自從上世紀70年代起,紫外光固化油墨和涂布就開始用在商業(yè)印刷過程中了,但是這項技術可以追溯到20世紀早期。事實上,科學家們很早就知道紫外光輻射可以促進化學反應的發(fā)生。比如說鹵化銀照相技術的成功就依賴于它的作用。
早期的紫外光油墨的配方里使用了不穩(wěn)定的未經(jīng)加工的化學藥品或化合物,而不是我們今天所使用的復合的經(jīng)過加工的多功能材料。盡管如此,這些早期的配方仍舊推動了印刷油墨和原材料的供應商們去開發(fā)更好功能更加全面地UV油墨解決方案。
在過去的20年里,特別是在近十年里,油墨公司對這項技術傾注了極大的熱情。結果現(xiàn)在人們可以在多種承印物表面使用高速度的油墨,這種油墨能夠在戶外保持很長的時間,而且不論是經(jīng)過拉伸、變形或是其他操作都不會失去其固有的粘著性、色彩表現(xiàn)力或其他的物理化學特性.
本文將會對UV技術的發(fā)展進行檢驗,主要看一下其對印刷業(yè)的內部和外部的影響,比如說,促進了油墨公司的形成和UV技術在P-O-P顯示器、自動化部件,包裝和容器制作,CD 以及DVD等領域的應用。
科學和歷史
我們這個行星繞著太陽旋轉,反過來,太陽給地球帶來生命。事實上,這主要歸功于地球上的有機體能夠把太陽的輻射能轉變?yōu)槿剂匣蚴褂眠@種能量來促進生物或化學反應的能力。物理學的發(fā)展是使用從自然界學到的東西來為各種問題提供解決方案。人們對紫外線能量的利用也是如此??茖W家們已經(jīng)知道了如何利用紫外光輻射來催化或促進化學反應的發(fā)生,如何利用它的這種作用來進行原材料的生產。
紫外光能也被醫(yī)學領域所利用,用它來治療疾病。紫外光還經(jīng)常幫助法官進行刑事調查。因為他們知道化學試劑在紫外光的照射下會發(fā)生反應或被激活,無論是在正常照明設備探測不到的地方還是對其不敏感的地方。
紫外光能之所以被用在如此多的領域中主要是因為它快速起效的能力。紫外光的能量非常大,只需要一點就能夠造成快速和永久性的改變。它的這個特性也被用在了表面涂布產業(yè)。表面涂布業(yè)在上世紀六十年代晚期和七十年代初期非?;钴S,被認為是飽受環(huán)境保護法令限制的溶劑型涂布和雙組分涂布的替代者。
雖然當今的紫外光涂布材料里含有專為紫外光固化而設計的成分和材料,但早期的油墨配方卻不是這樣的。它們可選的材料非常少,而且這些材料的穩(wěn)定性,毒性和使用比例都還有待于改進。從這些角度來看,紫外光涂布的進步和發(fā)展是很令人驚訝的。盡管如此,也有一些其它的因素在加速這項技術的發(fā)展和人們對它的接受程度。讓我們現(xiàn)在開始檢驗一下這些影響因素。
外部影響
科學發(fā)展的歷史是與好的想法和信念分不開的,那就是現(xiàn)實世界中所沒有的強烈的求知欲。從實驗室轉向商業(yè)成功的道路十分曲折,失敗的原因也是多種多樣的,但通常都是急于求成的想法造成的——世界還沒有為接受新鮮的理念做好準備。
紫外光固化油墨也遭受了同樣的命運,但有一些進展增加了紫外光油墨成功的機會。正如前面所提到的那樣,溶劑的揮發(fā)和VOC水平的提高引起了環(huán)境保護者的主意。人們對減少溶劑揮發(fā)的強烈需要促使了科學家們開始尋找溶劑型涂布的替代產品。
除了對環(huán)境的影響,其他的商業(yè)因素也推動了這項技術的發(fā)展。最著名的是多功能印刷設備的發(fā)展——特別是多色聯(lián)機印刷機。
紫外光固化絲網(wǎng)印刷油墨的發(fā)展促進了印刷機制造商對聯(lián)機印刷機的新設計。平版印刷機,由于有了膠印油墨而在半色調彩色印刷領域占絕了主導地位,而且發(fā)展的速度非???。
絲印油墨受到了印刷工藝方面的限制,發(fā)展速度緩慢。絲網(wǎng)印刷并沒有受到惡劣的經(jīng)濟環(huán)境的影響,但高速打印能力的缺乏限制了它的發(fā)展。現(xiàn)有的固化油墨的進展就是彩色油墨——特別是半色調彩色油墨可以以前聞所未聞的速度進行連續(xù)印刷。
與任何一種主要技術的開發(fā)一樣,紫外光藥劑和設備技術的發(fā)展也是隨著印刷者想要用紫外光技術取代已有的溶劑型和油基油墨,以及進入P-O-P和展覽圖像市場的雪球作用而開始的。這種需求促進了單體和聚合物的供應商對原材料的開發(fā),傳統(tǒng)組分的供應商也加入進來了,比如說:顏料、硅膠、填充劑的供應商,他們還在想辦法開發(fā)出一些適用于紫外光油墨的特殊的材料來改善油墨的性能,提高它的穩(wěn)定性和持久性。
