第二節　光固化技術在平版印刷油墨中的應用

平版印刷又稱為膠印，是在印刷領域中應用最廣泛的一種印刷方法。平版印版的圖文部分與非圖文部分基本在一個平面上，圖文部分親油疏水，非圖文部分親水疏油。平版印刷大部分是利用油水不相溶原理來完成印刷的。印刷時先給印版供水（實際為潤濕液，也稱為潤版液），非圖文因其親水而被水覆蓋，圖文部分因其疏水而不能得到水，然后再給印版供墨。由于非圖文部分表面已有水，油墨只能傳遞到圖文部分，通常印版圖文部分的油墨先轉移到橡皮布滾筒上，然后再轉移到承印材料上，屬于間接印刷，也是膠印名稱的來源，采用UV油墨的膠印如圖5.1所示。也有一些平版印刷在印刷過程中不需要水的參與，這是因為所用印版的非圖文部分表面是斥油的，印刷時只需要給印版供墨即可，這種印刷方式也稱為無水膠印。

一、UV膠印油墨

在膠印過程中采用UV油墨，具有以下優勢：

①印刷質量優良。UV膠印油墨印后立即固化干燥，油墨不滲入承印材料內，故色彩更鮮艷，大大提高了印刷品的色彩飽和度，并且油墨鋪展小，使得網點擴大小，清晰度更高，印刷品色調再現性好，非常適合精細產品的印刷。此外，采用UV膠印油墨印刷的產品具有耐摩擦、耐化學性等高耐抗性，且印品表面整飾效果好，色澤飽滿，具有普通膠印油墨無法比擬的優勢，特別適合于包裝印刷。

②綠色環保。UV油墨在印刷過程中幾乎沒有揮發性有機物（VOCs）的排放，解決了油墨干燥過程中的環境污染問題。同時，印刷品在到達收紙部分已經固化，可以免去普通油墨印刷品在收紙部分的噴粉環節，既利于印刷環境的清潔，保護操作人員的健康，又避免了由于噴粉而給印后加工所帶來的麻煩，如對上光、覆膜效果的影響，還可進行連續后加工。不僅改善了作業環境，而且提高了生產效率，縮短了交貨時間。另外，紫外線固化設備能使UV油墨低溫下快速固化，它的能耗比普通油墨印刷通過熱風或紅外烘干的方式進行干燥所消耗的能量低得多，可節省大量的能源。

③改進了印刷工藝。UV油墨經UV光源照射才固化，照射前在墨罐中不結皮，在印機或版上也不會干結。因此，膠印機停機不用清洗墨輥和印版，解決了膠印機停機的后顧之憂，減少了油墨的浪費，節省了清洗時間。

④使膠印適用于多種承印材料，拓寬了膠印的應用范圍。采用UV膠印油墨使得膠印從主要印刷紙張，拓寬到復合紙材料類、金屬、塑料等承印材料。這些材料用普通油墨印刷普遍存在干燥慢、附著力小、耐摩擦性差等問題。UV油墨在紫外光照射下可快速固化，且干燥裝置體積非常小，可擺脫龐大的干燥裝置，同時也替代了溶劑型油墨，避免油墨對環境造成污染。同時，UV油墨在UV光的照射下，發生交聯聚合反應，相互交聯形成網狀結構，極大地提高了墨層表面的物理性能，從根本上解決了附著力和耐摩擦性等問題。

⑤擴大了膠印在特殊印刷領域的應用。隨著UV膠印油墨的應用，許多廠家利用它進行一些特殊產品的印刷，如光柵立體印刷，從而使得立體印刷可以大批量地進行生產，而且產品的質量得到進一步提高，進而拓寬了膠印在特殊印刷領域的應用。

由于UV膠印油墨的使用提升了印刷質量，并拓寬了膠印應用范圍，隨著包裝印刷的高速發展，UV膠印油墨得到了越來越廣泛的使用。UV膠印油墨的品種很多，根據所印刷的承印材料種類以及印刷用途，主要有UV膠印紙張油墨、UV膠印合成紙油墨、UV膠印鍍鋁紙油墨、UV膠印塑料油墨、UV膠印金屬油墨、UV熒光防偽膠印油墨等。

