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光固化水性油墨印刷及塑料底材表面處理
福州眾印網(wǎng) 2007-4-25 9:00:00 來(lái)源：福州眾印網(wǎng)
一、光固化水性油墨的印刷和固化特點(diǎn)
光固化水性油墨使用水作為稀釋劑，采用除濕和UV 輻照固化兩種技術(shù)的結(jié)合來(lái)
實(shí)現(xiàn)印刷過(guò)程。由于這類油墨以水作溶劑，因此，其印刷工藝是：在油墨固化前對(duì)
濕墨進(jìn)行除水干燥，得到可指觸的干膜，然后進(jìn)行UV 光輻射，實(shí)現(xiàn)UV 油墨的交聯(lián)
固化。見光部位交聯(lián)，未見光部分沒(méi)有交聯(lián)，沖洗掉后可制得各種圖案的固化膜，
這是一般的水性油墨難以實(shí)現(xiàn)的。光固化水性油墨可以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷油墨、凹版
及柔版印刷油墨。然而光固化水性油墨技術(shù)在國(guó)內(nèi)至今基本上是空白，應(yīng)該是大有
發(fā)展前景的。
光固化水性油墨因其黏度較低，要求墨膜的厚度比較薄，多為微米級(jí)，若膜太
厚，有可能因上層膜的光屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致下層墨膜的光固化不完全。濕膜干燥方法
有直接加熱烘干法、高速氣干法和紅外輻射法，其中氣干法特別適合于紙質(zhì)或木質(zhì)
等吸收性底材。對(duì)于吸收性承印材料，有時(shí)無(wú)需特別干燥，少量水分能直接被底材
吸收。
在水性UV 固化油墨中，由于光引發(fā)劑本身用量小，且具有一定的水蒸氣揮發(fā)
度，故干燥溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，干燥時(shí)間不可以太長(zhǎng)，否則易造成光引發(fā)劑的損失。
油墨成膜過(guò)程對(duì)于固化膜的最終性能非常重要，水分散性連結(jié)料油墨的成膜過(guò)
程相對(duì)于水溶性連結(jié)料油墨較難控制。水分散性油墨的成膜過(guò)程實(shí)際上是體系中單
個(gè)粒子（乳液粒或水溶膠粒）之間的聚結(jié)過(guò)程，當(dāng)大部分水分蒸發(fā)掉時(shí)，這些微粒
將變形、相互滲透，聚結(jié)成無(wú)數(shù)小塊。最理想的聚結(jié)發(fā)生在聚合物分子間，這樣可
得到非常均勻的膜。光固化水分散性油墨的除水干燥過(guò)程因溫度升高，也有利于成
膜。
二、光固化水性油墨的固化過(guò)程
光固化水性油墨的固化一般采用中壓汞燈，固化程度與墨膜所受的輻射量有
關(guān)，這一方面取決于光引發(fā)劑的有效吸光能力和光引發(fā)效率；另一方面，也與汞燈
的線功率（w/cm ）、輻照時(shí)間及輻照距離有關(guān)。
光固化水性油墨經(jīng)紫外光固化后已經(jīng)形成交聯(lián)干膜，一般不需要進(jìn)一步的后固
化。但由于光固化水性油墨常常含有羧基以便獲得水溶性或水分散性的系統(tǒng)，這些
羧基在光固化后仍然存在于干膜涂層中，對(duì)涂層性能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響（如墨膜的抗
水性能變差等），因此在許多應(yīng)用中都加入了后固化交聯(lián)劑，使墨膜在光固化期間
或之后進(jìn)一步固化，消耗掉親水性的羧基。
此外，由于光照是成膜的關(guān)鍵，光固化水性油墨的干燥除水操作基本不影響最
終固化膜的性能。因此將光固化技術(shù)引入水性油墨技術(shù)后，交聯(lián)固化反應(yīng)可以完全
不在配料、儲(chǔ)存、涂裝及干燥等工藝過(guò)程中發(fā)生，僅在光照下才進(jìn)行交聯(lián)固化，使