大家共同的努力促進了原材料、油墨和設備技術的發(fā)展。油墨的形成已經(jīng)成為了供應商,開發(fā)者之間相互理解溝通的處理過程而不是以前簡單的線性化處理。
最終的勝利者當然是印刷廠,這些主動性和進步使它們擁有了擴展和增加客戶范圍的能力。準確而高速的印刷能力時的絲網(wǎng)印刷成為了比其他印刷技術更有競爭力的方式。
在經(jīng)歷了開始的一些錯誤和一系列的曲折之后,那些相信紫外光油墨技術和在上世紀八十年代早期就開始對這項技術進行投資的油墨公司終于生產出了滿足絲網(wǎng)印刷的商業(yè)要求的油墨。那些早期的配方經(jīng)常會遇到很多問題,比如說油墨的長效性以及在承印物上黏著力的不一致性。除此之外,健康和安全性也是新型的單體和聚合物所要面對的問題。盡管如此,除了這些技術性的問題以外,紫外光油墨技術的發(fā)展和完善還在繼續(xù)。
歐洲透視
這主要關注的是紫外光技術在將來發(fā)展過程中的演變和方向的轉變。歐洲的油墨配方設計師都希望能夠把水加到紫外光油墨中。雖然美國的油墨配方設計師也對這項技術表現(xiàn)出了濃厚的興趣,但是是歐洲人把它從理想變成了現(xiàn)實。
在這個發(fā)展的過程中有幾個因素是十分突出的。最重要的是紫外光絲印油墨技術干燥的速度快而且光澤度好,是替代許多傳統(tǒng)印刷技術的理想選擇。
最大的困難就是在印刷過程中與高固性油墨技術有關的油墨固化高度的問題。人們應該去尋找解決這個問題的辦法,特別是在半色調圖像印刷的過程中。如果加入水或減水性的樹脂和單體,那么油墨中固體的百分含量和印品上最終的網(wǎng)點高度都會降低,而且不會影響質量和固化效果。
當然,減水性或水性油墨也不是沒有它們自己的問題。模版必須是要防水的,而且隨著水分的蒸發(fā),絲網(wǎng)也會有一些干燥。除此之外,這種油墨也不太好印刷。要想得到良好的印刷質量,必須要經(jīng)過一段復雜而曲折的探索。但是,如果隨著油墨技術的改進,這個過程可以控制了,那么高質量的印刷也就可以實現(xiàn)了。在某些情況下,絲印水性紫外光油墨也能夠達到膠印的印刷質量。
水性紫外光油墨和技術并沒有被美國市場所接受,這一點并不奇怪。在這種油墨剛剛面市的時候,許多印刷者正處在從溶劑型油墨向紫外光油墨轉型的階段,所以并沒有注意水性油墨的應用。那時,美國的印刷廠所進行的四色絲網(wǎng)印刷的數(shù)量非常少,這也造成了人們對水性紫外光油墨的忽視。
紫外光快干設備
與水性紫外光油墨一起發(fā)展的還有快干(瞬間干燥)技術。連續(xù)式紫外光固化設備上的油墨配方已經(jīng)很成熟了。照相平版的范圍和種類是專門根據(jù)水銀燈的主要射線而設計的,人們可以放心地使用。
在這種設備上,紫外光輻射是以一個窄光束的形式穿過墨膜和承印物的界面,使它們深度固化和黏附。但這種設備的主要問題是它產生的熱量。這些熱量會導致承印物的變形,但它也會促進的交聯(lián)固化反應,是固化進行得更加徹底。雖然連續(xù)式紫外光設備的關鍵性問題還沒有解決,但以后紫外光燈效率的改進并將減少熱量的產生和成本的消耗。
對于快干紫外光設備來說,它對功能和配方的要求都是截然不同的,而且照相平版的參數(shù)也與連續(xù)固化過程不同??焖俟袒笥湍圃焐逃幸欢ǖ膶I(yè)知識。
美國透視
當歐洲發(fā)展水基油墨時,美國的市場也沒有停止對紫外光油墨的開發(fā)。在美國,適合于在乙烯基和聚乙烯條幅上進行印刷的紫外光油墨的發(fā)明是至關重要的。這些承印物在印刷過程中會出現(xiàn)自己獨特的問題。比如說,在乙烯基里加上增塑劑就可以提高油墨的操作性和耐久性。紫外光技術的成功發(fā)展與原材料的開發(fā)商一起為這承印物創(chuàng)造出了獨特而持久的解決方案。其他承印物:比如說聚烯烴,也帶來了一些特殊的黏附性和耐久性的問題。但紫外光油墨很好地解決了這些問題。
美國也希望為更多的工業(yè)市場提供解決方案,例如:撥號盤、儀表板或快速車上面的印刷。用于這些領域的油墨要具有很強的耐久性、耐磨性,而且要非常靈活。
這種技術發(fā)展主要的優(yōu)點,特別是對于全球性公司,就是想法和技術可以同時產生,同步實現(xiàn)。這也就帶來了油墨技術在開發(fā)和應用領域中的飛躍。
