一、基本概念和原理

　　UV油墨，是一种特别配方的油墨，它是利用紫外线使墨成膜和干燥。UV墨干燥和成膜的机理，是一种化学的变化。利用不同的紫外线光谱产生不同的能量而将不同的预聚物和不同的单体，聚合成聚合物。所以UV墨的色膜，具有良好的机械性和化学性。

　　UV油墨包括UV磨砂、UV冰花、UV发泡、UV皱纹、UV凸字、UV折光、UV宝石、UV光固色墨、UV上光油等。在具有金属镜面光泽的承印物表面，采用丝网印刷工艺手段将UV油墨印在其表面上，经紫外线干燥设备光照处理后，产生别具一格的视觉效果，显得高雅、庄重、华贵，主要应用于高档、精美别致的烟、酒、化妆品、保健品、食品、药品等产品的包装印刷。

　　UV油墨对紫外光是选择性吸收的，它的干燥受紫外光源辐射光的总能量和不同波长光能量分布的影响。在紫外光的照射下，UV油墨中的光聚合引发剂吸收一定波长的光子，激发到激发状态，形成自由基或离子。然后通过分子间能量的传递，使聚合性预聚物和感光性单体等高分子变成激发态，产生电荷转移络合体。这些络合体不断交联聚合，固化成膜。

　　紫外光源是紫外固化系统中发射紫外光的装置。通常由灯箱、灯管、反射镜、电源、控制器和冷却装置等部件构成。根据灯管中所充物质的不同，可分为金属卤素灯、高压汞灯和无臭灯等种类。它的性能参数主要有：弧光长度、特征光谱、功率、工作电压、工作电流和平均寿命等。

　　紫外光源虽然发射的主要是紫外光，但它并不是单一波长的光，而是一个波段内的光。不同的紫外光源，发射光的波段范围不一样，波段内光谱能量的分布也是不同的。紫外光源辐射的是一个波段内的光，不同波长光的能量分布是不一样的。其中波长为300～310nm，360～390nm的光的能量分布是较好的。紫外光源的波长范围很广，如图1，所示区分为三部分，波长为于UV-A区域约360mm时效果最佳。  

图1 光谱分布

　　二、UV油墨和传统油墨的组成比较

　　UV油墨的组成和传统油墨有相似的地方。不同之处是UV墨的成膜是化学作用，从单体到聚合体，而传统墨的成膜是物理作用，树脂已经是聚合体，溶剂是将固体的聚合物溶解成液状的聚合物，以使聚合物可以印涂在作用物上，然后溶剂经挥发或被吸收，令液状的聚合物再回复成原来的固态状。表1是两种油墨的组成对比。

表1 UV油墨与传统组成对比表

UV墨	传统墨
颜料（PIGMENT）	颜料（PIGMENT）
预聚物（PREPOLYMER）	树脂（RESIN）
单体（MONOMER）	溶剂（SOL VENT）
添加剂（ADDITIVES）	添加剂（ADDITIVES）

　　1. 颜料

　　很多类颜料，皆适用作UV油墨的着色料，不过采用时仍需留意选择。首先，很多颜料在黑暗中会促进载色剂自然聚合，这种自然聚合作用要经一段长时间才发生，因此会令UV墨的库存时间缩短。其次，不同的色泽对吸收紫外光波的快慢有差异，这往往影响UV油墨的聚合作用。换句话说，即印刷的干燥快慢受影响，因而降低色膜的机械性和化学性。第三，在UV墨的载色剂中所用的丙烯酸盐，并不是一种良好的湿润剂，往往使颜料研磨较困难，影响将来色膜的光滑和均匀度。要能成功调配出一种良好的UV油墨，油墨化学师不但要对颜料有经验，而且也要掌握物理和化学的有关知识。

　　2. 预聚物

　　预聚物是一种高分子量和高粘度的单体，与传统油墨组合中的树脂一样，它是成膜的主要化学品，能决定UV油墨的各种性能，如机械性，化学性，物理性等。传统油墨使用的树脂，是一种已经聚合了的化合物，可能是固态或液态，而这种预聚物则是一种未经聚合的液态化合物，需要受紫外光波的作用而聚合。常用的预聚物有三大类：环氧丙烯酸盐、胺酯丙烯酸盐和聚酯丙烯酸盐。

　　（1）环氧丙烯酸盐

　　环氧树酯和丙烯酸作用产生环氧丙烯酸盐。用环氧丙烯酸盐制成的UV油墨，干燥极快，色膜光泽而耐化学性强。同时，成本低廉，极受UV油墨生产厂所欢迎。如果用以配制紫外光油，涂布在纸张或纸板上，可使纸张或纸板具良好的抗化学性和机械性能。

