它的还有超高压水银灯、氙灯，但从灯的寿命，紫外线量方面考虑不太实用。对油墨硬化性能产生影响的是灯的发光光谱。高压水银灯和金属卤化物灯的发光光谱如图3—41、3—42所示。在紫外线中，对紫外线油墨的硬化最有效的波长域是350〜420nm,这是因为紫外线油墨的颜料在照射365nm波长的光时，具有最大的透过率。在墨膜较厚的丝网印刷中，波长长的、发光量多的金属卤化物灯对墨膜内部硬化有利。b）照射机和冷却方法。灯的温度很高，电极式灯可达800C以上，冷却方法有空冷和水冷，表3—8是两种方式的比较。由于紫外线灯的辐射热，耐热性低的印刷材料会发生变形，表3—8水冷和空冷的比较水冷方式比较项目空冷方式少（40〜50％热切断）热量对印刷材料的影响多60C左右炉内温度80C左右稍低紫外线能量比水冷稍大热量影响少，比空冷稍差硬化速度热量影响多但良好照射面积大套印适性（层间剥离）表面硬化非常好照射面积受限制高（循环水冷却器）设备费低比较高运输成本比水冷低难（水冷系统）维修容易水冷有套管保护灯污受空气环境影响表面易污有吸音器过转噪音有排气的声音因此为了减少辐射热需要采取很多措施。其中具有代表性的装置是冷反射方式致冷可在玻璃上.蒸镀氧化铝，使之成为半反射状，具有只反射紫外线，可透过红外线和几乎所有的可见光的性能，并利用这一性能，控制热对印刷材料的影响。除此之外还可使用红外切换滤光器或水冷交换器。③其他干燥型油墨。熔固型油墨。指在熔融状态下固化的油墨，亦称熔胶油墨，其组成为：树脂粉十增塑剂十色料十助剂一浆状油墨。通常油墨连结料中的树脂都呈液状，而熔胶油墨中的树脂（氯乙烯均聚物及共聚物）以固体颗粒分散在液体（增塑剂）中。印刷后，当加温至熔融点并经过一定时间，树脂颗粒即融化，且与增塑剂融合，其分子空间增大，结构变松，成为固相弹性膜而干燥、固着。就干燥机理来说，热固油墨的树脂分子吸收热能后发生化学变化——聚合反应；熔固油墨的树脂分子吸收热能后仅产生物理变化而固化，这种干燥机理颇具新意。b热印冷固型油墨。如玻璃印刷中所用的热印色釉，系由高级脂肪酸、树脂及色釉粉组成，在常温下为蜡状固体，加热至75〜85°C时成浆状，只要用电或红外线加热印版，即能印刷，而印迹遇冷能当即凝固，故能适应多色连续印刷。④干燥形式与树脂的关系。根据树脂的种类，还可以确定油墨的干燥形式和干燥方法，参见表3－9“油墨的干燥形式和树脂的关系”。2.依承印物种类分类的丝印油墨介绍。油墨与承印物的匹配，主要由粘着性、干燥性和应用功能所决定。常分为下列类型：①塑料油墨，塑料印刷的难点是油墨的粘着性问题，由于不同塑料的表面性能差异很大，因此也有不同性能的塑料油墨，如聚氯乙烯（PVC）用油墨，处理聚乙烯（PE）及聚丙烯（PP）用油墨，未处理PP用油墨，ABS、有机玻璃及聚苯乙烯（PS）用油墨，胺基塑料用油墨，聚酯（PET）用油墨，防水尼龙布用油墨，人造革（PU）用油墨，聚碳酸酯（PC）及乙酸丁酸纤维用油墨，防皱超薄型塑料用油墨，真空成型加工塑料用油墨等。下面简单介绍两种用于乙烯制品的油墨。