一種新型水性UV油墨的發(fā)明

劉昕+翟玉月+任燁

UV油墨作為一種新型環(huán)保油墨，具有節(jié)能、生產(chǎn)效率高、印刷性能優(yōu)異、設(shè)備投資低等優(yōu)點(diǎn)，一直備受重視。水性UV油墨是目前UV油墨的一個(gè)新研究方向，其以水和乙醇作為稀釋劑，除了具有UV油墨環(huán)境污染性低等特點(diǎn)外，其安全性高、體系黏度小、流變性好，對(duì)氧阻聚有一定緩解作用，主要應(yīng)用于食品、藥品、飲料、煙酒及與人體接觸的日用品包裝印刷等領(lǐng)域。

市場上的水性UV油墨的印刷方式和應(yīng)用領(lǐng)域都有明確的專屬性，并不能通用，如新樂牌水性UV油墨、美國Nazder油墨公司的水性HU 000系列UV油墨、北京英力科技有限公司與北京鴻基印務(wù)有限公司聯(lián)合研制的鴻英牌新型環(huán)保水性UV油墨等只能用于絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷，且主要用于戶外廣告、容器、POP圖像、標(biāo)簽等的印刷。在此，本文將介紹一種新型水性UV油墨（授權(quán)發(fā)明專利號(hào)：ZL201110139166.8），該油墨制備方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，克服了普通水性UV油墨的通用性和穩(wěn)定性差以及操作工藝過程復(fù)雜等缺陷，有利于水性UV油墨的快速推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

新型水性UV油墨的實(shí)驗(yàn)室制備

新型水性UV油墨按照重量百分比由以下組分組成：30%～60%水基光固化樹脂，15%～35%活性單體，0.2%～9%光引發(fā)劑，5%～20%色料，6%～26%助劑，0%～6.5%稀釋劑，其中，助劑由占水性UV油墨感光劑總重量0.2%～4%的光增感劑、 0.2%～1%的阻聚劑、0.1%～1%的流平劑、1%～2%的消泡劑、1%～10%的潤濕分散劑、1%～2%的抗擦劑、0.5%～3%的觸變劑和2%～10%的光穩(wěn)定劑組成，色料為直接染料、活性染料或顏料。

參照已有水性UV油墨的配方以及所用物質(zhì)的性質(zhì)，水基光固化樹脂選用硅烷基改性丙烯酸樹脂（WUV）和硅烷基環(huán)氧改性UV樹脂（HUV）。其中，HUV不能與光引發(fā)劑1173或是TPO混合使用，因?yàn)榕c光引發(fā)劑1173混合使用，成膜后容易粉化；與TPO混合使用，容易發(fā)生暗聚反應(yīng)，大大縮短油墨儲(chǔ)存時(shí)間。WUV與光引發(fā)劑4-氯二苯甲酮（BP）以及鄰苯甲酰基苯甲酸甲酯（OMBB）混合使用效果較好，綜合考慮選擇BP和OMBB的混合物作為光引發(fā)劑。光增感劑選用N，N-二甲基苯胺，阻聚劑選用2，6-二叔丁基甲苯酚，流平劑選擇具有一定稀釋作用的異丙醇，消泡劑選用聚氧乙烯氧丙烯甘油，潤濕分散劑選用氨基丙胺二油酸酯，抗擦劑選用油酸酰胺，觸變劑用聚丙烯酸鹽，光穩(wěn)定劑用聚-[1-（2-羥乙基）-2，2，6，6-四甲基-4-羥基哌啶丁二酸酯]；稀釋劑為水和乙醇以重量比為3∶2組成的混合物。

在配置新型水性UV油墨前，先按照圖1將實(shí)驗(yàn)器材組裝完畢。在試驗(yàn)中，其制備過程如下。

先稱取各組分，按以下重量百分比稱取各組分：40%水基光固化樹脂、35%活性單體、2.6%光引發(fā)劑、5%活性染料、16.4%助劑、1%稀釋劑。其中，助劑為占水性UV油墨感光劑總重量3.4%的光增感劑、0.3%的阻聚劑、0.7%的流平劑、2%的消泡劑、1%的潤濕分散劑、2%的抗擦劑、3%的觸變劑和4%的光穩(wěn)定劑等。水基光固化樹脂為HUV，活性單體選用三羧甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），光引發(fā)劑為BP與OMBB以重量比為3∶1組成的混合物，活性染料使用C.I.活性紫5。

在制備過程中，將數(shù)控電熱套溫度控制在50～70℃，攪拌器攪拌速度為500～700r/min。制備時(shí)，先將活性單體加入到四口燒瓶中，加熱攪拌，在溫度達(dá)到要求時(shí)，將光引發(fā)劑均勻緩慢加入；待光引發(fā)劑完全溶解后，均勻緩慢加入水基光固化樹脂；攪拌均勻。其中，可將光引發(fā)劑與水基光固化樹脂充分混合后再加入，以保證充分混合，控制光引發(fā)劑和水基光固化樹脂的加入時(shí)間為25～40min。

