水性UV噴墨墨水面面觀

王萌+劉昕

和傳統(tǒng)噴墨墨水相比，水性UV噴墨墨水具有諸多優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，受到了人們的極大重視?？傊?，水性UV噴墨墨水已成為新的研究熱點(diǎn)。

何為水性UV噴墨墨水

水性UV噴墨墨水結(jié)合了水性噴墨墨水和能量固化型噴墨墨水兩者的優(yōu)良性能，是一種由預(yù)聚物（水基光固化樹(shù)脂）、光引發(fā)劑、顏料、胺類物質(zhì)、水、助溶劑和其他添加劑等配制而成的，采用UV光輻照固化技術(shù)的新型環(huán)保墨水。

預(yù)聚物是水性UV噴墨墨水中最重要的組成成分，其可以使顏料分散均勻，使墨水具有一定的流動(dòng)性。其不僅決定了墨水固化后墨膜的物理機(jī)械性能，如硬度、柔韌性、強(qiáng)度、耐磨性、附著力、耐化學(xué)品性等，也決定了光固化的反應(yīng)活性。目前，市場(chǎng)上提供的預(yù)聚物主要有水性環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性丙烯酸酯化丙烯酸樹(shù)脂類和不飽和聚脂類等。

光引發(fā)劑是一類能在紫外光區(qū)（250～420nm）或可見(jiàn)光區(qū)（400～800nm）吸收一定波長(zhǎng)的能量，產(chǎn)生自由基、陽(yáng)離子等，從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化的化合物。其在墨水體系中起著重要作用，適量的光引發(fā)劑可加快墨水的固化速度并獲得性能良好的墨水。對(duì)水性UV噴墨墨水而言，其要求光引發(fā)劑與水性聚合物的相容性好，在水介質(zhì)中光活性高，引發(fā)效率高；同時(shí)與其他光引發(fā)劑一樣，要求具有低揮發(fā)性、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)色等特點(diǎn)。市場(chǎng)上主要的幾類光引發(fā)劑有二苯甲酮類（BP）、帶羥基的雜蒽酮類（TX）、大分子改性的α-羥基酮類等。

顏料決定了水性UV噴墨墨水的色相及飽和度，其以微粒狀態(tài)均勻地分布在連結(jié)料中，通過(guò)吸收或反射光線呈現(xiàn)出一定的顏色。對(duì)于水性UV噴墨墨水而言，由于顏料與輻射光源之間存在著特殊的吸收與反射作用，因而顏料還存在著對(duì)固化速率的影響問(wèn)題。此外，相關(guān)文獻(xiàn)記載，通過(guò)對(duì)顏料潤(rùn)濕性的研究，發(fā)現(xiàn)顏料與基料的表面張力越接近，墨水越易于得到較高的顏色強(qiáng)度。

干燥固化機(jī)理

水性UV噴墨墨水與傳統(tǒng)UV噴墨墨水的不同之處在于水性UV固化體系不使用單體作為稀釋劑，取而代之的是水或者水醇溶液。因此，水性UV噴墨墨水的干燥固化結(jié)合了水性墨水滲透蒸發(fā)和UV光固化兩種干燥形式，即水性體系的預(yù)揮發(fā)干燥和紫外光固化成膜。

1.預(yù)揮發(fā)干燥機(jī)理

預(yù)揮發(fā)干燥是將水和助溶劑等非固化可揮發(fā)成分移出膜體系的過(guò)程。在水性UV噴墨墨水的制造過(guò)程中，水基光固化樹(shù)脂在添加堿（往往是有機(jī)胺）或者酸的情況下，會(huì)變成可溶于水的羧酸鹽，其中加入氨水使水基光固化樹(shù)脂生成鹽的反應(yīng)可表示為：

