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浅谈纸张UV油

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浅谈纸张UV油

发布日期:2019-02-23 作者: 点击:

UV (Ultraviolet,紫外光)光固化上光涂料是与水性涂料、粉末涂料一起倍受人们推崇的三大环保涂料之一,由于其独特的低温快速固化性能和超群的视觉效果,在许多行业中的应用越来越广泛。特别是印刷业的高速发展,对高效上光涂料的需求使得纸张UV油得到了普及和推广,成为了印后上光的重要手段之一。本文重点从UV油的组成和分子结构方面,探讨UV油的一些基本性能。

 1、 纸张UV油的组成纸张UV油一般由5个部分组成,分别为: 

(1) 预聚物:丙烯酸改性树脂(环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等),是基本成膜物质; 

(2) 活性稀释剂:丙烯酸酯或其它含活性基团的小分子物质,参与固化,用于调整UV油黏度、光泽、硬度等一些基本性能; 

(3) 光引发剂:吸收辐射能量(如UV等),引发光固化聚合反应;

(4) 填料:耐磨粉、消光粉、填充料等; 

(5) 助剂:流平剂、消泡剂、附着力促进剂等。 UV油在紫外线照射下,发生自由基链式反应,各分子(大于95%)参与反应并迅速交联聚合,瞬间(小于1秒)固化成膜。UV油和水性上光油、油性上光油的干燥方式是完全不同的,后两者是热塑性(遇热会软化)产品,干燥过程中水和溶剂挥发,剩余组份形成涂膜,干燥过程中未发生化学反应,是简单的物理干燥过程,此类产品随着环境温度的升高,受潮后会变软发生粘花。而UV油的干燥过程中有大量化学反应发生,分子间彼此交联,赋予产品高光泽度、高耐磨性、耐水耐油性、高丰满度、高强度等性能,涂膜不会随着环境温度的升高而软化粘花。这些性能都是其它涂料所无法比拟的。

 2、 纸张UV油的分类 

2.1 根据施工方式不同可分为: 

(1) 辊涂UV油:3或5棍上光机使用,黏度:20-40秒(25℃,涂-4杯)

(2) 胶印UV油:胶印机印刷使用,黏度:3000±1000mPa.s(25℃,旋转黏度计)

(3)局部UV油:局部UV机或胶印机上光使用,黏度:30-60秒(25℃,涂-4杯) 

(4) 凹印UV油:凹印机使用,黏度:15-25秒(25℃,涂-4杯),固化速度相对最快,一般要求超过120米/分钟 

(5) 丝网UV油:丝网印刷机使用,黏度:1000±300mPa.s(25℃,旋转黏度计) 

2.2 根据光泽度的不同可分为: 

 (1) 亮光UV油,光泽一般大于85°

 (2) 哑光UV油,光泽范围5-80°可调 

2.3 根据最终用户对产品的使用性能或使用底材的特定要求,分类比较复杂,大概有:高光高耐磨UV油、哑光高耐磨UV油、烫金UV油、书刊UV油、低气味UV油、可重涂UV油、易粘合UV油、食品包装UV油、塑料(BOPP、PET、PVC)UV油、耐黄变UV油、不打底(防渗透)UV油等。

 3、 纸张UV油的主要性能介绍

 3.1 光泽水油、磨吸油、UV油三者相比,UV油的光泽最高,从理论上讲,施工时的固含量和分子量是影响涂膜光泽的两个最关键因素,通常固含量越高,分子量越小,所得产品光泽越高,具体参数见表一。表一 施工固含量和分子量对涂膜光泽的影响 UV油磨吸油水油 施工固含量(wt%) >90 ~30 ~40 分子量小分子 300-600 无 0.2-1.6万 大分子 1000-5000 1-4万 10万-40万 光泽(60°,平滑度40s,紧度0.85g/cm3的白卡纸) >90 60-85 50-75 固含量对光泽的影响:水油和磨吸油在干燥过程中,溶剂和水会穿破涂膜向空气中挥发和向纸张中渗透,这样会导致涂膜表面高低不平,光泽下降。分子量对光泽的影响:分子量越小,越容易做成高固含量的光油,固含量越高,光泽越高;分子量越小,分子运动速度快,干燥过程中光油表面越易流平,光泽也越高。水油之所以光泽最低,还与其是非均相体系有关,干燥过程中水油粒子未能形成微观上理想的光滑表面,而影响光泽。

在UV油的使用过程中,导致UV油光泽不高的因素很多,主要有: 

(1)施工工艺的问题:涂层太薄,加入稀释剂过多,施工黏度调整不合适,产生辊痕等; 

(2)产品品质问题:选用了非高光泽的产品、批次波动等,不同的UV油,光泽相差很大; (3)配套产品的问题:底油太软,纸张太粗糙,喷粉量大或颗粒粗糙,油墨不平滑等。 

