UV印鐵油墨，金屬包裝行業(yè)的環(huán)保先鋒

文 / 劉 巖

UV印鐵油墨以干燥速度快、效率高、能耗低、成本低、VOCs零排放、化學(xué)穩(wěn)定性好，以及綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到金屬包裝行業(yè)的青睞。

上世紀(jì)70年代，紫外光固化技術(shù)進(jìn)入油墨領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)了綠色環(huán)保油墨發(fā)展的新時(shí)代。此外，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)油墨制造技術(shù)的引進(jìn)、融合，我國(guó)紫外線固化油墨（簡(jiǎn)稱UV油墨）的發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨??！笆濉币詠?lái)，我國(guó)油墨行業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，開(kāi)始注重綠色環(huán)保，突出環(huán)境友好型油墨的功能，進(jìn)入了可持續(xù)增長(zhǎng)的發(fā)展階段。

UV印鐵油墨是UV油墨的一個(gè)重要品類，適用于非滲透體的金屬薄板的印刷，并且具有較強(qiáng)的耐機(jī)械加工的特性。由于其具有在常溫下干燥速度快、效率高、能耗低、成本低、VOCs零排放、化學(xué)穩(wěn)定性好，以及綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越受到金屬包裝行業(yè)的青睞，并得到了更加廣泛的應(yīng)用。

UV印鐵油墨的組成

1．光固化樹(shù)脂

在UV印鐵油墨中，光固化樹(shù)脂作為連接料，決定了油墨在印刷過(guò)程中的傳遞轉(zhuǎn)移性，印刷網(wǎng)點(diǎn)的再現(xiàn)性，墨膜在紫外線下的固化速度，干燥后的光澤度，在承印物上的附著力、耐磨性和耐機(jī)械加工等性能。從結(jié)構(gòu)上看，光固化樹(shù)脂基本上均含有“C=C”不飽和雙鍵。在實(shí)際生產(chǎn)中，光固化樹(shù)脂中大多都含有至少一種丙烯酸樹(shù)脂，例如：聚酯丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂和聚醚丙烯酸樹(shù)脂等。這是由于丙烯酸樹(shù)脂中均含有光固化速度最快的丙烯?；?。

2．單體

單體，又稱活性稀釋劑，在UV印鐵油墨的組成中，起著潤(rùn)濕顏料、溶解和稀釋光固化樹(shù)脂、調(diào)節(jié)油墨粘度的作用。單體潤(rùn)濕和分散顏料，分散性越好，顏料在油墨的分散系統(tǒng)中就會(huì)分散得越細(xì)致均勻，研磨后的油墨粒徑越小。單體分子量較小，可以很好地對(duì)光固化樹(shù)脂進(jìn)行溶解和稀釋，這也讓墨膜的光固化速度更快。單體相對(duì)粘度較低，可以很好地調(diào)節(jié)油墨粘度，使得油墨具有適宜的印刷適性。常用的單體有HDDA、TMPTA和TPGDA等。

3．顏料

顏料分為有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料，是一種呈細(xì)微粉末狀的固體有色物質(zhì)，不溶于水和溶劑，但可以在油墨中被均勻分散。其本身具有分散度、著色力、遮蓋力（透明度）、吸油量、密度和耐抗性等理化性質(zhì)。顏料為UV印鐵油墨提供顏色，一般，印刷后的墨膜具有較強(qiáng)的色彩飽和度和較高的光澤度。在油墨的研磨階段，顏料一般被研磨成≤10μm的粒徑尺寸，如此，印刷后的墨膜細(xì)膩、平整、光滑，并且光澤度較高。同時(shí)，顏料的粒徑尺寸和含量多少也會(huì)影響光引發(fā)劑的效率，較小的粒徑尺寸可以有效地降低散射效應(yīng)，提高油墨固化體系的固化效率。