然后，將活性染料在稀釋劑中充分溶解后，加入到四口燒瓶中，攪拌均勻。充分混合后，依次加入潤濕分散劑、消泡劑、流平劑和稀釋劑等，攪拌均勻，其攪拌時(shí)間為30～60min，然后收料即可。要注意的是，潤濕分散劑需要先用蒸餾水溶解后再加入，所加蒸餾水的量以潤濕分散劑完全溶解為標(biāo)準(zhǔn)；為保證所制備的感光材料涂布固化后的涂層性能，各組分全部添加后需持續(xù)恒溫加熱一段時(shí)間后再收料。

新型水性UV油墨的性能

（1）研制出的水性UV油墨黏度最小值為0.02Pa？s（25℃），最大值為40Pa？s（25℃），因此能用于凹版印刷、柔版印刷、絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷等印刷方式，僅需針對(duì)不同印刷方式對(duì)油墨的黏度和流平性做相應(yīng)調(diào)節(jié)即可。

（2）性能穩(wěn)定，適合長時(shí)間儲(chǔ)存，使用前無須攪拌；光固化時(shí)間短，固化前無須預(yù)熱，對(duì)承印物的適應(yīng)性較好，無須對(duì)承印物進(jìn)行表面處理即可印刷；操作工藝簡單，適合廣泛推廣使用。

（3）制備工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)，所用設(shè)備體積小。

（4）研制出的水性UV油墨安全無污染、生產(chǎn)效率高、印刷質(zhì)量優(yōu)異，色飽和度、色強(qiáng)度和清晰度明顯優(yōu)于普通油墨，印刷設(shè)備容易清洗，所以其對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色印刷十分有利。

對(duì)新型水性UV油墨性能影響因素的分析

（1）實(shí)驗(yàn)中所配制的水性UV油墨的黏度差別較大。對(duì)水性UV油墨的黏度影響較大的因素有加熱攪拌時(shí)間、水基光固化樹脂WUV的用量、光引發(fā)劑BP和水基光固化樹脂WUV的交互作用、反應(yīng)溫度、光引發(fā)劑BP和水基光固化樹脂HUV的交互作用。在對(duì)水性UV油墨的黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)要注意這5個(gè)因素。

（2）對(duì)水性UV油墨的光固化速度影響最大的因素是水基光固化樹脂WUV和HUV的用量；其次是光引發(fā)劑OMBB的用量、光引發(fā)劑OMBB與活性單體TMPTA的交互作用、光引發(fā)劑BP與水基光固化樹脂WUV的交互作用、流平劑異丙醇的用量、活性單體TMPTA的用量、光引發(fā)劑BP與活性單體TMPTA的交互作用。

（3）對(duì)水性UV油墨的耐磨性有很大影響的因素有光引發(fā)劑BP和水基光固化樹脂HUV的交互作用、光引發(fā)劑OMBB與活性單體TMPTA的交互作用、流平劑異丙醇的用量、持續(xù)恒溫?cái)嚢璧臅r(shí)間、水基光固化樹脂WUV的用量和活性單體TMPTA的用量；有較顯著影響的是水基光固化樹脂HUV的用量。

（4）對(duì)水性UV油墨的附著力有很大影響的有光引發(fā)劑OMBB的用量、持續(xù)恒溫?cái)嚢璧臅r(shí)間；有較顯著影響的因素有光引發(fā)劑BP與水基光固化樹脂WUV的相互作用、光引發(fā)劑OMBB與活性單體TMPTA的相互作用以及光引發(fā)劑BP與活性單體TMPTA的相互作用。

（5）對(duì)水性UV油墨硬度有很大影響的因素有光引發(fā)劑BP的用量、持續(xù)恒溫?cái)嚢璧臅r(shí)間、光引發(fā)劑BP與水基光固化樹脂WUV的交互作用；有較大影響的因素有水基光固化樹脂 WUV的用量、光引發(fā)劑OMBB與水基光固化樹脂HUV的交互作用、光引發(fā)劑OMBB和活性單體TMPTA的交互作用、光引發(fā)劑BP和活性單體TMPTA的交互作用、光引發(fā)劑OMBB與水基光固化樹脂WUV的交互作用。

對(duì)于各影響因素的具體取值，理論上應(yīng)該是越大越好，由于需要考慮各因素間的正交作用，故使用正交實(shí)驗(yàn)方法對(duì)各組成部分的量進(jìn)行合理分配，可使其性能滿足不同印刷方式的要求。通過對(duì)所配制的水性UV油墨的黏度、光固化速度、耐磨性、硬度和附著力的測試，分析各因素對(duì)水性UV油墨性能的影響，最終可獲得水性UV油墨針對(duì)某一特定性能的最優(yōu)配方。需要注意的是，水性UV油墨固化后的墨膜厚度不是其性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是其對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都有一定的影響，因此，在對(duì)水性UV油墨的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，水性UV油墨固化后的墨膜厚度也是必須要考慮的因素。

通過對(duì)各影響因素的調(diào)節(jié)，配制出的水性UV油墨在光固化速度、耐磨性、附著力和硬度以及穩(wěn)定性等方面能滿足大多數(shù)印刷的需求，但其黏度最低只能達(dá)到100mPa？s左右，不能應(yīng)用于采用高精度噴頭的噴墨印刷中。因此，如何在保證水性UV油墨高光固化速度、耐磨性、硬度等性能的前提下，降低其黏度，以使其應(yīng)用于高精度噴頭的問題仍待解決。endprint