淺議光油固化程度檢測(cè)方法

歐陽(yáng)福

摘要：光油固化程度不同，包裝印刷品的表面硬度、耐摩擦劃痕、摩擦系數(shù)、光澤、附著力等性能均有顯著差異。以卷煙商標(biāo)紙為例，高速卷煙自動(dòng)包裝機(jī)要求印刷品表面硬度、動(dòng)/靜摩擦系數(shù)必須控制穩(wěn)定在一定范圍。因此光油固化程度的控制與檢測(cè)是控制印刷品質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，但一直缺乏有效的檢測(cè)辦法。本文從光油固化產(chǎn)物的角度出發(fā)，歸納評(píng)述了光油固化程度常用的幾種檢測(cè)方法及其特點(diǎn)，以期拋轉(zhuǎn)引玉，為尋求更簡(jiǎn)便有效的光油固化程度檢測(cè)方法提供參考。

關(guān)鍵詞：UV固化光油；固化程度；雙鍵轉(zhuǎn)化率；動(dòng)摩擦系數(shù)

中圖分類號(hào)：TS8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1400 （2021） 03-0040-03

Discussion on Testing Method of Curing Degree of Varnish

OU Yang-fu（Guangxi Zhenlong color printing packaging Co.， Ltd， Fuchuan County， Guangxi 542700， China）

Abstract： The surface hardness， scratch resistance， friction coefficient， gloss and adhesion of the printed outer packing are significantly different with different curing degree of varnish. Taking cigarette brand paper as an example， its surface hardness and dynamic / static friction coefficient of printed must be controlled and stabilized within a certain range so as to meet the requirements of high speed automatic packaging machine. Therefore， the control and detection of curing degree of varnish is the basis of controlling the consistency and stability of printing quality， but there has been a lack of effective detection methods. In this paper， from the point of view of curing products of varnish， several common detection methods and their characteristics of curing degree of varnish were summarized and reviewed. It provides a reference for finding a more simple and effective method to detect the curing degree of varnish.

Key words： UV curable varnish； curing degree； double bond conversion； dynamic friction coefficient

包裝印刷品表面上光是印后加工最重要的方式之一，即在印刷品表面涂布一層上光油，保護(hù)印刷圖文、美化印刷品外觀和提高印刷品的防潮性、耐磨性、光澤度和爽滑度等性能。由于陽(yáng)離子光引發(fā)劑等各種原材料價(jià)格昂貴，目前印刷裝潢用的光油絕大多數(shù)是自由基聚合的光油。光固化過(guò)程中，光油的主要成分預(yù)聚物和單體在光引發(fā)劑的作用下C=C雙鍵打開(kāi)，預(yù)聚物和單體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，有三種可能的產(chǎn)物：一是預(yù)聚物之間或預(yù)聚物與單體反應(yīng)繼續(xù)鏈增長(zhǎng)，預(yù)聚物分子量大幅度增加，二是單體與單體反應(yīng)生成高分子量的聚合物，三是分子鏈與分子鏈之間形成C-C共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。同一類光油，光引發(fā)劑的種類和用量不同，三種產(chǎn)物各自的分子量和相對(duì)含量又有所不同，導(dǎo)致固化產(chǎn)物具有不同的表面物理性質(zhì)。另外，自由基聚合光油存在表面氧阻聚使光油表面層和深層光油固化程度顯著不同。因此，光油固化程度的檢測(cè)通常需要基于上述三種固化產(chǎn)物的混合物性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。本文歸納總結(jié)了光油固化程度常用的幾種檢測(cè)方法，以期拋轉(zhuǎn)引玉，為尋求更簡(jiǎn)便直接的光油固化程度檢測(cè)方法提供參考。

