UV油墨技术,从理论走向实际


  这篇文章将为我们详细阐述UV油墨技术的根源,追溯它们的发展历程,讨论它们将来需要继续完善的地方。

  自从上世纪70年代起,紫外光固化油墨和涂布就开始用在商业印刷过程中了,但是这项技术可以追溯到20世纪早期。事实上,科学家们很早就知道紫外光辐射可以促进化学反应的发生。比如说卤化银照相技术的成功就依赖于它的作用。


  早期的紫外光油墨的配方里使用了不稳定的未经加工的化学药品或化合物,而不是我们今天所使用的复合的经过加工的多功能材料。尽管如此,这些早期的配方仍旧推动了印刷油墨和原材料的供应商们去开发更好功能更加全面地UV油墨解决方案。


  在过去的20年里,特别是在近十年里,油墨公司对这项技术倾注了极大的热情。结果现在人们可以在多种承印物表面使用高速度的油墨,这种油墨能够在户外保持很长的时间,而且不论是经过拉伸、变形或是其他操作都不会失去其固有的粘着性、色彩表现力或其他的物理化学特性.
本文将会对UV技术的发展进行检验,主要看一下其对印刷业的内部和外部的影响,比如说,促进了油墨公司的形成和UV技术在P-O-P显示器、自动化部件,包装和容器制作,CD 以及DVD等领域的应用。

  科学和历史


  我们这个行星绕着太阳旋转,反过来,太阳给地球带来生命。事实上,这主要归功于地球上的有机体能够把太阳的辐射能转变为燃料或使用这种能量来促进生物或化学反应的能力。物理学的发展是使用从自然界学到的东西来为各种问题提供解决方案。人们对紫外线能量的利用也是如此。科学家们已经知道了如何利用紫外光辐射来催化或促进化学反应的发生,如何利用它的这种作用来进行原材料的生产。


  紫外光能也被医学领域所利用,用它来治疗疾病。紫外光还经常帮助法官进行刑事调查。因为他们知道化学试剂在紫外光的照射下会发生反应或被激活,无论是在正常照明设备探测不到的地方还是对其不敏感的地方。


  紫外光能之所以被用在如此多的领域中主要是因为它快速起效的能力。紫外光的能量非常大,只需要一点就能够造成快速和永久性的改变。它的这个特性也被用在了表面涂布产业。表面涂布业在上世纪六十年代晚期和七十年代初期非常活跃,被认为是饱受环境保护法令限制的溶剂型涂布和双组分涂布的替代者。


  虽然当今的紫外光涂布材料里含有专为紫外光固化而设计的成分和材料,但早期的油墨配方却不是这样的。它们可选的材料非常少,而且这些材料的稳定性,毒性和使用比例都还有待于改进。从这些角度来看,紫外光涂布的进步和发展是很令人惊讶的。尽管如此,也有一些其它的因素在加速这项技术的发展和人们对它的接受程度。让我们现在开始检验一下这些影响因素。


  外部影响


  科学发展的历史是与好的想法和信念分不开的,那就是现实世界中所没有的强烈的求知欲。从实验室转向商业成功的道路十分曲折,失败的原因也是多种多样的,但通常都是急于求成的想法造成的——世界还没有为接受新鲜的理念做好准备。


  紫外光固化油墨也遭受了同样的命运,但有一些进展增加了紫外光油墨成功的机会。正如前面所提到的那样,溶剂的挥发和VOC水平的提高引起了环境保护者的主意。人们对减少溶剂挥发的强烈需要促使了科学家们开始寻找溶剂型涂布的替代产品。


  除了对环境的影响,其他的商业因素也推动了这项技术的发展。最著名的是多功能印刷设备的发展——特别是多色联机印刷机。


  紫外光固化丝网印刷油墨的发展促进了印刷机制造商对联机印刷机的新设计。平版印刷机,由于有了胶印油墨而在半色调彩色印刷领域占绝了主导地位,而且发展的速度非常快。


  丝印油墨受到了印刷工艺方面的限制,发展速度缓慢。丝网印刷并没有受到恶劣的经济环境的影响,但高速打印能力的缺乏限制了它的发展。现有的固化油墨的进展就是彩色油墨——特别是半色调彩色油墨可以以前闻所未闻的速度进行连续印刷。


