一种新型水性UV油墨的发明

刘昕+翟玉月+任烨

UV油墨作为一种新型环保油墨，具有节能、生产效率高、印刷性能优异、设备投资低等优点，一直备受重视。水性UV油墨是目前UV油墨的一个新研究方向，其以水和乙醇作为稀释剂，除了具有UV油墨环境污染性低等特点外，其安全性高、体系黏度小、流变性好，对氧阻聚有一定缓解作用，主要应用于食品、药品、饮料、烟酒及与人体接触的日用品包装印刷等领域。

市场上的水性UV油墨的印刷方式和应用领域都有明确的专属性，并不能通用，如新乐牌水性UV油墨、美国Nazder油墨公司的水性HU 000系列UV油墨、北京英力科技有限公司与北京鸿基印务有限公司联合研制的鸿英牌新型环保水性UV油墨等只能用于丝网印刷或喷墨印刷，且主要用于户外广告、容器、POP图像、标签等的印刷。在此，本文将介绍一种新型水性UV油墨（授权发明专利号：ZL201110139166.8），该油墨制备方法简单，容易实现，克服了普通水性UV油墨的通用性和稳定性差以及操作工艺过程复杂等缺陷，有利于水性UV油墨的快速推广应用，实现节能环保。

新型水性UV油墨的实验室制备

新型水性UV油墨按照重量百分比由以下组分组成：30%～60%水基光固化树脂，15%～35%活性单体，0.2%～9%光引发剂，5%～20%色料，6%～26%助剂，0%～6.5%稀释剂，其中，助剂由占水性UV油墨感光剂总重量0.2%～4%的光增感剂、 0.2%～1%的阻聚剂、0.1%～1%的流平剂、1%～2%的消泡剂、1%～10%的润湿分散剂、1%～2%的抗擦剂、0.5%～3%的触变剂和2%～10%的光稳定剂组成，色料为直接染料、活性染料或颜料。

参照已有水性UV油墨的配方以及所用物质的性质，水基光固化树脂选用硅烷基改性丙烯酸树脂（WUV）和硅烷基环氧改性UV树脂（HUV）。其中，HUV不能与光引发剂1173或是TPO混合使用，因为与光引发剂1173混合使用，成膜后容易粉化；与TPO混合使用，容易发生暗聚反应，大大缩短油墨储存时间。WUV与光引发剂4-氯二苯甲酮（BP）以及邻苯甲酰基苯甲酸甲酯（OMBB）混合使用效果较好，综合考虑选择BP和OMBB的混合物作为光引发剂。光增感剂选用N，N-二甲基苯胺，阻聚剂选用2，6-二叔丁基甲苯酚，流平剂选择具有一定稀释作用的异丙醇，消泡剂选用聚氧乙烯氧丙烯甘油，润湿分散剂选用氨基丙胺二油酸酯，抗擦剂选用油酸酰胺，触变剂用聚丙烯酸盐，光稳定剂用聚-[1-（2-羟乙基）-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸酯]；稀释剂为水和乙醇以重量比为3∶2组成的混合物。

在配置新型水性UV油墨前，先按照图1将实验器材组装完毕。在试验中，其制备过程如下。

先称取各组分，按以下重量百分比称取各组分：40%水基光固化树脂、35%活性单体、2.6%光引发剂、5%活性染料、16.4%助剂、1%稀释剂。其中，助剂为占水性UV油墨感光剂总重量3.4%的光增感剂、0.3%的阻聚剂、0.7%的流平剂、2%的消泡剂、1%的润湿分散剂、2%的抗擦剂、3%的触变剂和4%的光稳定剂等。水基光固化树脂为HUV，活性单体选用三羧甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），光引发剂为BP与OMBB以重量比为3∶1组成的混合物，活性染料使用C.I.活性紫5。

在制备过程中，将数控电热套温度控制在50～70℃，搅拌器搅拌速度为500～700r/min。制备时，先将活性单体加入到四口烧瓶中，加热搅拌，在温度达到要求时，将光引发剂均匀缓慢加入；待光引发剂完全溶解后，均匀缓慢加入水基光固化树脂；搅拌均匀。其中，可将光引发剂与水基光固化树脂充分混合后再加入，以保证充分混合，控制光引发剂和水基光固化树脂的加入时间为25～40min。