最終固化膜的性能易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，明顯減少了油墨的施工難度。
三、光固化水性油墨的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
光固化水性油墨以水作為稀釋劑，采用UV輻照固化技術(shù)，很大程度地發(fā)揮了兩
者的綜合效能。相對(duì)于傳統(tǒng)的油溶性UV 光固化油墨，光固化水性油墨有如下優(yōu)
點(diǎn)：
�。ǎ保┎槐亟柚钚韵♂寗﹣�(lái)調(diào)節(jié)黏度，可解決V O C 及毒性、刺激性問(wèn)題；
�。ǎ玻┛捎盟蛟龀韯┛刂朴湍ざ群土髯冃�；
�。ǎ常┛傻玫綐O薄的涂層；
�。ǎ矗┰O(shè)備、容器等易于清洗；
�。ǎ担┕夤袒耙芽芍赣|，可堆放和修理，保證了固化膜的光潔度，簡(jiǎn)化了防
塵操作；
（６）大大減少火災(zāi)危害。
當(dāng)然，光固化水性油墨也有其缺點(diǎn)。不同于傳統(tǒng)油溶性光固化油墨，光固化水
性油墨在實(shí)施光固化前，大多要對(duì)濕膜進(jìn)行干燥除水，導(dǎo)致能耗增加。一般，在現(xiàn)
有的光固化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上需要增加干燥裝置，這將增加設(shè)備的占用空間，同時(shí)，
由于干燥步驟的加入還延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間，使生產(chǎn)效率下降。除此之外，水的高表面
張力（72mN/m）也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，如對(duì)基材（特別是低表面能者）和顏料的潤(rùn)
濕性能差、易引起分散不均勻等一些印刷故障，這可以通過(guò)加入共溶劑或表面活性
劑解決。同時(shí)，水的凝固點(diǎn)比一般有機(jī)溶劑高，在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏過(guò)程中需要加入防凍
劑，水性體系容易產(chǎn)生細(xì)菌，需加入防霉劑，使配方復(fù)雜化。
四、光固化水性油墨的分類
按照組成和水分散手段的不同，可以把光固化水性油墨分為以下幾類。
�。保夤袒杂湍榛�。通過(guò)外加表面活性劑（乳化劑），并輔以高
剪切力，有可能把傳統(tǒng)的光固化樹脂乳化，變成水分散體系（水包油體系）。這種
乳液具有較高的固含量，可以直接利用現(xiàn)成的油墨原料，生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)便。其乳化
劑的選擇將會(huì)直接影響樹脂的分散性能及油墨的穩(wěn)定性能、流變性能等。乳化劑由
親水基團(tuán)和親油基團(tuán)組成，后者一般為長(zhǎng)的烷烴鏈，與樹脂液滴混溶后，親水基團(tuán)
位于水中，使樹脂液滴分散穩(wěn)定。液滴之間存在很多相互作用，例如靜電作用、熱
擴(kuò)散作用、重力作用、乳化劑分子的空間排斥作用，在這些力的共同作用下系統(tǒng)的
液滴能夠保持一定距離，保持穩(wěn)定，在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)聚集，因此，可以把油墨樹
脂組分穩(wěn)定地分散成乳液狀。體系中的酸堿性會(huì)改變離子基團(tuán)的狀態(tài)，影響乳液滴
的穩(wěn)定，所以這種外乳化型油墨對(duì)p H 值的變化非常敏感。但是外加的乳化劑在固
化后仍會(huì)存在于涂膜中，使耐潮性能下降，并影響干膜的質(zhì)量。
�。玻夤袒杂湍c水分散樹脂液混合。由光固化親水聚合物與物理干
燥型水分散樹脂（通常為丙烯酸類樹脂）混合，光固化水性聚合物組分通過(guò)非光固
化的水分散性丙烯酸樹脂分散在水相中。但是因?yàn)楣夤袒M分在整個(gè)體系中的含量
