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UV油墨技術(shù),從理論走向?qū)嶋H

2018/6/24 23:07:25 人評論

這篇文章將為我們詳細(xì)闡述UV油墨技術(shù)的根源,追溯它們的發(fā)展歷程,討論它們將來需要繼續(xù)完善的地方。

  自從上世紀(jì)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(xiàng)技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)早期。事實(shí)上,科學(xué)家們很早就知道紫外光輻射可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。比如說鹵化銀照相技術(shù)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(xué)藥品或化合物,而不是我們今天所使用的復(fù)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(yīng)商們?nèi)ラ_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(xiàng)技術(shù)傾注了極大的熱情。結(jié)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(shí)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(xué)特性.
本文將會對UV技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行檢驗(yàn),主要看一下其對印刷業(yè)的內(nèi)部和外部的影響,比如說,促進(jìn)了油墨公司的形成和UV技術(shù)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(lǐng)域的應(yīng)用。

  科學(xué)和歷史


  我們這個行星繞著太陽旋轉(zhuǎn),反過來,太陽給地球帶來生命。事實(shí)上,這主要?dú)w功于地球上的有機(jī)體能夠把太陽的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂匣蚴褂眠@種能量來促進(jìn)生物或化學(xué)反應(yīng)的能力。物理學(xué)的發(fā)展是使用從自然界學(xué)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(xué)家們已經(jīng)知道了如何利用紫外光輻射來催化或促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,如何利用它的這種作用來進(jìn)行原材料的生產(chǎn)。


  紫外光能也被醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所利用,用它來治療疾病。紫外光還經(jīng)常幫助法官進(jìn)行刑事調(diào)查。因?yàn)樗麄冎阑瘜W(xué)試劑在紫外光的照射下會發(fā)生反應(yīng)或被激活,無論是在正常照明設(shè)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(lǐng)域中主要是因?yàn)樗焖倨鹦У哪芰?。紫外光的能量非常大,只需要一點(diǎn)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(chǎn)業(yè)。表面涂布業(yè)在上世紀(jì)六十年代晚期和七十年代初期非?;钴S,被認(rèn)為是飽受環(huán)境保護(hù)法令限制的溶劑型涂布和雙組分涂布的替代者。


  雖然當(dāng)今的紫外光涂布材料里含有專為紫外光固化而設(shè)計(jì)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(jìn)。從這些角度來看,紫外光涂布的進(jìn)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(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和人們對它的接受程度。讓我們現(xiàn)在開始檢驗(yàn)一下這些影響因素。


  外部影響


  科學(xué)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(shí)世界中所沒有的強(qiáng)烈的求知欲。從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)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(zhǔn)備。


  紫外光固化油墨也遭受了同樣的命運(yùn),但有一些進(jìn)展增加了紫外光油墨成功的機(jī)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(hù)者的主意。人們對減少溶劑揮發(fā)的強(qiáng)烈需要促使了科學(xué)家們開始尋找溶劑型涂布的替代產(chǎn)品。


  除了對環(huán)境的影響,其他的商業(yè)因素也推動了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。最著名的是多功能印刷設(shè)備的發(fā)展——特別是多色聯(lián)機(jī)印刷機(jī)。


  紫外光固化絲網(wǎng)印刷油墨的發(fā)展促進(jìn)了印刷機(jī)制造商對聯(lián)機(jī)印刷機(jī)的新設(shè)計(jì)。平版印刷機(jī),由于有了膠印油墨而在半色調(diào)彩色印刷領(lǐng)域占絕了主導(dǎo)地位,而且發(fā)展的速度非??臁?/P>


  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(jì)環(huán)境的影響,但高速打印能力的缺乏限制了它的發(fā)展?,F(xiàn)有的固化油墨的進(jìn)展就是彩色油墨——特別是半色調(diào)彩色油墨可以以前聞所未聞的速度進(jìn)行連續(xù)印刷。


  與任何一種主要技術(shù)的開發(fā)一樣,紫外光藥劑和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展也是隨著印刷者想要用紫外光技術(shù)取代已有的溶劑型和油基油墨,以及進(jìn)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(jìn)了單體和聚合物的供應(yīng)商對原材料的開發(fā),傳統(tǒng)組分的供應(yīng)商也加入進(jìn)來了,比如說:顏料、硅膠、填充劑的供應(yīng)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(jìn)了原材料、油墨和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展。油墨的形成已經(jīng)成為了供應(yīng)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(dāng)然是印刷廠,這些主動性和進(jìn)步使它們擁有了擴(kuò)展和增加客戶范圍的能力。準(zhǔn)確而高速的印刷能力時(shí)的絲網(wǎng)印刷成為了比其他印刷技術(shù)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(shù)和在上世紀(jì)八十年代早期就開始對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行投資的油墨公司終于生產(chǎn)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(shù)性的問題以外,紫外光油墨技術(shù)的發(fā)展和完善還在繼續(xù)。


  歐洲透視


  這主要關(guān)注的是紫外光技術(shù)在將來發(fā)展過程中的演變和方向的轉(zhuǎn)變。歐洲的油墨配方設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師也對這項(xiàng)技術(shù)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(shí)。


