在去年的德魯巴展會(huì)上,單張紙膠印機(jī)的最高速度已經(jīng)達(dá)到了20000張/小時(shí),輪轉(zhuǎn)報(bào)紙印刷機(jī)的最高速度達(dá)10萬份/小時(shí),而最青睞這些高速機(jī)的客戶當(dāng)屬中國印刷業(yè)者,特別是煙包、報(bào)業(yè)印刷廠??梢哉f,提高印刷速度對(duì)于印刷機(jī)本身而言很有潛力,但油墨的干燥速度是發(fā)展的瓶頸。因此,近幾年對(duì)油墨的UV固化、熱干燥及速干油墨的研究很活躍。本文主要從油墨的干燥原理出發(fā),討論目前油墨的UV固化及熱干燥光源、裝置設(shè)計(jì)的最新發(fā)展。 油墨干燥、固化原理 印刷油墨的干燥主要有氧化結(jié)膜干燥、滲透干燥、揮發(fā)干燥及輻射干燥?! ?.氧化結(jié)膜干燥 油墨中含有干性油,該油分子結(jié)構(gòu)中的不飽和脂肪酸與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由小分子直鏈結(jié)構(gòu)聚合成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),形成固體物質(zhì),這一化學(xué)反應(yīng)過程稱為氧化結(jié)膜干燥?! ?.滲透干燥 油墨連結(jié)料中含有較多的礦物油,如汽油、高沸點(diǎn)煤油等,當(dāng)油墨中的礦物油滲透到多孔隙紙張纖維中,顏料即固著在紙張表面形成固態(tài)膜層,稱為滲透干燥。 3.揮發(fā)干燥 油墨中含有大量揮發(fā)物質(zhì),如脂肪烴類松香酯、芳香烴類溶劑、醇類、酮類、酯類溶劑等。油墨轉(zhuǎn)移到承印材料表面后,溶劑揮發(fā),顏料固著,形成固態(tài)膜層,稱為揮發(fā)干燥。 4.輻射固化 輻射固化是化學(xué)單體交聯(lián)成高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成固體的化學(xué)反應(yīng),且固化速度快,形成的膜層堅(jiān)硬、光亮,但附著力欠佳。目前常用的輻射固化方式有3種?! ?1)紅外線輻射干燥。油墨中含有螯合劑,可采用波長(zhǎng)3~30μm的中波紅外光照射,加速聚合反應(yīng),同時(shí)產(chǎn)生的熱量促進(jìn)溶劑揮發(fā),加速油墨干燥。短波、長(zhǎng)波紅外線不利于油墨的干燥。 (2)紫外線(UV)輻射固化。油墨中含有光引發(fā)劑,如二苯甲酮(吸收波長(zhǎng)240~340nm)、2-氯化硫雜蒽酮(吸收波長(zhǎng) 200~400nm)等衍生物,光引發(fā)劑在波長(zhǎng)為250~420nm范圍內(nèi)的UV光照射下,不到0.1秒即可迅速打開不飽和雙鍵引發(fā)樹脂,如聚氨基甲酸乙酯、環(huán)氧丙烯酸酯等交聯(lián)固化為固體而干燥。UV固化油墨中基本不含溶劑?! ?3)電子束(EB)輻射固化。熱離子陰極管發(fā)出高能量輻射電子束,通過調(diào)節(jié)陰極管發(fā)射器選擇輻射波長(zhǎng),因而沒有可見光和紅外線伴隨輻射,完全是冷光源。電子束有效輻射強(qiáng)度很高,可直接引發(fā)樹脂聚合成固體,因此,EB油墨中可不采用光引發(fā)劑。將 UV油墨中的光引發(fā)劑去除或少量添加就可作為電子束固化油墨。 通常,印刷油墨的干燥并不是單一的干燥方式,而是幾種干燥同時(shí)發(fā)生。如膠印油墨的干燥就是氧化結(jié)膜、滲透、揮發(fā)等幾種方式同時(shí)發(fā)生,以氧化結(jié)膜干燥為主;報(bào)紙印刷油墨以滲透干燥為主;凹印油墨以揮發(fā)干燥為主。 常用油墨干燥、固化設(shè)備 油墨干燥往往是復(fù)合干燥,因此用什么干燥設(shè)備,參數(shù)如何設(shè)置,使干燥效率最佳的同時(shí)還能節(jié)省能量是印刷者最為關(guān)心的問題。 1.紅外線干燥設(shè)備 (1)光源。對(duì)于油墨干燥,中波紅外線的效果最佳,常用紅外線光源有3種。 第一種是電熱絲輻射源,常見的是非封閉式電阻絲外套石英燈管。這種燈管的熱輻射強(qiáng)度隨光波長(zhǎng)的分布不能控制,效率低、價(jià)格低,壽命約2000~3000小時(shí)。 第二種光源是將電阻絲置于封閉石英管內(nèi),并可在燈管內(nèi)充不同氣體,以改變輻射光波長(zhǎng)分布特性,同時(shí)將燈絲與空氣中的氧隔絕,輻射效率高?,F(xiàn)在進(jìn)口印刷機(jī)大都配這種光源,壽命達(dá)5000~10000小時(shí),但其輻射能量中仍有很大部分是分布在可見光和遠(yuǎn)近紅外線段,中波紅外線不是很豐富?! 〉谌N是電熱半導(dǎo)體發(fā)光燈管。外形是陶瓷管外涂紅色或灰色無光半導(dǎo)體材料,管內(nèi)壁繞電阻絲。依靠電熱引發(fā)半導(dǎo)體材料輻射發(fā)光,燈管點(diǎn)燃時(shí)光呈暗紅或黑色,通過選擇半導(dǎo)體材料可改變輻射能量的波長(zhǎng)分布,而且輻射效率極高。 (2)紅外線燈反光罩。目前常見的有2種,一種是鍍金反光罩,在燈管周圍180°范圍涂有金屬膜,金屬膜反射紅外線效率高達(dá)90%;另一種是鍍鋁板或鋁板壓成的橢圓或八字形反光罩,如圖2所示,燈管距燈罩越近,反射效率越高,最高反射率可達(dá)85%?! ?3)紅外線燈的散熱問題。紅外線燈管表面散熱可用吹風(fēng)法,且風(fēng)量大小不影響燈紅外線功率輸出。由于紅外線燈輻射的能量只有1%左右被紙張和油墨吸收,而其余的能量完全轉(zhuǎn)化成熱量,造成機(jī)器周圍升溫,需要用吸風(fēng)裝置將其排到室外或循環(huán)利用?! ?4)適用范圍。紅外線燈應(yīng)用于紅外線油墨干燥,對(duì)非專用紅外線油墨的干燥效率很低,對(duì)某些墨甚至不起作用。紅外線具有穿透力,能同時(shí)干燥墨膜上下層,加速油墨滲透,促進(jìn)氧化結(jié)膜,尤其是應(yīng)用在厚墨層印刷和上光油的干燥上效果更佳。對(duì)溶劑含量較低的膠印、凸印、網(wǎng)印、印報(bào)油墨、柔性版印刷油墨和水性光油的干燥效果都很好?!?待續(xù))
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