【集萃網(wǎng)觀察】(北京印刷學(xué)院印刷包裝材料與技術(shù)北京市重點實驗室,北京102600)

    摘要:設(shè)計了UV柔印油墨的配方,選用了3種光引發(fā)劑制備油墨樣品,測試了油墨樣品的固化速度。研究結(jié)果表明,不同的光引發(fā)劑及其用量對油墨固化速度有較大影響,3種光引發(fā)劑中,使用907制備的油墨固化速度最快。采用配方實驗的方法研究了復(fù)合光引發(fā)劑對油墨固化速度的影響,測試結(jié)果顯示其固化速度低于使用單一光引發(fā)劑907的固化速度。油墨樣品中引發(fā)劑907的含量為8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時固化速度最快。

    關(guān)鍵詞:UV柔印油墨;光引發(fā)劑;固化速率

    中圖分類號:TS802.3;TS807文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1001-3563(2008)12-0064-02

    隨著柔印以及UV固化技術(shù)的迅速發(fā)展,UV柔印油墨相比較于傳統(tǒng)的水性和溶劑型柔印油墨,在操作性、印刷品質(zhì)、固化速度、環(huán)境保護等眾多方面有著明顯的優(yōu)勢[1]。固化速度是UV油墨的一個重要性能,直接影響印刷速度[2]。UV柔印油墨由UV單體(活性稀釋劑)、預(yù)聚物、光引發(fā)劑、顏料以及其它助劑組成,其中光引發(fā)劑對體系的固化速度影響很大,它通過紫外光線的特定波長,激發(fā)并分解產(chǎn)生自由基,引發(fā)聚合反應(yīng),直接影響到預(yù)聚物和單體能否快速交聯(lián)固化[3-4]。因此,選擇合適的光引發(fā)劑是設(shè)計UV柔印油墨配方的重要環(huán)節(jié)。

    本論文通過選用5種光引發(fā)劑制備油墨,測試其固化速度,分別探討光引發(fā)劑對UV柔印油墨固化速度的影響,選用3種固化速度快的光引發(fā)劑進行復(fù)配,通過配方試驗的方法確定了復(fù)合光引發(fā)劑的最優(yōu)比例;改變光引發(fā)劑的含量制備UV柔印油墨,測試了油墨的固化速度,可以得到最佳的光引發(fā)劑含量。

    1實驗

    1.1原材料

    研磨預(yù)聚物:丙烯酸酯類預(yù)聚物6311-100;成膜預(yù)聚物:丙烯酸酯類預(yù)聚物6325-100,EB450;單體:丙烯酸2-乙氧乙氧基乙酯(EOEOEA)、新戊二醇二乙氧基雙丙烯酸酯(NPGDA)和三丙烯酸酯(TMPTA);顏料:四色版寶紅,Ciba;光引發(fā)劑:2,4,6-三甲基苯甲�；�-二苯基氧化膦(TPO)和2-羥基-2甲基-1-苯基-1-丙酮(1173);1-羥基-環(huán)已基-苯基甲酮(184);2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-嗎啉基-1-丙酮(907);2-異丙基硫雜蒽酮(ITX);分散劑:192。

    1.2儀器設(shè)備

    BM-T型籃式砂磨機;JJ-1型精密增力電動攪拌器;紫外光固化機,美國FUSION。

    1.3樣品制備及性能測試

    按照色漿及油墨配方用天平定量稱取原料,混合均勻,然后用BM-T型籃式砂磨機進行研磨來制備UV柔印油墨色漿及油墨樣品,其中,色漿配方為顏料∶預(yù)聚物∶單體∶分散劑=25(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)∶16.7∶56.3∶2。配好的色漿與成膜預(yù)聚物、調(diào)稀單體以及光引發(fā)劑再以一定的比例混合,制備油墨樣品。分別探討單一光引發(fā)劑對UV品紅柔印油墨固化速度的影響;再分別選用3種固化速度快的光引發(fā)劑進行復(fù)配,通過配方試驗的方法確定了復(fù)合光引發(fā)劑的最優(yōu)比例。本實驗通過測試在一定功率的紫外燈的照射條件下樣品的臨界固化速度來考察光引發(fā)劑對油墨固化速度的影響。

    2結(jié)果與討論

    2.1不同光引發(fā)劑對UV柔印油墨固化速度的影響

    以品紅為例,分別用光引發(fā)劑TPO、184、907、1173、ITX(在油墨中所占的比例為6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),后同))來制備油墨,并測試所制備油墨的固化速度,測試結(jié)果見圖1。

圖1

    從圖1中可以看出用TPO、907和ITX制備的油墨的固化速度都比較快,其中用907制備的油墨的固化速度相對最快。這主要是由于顏料的紫外光光譜吸收曲線與光引發(fā)劑紫外光光譜吸收曲線有著密切的關(guān)系,經(jīng)過實驗測得大多數(shù)顏料在其吸收紫外光光譜上都存在吸收光較弱的部分,這被稱之為顏料的“光譜窗口”[5]。充分利用這些透光窗口,選擇和該窗口匹配的光引發(fā)劑是提高UV柔印油墨固化速度的關(guān)鍵。光引發(fā)劑的吸收峰在有效范圍內(nèi)越多,其對紫外光的捕獲能力相對較強[6]。另外,由于光引發(fā)劑發(fā)揮效應(yīng)的前提是可以吸收光能[7],因此,光引發(fā)劑與UV光源的輻射譜帶是否匹配也直接影響到固化反應(yīng)的快慢。UV光源D燈的輻射峰在250nm、310nm、380nm附近。