向前看
將來會怎么樣呢?紫外光技術在未來幾年里將會如何促進絲網(wǎng)印刷的發(fā)展?有一點可以確定:那就是人們對紫外光技術的需要將會繼續(xù)發(fā)展。在發(fā)展中國家的市場,比如說東歐,新的印刷業(yè)務正在涌向紫外光技術,而跳出了傳統(tǒng)的,溶劑型技術的圈子。展望紫外光技術的發(fā)展前景,它還具有一定的潛力,其中有一些還可以運用在絲網(wǎng)印刷中。
電子束(EB)固化系統(tǒng)也將起到長期的作用。EB固化系統(tǒng)最大的好處就是它不需要照相平版。它通過向墨層發(fā)射電子,而不是放射紫外線來促進交聯(lián)反應的發(fā)生,而且不需要自由基。照相平版的作用吸收紫外光能,釋放自由基,促進交聯(lián)固化的過程。EB系統(tǒng)還有助于形成較厚的墨膜,這是因為電子在墨層中的滲透比紫外光更徹底。
較厚的墨層能夠帶來較高的不透明度,這對有些應用來說是很有用的。EB系統(tǒng)已經(jīng)用在了一些領域,比如說木材涂布;但這種設備只能在真空環(huán)境下使用,而且對于現(xiàn)在絲網(wǎng)印刷業(yè)來說,它還比較大而且很貴。盡管如此,EB設備的價格在近年來已經(jīng)一降再降,而且將來也會有更小一些的設備可以在普通的印刷環(huán)境下使用。
另外一個可能性就是對Eximer紫外燈的使用。與水銀蒸汽燈不同,這種特殊產品的光譜分布非常窄,最多1或2個納米,所以它產生的熱量是微乎其微的。從理論上來說,它非常適合于熱敏承印物,當時用傳統(tǒng)的紫外光固化系統(tǒng)時,這些材料容易發(fā)生收縮,卷曲或點燃等現(xiàn)象。然而目前Eximer還面臨著兩個問題。首先就是要準備能夠準確對Eximer燈發(fā)出的光波長進行反應的照相平版。其次就是要想在如此窄的紫外光波長范圍內產生足夠的能量來實現(xiàn)高速固化還很困難。
負離子油墨系統(tǒng)現(xiàn)在也可以取代傳統(tǒng)的、自由基紫外光固化技術,而且能夠為絲網(wǎng)印刷者帶來更多的短期機會。這個系統(tǒng)最大的特點就是不需要紫外光滲透到整個墨層之中(通過油墨/承印物的界面),而是當紫外光能達到油墨上時,能夠在墨層中促進各組分交聯(lián)固化反應的發(fā)生——這個反應會一直進行,直到所有的油墨組分都消耗完了。要是油墨完全干燥大約需要24個小時甚至更長的時間。
由于不需要能量來進入整個墨層,所以負離子系統(tǒng)能夠用于不透明度更高的油墨,它較慢的干燥速度還有助于避免出現(xiàn)承印物收縮的問題,提高印刷黏附力。負離子系統(tǒng)發(fā)展的速度慢,主要是由于它所要求的油墨組分比較貴,而且比較少見。負離子系統(tǒng)的性能還跟操作人員有關,而且油墨中使用的照相平版還可能會引起健康和安全性的問題。
負離子系統(tǒng)可能永遠都不會取代現(xiàn)在的紫外光固化技術。但如果原材料的成本下降和它們的普及型得到了提高,那么負離子油墨就可以廣泛地用于不透明度較高的印刷中。隨著紫外光技術在產品領域的深化,負離子系統(tǒng)也會變得更加受歡迎——比如說,在玻璃或其它材料上印刷,能達到超強的黏附力,理想的墨層厚度和較低的收縮性。
多種承印物產品可能也會是一個焦點。隨著紫外光油墨系統(tǒng)在多種承印物上的應用,庫存的油墨將會減少,這使得顏色分布系統(tǒng)的傳播范圍更加廣泛。這樣有助于加快油墨的處理,減少浪費,提高印刷廠的效率。
同樣的,新承印物的出現(xiàn)和客戶喜好的變化也將影響未來紫外光油墨的發(fā)展方向。比如說,現(xiàn)在行業(yè)對PVC的使用有嚴格的限制,這類產品在最近幾年里已經(jīng)不受歡迎了。所以,人們對新陳鼓的需求越來越大,例如:多苯乙烯,它能夠改變紫外光油墨的發(fā)展方向。
最終評價
紫外光油墨的發(fā)展速度令人震驚,它從25年前開始起步到現(xiàn)在已經(jīng)成為了很多領域的首選技術?,F(xiàn)在的紫外光油墨幾乎可以在所有的成因無表面進行印刷和裝飾,紫外光涂布也能夠不受溫度和拉伸的影響。以前提出的健康和安全性的問題以及穩(wěn)定性、耐久性的問題,如今已成為了人們遙遠的記憶。
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