然后，将活性染料在稀释剂中充分溶解后，加入到四口烧瓶中，搅拌均匀。充分混合后，依次加入润湿分散剂、消泡剂、流平剂和稀释剂等，搅拌均匀，其搅拌时间为30～60min，然后收料即可。要注意的是，润湿分散剂需要先用蒸馏水溶解后再加入，所加蒸馏水的量以润湿分散剂完全溶解为标准；为保证所制备的感光材料涂布固化后的涂层性能，各组分全部添加后需持续恒温加热一段时间后再收料。

新型水性UV油墨的性能

（1）研制出的水性UV油墨黏度最小值为0.02Pa？s（25℃），最大值为40Pa？s（25℃），因此能用于凹版印刷、柔版印刷、丝网印刷和喷墨印刷等印刷方式，仅需针对不同印刷方式对油墨的黏度和流平性做相应调节即可。

（2）性能稳定，适合长时间储存，使用前无须搅拌；光固化时间短，固化前无须预热，对承印物的适应性较好，无须对承印物进行表面处理即可印刷；操作工艺简单，适合广泛推广使用。

（3）制备工艺简单，容易实现，所用设备体积小。

（4）研制出的水性UV油墨安全无污染、生产效率高、印刷质量优异，色饱和度、色强度和清晰度明显优于普通油墨，印刷设备容易清洗，所以其对实现绿色印刷十分有利。

对新型水性UV油墨性能影响因素的分析

（1）实验中所配制的水性UV油墨的黏度差别较大。对水性UV油墨的黏度影响较大的因素有加热搅拌时间、水基光固化树脂WUV的用量、光引发剂BP和水基光固化树脂WUV的交互作用、反应温度、光引发剂BP和水基光固化树脂HUV的交互作用。在对水性UV油墨的黏度进行调节时要注意这5个因素。

（2）对水性UV油墨的光固化速度影响最大的因素是水基光固化树脂WUV和HUV的用量；其次是光引发剂OMBB的用量、光引发剂OMBB与活性单体TMPTA的交互作用、光引发剂BP与水基光固化树脂WUV的交互作用、流平剂异丙醇的用量、活性单体TMPTA的用量、光引发剂BP与活性单体TMPTA的交互作用。

（3）对水性UV油墨的耐磨性有很大影响的因素有光引发剂BP和水基光固化树脂HUV的交互作用、光引发剂OMBB与活性单体TMPTA的交互作用、流平剂异丙醇的用量、持续恒温搅拌的时间、水基光固化树脂WUV的用量和活性单体TMPTA的用量；有较显著影响的是水基光固化树脂HUV的用量。

（4）对水性UV油墨的附着力有很大影响的有光引发剂OMBB的用量、持续恒温搅拌的时间；有较显著影响的因素有光引发剂BP与水基光固化树脂WUV的相互作用、光引发剂OMBB与活性单体TMPTA的相互作用以及光引发剂BP与活性单体TMPTA的相互作用。

（5）对水性UV油墨硬度有很大影响的因素有光引发剂BP的用量、持续恒温搅拌的时间、光引发剂BP与水基光固化树脂WUV的交互作用；有较大影响的因素有水基光固化树脂 WUV的用量、光引发剂OMBB与水基光固化树脂HUV的交互作用、光引发剂OMBB和活性单体TMPTA的交互作用、光引发剂BP和活性单体TMPTA的交互作用、光引发剂OMBB与水基光固化树脂WUV的交互作用。

对于各影响因素的具体取值，理论上应该是越大越好，由于需要考虑各因素间的正交作用，故使用正交实验方法对各组成部分的量进行合理分配，可使其性能满足不同印刷方式的要求。通过对所配制的水性UV油墨的黏度、光固化速度、耐磨性、硬度和附着力的测试，分析各因素对水性UV油墨性能的影响，最终可获得水性UV油墨针对某一特定性能的最优配方。需要注意的是，水性UV油墨固化后的墨膜厚度不是其性能的评价指标，但是其对各个评价指标都有一定的影响，因此，在对水性UV油墨的性能进行评价时，水性UV油墨固化后的墨膜厚度也是必须要考虑的因素。

通过对各影响因素的调节，配制出的水性UV油墨在光固化速度、耐磨性、附着力和硬度以及稳定性等方面能满足大多数印刷的需求，但其黏度最低只能达到100mPa？s左右，不能应用于采用高精度喷头的喷墨印刷中。因此，如何在保证水性UV油墨高光固化速度、耐磨性、硬度等性能的前提下，降低其黏度，以使其应用于高精度喷头的问题仍待解决。endprint