紫外老化对PET光栅印刷品性能的影响

■ 文/四川省宜宾普什集团3D有限公司 朱菊红，陈莉，彭丽霞

安全的意识逐渐增强，因而对包装材料也有了更高的要求[1]。由于塑料包装具有质轻、力学性能良好和加工性能优异等优点，在包装市场领域得到了广泛应用[2]。因此，采用PET光栅材料通过UV胶印的方式对多种颜色进行一次性印刷，再现立体效果的传统印刷产品，达到生产效率高，图案细腻、色彩丰富，更形象地表达信息，有强烈的视觉冲击力和吸引力[3]，广泛用于商品包装、商标、广告图标、艺术装饰、文化用品、旅游纪念品、纪念门票、博物展览馆橱窗陈列板、明信片、贺卡、各种名片等，并将在服装、饮料、烟酒、化妆品、药品等产品的防伪标识上发挥重要的作用[4-5]，大大提高产品的附加值和档次，受到广大消费者的青睐。

通过UV胶印的PET光栅印刷品放置一段时间后也有一定的弱点，通常会出现褪色、光泽度变弱、颜色色差变大等老化现象，尤其是包装印刷品，老化现象会在一定程度上影响消费者对商品的品牌印象。影响PET光栅材料性能老化的因素有两个：一是添加紫外光屏蔽剂的方法来抑制光、热、氧、水等外因对PET光栅材料的作用；二是是改进聚合和成型加工工艺的方法，提高PET光栅材料本身的稳定性。目前，在PET原料聚合和加工成型过程中添加紫外光屏蔽剂以延缓其老化速度，提高材料的耐老化性能，提高UV胶印干燥过程中抗紫外光老化能力，有效控制PET光栅印刷品L*、a*、b*值和色差值△E的颜色，使其色彩艳丽、光泽好，色差值小。分析PET光栅印刷品在实际应用过程中抗老化的原因，是PET材料发展的一个重要方向。所以，利用实验仪器来模拟自然光环境对样品进行加速破坏，分析原因，寻找规律，是一种很重要的试验手段。

一、试 验

（一）主要设备及仪器

SHJ-20型同向旋转双螺杆挤出机，螺杆直径D=20 mm，长径比L/D=40，南京杰恩特公司；1600型柯达全胜CTP，上海柯达有限公司；曼罗兰700型胶印机，德国曼罗兰有限公司；X-Rite528分光光度计，波长范围：400～700 nm，C光源，10°视角，美国爱色丽仪器有限公司。

（二）方 法

1. PET光栅片材的制备

首先，将PET原料在120℃的鼓风烘箱中充分干燥12h，把PET原料与不同配比的G905、G910、G918紫外光屏蔽剂在高速混合机内混合2～3 min后，利用双螺杆挤出机挤出造粒。然后，印刷级PET光栅片材进行电晕处理，在PET光栅片材表面进行电晕放电[6-8]处理，是一种在高分子表面处理的常见方法，Pandiyaraj 等[9]采用电晕法改善PET表面化学组成和表面结构。最后，对PET光栅片材进行准确裁切，达到无边棱、毛刺现象。

2. PET光栅印刷品的制备

依据GB/T 14216对单张PET光栅片材进行润湿张力检测，润湿张力≥38 Nm/m。依据GB/T 18724—2008对PET光栅印刷品和UV油墨测定，利用图案各色版的面积大小及油墨黏度值，对UV油墨黑色、青色、洋红色、黄色和白色进行排序印刷，印刷速度为6000～8000 印/h，UV灯功率为180 W/（cm·支）。由于PET柱镜光栅片材的放大作用，依据GB/T 7705—2008光栅印刷品网点清晰，角度准确，不出重影，亮调网点再现面积为3%～5%，多色版图像轮廓及位置应准确套合，光栅条对位套印误差≤0.01 mm，同批同色色差值△E≤4.0。

3. PET光栅印刷品加工工艺流程。

PET光栅印刷品加工工艺流程如图1所示。

图1 PET光栅印刷品加工工艺流程

4. 紫外老化试验

将UV油墨印刷的PET光栅印刷品裁成尺寸为7 ×25 cm的样品若干，放入紫外老化箱内模拟自然光进行紫外老化试验。在PET光栅印刷品耐老化实验中，将试验样品固定在不锈钢夹上并放于ATLAS荧光紫外老化试验箱的试样架上，依据GB/T 14522—2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法：荧光紫外灯》模拟自然光对样品进行紫外老化试验。试验条件：采用LUV紫外光暴露，辐照度0.66～1.0 W/m2，温度（40±1）℃，喷淋时间:停喷时间=30 min:90 min。

