低氣味LED-UV固化凹印油墨的制備及研究

胡海 趙有中 陸企亭

（康達新材料（集團）股份有限公司，上海 201419）

0.前言

LED-UV固化凹印油墨作為一種不含溶劑、節(jié)能、環(huán)保材料，在印刷行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，但由于其氣味問題，阻礙了LED-UV固化凹印油墨的應(yīng)用轉(zhuǎn)化到包裝領(lǐng)域之中[2]。直到現(xiàn)在為止,溶劑型油墨還是處于最優(yōu)先選擇。但只要解決氣味問題，LED-UV固化凹印油墨就有了進入更多應(yīng)用終端市場的門檻。

LED-UV固化凹印油墨的氣味主要是由兩方面引起的[3]：1、固化前油墨中各原料組分的氣味；特別是分子量小、部分特殊結(jié)構(gòu)的單官能活性稀釋劑，氣味大、刺激性強。2、固化后的組分殘留及光引發(fā)劑被引發(fā)形成自由基所產(chǎn)生的小分子碎片散發(fā)的氣味。所以要解決油墨的氣味問題，首先要選擇分子量較大、氣味小、稀釋能力強、反應(yīng)活性高的單體（活性稀釋劑）；其次光引發(fā)劑引發(fā)后所形成的碎片氣味也要低或是選用大分子光引發(fā)劑。

1.試驗部分

1.1 試驗原料

改性聚酯丙烯酸酯樹脂（PEA）、改性聚氨酯丙烯酸酯樹脂（PUA），工業(yè)級，湛新樹脂（中國）有限公司，改性聚酯樹脂（自制）；新戊二醇（2）丙氧基二丙烯酸酯（NPG2PODA）、三羥甲基丙烷（3）乙氧基三丙烯酸酯（TMP3EOTA）、甘油（3）丙氧基三丙烯酸酯（G3POTA），工業(yè)級，沙多瑪，4（乙氧基）苯酚丙烯酸酯（PHEA-4），工業(yè)級，三縮四乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA），工業(yè)級，美源特殊化工；2,4,6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦（TPO）、大分子光引發(fā)劑Omnipol TP，Omnipol910，工業(yè)級，艾堅蒙國際貿(mào)易（上海）有限公司，2-（4-甲基芐基）-2-（二甲基氨基）-1-（4-嗎啉苯基）-1-丁酮（379）、2,4-二乙基硫雜蒽酮（DETX）、工業(yè)級，天津久日新材料股份有限公司；鈦白粉，工業(yè)級，上海顏鈦實業(yè)有限公司，酞青藍（PB15:3），工業(yè)級；BASF；BYK-111,工業(yè)級，畢克化學(xué)，Solsperse?24000SC，工業(yè)級，路博潤。

1.2 試驗儀器

JA41002電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司，RW 20 digital攪拌機，IKA，ES120精密型三輥研磨機，常州市龍鑫智能設(shè)備有限公司，LED-UV光固化機，中山優(yōu)威印刷設(shè)備有限公司，傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀，賽默飛，氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，賽默飛。

1.3 試驗制備

按設(shè)計配方質(zhì)量百分比稱取預(yù)聚物、活性稀釋劑、光引發(fā)劑、潤濕分散劑助劑和顏料，先將稱量好的潤濕分散助劑和部分活性稀釋劑加入分散釜中，混合攪拌均勻，再將稱量好的顏料加入，高速攪拌分散均勻，過三輥機研磨至粒徑細度 3 μm以下，制得色漿。

最后將預(yù)聚物、光引發(fā)劑和余下的活性稀釋劑與色漿充分攪拌、混合均勻，用200目過濾網(wǎng)過濾，制得LED-UV固化凹印油墨。

1.4 氣味評定

氣味評定包括對LED-UV固化凹印油墨固化前和固化后氣味濃度大小的評定

1.4.1 固化前評定方法

準備好干凈無氣味的 100 ml燒杯，取樣品50g，用手在燒杯口輕輕來回扇動，在裝有樣品的燒杯正上方20 cm處聞樣品氣味，須同時獲取至少10名身體狀況良好的人員評定。

1.4.2 固化后評定方法

將制備好的LED-UV固化凹印油墨用6 μm線棒均勻的刮涂在非吸收性塑料薄膜上，用 385 nm或是395 nm的LED-UV光源固化，在固化完全的LED-UV固化凹印油墨正上方5 cm處聞樣品氣味，須同時獲取至少10名身體狀況良好的人員評定。

1.4.3 氣味評定等級祥見表1。

表1 氣味評定等級

2.結(jié)果與討論

2.1 固化前油墨中各組分對氣味的影響

UV油墨主要由預(yù)聚物、活性稀釋劑、光引發(fā)劑、顏料和助劑組成，通過對油墨中各組分物化特性分析，一般來說，有機化合物分子量較大、揮發(fā)性小，其相對氣味也比較小。活性稀釋劑分子量較小，較易揮發(fā)，相對來說，氣味較大。有機化合物的結(jié)構(gòu)也會影響化合物的氣味。

根據(jù)氣味評定方法，選擇無氣味或是輕微氣味的預(yù)聚物和活性稀釋劑、光引發(fā)劑和助劑等。盡可能將固化前組分中的原料對氣味的影響降到最低。

2.2 固化后殘留原料和光引發(fā)劑碎片對氣味的影響

2.2.1 所選擇制備 LED-UV固化凹印油墨各組分中，預(yù)聚物、活性稀釋劑均無刺激性，無氣味；固體份顏料和潤濕分散劑基本無氣味，TPO氣味較小，其它光引發(fā)劑和潤濕分散劑氣味也很小，制備LED-UV固化凹印油墨，如表2所示。

表2 LED-UV固化凹印油墨配方

2.2.2 所制備的 LED-UV固化凹印油墨由于所選擇的各組分原料純度高，自身氣味很小，因此在固化前基本上不存在氣味問題。

將制備好的油墨均勻涂在 OPP/PET等塑料薄膜上，用385 nm的LED-UV燈照射固化，測試雙鍵轉(zhuǎn)化率及其氣味。

圖1 LED-UV油墨固化雙鍵轉(zhuǎn)化率

2.2.3 選擇同一種光引發(fā)劑時，LED-UV固化凹印油墨的雙鍵轉(zhuǎn)化率越高，氣味就越低。

圖2 LED-UV油墨固化后氣味等級

2.2.4 固化后的 LED-UV凹印油墨氣味，與光引發(fā)劑的種類有關(guān)，當(dāng)光引發(fā)劑吸收光能，裂解后產(chǎn)生的碎片氣味越大，那么固化后的油墨的氣味就越大。選擇大分子光引發(fā)劑的油墨固化后氣味小，刺激性小，能滿足印刷要求。

3.結(jié)論

1）用純度高，氣味小，刺激性小的活性稀釋劑替代低分子量、低沸點活性稀釋劑能有效降低LED-UV固化凹印油墨固化前的氣味。

2）提高 LED-UV固化凹印油墨的雙鍵轉(zhuǎn)化率能降低油墨固化后的氣味。

3）選用大分子光引發(fā)劑，避免選擇裂解產(chǎn)生醛類、硫類等刺激性氣體的光引發(fā)劑能有效解決氣味問題。