一、什么是UV喷墨油墨?

UV喷墨印刷是一种利用紫外线干燥或固化油墨的数字印刷方法。暴露在紫外线下会引发化学反应，使油墨立即聚合。该方法可用于在各种非吸收基材上印刷，包括纸张，铝，玻璃，木材，乙烯基材料，泡沫板和丙烯酸。

• UV固化油墨的好处

UV固化是一种不含VOC的绿色技术。由于不需要蒸发溶剂，固化过程更快，可以在低温下进行。UV固化油墨不会被吸收到基材中，从而防止留下污渍，并且无需额外的昂贵涂料。

此外，UV固化油墨还具有以下性能优势:

• 优越的附着力
• 改进的光泽
• 更好的耐化学和溶剂性
• 更高的耐划伤和耐磨性
• 卓越的户外耐久性
• 硬度和弹性好
• 高透明度产生良好的色域
• 防止打印头堵塞

二、紫外光固化油墨配方的基本成分

UV固化油墨由四个主要成分组成:

• 单体:单体是UV固化油墨的基本组成部分。它直接影响油墨的粘度、柔软/硬度、柔韧性和伸长特性。
• 低聚物:低聚物是一种反应性树脂，用于改善对各种基材的附着力。
• 颜料:在油墨配方中加入细碎的颜料，以达到所需的颜色。
• 光引发剂和其他添加剂:油墨配方中的光引发剂对UV固化过程至关重要。当暴露在紫外线下时，它们会产生反应物质，开始单体和低聚物的聚合。光引发反应固化油墨而不需要加热或风干。可以添加其他添加剂，如分散剂和稳定剂，以提高稳定性和性能。

三、光固化油墨配方中的主要问题及其解决方案

在配制UV固化油墨时面临着几个挑战。满足所有的挑战是一项复杂的任务，因为关键的油墨属性不是相互独立的。满足一个要求，通过调整配方，可以影响其他性能。因此，根据具体应用，必须在低粘度、反应性、稳定性和性能特征之间取得平衡。

• 以低粘度获得高反应性

UV油墨配方的一个重要目标是实现低油墨粘度。高粘度油墨通常会产生较厚的薄膜，更容易产生气泡和针孔。这一目标可以通过选择合适的低粘度组分来实现。在单体中，单官能团单体的粘度最低。

然而，较低的官能团降低了反应性，这意味着固化速度较慢，需要更多的时间才能实现完全固化。由于交联密度较低，固化膜也更柔软。软膜具有较低的抗刮擦和抗污性，但它们可能用于在柔性基材上印刷。因此，必须在油墨粘度、油墨反应性和固化膜性能之间取得平衡，以满足应用的需要。

一般来说，单官能团或双官能团是低粘度UV喷墨油墨的好选择。对于更高的反应性和增强的固化油墨薄膜的物理性能，更高的官能团单体和低聚物可以纳入配方。丙烯酸酯单体通常比丙烯酸酯低聚物具有更低的粘度。它们通常用作UV喷墨油墨的主要成分。超支化丙烯酸酯低聚物的粘度也低于同等官能团的传统低聚物。它们可用于在低粘度下获得高反应性。

DCPD(双环戊二烯基)单体在7至25 mPa范围内提供低粘度。在25°C(77°F)下。它们可以用作稀释单体，以改善处理。

• 确保稳定性和良好的反应性

存在于单体和低聚物中的杂质，如过氧化物或金属，会导致油墨过早聚合和凝胶化。在高于30℃的温度下，油墨的保质期会大大缩短。因此，必须使用高纯度的低聚物和单体，以在高温下获得更好的油墨稳定性。

脱水酯化生产的丙烯酸单体颜色和酸值稳定性相对较差，降低了油墨的保质期和印后耐久性。用酯交换工艺生产的DCPD丙烯酸酯单体，与相应的脱水酯化产物相比，具有更好的颜色和酸值稳定性。 由于DCPD的体积结构，DCPD丙烯酸酯单体也有助于减少固化收缩。这最终提高了UV喷墨产品的配方稳定性。仲硫醇的加入可以提高双键在紫外照射下的反应活性和转化率。

UV喷墨油墨的反应性也可以通过增加光引发剂的浓度来提高。通常，该配方含有5-15%的光引发剂。在配制过程中，最好从该范围的低端开始，并增加浓度，直到达到可接受的反应性水平。

