電子產(chǎn)品印刷用的UV油墨和EB油墨中的UV油墨是將UV油墨噴涂在電子產(chǎn)品上,然后在用紫外線LED UV固化燈純波段進(jìn)行光照固化。UV油墨的成分主要有感光性單體、聚合性預(yù)聚物、光引發(fā)劑、其他助劑?,F(xiàn)在的UV油墨從用途上可分為兩大類,UV印刷油墨,如電子元器件上標(biāo)識(shí)圖文印刷,和UV電路板油墨印刷。
電子產(chǎn)品UV油墨印刷固化是指用UV固化燈照射時(shí),在瞬間就能固化的油墨。
所謂電子產(chǎn)品UV油墨,就是油墨在紫外線能照射下,固著或硬化在承印物上,從而獲得干燥的印跡。能量固化技術(shù)主要有UV光固化和加速高能電子束固化兩種形式,其中采用紫外線波段能量固化的油墨稱為UV固化油墨。下面主要介紹UV固化油墨的固化原理及其化學(xué)組成。
固化原理
普通油墨印刷后墨膜層的干燥,一般是油墨中的連結(jié)料被承印物吸收和揮發(fā),固態(tài)物質(zhì)則保留在承印物表面,形成一層薄薄的墨層。而UV固化則是借助紫外線做照射能源,與活性液體化學(xué)配方進(jìn)行輻射化學(xué)反應(yīng),在常溫下迅速干燥固化的過(guò)程。
由于UV光源是一種紫外線波段,所以也可以把UV固化歸于紫外線波段固化一類。紫外線波段固化是在現(xiàn)有UV固化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù),它主要是采用一種芯片產(chǎn)生紫外線純波段的方式固化油墨,紫外線波段固化中LED UV固化燈發(fā)光面對(duì)基材表面照射從而實(shí)現(xiàn)固化加工的基本含義就是利用紫外線波段為能源,引發(fā)具有化學(xué)活性的液體配方,在基體表面實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)的固化過(guò)程。
電子束固化和紫外線波段固化有類似之處,但是紫外光固化和電子束固化技術(shù)不同于傳統(tǒng)技術(shù)(例如熱固化)的最大優(yōu)點(diǎn)在于輻射固化采用高效能源的紫外光或電子束作為引發(fā)手段,快速實(shí)現(xiàn)涂層固化。其中電子束輻射則是由一批經(jīng)過(guò)加速的電子流所組成的,在高能電子束的作用下,產(chǎn)生自由基或離子基,自由基或離子基再與其他物質(zhì)交聯(lián)成網(wǎng)狀聚合物,與紫外光相比,粒子能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紫外光,能夠使空氣電離,且電子束固化一般不需光引發(fā)劑,能夠直接引發(fā)化學(xué)反應(yīng),對(duì)物質(zhì)的穿透力也比紫外光大。
電子產(chǎn)品印刷用的UV油墨和EB油墨的EB墨中主要化學(xué)成分與一般油墨相似,主要由顏料、連結(jié)料、輔助劑、色料等組成。
(1)單體
單體是低分子量的化學(xué)物質(zhì),它能決定油墨干燥后墨層光澤度、彈性以及硬化程度等方面的表面特性,另有一些單體是能量固化油墨有害性的源泉。在實(shí)際生產(chǎn)中,EB油墨一般采用多種單體結(jié)合以獲得滿意的固化速度、粘度、附著力、彈性、硬度、抗沖擊強(qiáng)度、耐溶劑性等性能。
(2)樹(shù)脂
樹(shù)脂是油墨的化學(xué)骨架,直接影響油墨的稠度、潤(rùn)濕能力和交聯(lián)特性等。EB油墨中使用的預(yù)聚物一般為流動(dòng)性較好的丙烯酸低聚物。常用的預(yù)聚物有環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂、聚酯丙烯酸樹(shù)脂、丙烯酸聚氨酯、氯化聚酯丙烯酸樹(shù)脂等。
(3)添加劑
主要是有針對(duì)性的改善油墨的物理、化學(xué)性能,一般的成分包括蠟、潤(rùn)濕劑、改變油墨特性的調(diào)墨劑等。
(4)顏料
對(duì)于一般油墨而言,色料顆粒大小和濃度會(huì)影響油墨的固化速率,故選色料時(shí)還要考慮色料的顏色,但是由于高能電子束的能量足夠固化厚實(shí)的墨膜層,所以電子束油墨在選擇色料時(shí)不用考慮這個(gè)問(wèn)題。
網(wǎng)印
電子束固化油墨同UV油墨一樣,在網(wǎng)印中也是最有發(fā)展前途的“綠色”油墨之一。由于電子束固化油墨不受墨層厚度的限制,操作起來(lái)也比紫外線光固化油墨更為安全。
美國(guó)芝加哥家電印制公司已利用這種油墨加工生產(chǎn)薄膜開(kāi)關(guān),將厚膜絲網(wǎng)印刷后的印品放入電子束輻射干燥裝置,油墨在電子束的輻射下只需幾毫秒時(shí)間即完全干燥,印品光澤好,薄膜觸感強(qiáng),又耐摩擦,效果令人十分滿意。但是這種油墨及其輻射干燥裝置的售價(jià)十分昂貴。推廣起來(lái)尚有困難,但由于它能節(jié)省干燥時(shí)間,確保產(chǎn)品質(zhì)量,不污染環(huán)境,因此具有發(fā)展前途。
