UV平板打印的涂層墨水技術(shù)

文　湯文杰 龐也馳

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UV平板打印的涂層墨水技術(shù)

文湯文杰 龐也馳

UV噴墨市場(chǎng)現(xiàn)狀

目前國(guó)際上包裝印刷技術(shù)的主流方向已向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高速低耗、更加環(huán)保和個(gè)性化的方向發(fā)展，UV噴墨技術(shù)正適應(yīng)了這個(gè)潮流。2013年西歐UV噴墨印刷市場(chǎng)規(guī)模約為24億美元，并將在未來5年中保持13．6%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。UV噴墨印刷在北美也呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象，未來5年，其增速達(dá)16．2%。史密瑟斯·派諾公司（全球印刷包裝行業(yè)知名調(diào)研機(jī)構(gòu)）發(fā)布了一份《2018年UV噴墨印刷市場(chǎng)預(yù)測(cè)》的報(bào)告，報(bào)告顯示，UV噴墨印刷將在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展，其市場(chǎng)規(guī)模將在未來5年增長(zhǎng)18．3%，并將在2018年達(dá)到159億美元。國(guó)內(nèi)UV噴墨印刷市場(chǎng)屬于起步階段，但市場(chǎng)份額也在逐步擴(kuò)大，隨著設(shè)備的引進(jìn)、UV噴墨墨水的改進(jìn)、UV噴墨印刷系統(tǒng)的完善、噴墨工藝的開發(fā)，噴墨印刷技術(shù)在薄膜、金屬、陶瓷、織物、木材和玻璃上的應(yīng)用都在增長(zhǎng)。［1］適合UV平板噴墨打印的材料清單如下：

材料類型　材料種類柔性材料　相紙、特種紙張、皮革、油畫布、乙烯膜或片、磁性貼瓦楞紙、光柵板、PET/PC/PP、iPad/ iPhone殼、大理石、木板、KT板、雪弗板、X-Board、亞克力需要涂布的剛性材料硬質(zhì)材料瓷磚、玻璃、鋼板、Dibond（鋁塑板）、鋁面夾層板

涂層技術(shù)需求的迫切性

UV平板噴墨的墨水在上述的柔性材料和硬質(zhì)材料表面的適應(yīng)性非常好，噴出來的樣品精細(xì)度高，耐用性強(qiáng)，因此UV平板噴墨在上述兩種材料為絲印打樣和短板印刷方面應(yīng)用廣泛；

但是對(duì)于需要涂布的剛性材料陶瓷、玻璃、鋼板、Dibond、鋁面夾層板表面UV打印墨水的附著力和耐水性方面不盡如人意（經(jīng)咨詢美國(guó)DCS浮雕打印機(jī)相關(guān)人員獲得）。

上述尤其針對(duì)剛性材料的建材裝飾市場(chǎng)有多大？以噴墨陶瓷為例：

2013年全球大規(guī)模推廣數(shù)字生產(chǎn)方法，2014年全球瓷磚噴墨印刷設(shè)備與技術(shù)迅猛發(fā)展。2010年12月全球已安裝數(shù)字印刷設(shè)備大約538臺(tái)，2011年底增加到1054臺(tái)，到2012年12月底增長(zhǎng)到1537臺(tái)，平均每年增長(zhǎng)超過500臺(tái)。

僅2013年一年時(shí)間， 數(shù)字印刷設(shè)備就新增1367臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2014年1月31日總數(shù)達(dá)到2904臺(tái)（13個(gè)月增長(zhǎng)+89%）。許多國(guó)家采用數(shù)字印刷設(shè)備生產(chǎn)方法增長(zhǎng)迅速，從2010年開始24臺(tái)，到今天有48臺(tái)。但有些國(guó)家采用該項(xiàng)技術(shù)與設(shè)備較早，因此發(fā)展也更快。例如：西班牙現(xiàn)在約有300臺(tái)設(shè)備在使用，意大利現(xiàn)在也有240臺(tái)設(shè)備在使用（包括2013年安裝的43臺(tái)）， 有些統(tǒng)計(jì)可能偏高，有的可能偏低，在非歐洲國(guó)家中，使用數(shù)字印刷設(shè)備增長(zhǎng)最快的是亞洲國(guó)家。［2］