表3－9的干燥形式和树脂的关系干燥形式使用的主要树脂承印物使用比例（％）挥发干燥型氯乙烯、丙烯酸、聚酰胺纤维素、环化橡胶纸、塑料80〜90水性油墨水溶性丙烯酸、酸性松香酯、丙烯酸一苯乙烯、丙烯酸共聚物纸、塑料3〜8氧化聚合型改性醇酸树脂塑料5〜15二液反应型环氧树脂金属、烘烤涂装面3〜8加热固化型环氧树脂金属、烘烤涂装面1〜2紫外线固化型发性丙烯酸纸、塑料2〜5软质乙烯制品用丝网印刷油墨。软质乙烯制品用丝网印刷油墨主要由乙烯系树脂、酮系溶剂、芳香族溶剂、颜料经调合而成。软质乙烯制品用丝网印刷油墨，印刷后油墨膜墨具有优良的性能，油墨的耐酸性、耐碱性、耐油性良好，耐磨擦性强。由于这种油墨多使用酮系溶剂，对丝网印版版膜和刮板有一定的侵蚀，丝网印版和刮板受侵蚀后，精度将降低，从而导致印刷质量下降，达不到所要求的印刷精度。所以在制作丝网印版时，注意选用耐酮性溶剂好的制版材料。在印刷时注意选择耐酮性溶剂好的刮版，以保证印刷精度。硬质乙烯制品用丝网印刷油墨。硬质乙烯制品是丝网印刷中常见的承印物。硬质乙烯制品在丝网印刷时所用油墨主要有三种：无光型软质丝网印刷油墨；以乙烯树脂为主要成分的光泽型油墨；以其它树脂为主要成分的光泽型油墨。在印刷时，通常根据承印物的使用要求及印刷条件选择印刷油墨。硬质乙烯制品用丝网印刷油墨主要用于塑料板、塑料显示板以及塑料成型物等的印刷。金属丝印油墨。如热固型金属油墨，铝阳极氧化室温干燥油墨等。对金属油墨性能的主要要求是耐摩擦。金属用丝网印刷油墨与其它丝网印刷油墨有着很大差异。金属印刷所使用的油墨有氧化聚合型、蒸发干燥型、热反应型及特殊油墨。a.氧化聚合型油墨。这种类型油墨具有印刷容易，耐光性、附气候性强及色泽好等优点，不足之处是干燥较慢，耐溶剂性、耐热性较差。使用这种类型油墨印刷后，可采用自然干燥或加热干燥、自然十燥在室温下约需4〜6小时。加热干燥时在80°C下，约需30分钟。这类油墨适用于铝、铁、铜及铜合金等材料制品的表面印刷。b.蒸发干燥型油墨。还种类型油墨是以硝化纤维树脂和聚酯树脂为主要成分的。采用这类油墨印刷后，用加热干燥，干燥时在常温下约需20〜40分钟。这种油墨除红色以外，其它颜色油墨具有耐气候性较强的特点，多用于金属板、箔片以及金属涂料面等材料的印刷。热反应型油墨。这种类型油墨有单液型和双液型两种。这两种油墨都以环氧树脂为主要成分，也有用尿素树脂、聚酯树脂、蜜胺树脂的。双液型油墨的优点是：储藏稳定性好，在低温条件下也能固化。耐光性、耐气候性优良。其不足之处是：在印刷中由于油墨粘度逐渐升高，因而不能保持均衡稳定性。这种油墨现用现配，所以损耗较大。单液型油墨的优点：与双液型相比成本较低、粘度变化小。其不足之处是：必须通过高温固化。耐久性差，储存稳定性差。热反应型油墨多用于电子元件、金属标牌、印刷线路板等金属材料制品表面的印刷。特殊油墨。这类油墨主要指紫外线干燥油墨等。适用各种金属材料的表面印刷。综上所述，金属用丝网印刷油墨必须具有优良的耐热性、耐药品性、耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、耐水性，要有较强的绝缘阻抗性及附着力。织物丝印