3.2耐磨性耐磨性与抗划伤性是两个不同的性能指标,但一般客户很难将其分得清楚,通常将其混淆。耐磨性是指涂膜抵抗外力摩擦,保护纸张或油墨的能力,在涂膜被磨穿时失去保护性。测试方法很多,最常用的是耐磨仪测试,4磅压力,纸张面对面、面对背或用标准白纸,磨至油墨漏出为止,评估指标为耐磨次数。决定光油耐磨性的物性指标是光油的韧性,韧性越好,耐磨性越高。如汽车轮胎、BOPP薄膜等,韧性很好,所以很耐磨。抗划伤性是指光油表面抵抗被擦花的能力,目前适用于纸张UV油的抗划伤性的测试方法还未统一,多采用将上过油的纸张面对面或面对背摩擦,目测划痕的多少。决定光油抗划伤性的物性指标是光油的硬度,硬度越高,抗划伤性越好,如玻璃、水晶等,硬度高,抗划伤性好。从化学角度而言,产品的韧性和硬度是两个有一定矛盾的物性指标,同时提高是有一定限度的,不可能无止境地提高。为综合提升光油的耐磨性和抗划伤性,化学师们通常会通过添加其它化学物质来达到理想的效果,如:添加有机硅或有机氟化合物,用于提升光油的滑度和耐磨性,这和汽车添加机油来提升传动装置的耐磨性是一个道理;添加一些高硬度的填料,用于提升光油的抗划伤性等。通常我们所说的光油的耐磨性,实际上是耐磨性和抗划伤性的统称。很多客户采用的是震荡仪测试,将彩盒或书刊放置到震荡仪上面的一个箱子内,通过连续24小时以上的震荡来模拟远途运输,检查被测样品表面油墨被磨花的数量,以100个样品中有多少个表面油墨被磨花来评估,合格率通常要求大于96%。这个方法很直观,但并不能直接反映是否是UV油不耐磨,还是其它因素造成。除UV光油的本身物性外,影响UV油耐磨性的因素还有: (1)施工工艺的问题: (ⅰ)涂层太薄,加入稀释剂过多,施工黏度调整不合适,辊距太小等; (ⅱ)UV灯管老化导致UV油固化不完全; (ⅲ)底油或油墨未干等。 (2)产品品质问题:采用了非耐磨型UV油产品、批次波动等 (3)配套产品的问题:底油太柔软、纸张太粗糙、喷粉量大或颗粒粗糙等。 

3.3附着力附着力也是众多客户最关心的一个指针,提到附着力,我们有必要首先了解一个产品—水性UV底油。水性UV底油和水性光油系出同门,区别是底油的Tg值(玻璃化温度,可以大致理解为固体向液体转化或软化时的温度)比光油低,光油50-80℃,底油小于20℃,且不含蜡等耐磨助剂。卡纸未经过涂布和压光,表面疏松,UV光油直接在其上面上光时,由于UV油分子量很小、易流动,会渗透到卡纸内部而无法表现出UV油的高光泽。水性UV底油的分子量是UV油分子量的100倍左右,不容易渗透到纸张纤维中,可以起到封底的作用,给UV油白度和高光泽;其次由于底油分子量大,Tg值低,容易和纸张纤维、UV油分子缠绕,提高纸张和UV油之间的附着力。对于胶版纸,造纸的过程中已内施胶(在纸浆中加入了一些松香脂等化学黏合剂)和压光,纸张表面紧度和平整度均好过卡纸,上UV油时可以不打底已具有良好的光泽,但附着力并不能得到保证,除非使用特定的书刊UV油。对于铜版纸,出厂前已经过内施胶和外施胶(在纸张表面涂布一层胶粘剂并压光,胶粘剂的主要类型有:松香改性树脂、醋丙乳液、羧基丁苯胶乳等,这类胶粘剂和水性UV底油很类似),可以不上底油而具有良好的光泽和附着力。其它影响UV油附着力的因素还有: (1)施工工艺的问题: (ⅰ)底油开水太多,未起到封底的作用; (ⅱ)油墨或底油未干; (ⅲ)UV油曝光不适量,UV油未固化完全或过度曝光;(2)产品品质问题:UV油对底油的附着力差或UV油批次波动;(3)配套产品的问题:底油对油墨、纸张的附着力力差,底油和UV油不配套,油墨晶化或内聚强度差,如金属墨等。 

3.4气味评估UV油的气味有两个指标,一是施工过程中的气味,其主要来源是UV油中的残留溶剂。正常情况下,残余溶剂量为2%以下,特殊情况下,如烟包UV油要求小于0.5%。但在石油价格飞涨的今天,很多供货商为降低UV油的成本,添加了大量溶剂,如酒精和甲苯等,最高的可达到25%,这样对UV油的长期发展和环境保护是极为不利的。评估UV油气味的另一个指标是施工后UV油的残留气味,放置很长一段时间后依然不能消失。其主要来源是UV油选材不当,使用了一些味道较大但价廉的化学物质,这一点要从根本上改善有一定难度,主要是成本和选择合适材料的问题。 