R-COOH+NH3→ R-COO-+NH4+

（可溶于水）

反過(guò)來(lái)，在預(yù)揮發(fā)干燥過(guò)程中，將有機(jī)胺和水分移出后，鹽又變成了不溶于水的酸且成膜：

R-COO-+NH4+ → R-COOH（不溶于水）+NH3

2.紫外光固化成膜機(jī)理

UV固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下，光引發(fā)劑吸收紫外光的輻射能后分裂成自由基，引發(fā)聚合物發(fā)生聚合、交聯(lián)接枝反應(yīng)，在很短的時(shí)間內(nèi)固化成三維的網(wǎng)狀高分子聚合物，得到硬化膜。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)形成化學(xué)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)干燥，其固化過(guò)程一般可分為4個(gè)階段（如圖1所示）：①紫外光與光引發(fā)劑之間相互作用，包括對(duì)光的吸收和光敏劑與光引發(fā)劑之間的相互作用；②光引發(fā)劑分子發(fā)生重排，形成自由基中間體；③自由基與齊聚物中的不飽和基團(tuán)作用，引發(fā)鏈或聚合反應(yīng)；④聚合反應(yīng)繼續(xù)，液態(tài)的組分轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w聚合物。

主要特點(diǎn)及應(yīng)用

1.特點(diǎn)

水性UV噴墨墨水既具有溶劑型墨水干燥后墨層薄的優(yōu)點(diǎn)，又具有UV墨水干燥快、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，具體來(lái)說(shuō)，主要有如下特點(diǎn)：①由于水性UV噴墨墨水具有良好的觸變性，因此可以用于高加網(wǎng)線數(shù)印刷，得到高精細(xì)網(wǎng)點(diǎn)，這使得水性UV噴墨墨水廣泛應(yīng)用于高質(zhì)量印刷領(lǐng)域；②解決了普通UV墨水墨層太厚，影響疊印的問(wèn)題；③可用水或增稠劑控制墨水黏度和流變性；④受紫外光照可瞬間固化，干燥速度快且不會(huì)堵塞墨頭，而且在光固化前已經(jīng)可以堆疊和修理，保證了固化墨膜的光潔度；⑤使用水基連結(jié)料，環(huán)保性能好，具有一般UV墨水不含VOC優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還解決了單體稀釋劑對(duì)使用者的傷害問(wèn)題，降低了對(duì)壞境的危害；⑥具有良好的附著牢度，承印材料范圍廣，解決了傳統(tǒng)噴墨墨水在非吸收性材料上附著牢度差的問(wèn)題；⑦結(jié)合UV墨水和水性墨水的優(yōu)點(diǎn)，在油墨穩(wěn)定性、耐水性、耐光性、耐候性以及干燥速度、色彩、光澤等方面具有良好的性能。

2.應(yīng)用

水性UV噴墨墨水主要應(yīng)用于數(shù)字印刷領(lǐng)域，其利用紫外線的能量，使墨水連結(jié)料的分子聚合，從而固化墨滴。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，噴墨印刷市場(chǎng)正逐年擴(kuò)大，目前主要在圖像圖形、標(biāo)牌、出版、制藥、促銷廣告、辦公文件、標(biāo)簽、包裝、印刷電路、食品醫(yī)藥、織物印刷等領(lǐng)域得到應(yīng)用，水性UV噴墨墨水憑借環(huán)保性和高質(zhì)量印刷的特點(diǎn)也將在這些領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

使用水性UV噴墨墨水時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：①墨水使用前必須充分?jǐn)嚢瑁垣@得良好的墨水性能；②適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸瓤梢员ＷC水性UV噴墨墨水的黏度和干燥速度，便于高質(zhì)量印刷品的生產(chǎn)。

在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r

目前，水性UV噴墨墨水在我國(guó)尚處于研究階段，我國(guó)還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的水性UV噴墨墨水。國(guó)外的公司和學(xué)者已取得顯著成果，但是進(jìn)口水性UV噴墨墨水價(jià)格昂貴，阻礙著我國(guó)噴墨印刷行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。另外，長(zhǎng)期以來(lái)，噴墨墨水都是和噴墨印刷設(shè)備配套使用，大多數(shù)設(shè)備生產(chǎn)廠家要求企業(yè)在印刷時(shí)使用原裝墨水，這也是造成我國(guó)噴墨墨水研究進(jìn)展緩慢的原因之一。鑒于水性UV噴墨墨水良好的市場(chǎng)前景，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)水性UV噴墨墨水的研究，將制備滿足市場(chǎng)需求的性能優(yōu)良的水性UV噴墨墨水作為噴墨墨水研究的一個(gè)重要方向。