較低，所得固化膜的交聯(lián)密度不高，因而與傳統(tǒng)光固化體系相比，其化學(xué)耐抗性也
較低。
�。常夤袒杂湍x子基自乳化型。把離子基引入樹脂骨架中，然后用
反離子中和分子鏈上的離子，這樣得到的樹脂具有很好的自乳化性能。由于優(yōu)良的
潤(rùn)濕性，在水中可以形成很小的顆粒，因而保存期長(zhǎng)，并具有非常好的剪切穩(wěn)定
性。
五、光固化水性油墨原材料
１．光固化樹脂
光固化水性油墨一般由基料樹脂、光引發(fā)劑、添加劑和水組成。基料樹脂是油
墨體系的主體成分，油墨最終固化膜的性能主要由基料樹脂決定。常用的樹脂有：
不飽和聚酯、聚氨酯丙烯酸酯類、丙烯酸酯化聚丙烯酸、聚酯丙烯酸酯。
用于光固化水性油墨的不飽和聚酯，是以二元醇或多元醇與馬來(lái)酸酐進(jìn)行酯化
反應(yīng)制備而成的。為了使樹脂具有親水性，可以利用二元醇（如聚乙二醇）引入親
水結(jié)構(gòu)，用含光活性基團(tuán)的酸或醇封端則可獲得光活性。
聚氨酯丙烯酸酯類樹脂是目前研究得最多的體系。與一般的聚氨酯丙烯酸酯的
差別僅在于如何在分子中引入親水性結(jié)構(gòu)。與上述不飽和聚酯相似，親水性結(jié)構(gòu)一
般可利用二元醇單元引入。例如可利用聚乙二醇引入非離子型的親水鏈段；利用二
羥甲基丙酸（D M P A ）引入羧基，得到離子型的自乳化樹脂。光活性基團(tuán)可以通
過(guò)（甲基）丙烯酸羥乙酯（H E A 或 H E M A ）的羥基與聚氨酯末端異氰酸酯基
（-NCO）反應(yīng)引入，也可以利用丙烯酸與端羥基聚氨酯的羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)得到。
丙烯酸酯化聚丙烯酸具有價(jià)廉、易制備、墨膜豐滿、光澤好等優(yōu)點(diǎn)。一般可用
丙烯酸與各種丙烯酸酯共聚引入親水性的羧基，用（甲基）丙烯酸羥乙酯或（甲
基）丙烯酸縮水甘油酯共聚引入羥基或環(huán)氧基以便進(jìn)一步引入丙烯酸氧基，從而獲
得光活性。
２．光引發(fā)劑
除了與油性體系所用的光引發(fā)劑在吸收性質(zhì)、不變黃等方面的要求相同以外，
用于水性體系的光引發(fā)劑還必須具有與水性環(huán)境相容、揮發(fā)性低等要求，以保證墨
膜預(yù)干燥（一般在60～80℃）時(shí)仍能保持所需的濃度。目前，使用較多的光引發(fā)劑
是Darocur 2959，由于其分子上比 Darocur1173多了一個(gè)羥乙氧基，使其在水中的
溶解度相對(duì)較大（母體Darocur1173的溶解度僅為0.1％），因而較易在預(yù)干燥時(shí)揮
發(fā)掉。
六、水性UV固化油墨對(duì)于基材的潤(rùn)濕性能
為了保證水性UV 固化油墨對(duì)承印物材料的潤(rùn)濕性，一方面應(yīng)該通過(guò)表面改性增
加塑料表面的表面能，另外一方面應(yīng)該在設(shè)計(jì)油墨配方時(shí)，盡量降低油墨的表面張
力。對(duì)于一般的UV 固化油墨，其表面能大約為35～38 mN / m，這對(duì)低表面能、表
面未經(jīng)處理的聚烯烴材料來(lái)說(shuō)，顯然是太高了，會(huì)導(dǎo)致印刷故障。而水性U V 固化
油墨的表面能比一般U V固化油墨大得多，這時(shí)應(yīng)該在水性U V 固化油墨中加入低表
面張力的單體，并對(duì)塑料表面進(jìn)行改性處理，以保證油墨在塑料表面的潤(rùn)濕性能。
七、塑料的表面處理及靜電控制
對(duì)于表面能較大的一些塑料基材，通過(guò)調(diào)整UV固化油墨配方、改善固化工藝條
件等方法，可以獲得比較理想的附著力。但是有些塑料制品、塑料薄膜（例如：
PE、PP 塑料）表面極性小，表面能低，在印刷時(shí)會(huì)遇到油墨附著不良的問(wèn)題，印刷
效果和粘附牢度難以達(dá)到要求，影響印刷質(zhì)量。唯有經(jīng)過(guò)表面處理才能改善上述問(wèn)
題，提高印刷質(zhì)量。
對(duì)塑料表面進(jìn)行處理的方法很多：