3.5UV油变色或油墨变色 UV油对紫外光是敏感的,施工后的UV油如果继续暴露在紫外光下(如太阳光和灯),UV油会继续反应而变黄,这是UV油的本身缺陷。对于常规UV油,目前暂时无法从根本上改善,但不同供货商的UV油变黄的程度是不一样的,除非使用特定的不黄变或特白UV油。对于UV油上光后油墨变色,主要原因是油墨的问题。油墨中有一些颜料,如射光蓝,是一种蓝色酸性色淀颜料,是有机染料三苯甲烷染附在体质颜料如氢氧化铝上,形成的在水中不溶性的色素颜料,价格低,色相鲜明,但其耐光性、耐溶剂性及耐碱性差,遇醇类等溶剂或遇碱时,红相易被溶解、减弱或消失。这些颜料,如使用在书刊油墨中(印刷后表面不再上光处理)是可行的,但如果用在彩盒油墨中,则非常危险,因为大多数的彩盒是有后加工处理的。检测办法是在油墨表面滴一滴底油和UV油,1小时后看油墨是否变色,非常明显。对于已印刷好的纸张,如果油墨变色,可以采用强制油墨干燥,如烘干或多放置一点时间来解决,或使用中性底油、不含溶剂的UV油、不含溶剂的书刊UV油等办法来减少油墨变色倾向。

3.6 爆油和刮花 UV油爆油指的是上光后的纸张在压凹凸、折页、啤盒或日常使用中UV油开裂的现象。刮花是施工后的UV油,用指甲或硬物在其表面刮擦时,部分粉化的现象。以上两种现象的根本原因是UV油硬度太高或UV油对底材的附着力差造成的,具体原因和解决办法有:(1)UV油过度曝光或硬度过高,这时候要注意适量的曝光度(40-70mj/cm2),最好选择柔韧性良好的UV油;(2)UV油施工太厚,越厚的涂膜越容易爆裂;(3)纸质太差,易爆裂,UV油的强度不足于抵抗纸张开裂的力量;(4)底油太硬、太厚,对防止UV油开裂帮助不大或起反面作用;(5)油墨粉化,内聚强度差,纸张、油墨、底油、UV油无法形成一个有机整体,这时候,特别是在冬天,最容易导致刮花现象的发生。 

3.7烫金烫金是一个热转移的过程,在热和压力的作用下,PET基材上的物质转移到纸张或其它印刷基材上的过程。最常用的材料是电化铝,为了解烫金工艺,最好先了解一下电化铝的结构,分为5层:第1层是PET(聚酯)片基;第2层是隔离层,在热压的作用下可脱离PET片基,常用材料为有机硅脂或其它粘力小的黏合剂,第3层是染色层,由树脂和颜料组成,烫金后保护铝粉,并赋予颜色和光泽;第4层是真空镀铝层,提供反射性;第5层是黏合剂层,主要是丙烯酸树脂和其它一些增粘树脂,在热压的作用下,黏结到基材上,这一层是决定烫金适应性最关键的一层,其黏结力大小,直接决定了该电化铝可烫的上何种基材上,如BOPP、磨吸油、水油、UV油等基材。 2、隔离层0.01微米 1、PET片基12-25微米 5、粘合剂层1.5微米 4、镀铝层0.02微米 3、染色层 1微米 图1 电化铝结构 常规的UV油是热固性材料,加热的时候不会软化,并且UV油中加入了大量有机硅和蜡类物质,这些物质不容易被粘合,所以常规的UV油是无法被电化铝中的第5层粘合的,也就是说常规UV油是无法烫金的。可烫金UV油的组成和常规UV油有很大不同,主要是具备了热软化但不融化、和高表面张力的特性,所以可以被烫金。相反来讲,如果电化铝第5层采用了一种类似UV彩盒胶性能的黏合剂,相信常规UV油也是可以烫金的。 

3.8书刊UV油从配方设计和化学结构方面来讲,书刊UV油是一种非常特殊的UV油,是针对胶版纸而开发的一种书刊专用UV油,在不打底油的情况下,便具备良好附着力、防渗透、可粘盒、可烫金等性能。书刊UV油应用到普通卡纸上时也有一定的适应性,但使用前最好经过测试。 纸张UV油的其它一些性能,如辊痕、桔皮、针孔、缩孔、麻点等现象,还有一些特殊用途的产品,如凹印UV油、丝网UV油等,由于受篇幅限制,在此不做一一介绍。

4、纸张UV油的发展前景在环保、高效、高性能、节省能源的大环境下,UV油在印刷行业里还将得到更进一步的推广和应用,以个人观点来看,以下几个UV油产品是今后值得重点关注的:(1)高光高耐磨UV油:在一定前提下,高光和高耐磨性是有冲突的,如何在高光的前提下,提高UV油的耐磨性和抗划伤性是一个技术难题。(2)无害无味食品级UV油:由于UV油中含有大量分子量小于1000的小分子,而固化发生在瞬间(1秒内),必然会有部分小分子不能完全参与反应,如何让这些小分子完全反应,也是业内同行需要面临的一个课题。(3)水性UV油:这是实现UV油真正环保化的一个产品,目前技术壁垒已攻克,但如何大幅度降低其生产成本,实现规模化生产和应用,还有待使用者观念的改变。

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