近几年,随着铝箔复合纸、转移纸、涤纶复合纸等新型包装材料的出现,UV固化工艺在印刷工业中得到了广泛应用。印刷厂家纷纷对传统胶印、柔印、网印设备进行UV改造,以适应这种潮流。UV印刷工艺本身的表现也的确很出色,主要表现在:①环保,不含有机挥发物;②具有良好的印刷适性,停机不干固,见UV光后瞬间固化,无须喷粉,网点再现“锐度”高,色彩稳定;③UV涂层固化后具有良好的表面性能,光泽度高,附着力强,耐摩擦,耐酸碱。
一、UV油墨的固化
1.UV油墨固化机理
UV油墨有两种固化形式,一种为自由基聚合反应,即油墨中的光引发剂在吸收UV光后生成自由基,使单体、低聚体活化,并在瞬间发生聚合反应。目前多用于标签、折叠纸盒印刷。另一种为阳离子聚合反应,阳离子在聚合反应中充当“催化剂”。与自由基聚合反应不同的是,阳离子聚合反应有滞后性,不是在瞬间聚合,且固化时不产生异味,墨层附着力较自由基聚合要强,多用于食品塑料包装和金属包装的印刷。
2.UV油墨的固化与UV灯管
UV油墨固化通常使用两种UV灯管,一种为高压水银灯,一种为金属卤化物灯,两种灯管发出的UV光的波长见图1和图2。
高压水银灯在200~230nm的波长范围内固化效率最高,金属卤化物灯的最高效率范围则处在300-400nm的波长内。由于油墨中的颜料也吸收UV光,所以,UV油墨固化常使用金属卤化物灯,而UV光油固化则使用高压水银灯。另外,油墨中光引发剂的吸收波长同UV灯管的配合也很重要。如果某一光引发剂在250nm的波长时可以被激发,而UV灯管并不能释放此波长的UV光,则油墨就无法固化;如果UV灯管能够释放此波长的UV光,而油墨中的颜料恰好可吸收此波长的UV光,则UV油墨的固化就会不彻底。因此,油墨制造商在选择颜料时,一定要尽可能地避免所选颜料与光引发剂争夺UV光。在UV油墨所使用的颜料中,黑色颜料能吸收所有波长的光,所以黑墨最难固化,其次是青墨,而黄墨和品红墨相对来说较容易固化。所以UV油墨的印刷色序通常为黑,青、品红、黄。
UV灯管的功率通常分为高、中、低三档。选择合适的功率,一方面可以避免由于印刷速度提高而固化不彻底,另一方面又可以防止固化过量而导致墨层脆化。
二、UV固化中的热量管理
在UV固化中,人们常提到冷UV技术,即排热技术。 UV油墨、UV光油在固化时,本身释放的热量极少,绝大部分热量是由UV灯管释放的大量红外线所致。UV灯管的温度过高,一方面会降低其本身的发射功率,另一方面,热量到达承印材料,会导致承印材料收缩变形,引起套印不准。图3为几种常见的减热方式(图中的平板反射镜、透镜由石英材料制作)。
为了更好地解决热量排放问题,现在人们多采用双色镜法,冷空气循环法和冷却辊法来实现热量转移,见图4和图5。
双色镜法是在反射罩的表面涂布一层双色涂料,它能吸收红外线,反射UV光。被吸收的红外线产生的热量由循环冷空气带出。
冷却辊法是在固化时让印品通过一充满循环水的冷却辊来达到降温的目的。印刷一些对温度比较敏感的承印材料,通常将上述两种方法结合起来使用。实际生产过程中.在能够保证墨层厚度及印刷速度的前提下,应尽可能采取低功率固化,以避免温度过高。这里需要说明的是,人们总希望UV灯管不产生热量。其实,一定的热量对于UV固化的顺利进行是必须的。
三、影响UV油墨固化的因素
1.UV灯管的功率
UV灯管功率越大,UV油墨固化越快。但要避免UV灯管功率过大造成UV油墨脆化。
2.墨层厚度
墨层越厚,固化速度越慢。在实际生产中,时常出现由于承印材料的表面平滑度不好而导致油墨转移率下降,出现印刷不平实现象。此时,机台操作人员通常会加大下墨量,以期印刷效果有所好转。这种情况最容易导致油墨固化不彻底、附着力差等问题。 一旦遇到承印材料的表面平滑度不好时,最好是先用冲淡剂打底,而后再印刷。
3.印刷速度
印刷速度慢,固化时的光照时间就长,固化效果自然就好。而印刷速度快,光照时间短,固化就可能不彻底。
4.其他
UV灯管数量.使用时间及其表面清洁程度,反射罩的清洁程度,灯管至承印基材的距离,光引发剂的激发波长是否与灯管的发射波长相匹配等也都会影响UV油墨的固化程度。
四、表面张力与UV油墨的附着性
在印刷铝箔纸、涤纶卡纸或PET、PVC等基材时,时常会遇到油墨附着性差、不耐摩擦等问题。这除与油墨固化不彻底有关外,还可能是承印材料本身表面张力太低所致。一般来说,承印材料的表面张力比油墨的表面张力大1.0×x 10-2N/m.油墨就能够附着在承印材料表面。油墨的种类不同,对承印材料表面张力的要求也不同。对于溶剂型油墨来讲,如果承印材料的表面张力在3.8×10-2N/m以上,油墨就可以很好地附着:而UV油墨则要求承印材料的表面张力必须达到(4.O-4.2)×10-2N/m以上。在实际生产中常会遇到,承印材料的表面张力达到4 0×10-2N/m以上,而油墨的附着并不理想。这是因为,一方面,承印材料的表面张力比油墨大1.0×10-2N/m(假设大1.0×10-2N/m就能够实现良好附着)仅仅是油墨附着的必要条件,而不是充分条件。换句话说,要想使油墨在承印材料表面实现良好附着,承印材料的表面张力必须比油墨大1.0×10-2N/m;而承印材料的表面张力比油墨的表面张力大1.0×10-2N/m,不一定就能实现良好附着,还要取决于承印材料的极性。另一方面,如果用达因笔测试,还可能是达因笔被污染,不能准确反映承印材料的表面张力。当然,随着承印材料(薄膜)存放时间延长,其中的爽滑剂可能会迁移至表面,造成承印材料表面张力下降。
五、UV印刷的发展
不可否认的是,UV印刷工艺发展至今已相当成熟,但笔者认为,UV油墨可能会成为限制UV印刷工艺继续发展的瓶颈。理由是:
(1)UV油墨价格高。
(2) 由于附着性问题,相对于溶剂型油墨,UV油墨所能印刷的承印物范围比较窄。因此,如何通过降低UV油墨的表面张力来提高其附着力并能够实现良好转移,是油墨生产厂家面临的大问题。
(3)在折叠纸盒印刷中,UV光油上的电化铝烫印问题还没有得到根本解决。
(4)柔版印刷中使用的网纹辊线数越来越高,这将带来两个问题:如何降低油墨黏度来提高其流动性?如何在较薄 的墨层条件下,达到所要求的颜色密度,
(5)UV印刷中的异味问题。
油墨生产厂家如果能在解决上述问题上多做文章,UV印刷工艺的发展定会百尺竿头更进一步。
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