圖2

    從圖2品紅顏料的光譜吸收曲線上可以看出,其吸收紫外線較弱的區(qū)域在265nm、300~310nm、350~360nm附近,即在此處品紅顏料對紫外光的吸收較弱。光引發(fā)劑907在品紅顏料的透光窗口處存在吸收峰為310nm,又因為此處正好是在光源輻射的主波峰附近,所以其固化速度最快。光引發(fā)劑ITX在品紅顏料的透光窗口265nm附近有吸收峰255nm,并且其另一個吸收峰380nm在光源輻射的主波峰附近,因此,其固化速度較快。而光引發(fā)劑TPO在品紅顏料的透光窗口265nm和300nm附近也都有吸收峰,分別為269nm和298nm,并且它的吸收峰比較多,捕捉紫外光的機會比較多,在其吸收峰379nm處與光源輻射主波長380nm附近相對應(yīng)。因此,光引發(fā)劑TPO的固化速度也較快。

    光引發(fā)劑1173、184雖然在透光窗口附近也有吸收峰,但是可能由于自身的引發(fā)效率不高,所以固化率比較低。

    2.2復(fù)合光引發(fā)劑對UV柔印油墨固化速度的影響

    利用配方試驗設(shè)計復(fù)合光引發(fā)劑配方,采用3組分單純形重心設(shè)計[8]。設(shè)X1、X2、X3分別表示TPO、ITX、9073種光引發(fā)劑在復(fù)配光引發(fā)劑配方中所占的比例。由于采用配方試驗中的單純形重心設(shè)計(m=3),共有7種復(fù)配光引發(fā)劑配方,見表1。

見表1

    按此配方制備油墨,并測試所制備油墨的固化率,見表1。由于m=3,所以回歸方程的形式如下:

    y=b1x1+b2x2+b3x3+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+b123x1x2x3

    將表1中的數(shù)據(jù)代入公式,其中,y為固化率,可得7個方程,聯(lián)立這7個方程就可以算出回歸方程的7個回歸系數(shù),從而得到實驗指標(biāo)固化速度y與變量之間的回歸方程為:y=25x1+30x2+35x3-20x1x2-23x1x3-27x2x3+20x1x2x3

    由回歸方程得出的值越大,說明按此配方所得的油墨綜合性能越好,通過規(guī)劃求解可以得出,當(dāng)X1=0,X2=0,X3=1時,回歸方程可得到最大極值為36。通過試驗及數(shù)據(jù)分析得知,光引發(fā)劑TPO、907、184復(fù)合后沒有單一使用光引發(fā)劑907的固化效果好。

    2.3光引發(fā)劑含量對UV柔印油墨固化速度的影響

    采用光引發(fā)劑907,改變其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),后同)制備UV柔印品紅油墨,測試所制備油墨的固化速度,結(jié)果見圖3。

圖3

    從圖3可以得出,隨著光引發(fā)劑含量的增加,油墨的固化速度也隨之增加,但增加到一定含量后,固化速度不會繼續(xù)上升,反而有所下降。這是由于光引發(fā)劑含量低時,在光的輻射下只能產(chǎn)生少量自由基,并有部分被氧所消耗,很難發(fā)生固化反應(yīng)。當(dāng)光引發(fā)劑含量增加時,其吸收輻射能產(chǎn)生的自由基就會增加,引發(fā)單體和預(yù)聚物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),速度加快。但是,當(dāng)光引發(fā)劑含量過高時,其產(chǎn)生的自由基會過量,將增加自由基相互碰撞結(jié)合的機率,真正引發(fā)單體和預(yù)聚物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的自由基會減少,故而固化速度降低。所以,不是光引發(fā)劑含量越高固化速度越快。對于本實驗中的品紅油墨,當(dāng)光引發(fā)劑907的含量為8%時,可以得到最快的固化速度。

    3結(jié)語

    1)用單一光引發(fā)劑907、ITX、TPO制備的UV柔印油墨的固化速度較快,其中907的固化速度最快。

    2)根據(jù)配方試驗,用單一光引發(fā)劑907比復(fù)合光引發(fā)劑907、ITX、TPO制備的UV柔印油墨的固化速度快。

    3)油墨的固化速度隨著光引發(fā)劑含量的增加而增加,但當(dāng)光引發(fā)劑含量增加到某一定值后,固化速度反而會隨著光引發(fā)劑含量的繼續(xù)增加而成下降趨勢,因此,光引發(fā)劑含量并不是越多越好。對于UV柔印品紅油墨,當(dāng)光引發(fā)劑907的含量為8%時,可以得到最快的固化速度。

    參考文獻:

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    [8]李云雁,胡傳榮.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

    作者：魏先福、黃蓓青、張婉、張敬才