  与任何一种主要技术的开发一样,紫外光药剂和设备技术的发展也是随着印刷者想要用紫外光技术取代已有的溶剂型和油基油墨,以及进入P-O-P和展览图像市场的雪球作用而开始的。这种需求促进了单体和聚合物的供应商对原材料的开发,传统组分的供应商也加入进来了,比如说:颜料、硅胶、填充剂的供应商,他们还在想办法开发出一些适用于紫外光油墨的特殊的材料来改善油墨的性能,提高它的稳定性和持久性。


  大家共同的努力促进了原材料、油墨和设备技术的发展。油墨的形成已经成为了供应商,开发者之间相互理解沟通的处理过程而不是以前简单的线性化处理。


  最终的胜利者当然是印刷厂,这些主动性和进步使它们拥有了扩展和增加客户范围的能力。准确而高速的印刷能力时的丝网印刷成为了比其他印刷技术更有竞争力的方式。


  在经历了开始的一些错误和一系列的曲折之后,那些相信紫外光油墨技术和在上世纪八十年代早期就开始对这项技术进行投资的油墨公司终于生产出了满足丝网印刷的商业要求的油墨。那些早期的配方经常会遇到很多问题,比如说油墨的长效性以及在承印物上黏着力的不一致性。除此之外,健康和安全性也是新型的单体和聚合物所要面对的问题。尽管如此,除了这些技术性的问题以外,紫外光油墨技术的发展和完善还在继续。


  欧洲透视


  这主要关注的是紫外光技术在将来发展过程中的演变和方向的转变。欧洲的油墨配方设计师都希望能够把水加到紫外光油墨中。虽然美国的油墨配方设计师也对这项技术表现出了浓厚的兴趣,但是是欧洲人把它从理想变成了现实。


  在这个发展的过程中有几个因素是十分突出的。最重要的是紫外光丝印油墨技术干燥的速度快而且光泽度好,是替代许多传统印刷技术的理想选择。


  最大的困难就是在印刷过程中与高固性油墨技术有关的油墨固化高度的问题。人们应该去寻找解决这个问题的办法,特别是在半色调图像印刷的过程中。如果加入水或减水性的树脂和单体,那么油墨中固体的百分含量和印品上最终的网点高度都会降低,而且不会影响质量和固化效果。


  当然,减水性或水性油墨也不是没有它们自己的问题。模版必须是要防水的,而且随着水分的蒸发,丝网也会有一些干燥。除此之外,这种油墨也不太好印刷。要想得到良好的印刷质量,必须要经过一段复杂而曲折的探索。但是,如果随着油墨技术的改进,这个过程可以控制了,那么高质量的印刷也就可以实现了。在某些情况下,丝印水性紫外光油墨也能够达到胶印的印刷质量。


  水性紫外光油墨和技术并没有被美国市场所接受,这一点并不奇怪。在这种油墨刚刚面市的时候,许多印刷者正处在从溶剂型油墨向紫外光油墨转型的阶段,所以并没有注意水性油墨的应用。那时,美国的印刷厂所进行的四色丝网印刷的数量非常少,这也造成了人们对水性紫外光油墨的忽视。


  紫外光快干设备


  与水性紫外光油墨一起发展的还有快干(瞬间干燥)技术。连续式紫外光固化设备上的油墨配方已经很成熟了。照相平版的范围和种类是专门根据水银灯的主要射线而设计的,人们可以放心地使用。
在这种设备上,紫外光辐射是以一个窄光束的形式穿过墨膜和承印物的界面,使它们深度固化和黏附。但这种设备的主要问题是它产生的热量。这些热量会导致承印物的变形,但它也会促进的交联固化反应,是固化进行得更加彻底。虽然连续式紫外光设备的关键性问题还没有解决,但以后紫外光灯效率的改进并将减少热量的产生和成本的消耗。


  对于快干紫外光设备来说,它对功能和配方的要求都是截然不同的,而且照相平版的参数也与连续固化过程不同。快速固化要求油墨制造商有一定的专业知识。


  美国透视


  当欧洲发展水基油墨时,美国的市场也没有停止对紫外光油墨的开发。在美国,适合于在乙烯基和聚乙烯条幅上进行印刷的紫外光油墨的发明是至关重要的。这些承印物在印刷过程中会出现自己独特的问题。比如说,在乙烯基里加上增塑剂就可以提高油墨的操作性和耐久性。紫外光技术的成功发展与原材料的开发商一起为这承印物创造出了独特而持久的解决方案。其他承印物:比如说聚烯烃,也带来了一些特殊的黏附性和耐久性的问题。但紫外光油墨很好地解决了这些问题。


