可打印水性UV油墨的研发和应用

数码喷墨技术在近年得到了普及和应用,纸质刷的一些应用重叠,使两者在技术上构成了竞争的态势。网印的技术特点和成熟的技术体系决定了网印对于可承印材料的适应性非常强,这也是目前网版印刷依然蓬勃发展的原因。网印油墨种类齐全,可以针对材料进行独立开发相应的油墨。只要印品的表面能附着,就可以印刷,如不粘材料的聚四氟乙烯表面的字符印刷,目前也只有网印相应的油墨可以印刷。数码印刷跟网印有很大的不同。数码印刷要求墨水具有极低的黏度和纳米级的颜料助剂细度,这就限制了材质的应用,现在数码喷印墨水分为水性墨水和油性墨水,油性墨水中也包括UV 体系的墨水,其中以水性墨水使用的最为广泛。油性喷墨喷头易腐蚀,墨水开发技术难度高,整机价格昂贵,所以针对水性墨水的技术应用在行业里是占主导的。

和网印技术不同,数码喷墨技术一般对承印物涂层是有要求的,所以喷墨技术应用的广泛性其实跟喷墨设备关系不大,而与喷墨印件的表面处理有很大的关系。这就需要有在多种材质上附着的可打印吸水涂层。在陶瓷、玻璃、金属和塑料等多种材料都能附着可打印涂层油墨,这是数码印刷行业一直需要解决的技术。

水性UV 体系的油墨是解决这一问题比较好的技术,水性UV体系的材料对多种材料都能很好地附着,与吸水材料也能很好的相溶。这个技术在数码影像领域具有很好的应用价值。目前在市场上应用这一技术的主要是一些个性化的标牌市场和可打印光盘市场,其中光盘市场每年有近15亿片的表面可打印涂层使用这一技术。目前在大陆,仅有昆山富士化研在做这样的网印水性可打印涂层油墨,国外主要是日本还有个别的欧洲企业在生产,所以价格昂贵,市售价格约在人民币200~300 元/kg,在加入了少量的夜光和变色材料以后,市售价格更是高达人民币500 元/kg。目前价格昂贵是阻碍这种产品广泛应用的主要原因。

水性UV 可打印油墨的主要黏合材料水性UV 树脂,加上常用的瞬间吸水的材料,常用的是纳米二氧化硅,就是我们俗称的白炭黑。如一些相纸涂层常用的水性固色剂,一些增白用的纳米级的金红石钛白粉。这个是哑光体系的可打印涂层。高光透明的可打印涂层吸水材料常用的是丙烯酸吸水树脂,这个表面是可以做到平光的。在标牌领域和其他的应用领域,要想长时间保持打印色彩和涂层的稳定性,还要上一层UV 光油作为保护层,一般这样的保护层可以做到高硬度和高透明,使产品具有更好的品质。

水性UV可打印油墨在UV固化之前必须将水分去除,所以用于水性UV 油墨系统的烘干装置都有前置的红外热烘干装置。只有将油墨中的水分去除,油墨才能充分固化,并且具有很好的附着力。这是使用水性UV油墨必须要注意的问题。水性UV 油墨树脂以前都是依赖进口,近几年这种材料的国产化已经达到一定的水平,大大降低了成本。现在,水性UV材料的生产商苦恼的是,这种新材料的应用还没有很好地得到推广。中山市中侨涂料粘胶有限公司就在致力于推广这种水性UV 树脂的市场应用。水性UV树脂固含量一般在40%~65%,稀释剂一般使用异丙醇和纯净水,异丙醇和纯净水比例是1:1 左右。中侨涂料的产品比国外的产品具有更好的易用性,因为中侨的水性UV树脂已经加入了光引发剂。这样顾客只要拿到产品加入适当的助剂就可以生产出水性UV 网印色墨和光油,这和国外的单纯树脂不一样,国外在国内销售的树脂需要加入适宜的适应水性体系的光引发剂才能完成光固化。所以,这样的国产树脂对于开发网印可打印油墨,就会变得比较简单。

纳米二氧化硅是很好的吸水材料,具有很大的比表面积,现在的相纸涂层都是使用这样的吸水材料,这个材料的功能是瞬间可以吸收喷墨打印机墨水里面的水分,然后将颜料附着在打印层的表面。在市场上采购的二氧化硅粉体在水中很难分散,固含量20%的乳液就需要高速的分散设备了,也可以使用小型超声分散设备来分散。我们在使用喷墨设备的时候,对机器的色彩提出了很高的要求,同样,色彩最终呈现在印品上,需要印品有很好白度,我们为了得到高光涂层,还要在涂层中加入少量的钛白粉。微纳米级的钛白粉不仅有利于可打印油墨提高白度,也能帮助主吸水剂吸收一些水分。如果使用颜料墨水,色粉都是颗粒状的固态微粒,这样的墨水具有防水性。如果使用的是染料墨水,就需要加入水性固色剂,一般是阳离子型的,这样就可以和染料分子反应产生不溶于水的凝絮,原理就是处理染织废水的机理。染织废水的染料就是通过固色剂变成难溶于水的固态物质的。

水性UV 可打印油墨在水分干燥的过程中,在油墨涂层的表面形成了微孔,可以吸收水分,因而墨滴的形状不扩散。涂层中,影响吸水性的主要材料还是UV 树脂本身,水性UV树脂在固化前能溶于水,固化后则成了较硬的树脂黏结剂。所以,水性UV树脂的固含量是影响可打印油墨涂层技术指标的一个重要的参数。实验表明,树脂黏结剂的固含量不得超过15%,否则油墨的吸墨能力下降,但是基材的附着力增强。理想值的是在92%~12%,这个区间里吸墨能力和附着力处于一种均衡状态,也兼顾了两个参数的平衡。由此,我们可以得出这个可打印涂层的配比,固含量60%的
水性UV 树脂100 份,固含量二氧化硅乳液350 份,在分散二氧化硅的过程中加入50 份的金红石钛白粉,在树脂中加入25份固色剂,树脂液和二氧化硅乳液混合,在室温下使用分散设备进行2 h的分散,就可以得到成品。成品在强光下具有感光性,所以在生产过程中应避免强光的直接照射。由于这种可打印油墨具有很强的适应性,相信这样的产品会在更多的特种印刷中得到应用。

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