▲機(jī)械法：噴砂及磨毛等；
▲物理法：火焰、電暈、高能輻射等；
▲化學(xué)法：表面氧化、接枝、置換及交聯(lián)等。
在進(jìn)行表面處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的塑料和工藝條件選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缇巯N
類PE及PP等非極性塑料，一般需要采用火焰及電暈處理方法提高表面能，尼龍可用
磷酸處理等。以下介紹各種表面處理的方法：
�。保鹧媾c電暈（電火花）處理�；鹧婧碗姇炋幚硎莾煞N較好的印前處理工
藝，可以大大提高塑料片材的表面能，使表面形成很薄的氧化層。
火焰和電暈處理時(shí)應(yīng)注意要適當(dāng)，以免“燒傷”表面，形成過(guò)厚的氧化層，造
成印刷后墨層連同氧化層一起脫落。一般情況下，火焰處理時(shí)，將塑料加熱到稍低
于熱變形溫度，并保持一定時(shí)間即可。這兩種方法可以暫時(shí)提高塑料的表面能，處
理完以后必須在20min 內(nèi)完成印刷作業(yè)，否則處理效果會(huì)很快下降。
�。玻撝幚�。塑料制品表面沾上油污或脫膜劑會(huì)影響油墨的附著力，可以通
過(guò)堿性水溶液、表面活性劑、溶劑進(jìn)行清洗，以達(dá)到表面脫脂清潔的目的。若用砂
紙打磨使表面粗糙也可以起到脫脂的作用。
對(duì)絲印油墨附著良好的塑料如聚苯乙烯等，大多可以采用脫脂處理。脫脂時(shí)應(yīng)
該選用不會(huì)使塑料溶解的溶劑處理，如：甲醇、乙醇、異丙醇等。聚酰胺塑料也可
以用丙酮擦拭。
�。常瘜W(xué)法表面處理。采用溶劑蒸氣、化學(xué)藥品對(duì)塑料表面進(jìn)行處理，目的是
使光滑的塑料表面腐蝕為可控制的凹凸不平的表面，同時(shí)也可氧化導(dǎo)入親水性官能
團(tuán)或其它基團(tuán)，使塑料表面的非結(jié)晶區(qū)溶解形成粗糙表面。
溶劑蒸汽處理法。將聚乙烯、聚丙烯塑料件放在熱溶劑（如甲苯、三氯乙烯）
的蒸汽中處理10～20s ，可明顯提高油墨的固著牢度。
化學(xué)氧化法。過(guò)硫酸銨90g、硫酸銀0.6g、蒸餾水1000g，配制成溶液后，將聚
丙烯、聚乙烯塑料制品放在其中，室溫處理20min 以上，或在70℃下處理5min，該
方法適用于硬塑料制品，也可用于軟塑料。酸處理法。形狀復(fù)雜的PE、PP 塑料制
品，印前處理可采用酸蝕法，用鉻酸和硫酸的混酸在50 ℃下處理10min。
４．紫外光或等離子體照射法。先用三氯乙烯擦洗聚乙烯、聚丙烯塑料表面，
然后用紫外光或等離子體照射，表面能可顯著提高，絲印油墨在其上的固著牢度可
提高5 倍以上，適用于軟塑料制品和硬質(zhì)塑料制品。這種處理方法主要是用高能射
線對(duì)塑料表面進(jìn)行照射，產(chǎn)生氧化反應(yīng)后，表面生成極性基團(tuán)，提高油墨的附著
力。
５．塑料印刷中的靜電控制
在印刷車間最好安裝濕度和溫度控制設(shè)備，這樣不僅可以有效控制靜電，而且
能更好地保證印刷質(zhì)量。
由于塑料是相當(dāng)好的絕緣材料，因此在印刷過(guò)程中靜電會(huì)對(duì)塑料的印刷質(zhì)量帶
來(lái)影響。由靜電引起的印刷故障問(wèn)題，主要有以下表現(xiàn)：
�。ǎ保┏杏〔牧腺N在一起，不能分開；
�。ǎ玻┏杏〔牧喜荒艿鼔涸谝黄鸹驇缀醪荒芏逊�；
�。ǎ常┏杏〔牧险迟N在絲網(wǎng)版的底部；
�。ǎ矗┤詣�(dòng)印刷機(jī)上不能正常送料；
�。ǎ担┎僮鞴ぴ怆姄�。
由于塑料的一個(gè)重要特性是有較好的絕緣性能，很容易帶上靜電，且不易消
除，導(dǎo)致印刷故障。為此，在塑料印刷時(shí)應(yīng)考慮去除靜電的問(wèn)題，目前普遍采用的
方法是用靜電去除劑來(lái)去除靜電。
本文標(biāo)題：光固化水性油墨印刷及塑料底材表面處理
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