優(yōu)缺點(diǎn)比較
EB和UV油墨都具有一些優(yōu)點(diǎn)。能量固化油墨與一般油墨相比,最主要的優(yōu)點(diǎn)是能量固化油墨具有不污染環(huán)境的特點(diǎn)。UV或EB油墨和涂料的固化度幾乎達(dá)到100%,其成分中不含對(duì)人體和環(huán)境有害的的VOC(有機(jī)揮發(fā)物)。
此外,采用UV和EB油墨印刷的印刷品外觀漂亮,耐抗性能優(yōu)越,為印刷品增加了光澤度和立體感。與普通油墨相比,能量固化油墨能夠在瞬間干燥固著,使印刷、涂布上光和復(fù)合等工藝的聯(lián)機(jī)作業(yè)成為可能。
釆用UV和EB油墨印刷還能夠減少印刷機(jī)的清洗時(shí)間,因?yàn)槟坊蛴∷C(jī)上的UV和EB油墨即使存放一個(gè)晚上,也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)皮硬化現(xiàn)象,因此減少了油墨的浪費(fèi)。
一旦印刷廠下定決心采用能量固化油墨印刷,權(quán)衡EB油墨與UV油墨的優(yōu)缺點(diǎn)就提到議事日程上來(lái)。就成本而言,EB油墨的價(jià)格與UV油墨很接近。EB油墨的配方中不需要昂貴的光引發(fā)劑(光敏劑),但是EB油墨配方中組合了另外一些昂貴的原材料,以賦予印刷品精美的印刷效果,且在特殊應(yīng)用時(shí)具有良好的耐抗性。
UV油墨和EB油墨在功能方面的最大差異,應(yīng)該是它們?cè)谑称钒b印刷中的應(yīng)用不同。在食品包裝印刷中,EB油墨印刷效果穩(wěn)定均勻,可重復(fù)性好,而且油墨成分中沒(méi)有光引發(fā)劑。所以,EB油墨的印刷品氣味小一些,油墨中的成分遷移少一些。
盡管EB油墨起初的成本比UV油墨稍微貴一些,但是EB油墨的性能更好些,有時(shí)印刷品可能需要復(fù)合三層薄膜到其表面上,使印刷品在瞬間完成雙面的干燥固著。采用EB油墨印刷,印刷速度可高達(dá)3000英尺/分鐘,EB固化設(shè)備的耗能量呈下降趨勢(shì),使EB油墨印刷的效率更高。
EB油墨的優(yōu)點(diǎn)是固化程度充分,尤其是厚實(shí)油墨膜層的固化比較徹底,氣味較小,固化中不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致承印物變形的強(qiáng)熱量;其缺點(diǎn)是資金投入大,運(yùn)作成本高,EB固化裝置和氮?dú)馊萜鞯恼嫉乜臻g受到限制。
制備EB油墨的原材料成本通常比UV油墨低一些。由于EB油墨中不需要光引發(fā)劑(光敏劑),因此EB油墨原材料的成本比UV油墨原材料低。但是,當(dāng)我們衡量EB油墨的整體成本時(shí),還必須考慮另外一個(gè)影響成本的因素,由于原材料的純度很高才能獲得低氣味的EB油墨,所以高度提純的原材料的價(jià)格要高一些,同時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)原材料和成品油墨的純度分析也是要考慮的成本因素之一。另外,EB固化設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)也需要大量的研發(fā)成本;油墨產(chǎn)品的檢測(cè)也需要一定的成本。
盡管如此,EB油墨和UV油墨各具特色,因此在它們之間取舍也是一個(gè)難題。EB油墨和UV油墨的比較不是一件容易的事情,因?yàn)樗鼈兌加凶约旱膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。真的應(yīng)該把它們當(dāng)作完全不同的工藝來(lái)對(duì)待?;旧希珽B油墨印刷工藝局限在輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)上,將來(lái)可能會(huì)有所變化。EB油墨的固化必須處于惰性空氣中,因此固化時(shí)需要氮?dú)獯嬖?。EB固化系統(tǒng)的價(jià)格呈下降趨勢(shì),實(shí)際上EB固化系統(tǒng)的費(fèi)用可能比輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的機(jī)組間安裝UV燈的翻新費(fèi)用還要低一些。
另一方面,EB油墨具有一些明顯勝過(guò)UV油墨的優(yōu)點(diǎn):不會(huì)釋放臭氧;不需熱源的冷固化;固化不受油墨顏色的影響;固化深度更徹底;沒(méi)有光引發(fā)劑因此氣味小。