由于平版印刷的圖文部分和空白部分在一個平面，所以印刷墨層很薄，一般單色墨層厚度在1～2μm左右，是所有印刷方式中較低的，有利于光固化的進行。但是，墨層太薄，會對顏色表現力不利，因此要提高顏料含量，一般為15%～21%。白墨和黑墨顏料含量更高，這提高了光固化難度。同時，膠印速度較快，一般在100～400m/min，這對UV油墨的固化速度提出了較高要求。由于膠印為長墨路印刷體系，所以黏度較高，一般在200Pa·s左右。由于膠印在印刷過程中有水的參與，因此要求UV膠印油墨有很好的抗水性能，從而達到理想的水墨平衡狀態。

根據對油墨固化速度的要求，UV膠印油墨在設計時一般選用固化速率快、官能度高的丙烯酸樹脂。UV膠印油墨的光引發劑用量比較大，一般在6%以上。為了提高表面固化速率，還要加入少量叔胺。

在實際印刷過程中，UV膠印油墨對水量的寬容度小，水墨平衡難控制，難以達到傳統膠印油墨的印刷適性。導致UV膠印油墨的水墨平衡性能差的原因主要有以下兩方面：首先是UV膠印油墨中所使用的丙烯酸酯低聚物和活性稀釋劑，通常帶有羥基、氨基等高極性基團，對潤版液具有較強的親和性，與極性小的油性連接料相比，前者的乳化可能性更大；其次是UV膠印油墨的印刷基材主要是以合成紙、金銀卡紙和塑料等非吸收性材料為主，對潤版液的吸收性差，這給印刷中水墨平衡又增加了更多可變因素。經驗表明，使用殘留羥基多和極性大的反應性低聚物（含調節用樹脂、活性稀釋劑、助劑）時，必須十分慎重。主體低聚物的選擇是改善UV膠印油墨的水墨平衡性能的關鍵。環氧丙烯酸和聚氨酯丙烯酸酯預聚物的分子鏈上含有羥基、氨基等官能團，具有較強的親水性，但損失了油墨的抗水性，所以從改善油墨的水墨平衡性能角度來看，聚酯丙烯酸酯具有更好的抗水性，是最佳的選擇。目前，從油墨性能方面看，UV膠印油墨體系大多以聚酯丙烯酸作為主體樹脂，改善油墨的水墨平衡性能也是主要選擇依據之一。但是聚酯丙烯酸酯低聚物在硬度、耐摩擦性和溶劑抗性方面還有待進一步改進。另外，在保持油墨體系黏性相近的條件下，采用更高分子量的丙烯酸酯低聚物，可以提高油墨的抗乳化性能，但這是在高分子量樹脂在油墨的配方中達到一定的比例時才可以，可能是由于高分子樹脂之間通過相互纏結，形成了更大的物理網狀結構，有效阻礙了水分子向油體系內部滲透，從而改善了油墨的乳化性能。然而，丙烯酸酯低聚物的高分子量化是以降低官能度、損失固化速度為代價的。這就需要在設計油墨配方時進行綜合考慮，避免為改善油墨的水墨平衡性能，而導致其他性能變差的不良后果。環氧丙烯酸酯類低聚物是影響油墨乳化率的主要因素。因此，在保證固化速度和油墨黏度的前提下，應控制環氧丙烯酸酯類低聚物的用量，使UV膠印油墨能保持較強的斥水性，以保證在實際印制生產中具有良好的印刷適性。

UV膠印油的連接料主要由較高極性的低聚物和活性稀釋劑組成，應用于UV膠印油墨中的顏料大多為極性較低的有機顏料，這些高極性的低聚物體系對低極性的有機顏料粒子表面的親和性是比較差的，難以提供良好的顏料潤濕性。同時，UV膠印油墨連接料所使用的主體丙烯酸酯低聚物分子量較低，通常為1000～2000（而傳統膠印油墨所使用的松香改性酚醛樹脂分子量為20000～50000）。總之，與傳統膠印油墨相比，UV膠印油墨的樹脂和連接料體系具有低分子量、高極性的特征，不能提供令人滿意的顏料潤濕性和分散穩定性。為改善UV膠印油墨的顏料潤濕性和分散性，提高生產效率，首先要選擇合適的主體低聚物樹脂。脂肪酸改性丙烯酸酯低聚物因具有較高的分子量、低極性而具有良好的顏料潤濕性，特別適合顏料含量較高的膠印油墨體系。但由于部分丙烯酸官能團被脂肪酸所取代，脂肪酸改性丙烯酸的反應活性差、T_g低，會影響油墨的固化速率和墨膜的物理性能，通常必須和低黏度、高官能度的低聚物配合使用。選擇合適的顏料也是改善油墨分散性能的有效途徑之一，但是除UV油墨專用炭黑以外，極少有專門與UV膠印油最配套使用的有機顏料，有機顏料的最終確定只能依靠大量的實驗來進行。不過UV體系顏料選擇有一個原則，就是在UV膠印油墨中適用的顏料應該是具有一定極性的。