  美国也希望为更多的工业市场提供解决方案,例如:拨号盘、仪表板或快速车上面的印刷。用于这些领域的油墨要具有很强的耐久性、耐磨性,而且要非常灵活。


  这种技术发展主要的优点,特别是对于全球性公司,就是想法和技术可以同时产生,同步实现。这也就带来了油墨技术在开发和应用领域中的飞跃。


  向前看


  将来会怎么样呢?紫外光技术在未来几年里将会如何促进丝网印刷的发展?有一点可以确定:那就是人们对紫外光技术的需要将会继续发展。在发展中国家的市场,比如说东欧,新的印刷业务正在涌向紫外光技术,而跳出了传统的,溶剂型技术的圈子。展望紫外光技术的发展前景,它还具有一定的潜力,其中有一些还可以运用在丝网印刷中。


  电子束(EB)固化系统也将起到长期的作用。EB固化系统最大的好处就是它不需要照相平版。它通过向墨层发射电子,而不是放射紫外线来促进交联反应的发生,而且不需要自由基。照相平版的作用吸收紫外光能,释放自由基,促进交联固化的过程。EB系统还有助于形成较厚的墨膜,这是因为电子在墨层中的渗透比紫外光更彻底。


  较厚的墨层能够带来较高的不透明度,这对有些应用来说是很有用的。EB系统已经用在了一些领域,比如说木材涂布;但这种设备只能在真空环境下使用,而且对于现在丝网印刷业来说,它还比较大而且很贵。尽管如此,EB设备的价格在近年来已经一降再降,而且将来也会有更小一些的设备可以在普通的印刷环境下使用。


  另外一个可能性就是对Eximer紫外灯的使用。与水银蒸汽灯不同,这种特殊产品的光谱分布非常窄,最多1或2个纳米,所以它产生的热量是微乎其微的。从理论上来说,它非常适合于热敏承印物,当时用传统的紫外光固化系统时,这些材料容易发生收缩,卷曲或点燃等现象。然而目前Eximer还面临着两个问题。首先就是要准备能够准确对Eximer灯发出的光波长进行反应的照相平版。其次就是要想在如此窄的紫外光波长范围内产生足够的能量来实现高速固化还很困难。


  负离子油墨系统现在也可以取代传统的、自由基紫外光固化技术,而且能够为丝网印刷者带来更多的短期机会。这个系统最大的特点就是不需要紫外光渗透到整个墨层之中(通过油墨/承印物的界面),而是当紫外光能达到油墨上时,能够在墨层中促进各组分交联固化反应的发生——这个反应会一直进行,直到所有的油墨组分都消耗完了。要是油墨完全干燥大约需要24个小时甚至更长的时间。


  由于不需要能量来进入整个墨层,所以负离子系统能够用于不透明度更高的油墨,它较慢的干燥速度还有助于避免出现承印物收缩的问题,提高印刷黏附力。负离子系统发展的速度慢,主要是由于它所要求的油墨组分比较贵,而且比较少见。负离子系统的性能还跟操作人员有关,而且油墨中使用的照相平版还可能会引起健康和安全性的问题。


  负离子系统可能永远都不会取代现在的紫外光固化技术。但如果原材料的成本下降和它们的普及型得到了提高,那么负离子油墨就可以广泛地用于不透明度较高的印刷中。随着紫外光技术在产品领域的深化,负离子系统也会变得更加受欢迎——比如说,在玻璃或其它材料上印刷,能达到超强的黏附力,理想的墨层厚度和较低的收缩性。


  多种承印物产品可能也会是一个焦点。随着紫外光油墨系统在多种承印物上的应用,库存的油墨将会减少,这使得颜色分布系统的传播范围更加广泛。这样有助于加快油墨的处理,减少浪费,提高印刷厂的效率。


  同样的,新承印物的出现和客户喜好的变化也将影响未来紫外光油墨的发展方向。比如说,现在行业对PVC的使用有严格的限制,这类产品在最近几年里已经不受欢迎了。所以,人们对新陈鼓的需求越来越大,例如:多苯乙烯,它能够改变紫外光油墨的发展方向。


  最终评价


  紫外光油墨的发展速度令人震惊,它从25年前开始起步到现在已经成为了很多领域的首选技术。现在的紫外光油墨几乎可以在所有的成因无表面进行印刷和装饰,紫外光涂布也能够不受温度和拉伸的影响。以前提出的健康和安全性的问题以及稳定性、耐久性的问题,如今已成为了人们遥远的记忆。

[时间:2005-09-08  作者:Steve Pocock  来源:本站原创]

黄品青微站