  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(shù)干燥的速度快而且光澤度好,是替代許多傳統(tǒng)印刷技術(shù)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(shù)有關(guān)的油墨固化高度的問題。人們應(yīng)該去尋找解決這個問題的辦法,特別是在半色調(diào)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(diǎn)高度都會降低,而且不會影響質(zhì)量和固化效果。


  當(dāng)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(zhì)量,必須要經(jīng)過一段復(fù)雜而曲折的探索。但是,如果隨著油墨技術(shù)的改進(jìn),這個過程可以控制了,那么高質(zhì)量的印刷也就可以實(shí)現(xiàn)了。在某些情況下,絲印水性紫外光油墨也能夠達(dá)到膠印的印刷質(zhì)量。


  水性紫外光油墨和技術(shù)并沒有被美國市場所接受,這一點(diǎn)并不奇怪。在這種油墨剛剛面市的時(shí)候,許多印刷者正處在從溶劑型油墨向紫外光油墨轉(zhuǎn)型的階段,所以并沒有注意水性油墨的應(yīng)用。那時(shí),美國的印刷廠所進(jìn)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(shè)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(shù)。連續(xù)式紫外光固化設(shè)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(shè)計(jì)的,人們可以放心地使用。
在這種設(shè)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(shè)備的主要問題是它產(chǎn)生的熱量。這些熱量會導(dǎo)致承印物的變形,但它也會促進(jìn)的交聯(lián)固化反應(yīng),是固化進(jìn)行得更加徹底。雖然連續(xù)式紫外光設(shè)備的關(guān)鍵性問題還沒有解決,但以后紫外光燈效率的改進(jìn)并將減少熱量的產(chǎn)生和成本的消耗。


  對于快干紫外光設(shè)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(dāng)歐洲發(fā)展水基油墨時(shí),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(jìn)行印刷的紫外光油墨的發(fā)明是至關(guān)重要的。這些承印物在印刷過程中會出現(xiàn)自己獨(dú)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(shù)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(dú)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(lǐng)域的油墨要具有很強(qiáng)的耐久性、耐磨性,而且要非常靈活。


  這種技術(shù)發(fā)展主要的優(yōu)點(diǎn),特別是對于全球性公司,就是想法和技術(shù)可以同時(shí)產(chǎn)生,同步實(shí)現(xiàn)。這也就帶來了油墨技術(shù)在開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域中的飛躍。


  向前看


  將來會怎么樣呢?紫外光技術(shù)在未來幾年里將會如何促進(jìn)絲網(wǎng)印刷的發(fā)展?有一點(diǎn)可以確定:那就是人們對紫外光技術(shù)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(wù)正在涌向紫外光技術(shù),而跳出了傳統(tǒng)的,溶劑型技術(shù)的圈子。展望紫外光技術(shù)的發(fā)展前景,它還具有一定的潛力,其中有一些還可以運(yùn)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(jìn)交聯(lián)反應(yīng)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(jìn)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?yàn)殡娮釉谀珜又械臐B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(yīng)用來說是很有用的。EB系統(tǒng)已經(jīng)用在了一些領(lǐng)域,比如說木材涂布;但這種設(shè)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(shè)備的價(jià)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(shè)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(chǎn)品的光譜分布非常窄,最多1或2個納米,所以它產(chǎn)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(dāng)時(shí)用傳統(tǒng)的紫外光固化系統(tǒng)時(shí),這些材料容易發(fā)生收縮,卷曲或點(diǎn)燃等現(xiàn)象。然而目前Eximer還面臨著兩個問題。首先就是要準(zhǔn)備能夠準(zhǔn)確對Eximer燈發(fā)出的光波長進(jìn)行反應(yīng)的照相平版。其次就是要想在如此窄的紫外光波長范圍內(nèi)產(chǎn)生足夠的能量來實(shí)現(xiàn)高速固化還很困難。


  負(fù)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(shù),而且能夠?yàn)榻z網(wǎng)印刷者帶來更多的短期機(jī)會。這個系統(tǒng)最大的特點(diǎn)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(dāng)紫外光能達(dá)到油墨上時(shí),能夠在墨層中促進(jìn)各組分交聯(lián)固化反應(yīng)的發(fā)生——這個反應(yīng)會一直進(jìn)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(shí)甚至更長的時(shí)間。


  由于不需要能量來進(jìn)入整個墨層,所以負(fù)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(fù)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(fù)離子系統(tǒng)的性能還跟操作人員有關(guān),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(fù)離子系統(tǒng)可能永遠(yuǎn)都不會取代現(xiàn)在的紫外光固化技術(shù)。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(fù)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(shù)在產(chǎn)品領(lǐng)域的深化,負(fù)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(dá)到超強(qiáng)的黏附力,理想的墨層厚度和較低的收縮性。


  多種承印物產(chǎn)品可能也會是一個焦點(diǎn)。隨著紫外光油墨系統(tǒng)在多種承印物上的應(yīng)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(fèi),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(yán)格的限制,這類產(chǎn)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(jià)


  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(lǐng)域的首選技術(shù)。現(xiàn)在的紫外光油墨幾乎可以在所有的成因無表面進(jìn)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(yuǎn)的記憶。

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