UV膠印油墨和傳統膠印油墨相比在流變性能方面存在顯著差異。首先，丙烯酸酯低聚物的顏料潤濕性差，使UV膠印油墨在低剪切速度下表現出更強的結構，并對油墨在印刷機的墨槽中的流動產生不利影響；其次，丙烯酸酯低聚物具有特殊流變性能和低分子量的特征，導致UV膠印油墨內聚力差，對溫度變化敏感，表現出高黏性、低黏度和絲頭長的特征，在高速印刷條件下，由于油墨體系的黏彈性不足，容易出現飛墨現象，如果為了顧全油墨的流動性和分散性而選用易分散或高流動性的顏料，則此類問題會更加突出。目前大多采用添加非反應型助劑的方法來改善體系的抗流變性能，以提高UV膠印油墨抗飛墨性能。通常在油墨配方中加氣相SiO₂、滑石粉、有機膨潤土和有機硅樹脂等具有一定增稠作用、可提高觸變性的填充料，通過增加體系的內聚力和黏彈性來防止飛墨，但這些助劑的效果很有限，無法從根本上解決問題，而且會對油墨的光澤度、附著力等性能產生不良影響，改善低聚物樹脂自身的流變性能是解決UV膠印油墨流變問題最有效的辦法。從理論上看，在油墨配方中引入100%反應活性、具有流變性控制效果的低聚物樹脂，不但能改善油墨的印刷適性，而且還可改善油墨的最終固化成膜性能。

由于UV膠印油墨有瞬間固化和低溫固化的特性，不僅在普通的紙張上可以使用，還可以應用于合成紙、金屬覆膜紙、塑料等各種非吸收性承印材料。然而，在自由基聚合時，單體或低聚物間由固化前的范德華力作用的距離變為固化后的共價鍵作用的距離，兩者之間距離縮小，因此體積收縮明顯。加之固化時間極短，墨層的內部殘存著很大的應力，因此與一般的溶劑型油墨相比，UV膠印墨有附著力變差的趨勢。目前，UV膠印油墨在一些特殊的塑料基材（如PE、PP和部分PET）上不能提供良好的附著力，這主要是由于這類材料具有活性稀釋劑無法溶脹、表面極性低的特征，已固化墨膜與基材之間無法形成有效的作用力，導致附著力差。解決UV膠印油墨對這些塑料的附著問題是行業中難以克服的技術難題，根據實踐經驗，解決UV膠印油墨對這些基材的附著問題，通常從以下幾方面著手：①增加低表面張力的活性稀釋劑，改善油墨對基材的潤濕性。②選用低官能度的活性稀釋劑和低聚物，以減小油墨的應力和體積收縮。③選擇高分子量、低T_g的低聚物。④使用特殊官能團改性的低聚物，例如氯化聚酯丙烯酸酯等。⑤添加附著力促進劑。但是這樣處理往往會導致油墨的固化性能、印刷適性有變差的趨勢。從應用狀況來看，要使UV膠印油墨對所有基材都具有良好的附著性能是很難的，所以在改進油墨性能的同時，也必須對基材進行表面預處理（如電暈處理、火焰處理等）或先涂布增黏底涂層等，以改善基材的表面性能。總之，必須結合印刷工藝共同解決UV膠印油對基材附著困難的問題。

