一、光固化水性油墨的印刷和固化特點

    光固化水性油墨使用水作為稀釋劑，采用除濕和UV 輻照固化兩種技術的結合來實現印刷過程。由于這類油墨以水作溶劑，因此，其印刷工藝是：在油墨固化前對濕墨進行除水干燥，得到可指觸的干膜，然后進行UV 光輻射，實現UV 油墨的交聯固化。見光部位交聯，未見光部分沒有交聯，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現的。光固化水性油墨可以應用于絲網印刷油墨、凹版及柔版印刷油墨。然而光固化水性油墨技術在國內至今基本上是空白，應該是大有發展前景的。

    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，若膜太厚，有可能因上層膜的光屏蔽效應，導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或木質等吸收性底材。對于吸收性承印材料，有時無需特別干燥，少量水分能直接被底材吸收。

    在水性UV 固化油墨中，由于光引發劑本身用量小，且具有一定的水蒸氣揮發度，故干燥溫度應嚴格控制，干燥時間不可以太長，否則易造成光引發劑的損失。

    油墨成膜過程對于固化膜的最終性能非常重要，水分散性連結料油墨的成膜過程相對于水溶性連結料油墨較難控制。水分散性油墨的成膜過程實際上是體系中單個粒子（乳液�；蛩�溶膠粒）之間的聚結過程，當大部分水分蒸發掉時，這些微粒將變形、相互滲透，聚結成無數小塊。最理想的聚結發生在聚合物分子間，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程因溫度升高，也有利于成膜。

    二、光固化水性油墨的固化過程

    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，這一方面取決于光引發劑的有效吸光能力和光引發效率；另一方面，也與汞燈的線功率（w/cm ）、輻照時間及輻照距離有關。

    光固化水性油墨經紫外光固化后已經形成交聯干膜，一般不需要進一步的后固化。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，這些羧基在光固化后仍然存在于干膜涂層中，對涂層性能會產生負面影響（如墨膜的抗水性能變差等），因此在許多應用中都加入了后固化交聯劑，使墨膜在光固化期間或之后進一步固化，消耗掉親水性的羧基。

    此外，由于光照是成膜的關鍵，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。因此將光固化技術引入水性油墨技術后，交聯固化反應可以完全不在配料、儲存、涂裝及干燥等工藝過程中發生，僅在光照下才進行交聯固化，使最終固化膜的性能易于控制，產品質量穩定，明顯減少了油墨的施工難度。

    三、光固化水性油墨的優點和缺點

    光固化水性油墨以水作為稀釋劑，采用UV輻照固化技術，很大程度地發揮了兩者的綜合效能。相對于傳統的油溶性UV 光固化油墨，光固化水性油墨有如下優點：

    （１）不必借助活性稀釋劑來調節黏度，可解決V O C 及毒性、刺激性問題；

    （２）可用水或增稠劑控制油墨黏度和流變性；（３）可得到極薄的涂層；

    （４）設備、容器等易于清洗；

    （５）光固化前已可指觸，可堆放和修理，保證了固化膜的光潔度，簡化了防塵操作；

    （６）大大減少火災危害。

    當然，光固化水性油墨也有其缺點。不同于傳統油溶性光固化油墨，光固化水性油墨在實施光固化前，大多要對濕膜進行干燥除水，導致能耗增加。一般，在現有的光固化生產線的基礎上需要增加干燥裝置，這將增加設備的占用空間，同時，由于干燥步驟的加入還延長了生產時間，使生產效率下降。除此之外，水的高表面張力（72mN/m）也會帶來一系列問題，如對基材（特別是低表面能者）和顏料的潤濕性能差、易引起分散不均勻等一些印刷故障，這可以通過加入共溶劑或表面活性劑解決。同時，水的凝固點比一般有機溶劑高，在運輸和儲藏過程中需要加入防凍劑，水性體系容易產生細菌，需加入防霉劑，使配方復雜化。

    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。

    １．光固化水性油墨——乳化型。通過外加表面活性劑（乳化劑），并輔以高剪切力，有可能把傳統的光固化樹脂乳化，變成水分散體系（水包油體系）。這種乳液具有較高的固含量，可以直接利用現成的油墨原料，生產工藝較簡便。其乳化劑的選擇將會直接影響樹脂的分散性能及油墨的穩定性能、流變性能等。乳化劑由親水基團和親油基團組成，后者一般為長的烷烴鏈，與樹脂液滴混溶后，親水基團位于水中，使樹脂液滴分散穩定。液滴之間存在很多相互作用，例如靜電作用、熱擴散作用、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的液滴能夠保持一定距離，保持穩定，在一定時期內不會聚集，因此，可以把油墨樹脂組分穩定地分散成乳液狀。體系中的酸堿性會改變離子基團的狀態，影響乳液滴的穩定，所以這種外乳化型油墨對p H 值的變化非常敏感。但是外加的乳化劑在固化后仍會存在于涂膜中，使耐潮性能下降，并影響干膜的質量。