2011年噴墨打印技術(shù)開始在我國(guó)瓷磚行業(yè)中應(yīng)用，迄今為止全國(guó)有超過1/3的陶瓷磚生產(chǎn)線配備了噴墨打印設(shè)備。生產(chǎn)企業(yè)采用噴墨打印技術(shù)主要用于瓷磚、仿古磚、全拋釉磚、外墻磚等產(chǎn)品的釉面裝飾，其中瓷片類企業(yè)使用的噴墨打印機(jī)數(shù)量最多，瓷片類產(chǎn)品一條生產(chǎn)線需要配置3臺(tái)或以上噴墨打印機(jī)，部分大型陶瓷磚生產(chǎn)企業(yè)裝備的噴墨打印機(jī)超過10臺(tái)，噴墨打印產(chǎn)品所占比例在50%～60%，一些企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)全噴墨印花產(chǎn)品。除了瓷片，仿古磚和全拋釉磚也是使用噴墨打印機(jī)的兩大類產(chǎn)品，尤其是從2013年起，在一些瓷區(qū)的仿古磚和全拋釉磚生產(chǎn)企業(yè)開始推廣噴墨打印技術(shù)，也有很多仿古磚企業(yè)準(zhǔn)備增加噴墨打印機(jī)，相對(duì)普通仿古磚來說，噴墨打印花色效果更好，客戶更易于接受。

截至2014年4月，我國(guó)在線運(yùn)行的陶瓷噴墨設(shè)備已超過2000臺(tái)，國(guó)產(chǎn)陶瓷噴墨打印設(shè)備在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額已經(jīng)占到60%左右，占據(jù)主導(dǎo)地位。到2014年年底，國(guó)內(nèi)瓷磚生產(chǎn)企業(yè)配備的噴墨打印設(shè)備已達(dá)到3000臺(tái)。［3］

而噴墨陶瓷印刷設(shè)備存在一些不足：①分辨率僅360dpi（UV工業(yè)打印機(jī)分辨率可達(dá)1440×1440dpi）；②墨水不能即時(shí)干結(jié)，釉面花色會(huì)模糊，打印紋理效果差；③需高溫?zé)Y(jié)（600℃）；④噴頭和墨水需進(jìn)口成本高。

噴墨陶瓷印刷設(shè)備由于經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，圖文表面耐磨性優(yōu)，對(duì)于一些日常與食品接觸的如碗、盤子，以及需要超高耐磨性的地磚等，該工藝具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。但是，對(duì)于一些裝飾品如墻磚、禮品盤等，如果UV工業(yè)打印機(jī)能夠解決墨水與基材的附著力和耐水性，相信完全可以憑借低成本、高分辨率搶占一部分市場(chǎng)份額。

同時(shí)對(duì)于如：淋浴房、衛(wèi)生間、廚房的玻璃制品、戶外裝飾玻璃、玻璃杯、盤，吊頂?shù)鹊?，如果不能解決附著力和耐水性，UV工業(yè)打印機(jī)在這些領(lǐng)域應(yīng)用將受到限制。

涂層技術(shù)的核心

要解決附著力和耐水性問題，關(guān)鍵是在基底材料（玻璃、陶瓷、金屬等）與UV噴墨樹脂之間架構(gòu)過渡層。形象地解釋是：在基底材料和UV噴墨樹脂之間用鏈鎖（過渡層）連接，一方面鏈鎖自身有非常高的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕性，另一方面鏈鎖的一端與基底材料焊接嚴(yán)實(shí)，鏈鎖的另一端則與UV噴墨樹脂焊接嚴(yán)實(shí)。