使用UV膠印油墨還需注意下列問題：①印版，膠印使用的陽圖型PS版或CTP印版，其圖文部分都是光或熱分解型材料，這些材料會被UV油墨中活性稀釋劑和光引發劑分解，造成印版耐印力下降，故必須使用UV油墨專用的陽圖型印版。如果用一般的陽圖型PS版，需要進行烤版處理，即按照常規方法曬制的普通PS版，需要在250℃左右的溫度下烤版10～15min，CTP版也需要烤版10～15min。②膠輥、橡皮布，UV油墨中的活性稀釋劑會在印刷過程中對普通膠輥和橡皮布進行浸透，一方面造成油墨中活性稀釋劑的減少，破壞了油墨的流動性；另一方面造成對膠輥和橡皮布的腐蝕，短期會導致膠輥和橡皮布表面膨脹變形及表面玻璃化，長期印刷時膠輥和橡皮布表面會局部脫皮或產生裂痕。因此采用UV膠印油墨印刷時，需要使用UV油墨專用膠輥，普通油墨和UV油墨兼用型膠輥效果也可以。選用肖氏硬度在40HS以上，由三元乙丙橡膠（EPDM橡膠）或硅橡膠制成的橡膠輥，可以延長膠輥的使用壽命。橡皮布選用普通油墨用或UV油墨專用的橡皮布都可以，后者在橡皮布混合料中加入抗UV樹脂成分，可耐UV照射，橡皮布不易粉化，用于UV油墨印刷時，壽命延長。

二、UV無水膠印油墨

無水膠印是采用不親墨的硅橡膠表面的印版，印刷時不需要給印版供水，直接給印版供墨，通過膠印的方式來完成油墨的轉移。

與傳統膠印技術相比，無水膠印由于印刷過程中沒有水的介入，所印圖像因油墨未被稀釋和乳化而更光亮、鮮艷，印品色彩飽和度高，印刷密度高，加之印版是平凹版，油墨壓印轉移時鋪展較小，則網點增大小、還原性好、印跡更清晰，更適合加網線數高的精美圖像和高分辨率的精密圖文印刷。印刷時無需調節水墨平衡，印前準備時間比傳統膠印縮短40%，過版紙消耗降低30%～40%，從一定程度上降低了印刷成本，并提高了生產效率。另外，由于不使用傳統膠印潤版液等含有揮發性溶劑的化學藥劑，不向空氣中排放揮發性有機物，減少了環境污染，利于環境保護。因此無水膠印具有印刷效果優異、印刷效率高及環保等優點。

UV無水膠印油墨結合了無水膠印和UV油墨的優勢，能獲得更高品質的印品，印刷效率更高，使印刷更加環保，且可選擇更為廣泛的承印物。UV無水膠印油墨除了可用于常規印刷以外，在光盤印刷中使用也非常廣泛，還被應用于層壓金屬箔的聚丙烯或者聚乙烯等承印物印刷制作不干膠標簽等。

UV無水膠印油墨的基本成分與UV膠印的油墨相似，但印刷中沒有水的參與，同時需要與硅膠層有很強的排斥性，因此UV無水膠印油墨有以下特殊的性能要求。①UV無水膠印油墨需要有比普通UV膠印油墨更高的黏度和黏性，這樣才有可能提供比較大的油墨內聚力，足以大于油墨和硅膠層之間的作用力，使硅膠層表現為疏油性，使得油墨與非圖文部分的硅橡膠層相斥，從而實現無水印刷。同時，由于印刷過程中印版的圖文部分邊緣沒有水對油墨產生阻擋，高黏度的油墨可以降低油墨鋪展性，保證印刷質量。因此，UV無水膠印油墨在設計時可選用官能度高的預聚物和活性稀釋劑，這對于提高油墨的固化速度也有利，同時可添加一定量的填料，以增加油墨的內聚力。②因為UV無水膠印油墨具有高黏度，所以它在墨輥和印版之間的傳遞比較困難，這就要求油墨要有特別的設計，使其有較好的流變性能。同時，油墨還要具有較高的觸變性。通常在油墨配方中加氣相SiO₂、滑石粉、有機膨潤土和有機硅樹脂等具有一定增稠作用、可提高觸變性的填充料。③由于無水膠印中沒有水對印版的降溫作用，要求UV無水膠印油墨最好還要有一個比較寬的溫度適應范圍。