5. 颜色色差测试

颜色空间参照GB 7921-87对PET光栅印刷样品逐一测量每个测量点UV油墨的L*、a*、b*值，记录数据并将获得的数据与颜色基准数值进行比对。两个颜色样本在彩度差、明度差和色相差上综合表现出来的颜色感知差异的CIE LAB(CIEL*a*b*)颜色空间，采用直角坐标体系来表示，并形成坐标表述的心理颜色空间：L*表示计量心理明度坐标，表征颜色的亮度大小，取值范围是0～100；a*、b*表示计量心理色度坐标，表征颜色的色调和饱和度，取值范围是-100到100。在这一坐标系统中，+a*表示红色，-a*表示绿色，+b*表示黄色，-b*表示蓝色。见图2。

图2 CIE LAB空间

使用样品色与标准色之间的空间距离来计算明度差△L*及色度差△a*、△b*，计算出两个色样颜色在CIE LAB均匀颜色空间的总色差值△E，就可以精确地表示出两个颜色在三维空间的视觉颜色差别。单项色差及综合色差的计算公式如下：

明度差：

色度差：

综合色差公式为：

式中:L*1，a*1，b*1是样品色在CIE LAB颜色空间的坐标值，L*0，a*0，b*0是标准色在 CIE LAB颜色空间的坐标值，得出样板与被检品之间的颜色色差差异△L*、△a*、△b*、△E共4组数据。

二、结果与分析

将未添加紫外光屏蔽剂、添加紫外光屏蔽剂（G905、G910、G918），共4种片材样品悬挂在紫外老化箱中，其中每种片材样品都分别进行了UV油墨印刷，油墨色块的颜色分别为白色、青色、黄色、黑色和洋红色，共5种不同的UV油墨。在紫外老化箱中照射时间点分别设定为24 h、48 h、72 h、120 h、144 h、168 h和216 h共7个时间段，如表1所示。

表1 不同紫外光屏蔽剂片材条件下印刷UV油墨色差变化情况

未添加紫外光屏蔽剂片材和紫外光屏蔽剂片材（G905、G910、G918）印刷UV油墨随紫外老化时间的变化关系见表1。由此可知，在紫外老化24～216 h过程中，PET光栅印刷品片材在紫外老化影响下，其未添加紫外光屏蔽剂片材和紫外光屏蔽剂片材均随着紫外老化时间的增加而色差值逐渐增大。UV油墨白色、青色、黄色、黑色和洋红色印刷PET光栅老化216 h后，未添加紫外光屏蔽剂印刷品的色差值分别为3.36、3.62、4.12、5.73、4.32，添加紫外光屏蔽剂（G905、G910、G918）印刷品的色差值分别为2.42、2.55、3.16，2.53、2.21、2.11，2.38、3.62、3.40，3.13、3.16、3.25，3.59、3.49、3.60。紫外老化时间至216 h时，5种UV油墨印刷后进行人工加速老化的添加紫外光屏蔽剂片材，每一种颜色的色差值均低于未添加紫外光屏蔽剂的色差值，说明紫外老化后，随着紫外光屏蔽剂的添加，加工改性料对紫外光的吸收度显著增加，表明紫外光屏蔽剂的添加能有效吸收紫外辐射，PET光栅印刷品颜色色差值△E均在4.0以内，适合大部分PET印刷品的使用要求。因此，紫外吸收度的增加是PET紫外老化的显著特征。

三、结 语

随着社会不断向前推进，各种印刷品的质量要求越来越高，对于印刷基础材料的品质和环保要求也在不断提高。PET光栅材料都具有老化性，经过长时间光照、热氧等环境可能结晶变脆发黄，进行UV油墨印刷后经过光、热，外观也易变色，在基础性研究过程中，对PET光栅印刷品的颜色色差值及耐候性的测试是提高印刷品质量的有效方法。添加紫外光屏蔽剂片材（G905、G910、G918）在216 h的老化范围内几乎颜色色差值△E均能保持在4.0以内，小于不添加紫外光屏蔽剂片材色差值，表明添加紫外光屏蔽剂对改性料老化寿命提升幅度较大，效果显著。PET光栅印刷品在储存、运输、使用过程中经过日照、雨淋等外部环境的影响，材料的颜色等外观指标经测定符合市场包装年限要求。