低气味LED-UV固化凹印油墨的制备及研究

胡海 赵有中 陆企亭

（康达新材料（集团）股份有限公司，上海 201419）

0.前言

LED-UV固化凹印油墨作为一种不含溶剂、节能、环保材料，在印刷行业中应用越来越广泛，但由于其气味问题，阻碍了LED-UV固化凹印油墨的应用转化到包装领域之中[2]。直到现在为止,溶剂型油墨还是处于最优先选择。但只要解决气味问题，LED-UV固化凹印油墨就有了进入更多应用终端市场的门槛。

LED-UV固化凹印油墨的气味主要是由两方面引起的[3]：1、固化前油墨中各原料组分的气味；特别是分子量小、部分特殊结构的单官能活性稀释剂，气味大、刺激性强。2、固化后的组分残留及光引发剂被引发形成自由基所产生的小分子碎片散发的气味。所以要解决油墨的气味问题，首先要选择分子量较大、气味小、稀释能力强、反应活性高的单体（活性稀释剂）；其次光引发剂引发后所形成的碎片气味也要低或是选用大分子光引发剂。

1.试验部分

1.1 试验原料

改性聚酯丙烯酸酯树脂（PEA）、改性聚氨酯丙烯酸酯树脂（PUA），工业级，湛新树脂（中国）有限公司，改性聚酯树脂（自制）；新戊二醇（2）丙氧基二丙烯酸酯（NPG2PODA）、三羟甲基丙烷（3）乙氧基三丙烯酸酯（TMP3EOTA）、甘油（3）丙氧基三丙烯酸酯（G3POTA），工业级，沙多玛，4（乙氧基）苯酚丙烯酸酯（PHEA-4），工业级，三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA），工业级，美源特殊化工；2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦（TPO）、大分子光引发剂Omnipol TP，Omnipol910，工业级，艾坚蒙国际贸易（上海）有限公司，2-（4-甲基苄基）-2-（二甲基氨基）-1-（4-吗啉苯基）-1-丁酮（379）、2,4-二乙基硫杂蒽酮（DETX）、工业级，天津久日新材料股份有限公司；钛白粉，工业级，上海颜钛实业有限公司，酞青蓝（PB15:3），工业级；BASF；BYK-111,工业级，毕克化学，Solsperse™24000SC，工业级，路博润。

1.2 试验仪器

JA41002电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司，RW 20 digital搅拌机，IKA，ES120精密型三辊研磨机，常州市龙鑫智能设备有限公司，LED-UV光固化机，中山优威印刷设备有限公司，傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪，赛默飞，气相色谱质谱联用仪，赛默飞。

1.3 试验制备

按设计配方质量百分比称取预聚物、活性稀释剂、光引发剂、润湿分散剂助剂和颜料，先将称量好的润湿分散助剂和部分活性稀释剂加入分散釜中，混合搅拌均匀，再将称量好的颜料加入，高速搅拌分散均匀，过三辊机研磨至粒径细度 3 μm以下，制得色浆。

最后将预聚物、光引发剂和余下的活性稀释剂与色浆充分搅拌、混合均匀，用200目过滤网过滤，制得LED-UV固化凹印油墨。

1.4 气味评定

气味评定包括对LED-UV固化凹印油墨固化前和固化后气味浓度大小的评定

1.4.1 固化前评定方法

准备好干净无气味的 100 ml烧杯，取样品50g，用手在烧杯口轻轻来回扇动，在装有样品的烧杯正上方20 cm处闻样品气味，须同时获取至少10名身体状况良好的人员评定。

1.4.2 固化后评定方法

将制备好的LED-UV固化凹印油墨用6 μm线棒均匀的刮涂在非吸收性塑料薄膜上，用 385 nm或是395 nm的LED-UV光源固化，在固化完全的LED-UV固化凹印油墨正上方5 cm处闻样品气味，须同时获取至少10名身体状况良好的人员评定。

1.4.3 气味评定等级祥见表1。

表1 气味评定等级

2.结果与讨论

2.1 固化前油墨中各组分对气味的影响

UV油墨主要由预聚物、活性稀释剂、光引发剂、颜料和助剂组成，通过对油墨中各组分物化特性分析，一般来说，有机化合物分子量较大、挥发性小，其相对气味也比较小。活性稀释剂分子量较小，较易挥发，相对来说，气味较大。有机化合物的结构也会影响化合物的气味。

根据气味评定方法，选择无气味或是轻微气味的预聚物和活性稀释剂、光引发剂和助剂等。尽可能将固化前组分中的原料对气味的影响降到最低。

2.2 固化后残留原料和光引发剂碎片对气味的影响

2.2.1 所选择制备 LED-UV固化凹印油墨各组分中，预聚物、活性稀释剂均无刺激性，无气味；固体份颜料和润湿分散剂基本无气味，TPO气味较小，其它光引发剂和润湿分散剂气味也很小，制备LED-UV固化凹印油墨，如表2所示。

表2 LED-UV固化凹印油墨配方

2.2.2 所制备的 LED-UV固化凹印油墨由于所选择的各组分原料纯度高，自身气味很小，因此在固化前基本上不存在气味问题。

将制备好的油墨均匀涂在 OPP/PET等塑料薄膜上，用385 nm的LED-UV灯照射固化，测试双键转化率及其气味。

图1 LED-UV油墨固化双键转化率

2.2.3 选择同一种光引发剂时，LED-UV固化凹印油墨的双键转化率越高，气味就越低。

图2 LED-UV油墨固化后气味等级

2.2.4 固化后的 LED-UV凹印油墨气味，与光引发剂的种类有关，当光引发剂吸收光能，裂解后产生的碎片气味越大，那么固化后的油墨的气味就越大。选择大分子光引发剂的油墨固化后气味小，刺激性小，能满足印刷要求。

3.结论

1）用纯度高，气味小，刺激性小的活性稀释剂替代低分子量、低沸点活性稀释剂能有效降低LED-UV固化凹印油墨固化前的气味。

2）提高 LED-UV固化凹印油墨的双键转化率能降低油墨固化后的气味。

3）选用大分子光引发剂，避免选择裂解产生醛类、硫类等刺激性气体的光引发剂能有效解决气味问题。