4．光引發(fā)劑

光引發(fā)劑是UV印鐵油墨中的關(guān)鍵組成之一，其對(duì)油墨的固化速度起著決定性的作用。由于UV印鐵油墨經(jīng)紫外線照射固化，所以本文所述光引發(fā)劑為自由基型光引發(fā)劑。自由基型光引發(fā)劑能夠吸收紫外線輻射能，發(fā)生光化學(xué)變化，產(chǎn)生能夠引發(fā)聚合反應(yīng)的自由基。實(shí)際應(yīng)用中，可使用分光光度計(jì)同時(shí)測(cè)量光引發(fā)劑和油墨顏料的吸收波長(zhǎng)和透射波長(zhǎng)，然后進(jìn)行波長(zhǎng)匹配實(shí)驗(yàn)，從而選擇出適宜的光引發(fā)劑。實(shí)際生產(chǎn)中，大多油墨制造商會(huì)選用兩種或兩種以上的光引發(fā)劑組合使用，以使墨膜在表層和深層同時(shí)得到良好的固化，提高油墨的附著力。并且，光引發(fā)劑的添加量不宜過(guò)多，過(guò)量的光引發(fā)劑會(huì)降低油墨的固化效率。

5．助劑

為了改善UV印鐵油墨的質(zhì)量和印刷適性，一般會(huì)在上述四個(gè)油墨組成成分之外，再加入適量的助劑。所添加的助劑具有用量少、品種多和效率高等特點(diǎn)。常用的助劑類型有：（1）抗氧劑；（2）分散劑；（3）消泡劑；（4）流平劑；（5）附著力促進(jìn)劑。

6．填料

部分油墨生產(chǎn)企業(yè)還會(huì)在UV印鐵油墨的配方中加入一定量的填料，用于提高油墨的固含量，改善印刷適性，降低成本。

固化機(jī)理

UV印鐵油墨的光固化過(guò)程，是油墨中的光固化樹(shù)脂和活性稀釋劑在紫外線的照射下，發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，從而形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物的過(guò)程，也是低分子轉(zhuǎn)化成大分子的過(guò)程。在紫外線的照射下，光引發(fā)劑吸收一定波長(zhǎng)的光子，并被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生自由基。然后，光固化樹(shù)脂和單體開(kāi)始進(jìn)行交聯(lián)聚合反應(yīng)，分子鏈開(kāi)始增長(zhǎng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。最后，鏈終止，反應(yīng)完成。

未來(lái)發(fā)展向好

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平普遍提高，市場(chǎng)對(duì)各種各樣的金屬包裝和金屬瓶蓋的需求量逐年增加，為金屬薄板印刷和UV印鐵油墨帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。UV印鐵油墨由于具有固化快、效率高、能耗低、化學(xué)穩(wěn)定性好和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到印鐵企業(yè)的青睞。各大油墨生產(chǎn)廠家在對(duì)其產(chǎn)品不斷進(jìn)行改進(jìn)，控制生產(chǎn)成本，降低市場(chǎng)售價(jià)，希望占有更多的市場(chǎng)份額。

目前，部分樹(shù)脂研究的方向已經(jīng)向生物基材料轉(zhuǎn)變，用相對(duì)廉價(jià)的可再生資源代替石油，在這個(gè)全球變暖和石油日益枯竭的時(shí)代，具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。另一方面，可再生材料在活性稀釋劑上的應(yīng)用也受到了研究部門和生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。將紫外線固化技術(shù)引入可再生資源，可以為油墨行業(yè)提供“綠色+綠色”的解決方案。眾所周知，植物油內(nèi)雙鍵的反應(yīng)活性低，因此，化學(xué)改性是使其在紫外線照射下更有活性的明智選擇。

早在2014年，我國(guó)印刷用油墨就以65萬(wàn)噸的年生產(chǎn)總量躋身于油墨生產(chǎn)大國(guó)（國(guó)際前三名）的行列。UV印鐵油墨雖所占比重較小，但在國(guó)家提倡環(huán)保，嚴(yán)格控制大氣有機(jī)揮發(fā)物和有毒物品，人民環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)的情況下，以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，迅速地?cái)U(kuò)大了市場(chǎng)范圍。不久的將來(lái)，UV印鐵油墨將會(huì)更加環(huán)保，相信其使用也會(huì)更加普及。