• 改善油墨性能

在某些基材上，如PC、PMMA和ABS，很难达到良好的附着力。使用DCPD单体，对难粘合的基材提供了优异的附着力。在UV油墨中使用仲硫醇可以进一步提高对玻璃、不锈钢和PET的附着力。随着硫醇含量的增加，附着力显著提高。

DCPD单体的脂环结构使其具有较高的玻璃化转变温度(Tg)。以线性烷基单体为基础的聚合物Tg较低，一般随碳数的增加而降低。DCPD单体具有高Tg，这使得聚合物的硬度得到改善。

脂环结构对高Tg的影响

为了提高印刷图像的亮度和色域，在油墨配方中应使用粒度分布较窄的精细颜料(平均粒径为100 μ m)。窄粒度分布也使粘度低，产生自由流动的油墨，分散的颗粒絮凝、再团聚或沉降的倾向降低。颗粒分散不当会导致喷墨喷嘴堵塞，从而导致打印缺陷。另一方面，较小的颗粒尺寸会降低图像的耐久性。解决方案是使用具有高固有光和气候稳定性的高性能颜料;这些包括偶氮颜料和多环颜料。可加入高分子量分散剂以改善分散性、良好的润湿和易团聚。

• 克服氧抑制

丙烯酸酯的聚合会受到氧的影响。聚合过程中产生的自由基过氧化物可以清除引发和传播的自由基，从而阻止聚合过程。这个问题在低粘度油墨中更为突出，因为氧气更容易扩散到低粘度薄膜中。

氧抑制在固化膜的表面上尤其成问题。即使大部分薄膜已被适当固化，它也会产生粘性表面。以下技术可用于防止氧抑制:

• 在氮气氛下打印和固化;这可能是昂贵的，也可能不切实际，特别是在扫描头UV喷墨平台的情况下。
• 选择不易受氧抑制的光引发剂。
• 增加光引发剂浓度。
• 使用胺类增效剂减少氧抑制;叔胺功能为光引发剂的激发态提供了一个活性的氢供体位点。
• 增加的紫外线强度或辐照度会产生自由基的溢出，以补偿被氧气消耗和中和的自由基。
• 使用仲硫醇，它向自由基过氧化物提供氢，自己变成自由基，促进聚合。

利用KarenzMT™硫醇克服聚合过程中的氧抑制作用

• UV-LED固化可能性

水银紫外线灯通常用于固化光固化树脂。使用汞的产品对健康和环境构成威胁。UV LED提供了一种安全的替代光源，但光输出通常不足以完全固化。仲硫醇的使用增强了固化性，提高了UV喷墨产品的成型稳定性，即使使用丙烯酸单体也是如此。硫醇作为链转移剂，在再生自由基的同时进行下一个聚合步骤。这种机理使得在弱光条件下也能实现深度固化。

• 健康和安全问题

硫醇通常用作促进剂，以增强UV系统的固化。由于硫的特殊气味，人们越来越担心它们对工人健康的影响。硫醇中的气味主要是由一小部分残留杂质引起的。从这些杂质中去除的硫醇具有显著降低的气味水平。

丙烯酸单体会引起皮肤刺激，引发健康担忧。由于其特殊的生产方法，一些DCPD丙烯酸单体是专门生产的，具有较低的皮肤刺激。在油墨配方中加入这些单体可以减少高达50%的皮肤刺激。

四、用DCPD型单体克服UV喷墨油墨配方的挑战

由于脂环DCPD化学结构，这些单体为喷墨应用提供了几个有用的功能，如下所示:

DCPD型单体的分子结构

DCPD型单体是用酯交换法生产的，其中一种酯通过烷氧基部分交换转化为另一种酯。与用脱水酯化法生产的单体相比，酯交换过程的产物表现出非常好的稳定性，因为硫和其他杂质几乎不存在。酯交换产物离子杂质少，化学稳定性好，对皮肤刺激性低。

与脱水酯化生产的丙烯酸单体相比，DCPD型丙烯酸单体表现出优异的颜色和酸值稳定性。这些单体可提高UV喷墨油墨的附着力和硬度。DCPD型单体具有低粘度，使油墨具有良好的处理性能。此外，DCPD型单体提供减少皮肤刺激和降低固化收缩的好处。

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