    ２．光固化水性油墨——與水分散樹脂液混合。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非光固化的水分散性丙烯酸樹脂分散在水相中。但是因為光固化組分在整個體系中的含量較低，所得固化膜的交聯密度不高，因而與傳統光固化體系相比，其化學耐抗性也較低。

    ３．光固化水性油墨——離子基自乳化型。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。由于優良的潤濕性，在水中可以形成很小的顆粒，因而保存期長，并具有非常好的剪切穩定性。

    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、光引發劑、添加劑和水組成�；�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酸酐進行酯化反應制備而成的。為了使樹脂具有親水性，可以利用二元醇（如聚乙二醇）引入親水結構，用含光活性基團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構。與上述不飽和聚酯相似，親水性結構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。光活性基團可以通過（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）反應引入，也可以利用丙烯酸與端羥基聚氨酯的羥基進行酯化反應得到。

    丙烯酸酯化聚丙烯酸具有價廉、易制備、墨膜豐滿、光澤好等優點。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氧基以便進一步引入丙烯酸氧基，從而獲得光活性。

    ２．光引發劑

    除了與油性體系所用的光引發劑在吸收性質、不變黃等方面的要求相同以外，用于水性體系的光引發劑還必須具有與水性環境相容、揮發性低等要求，以保證墨膜預干燥（一般在60～80℃）時仍能保持所需的濃度。目前，使用較多的光引發劑是Darocur 2959，由于其分子上比 Darocur1173多了一個羥乙氧基，使其在水中的溶解度相對較大（母體Darocur1173的溶解度僅為0.1％），因而較易在預干燥時揮發掉。

    六、水性UV固化油墨對于基材的潤濕性能

    為了保證水性U V 固化油墨對承印物材料的潤濕性，一方面應該通過表面改性增加塑料表面的表面能，另外一方面應該在設計油墨配方時，盡量降低油墨的表面張力。對于一般的UV 固化油墨，其表面能大約為35～38 mN / m，這對低表面能、表面未經處理的聚烯烴材料來說，顯然是太高了，會導致印刷故障。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，這時應該在水性U V 固化油墨中加入低表面張力的單體，并對塑料表面進行改性處理，以保證油墨在塑料表面的潤濕性能。

    七、塑料的表面處理及靜電控制

    對于表面能較大的一些塑料基材，通過調整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，在印刷時會遇到油墨附著不良的問題，印刷效果和粘附牢度難以達到要求，影響印刷質量。唯有經過表面處理才能改善上述問題，提高印刷質量。

    對塑料表面進行處理的方法很多：

    ▲機械法：噴砂及磨毛等；

    ▲物理法：火焰、電暈、高能輻射等；

    ▲化學法：表面氧化、接枝、置換及交聯等。

    在進行表面處理時，應根據不同的塑料和工藝條件選擇適當的方法，如聚烯烴類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：

    １．火焰與電暈（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。

    火焰和電暈處理時應注意要適當，以免“燒傷”表面，形成過厚的氧化層，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，將塑料加熱到稍低于熱變形溫度，并保持一定時間即可。這兩種方法可以暫時提高塑料的表面能，處理完以后必須在20min 內完成印刷作業，否則處理效果會很快下降。

    ２．脫脂處理。塑料制品表面沾上油污或脫膜劑會影響油墨的附著力，可以通過堿性水溶液、表面活性劑、溶劑進行清洗，以達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。脫脂時應該選用不會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。

    ３．化學法表面處理。采用溶劑蒸氣、化學藥品對塑料表面進行處理，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，同時也可氧化導入親水性官能團或其它基團，使塑料表面的非結晶區溶解形成粗糙表面。

    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。

    化學氧化法。過硫酸銨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塑料制品。這種處理方法主要是用高能射線對塑料表面進行照射，產生氧化反應后，表面生成極性基團，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備，這樣不僅可以有效控制靜電，而且能更好地保證印刷質量。

    由于塑料是相當好的絕緣材料，因此在印刷過程中靜電會對塑料的印刷質量帶來影響。由靜電引起的印刷故障問題，主要有以下表現：

    （１）承印材料貼在一起，不能分開；

    （２）承印材料不能迭壓在一起或幾乎不能堆放；

    （３）承印材料粘貼在絲網版的底部；

    （４）全自動印刷機上不能正常送料；

    （５）操作工遭電擊。

    由于塑料的一個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，導致印刷故障。為此，在塑料印刷時應考慮去除靜電的問題，目前普遍采用的方法是用靜電去除劑來去除靜電。   (peter)