1 光油固化程度的檢測(cè)方法

1.1指壓外觀觀測(cè)法

光油固化后如果固化程度高，固化產(chǎn)物分子量越大，高分子鏈之間交聯(lián)點(diǎn)越多，則表面越光亮，在壓力作用下越不容易出現(xiàn)壓痕。手指用力按壓，無(wú)指紋壓痕殘留在印刷品表面。由于每次檢測(cè)手指壓力有可能不同，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)一種使用固定質(zhì)量施加壓力的方法，比如采用500g砝碼，把幾根纖維絲放在固化膜表面，再將砝碼壓在纖維上放置一定的時(shí)間，然后取下砝碼，若纖維不粘在固化膜表面，即證明UV光油固化完全。也有用大頭針劃上光表層，然后用放大鏡觀察，劃痕為鋸齒狀，就表明已經(jīng)固化。該方法比較簡(jiǎn)便直觀，但準(zhǔn)確度較低，而且無(wú)法量化比較不同種類光油在同樣固化條件下的固化程度。

1.2硬度測(cè)試法

UV光油固化后，光油在固化過(guò)程中交聯(lián)密度越高，硬度越大，因此可以通過(guò)測(cè)量固化膜硬度的方法來(lái)間接表征光油的固化程度。硬度測(cè)試方法有多種，常用有顯微硬度[1]和鉛筆硬度測(cè)試。用鉛筆硬度儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試，如果硬度達(dá)到2H以上，則證明該UV光油已經(jīng)完全固化[2]。但該方法不適合用于固化后膜的柔韌性好、硬度低的光油固化程度判別。

1.3溶劑擦拭法

尹福壽[2]提出了一種溶劑擦拭法來(lái)判定固化程度，具體方法是使用棉簽蘸取二甲苯溶劑，在固化后的UV涂層表面來(lái)回擦拭，根據(jù)擦拭次數(shù)判斷UV涂層的固化程度，當(dāng)然也可以試用其它對(duì)丙烯酸類高分子具有溶脹溶解能力的溶劑，比如丙酮。這種方法也有一定的局限性，因?yàn)楣庹展袒瘯r(shí)預(yù)聚物和單體實(shí)現(xiàn)自由基聚合，預(yù)聚物實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，單體聚合成高分子。固化程度不同，交聯(lián)密度和聚合物分子量不同。已經(jīng)交聯(lián)的聚合物不會(huì)溶解于溶劑二甲苯或丙酮，溶劑只能將由單體聚合形成的低分子量聚合物溶解。因此，其有效性仍需要進(jìn)一步考察。

1.4紅外光譜法

紅外光譜法原理是比較光油固化前后C=C雙鍵含量的變化。光固化過(guò)程中，單體和預(yù)聚物被引發(fā)參與光固化反應(yīng)，其中的C=C轉(zhuǎn)變?yōu)镃-C鍵，隨著固化程度的增加，C=C逐漸轉(zhuǎn)化直至消失，C=C雙鍵轉(zhuǎn)化率越高，固化程度越高。紅外光譜中，C=C的特征吸收譜帶是其在810cm-1的彎曲振動(dòng)，其吸收峰面積與C=C雙鍵含量成正比。因C=O在1720cm-1處的吸收峰面積保持不變，故以C=O在1720cm-1處的吸收峰面積作為參考。通過(guò)測(cè)試光油固化前后紅外吸收光譜曲線，計(jì)算810cm-1處C=C的特征吸收譜帶面積減少的多少來(lái)判斷光油的固化程度[3]，即雙鍵轉(zhuǎn)化率，其具體計(jì)算公式見(jiàn)下式。譜帶面積減少越多，說(shuō)明固化程度越大。文獻(xiàn)中也有用C=C雙鍵在1637cm-1波數(shù)處吸收峰面積來(lái)表征光油固化程度的[4]。具體計(jì)算方法大同小異。

式中，DC（%）為雙鍵轉(zhuǎn)化率；（A810）0和（A1720）0是光油固化前樣品紅外光譜中在波數(shù)810cm-1和1720cm-1處吸收峰的面積；（A810）和（A1720）是光油固化后樣品紅外光譜中在波數(shù)810cm-1和1720cm-1處吸收峰的面積。