為達(dá)到以上的嚴(yán)苛要求，首先必須要求過渡層是一種能夠一定程度交聯(lián)的物質(zhì)，在一定條件下能夠固化成不溶不熔、具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，耐酸堿腐蝕；其次要求過渡層能與基底材料中的無(wú)機(jī)相（氧化硅、氧化鋁、金屬）形成化學(xué)鍵；最后要求過渡層能與UV噴墨樹脂（丙烯酸類聚合物）之間能形成化學(xué)鍵。

所以，要攻克的核心問題包括：

·樹脂：過渡層的主要成分樹脂要求，固化前具有良好溶解性，固化后能形成一定交聯(lián)，固化后形成的聚合物有非常好的硬度、耐刮性、耐磨性、耐酸堿、耐腐蝕；

·韌性：UV墨水層瞬間固化質(zhì)脆且應(yīng)力集中，同時(shí)基底層為硬質(zhì)材料，因此需要過渡層必須韌性極佳，處于兩個(gè)硬質(zhì)層之間起到緩沖的作用；

·穩(wěn)定性：過渡層是單組份體系，易于儲(chǔ)存，常溫下保質(zhì)期6個(gè)月以上；

·相容性：與UV墨水的主要成分丙烯酸類聚合物有較好的相容性；

·納米材料：納米材料賦予過渡層特殊性能，如流動(dòng)性、耐水性等等。

因此，市場(chǎng)所需的噴墨涂層墨水——必須滿足：①保證了復(fù)合層（基材/涂層墨水/UV墨水）24小時(shí)水煮無(wú)任何變化；②保證了復(fù)合層耐酸堿、耐腐蝕；③保證了涂層墨水與市場(chǎng)上大部分國(guó)產(chǎn)UV墨水和進(jìn)口UV墨水較好的相容性；④保證了涂層物質(zhì)的流動(dòng)性能以方便噴墨打印；⑤保證了墨水在15℃以下環(huán)境中保質(zhì)期6個(gè)月以上。

注：

24小時(shí)耐水煮是附著力和耐水性最嚴(yán)苛的衡量指標(biāo)，目前僅有報(bào)道伊藤油墨推出UV耐水絲印玻璃油墨能在開水中浸泡24小時(shí)，固化膜硬度和附著力不受影響。

市面上的涂層一般都是用噴槍噴涂，而將涂層直接做成墨水更為方便快捷。

涂層的檢測(cè)指標(biāo)

1．附著力：劃格法，3M膠帶撕離不脫落；

2．耐水性：水煮24小時(shí)，涂層不變色、附著力下降不超過10%；

3．耐酸堿：PH=14的堿液中浸泡30天不脫落，PH=1的酸液中浸泡30天不脫落；

4．鹽霧法：涂層金屬片在5%的NaCl中浸泡60天不腐蝕。

涂層的研究進(jìn)展

北京印刷學(xué)院科研人員嘗試用低溫等離子體技術(shù)的方法，通過改變陶瓷表面能以促使UV墨水更好的鋪展，來改善UV打印在陶瓷表面的附著力，實(shí)際效果不夠明顯；

同時(shí)，國(guó)內(nèi)UV平板的生產(chǎn)企業(yè)也采用各種涂層做過測(cè)試，基本上不能滿足高端客戶的需求；

基于高分子相關(guān)理論以及多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為以聚氨酯或是橡膠為主要成分研制的涂層墨水，或許能解決企業(yè)的痛點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］官燕燕等，UV平板噴墨打印技術(shù)在包裝印刷領(lǐng)域的應(yīng)用，今日印刷，2015．08

［2］黃惠寧，數(shù)字裝飾瓷磚技術(shù)與設(shè)備新進(jìn)展，佛山陶瓷，2014．12

［3］田怡，淺談陶瓷噴墨打印技術(shù)，陶瓷，2015．02

作者單位（中國(guó)印刷科學(xué)技術(shù)研究院印刷環(huán)保技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包裝印刷新技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）