每一家印刷公司對(duì)印刷品性能和印刷整體成本的底線都有不同需求。與UV固化油墨印刷相比,EB油墨印刷的產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定,針對(duì)不同印刷活件的固化程度的預(yù)測(cè)性更可靠。與UV油墨相比,EB油墨的固化程度更為均勻穩(wěn)定,與油墨顏色和油墨膜層厚度無(wú)關(guān)。由于EB油墨不需要光引發(fā)劑,EB油墨印刷品氣味很小甚至沒(méi)有氣味。UV固化燈結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此維護(hù)比較困難。
由于EB固化設(shè)備的成本高,因此很多印刷公司往往到最后才作出購(gòu)買(mǎi)決定。如果印刷公司采用EB油墨印刷塑料薄膜,印刷廠會(huì)擔(dān)心EB油墨對(duì)塑料薄膜有降解作用,最終影響塑料薄膜的完整性。此外,像UV油墨一樣,EB固化設(shè)備不適宜安裝在多色印刷機(jī)的機(jī)組與機(jī)組之間,如果采用這樣的策略,那么設(shè)備費(fèi)用是很昂貴的。一些印刷廠在機(jī)組之間安裝UV固化單元,而在印刷機(jī)末端安裝EB固化單元來(lái)固化印刷品。
發(fā)展趨勢(shì)
電子束固化油墨技術(shù)的應(yīng)用隨著新技術(shù)的不斷突破,尤其是油墨附著力方面的改善,電子束固化油墨開(kāi)始在原來(lái)用量不太可觀的領(lǐng)域得到了穩(wěn)步的發(fā)展。比較有代表性的例子就是美國(guó)芝加哥家電印制公司,該公司已經(jīng)利用這種油墨加工生產(chǎn)薄膜開(kāi)關(guān),將厚膜網(wǎng)版印刷后的印品放入電子束輻射干燥裝置,油墨在電子束的輻射下只需幾毫秒時(shí)間即完全干燥,印品光澤好,薄膜觸感強(qiáng)又耐摩擦。但是由于這種油墨及其輻射干燥裝置的售價(jià)昂貴,推廣起來(lái)尚有困難,但由于它能節(jié)省干燥時(shí)間,確保產(chǎn)品質(zhì)量,不污染環(huán)境,因此具有發(fā)展前途。盡管不同廠家的油墨產(chǎn)品在性能方面有些許差異,但就形勢(shì)來(lái)看,未來(lái)的eb油墨應(yīng)該向著下面幾個(gè)方向應(yīng)用:
1.eb油墨在配套固化設(shè)備上的改進(jìn)eb油墨對(duì)配套的固化設(shè)備要求比較高,雖然電子束固化時(shí),只需要一個(gè)離子陰極管,但卻必須嚴(yán)格控制固化處理室內(nèi)的活性氣體含量,這也是導(dǎo)致固化設(shè)備價(jià)格昂貴的原因之一。今后eb油墨在配套固化設(shè)備方面應(yīng)該是向著連機(jī)固化單元組合方向發(fā)展,并不斷降低固化設(shè)備的成本,以期能在普通印刷機(jī)上進(jìn)行印刷。
2.eb油墨在清洗上的改進(jìn)由于eb油墨對(duì)橡皮棍、橡皮布有一定的侵蝕作用,所以eb油墨是采用專用的清洗液清洗以及相應(yīng)的膠棍和橡皮布進(jìn)行印刷。日后發(fā)展趨勢(shì)可能是只需使用常規(guī)清洗劑即可清洗膠輥、橡皮布等。
3.印品質(zhì)量方面的改進(jìn)eb油墨對(duì)油墨黏度、粘著性的控制要求較高。在實(shí)際印刷操作中油墨的黏度是依印刷色序而降低的,但兩個(gè)色序之間的粘度差值不能太懸殊,否則會(huì)影響油墨的傳遞性能和傳墨量。
3.eb油墨同樣要求黏度依次降低,但與普通油墨相比,eb油墨的差值要求有明顯的差距,否則會(huì)產(chǎn)生一系列的故障。為避免故障,保證印刷的正常有序進(jìn)行,今后需要對(duì)eb油墨中預(yù)聚物的改進(jìn)進(jìn)行進(jìn)一步的研究,以提高印品質(zhì)量。
4.eb油墨在印刷適性上的改進(jìn)eb油墨在使用過(guò)程中,對(duì)潤(rùn)濕液ph值和導(dǎo)電率都有一定的要求。一般認(rèn)為ph為3.8~4.1,導(dǎo)電率為1000~2800s/m較合適,相比于傳統(tǒng)油墨來(lái)說(shuō),其要求更為苛刻,所以未來(lái)eb油墨在這方面也應(yīng)進(jìn)行相關(guān)研究,以期達(dá)到在印刷機(jī)上的印刷加工適性與傳統(tǒng)溶劑型油墨不相上下的目的。
展望eb油墨在印刷業(yè)的應(yīng)用前景,最主要的還是取決于油墨成本是否能夠降低到接近普通油墨的水平。不過(guò)隨著新技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品印刷用的UV油墨和EB油墨市場(chǎng)應(yīng)用中,相信eb油墨或許能成為油墨印刷行業(yè)的新寵。