1.5表面摩擦系數(shù)法

李曉麗[5]詳細(xì)比較了光油固化前后C=C雙鍵轉(zhuǎn)化率和印刷品上光后的動(dòng)靜摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜摩擦系數(shù)大小與雙鍵轉(zhuǎn)化率存在線性關(guān)系，即摩擦系數(shù)越小，固化程度越高。因此，可以通過(guò)測(cè)試固化膜表面摩擦系數(shù)間接判定光油固化程度。德國(guó)PITSID公司開(kāi)發(fā)的一款UV固化測(cè)定儀的測(cè)試原理正是用印刷品表面動(dòng)摩擦系數(shù)來(lái)表征UV固化程度的。

1.6玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是表征分子無(wú)定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象的特征溫度。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，高聚物分子處于玻璃態(tài)，分子鏈和鏈段都不能運(yùn)動(dòng)，只是構(gòu)成分子的原子（或基團(tuán)）在其平衡位置作振動(dòng)；而在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)分子鏈雖不能移動(dòng)，但是鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出高彈性質(zhì)，溫度再升高，就使整個(gè)分子鏈運(yùn)動(dòng)而表現(xiàn)出粘流性質(zhì)。測(cè)試玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法多種。目前用于玻璃化溫度測(cè)定的熱分析方法主要為差熱分析（差示掃描量熱分析法（DSC））。同一種類光油固化產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，表面光油固化產(chǎn)物的分子量越大，也就是固化程度越高。

2 結(jié)語(yǔ)

從上述測(cè)試方法可以看出：光油固化程度不同，印刷品的表面硬度、摩擦系數(shù)、光澤、附著力均有顯著差異，而表面硬度、摩擦系數(shù)與印刷品在下游包裝企業(yè)用自動(dòng)包裝機(jī)包裝應(yīng)用時(shí)的上機(jī)適應(yīng)性密切相關(guān)。因此，光油固化程度的檢測(cè)并控制在一定范圍是印刷品表面性能一致性的最根本保障。而上述現(xiàn)有的檢測(cè)方法中指壓外觀觀測(cè)法需要檢測(cè)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，其它的檢測(cè)方法盡管可以給出量化的檢測(cè)數(shù)據(jù)，但操作較為繁瑣，而且由于表面氧阻聚的存在，對(duì)于測(cè)試樣品的取樣有較高的要求。因此，急需尋求更簡(jiǎn)便直接的光油固化程度檢測(cè)方法，保障印刷品質(zhì)量的一致性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高欣，張?jiān)?，平逸帆，王娟，徐海，張光東.大塊樹(shù)脂與常規(guī)樹(shù)脂整體和分層充填后牙Ⅱ類洞邊緣微滲漏及固化程度的比較[J]. 南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）. 2020， 40（10）：1460-1464.

[2] 尹福壽. UV涂層固化程度檢測(cè)方法的研究與探討[J].印刷技術(shù)包裝裝潢. 2015/08：30-31.

[3] Ji-Soo Kim， Jin-Uk Hwang， Dooyoung Baek， HyunJoong Kim， Youngdo Kim. Characterization and flflexibility properties of UV LED cured acrylic pressure-sensitive adhesives for flexible displays[J]. Journal of Materials Research and Technology， 2021，10：1176-1183.

[4] Sheila P. Passos， Estev？o T. Kimpara， Marco A. Bottino， Gildo C. Santos -Jr，Amin S. Rizkalla. Effect of ceramic shade on the degree of conversion of a dual-cure resin cement analyzed by FTIR[J]. Dental Materias， 2013， 2 9： 317–323.

[5] 李曉麗.折疊紙盒用UV-LED光油的制備和性能研究[D]. 北京印刷學(xué)院，2017. 49.