　　环氧丙烯酸盐经紫外光波聚合成聚合物后，往往表现出丙烯酸树脂的特有性能，同时亦表现出环氧树脂的抗化学性强的特点。它最大的缺点是对颜料的湿润性差，粘度高，如单独采用作UV墨的成膜剂，往往色墨的流平和扩散较差。

　　（2）胺酯丙烯酸盐

　　异氰酸盐和丙烯酸中之羟基作用，产生胺酯丙烯酸盐。胺酯丙烯酸盐受紫外光作用而聚合后，具有聚胺酯树脂的特性，色膜光亮度很高，柔韧性高，弹性强，粘合力好。它所组成的UV油墨，特别适合印刷各种塑料和金属薄片。

　　（3）聚酯丙烯酸盐

　　当聚酯中的羟基和丙烯酸作用后，则可得聚酯丙烯酸盐。聚酯丙烯酸盐的分子量低，所以粘度也很低。它的价格很便宜，湿润性好，柔韧性高，常用作研磨颜料的载色剂，又可用作UV油墨的稀释剂，调节环氧丙烯酸盐和胺酯丙烯酸盐的粘度。它对无孔性承印物、铝片及塑料片等的表面粘着力很强，常被用作这类物品的印刷UV油墨。

　　它最大的缺点是抗化学性差，很多碱性化学品皆能侵蚀它。它的分子量低，所以干燥比较慢。

　　三、UV油墨和传统油墨的比较优势

　　一般来说，UV干燥油墨与传统溶剂型或环氧型油墨相比，具有强大的耐磨性。最好的例子是电脑键盘上每个键上的符号，它们都是由UV油墨印刷的。有一个有名的大公司曾做过实验：用一个机械“手指”重复地对UV油墨印刷的键盘和传统油墨印刷的键盘进行敲打，结果传统油墨印刷的键盘符号在大约一、二百万次就磨损了，而UV油墨印刷的键盘符号在大约1300万次才出现磨损。可见，UV油墨的耐磨性是传统油墨的耐磨性的13倍。不仅如此，它的干燥速度比传统油墨也有极大的提高，从原来的7分钟降低到了15秒，节省了96%的时间。

　　UV油墨在干燥后还具有极高的抗溶剂性。这种抗溶剂性部分源于交联干燥油墨层的高交联密度（大分子重量）。较高程度的交联使得分子间在溶剂作用下也不能彼此分离和溶解。另外，UV油墨也可以与一些抗溶剂性的化学物质配合使用。

　　为了比较，我们看一下环氧型油墨换成UV油墨后的情况。首先，在使用之前不用再混合油墨。其次是节约时间，因为环氧型油墨需要在一定的高温条件下长时间干燥，而UV油墨几乎是即时干燥。同时也减少了加热所带来的油墨层损伤，它也不需要很大的干燥车间。

　　调配的环氧型油墨还有一个缺点，它的稳定性差，混合后一段时间，在墨斗里会凝结成团。你必须停下来清洗墨斗，导致浪费时间，生产率下降。但是UV油墨就不同，它的稳定性非常好，可以说不会出现凝结。表2说明了UV油墨和传统油墨的各自特点。

　　当然，在转换所使用的油墨之前，还有一些特定的因素要考虑，如转换到UV油墨所需的设备资金问题、测量仪器问题等。如果承印物表面的表面能较低，表面还必须进行光化处理来保证油墨的吸附，这就另需增加一些新的质量控制设备。因此建议在转换前做好整体的统筹规划，不可操之过急。

　　四、UV油墨的使用方法

　　（1）室内温度的调整

　　随气温的变化，UV油墨的粘度发生急剧变化，这种粘度变化会对印刷适应性及印刷膜厚产生很大的影响。一般，油墨温度降低的时候，粘度上升，墨膜变厚。若油墨的粘度太高，丝网的透过性退化的话，会发生印刷墨层发泡和气孔多的印刷结果。所以，在印刷之际应尽量让室温保持恒温，一般以18～ 25℃为宜。部分油墨会因印刷现场的湿度高而吸湿，发生增粘和紫凝等问题。这时，应使用空调或除湿机进行处理。

　　（2）网版

　　用普通的有色油墨时，要选用300网目以上，溶胶厚在10μm以下的版。在这种条件下印刷出来油墨膜厚是10～12μm，印刷面积可达70～90m2/kg。印刷无色清漆的话，使用低网目的版也能印刷出厚膜结果，可根据用途选用网版。

表2 UV油墨和传统油墨的比较

类别	UV油墨	传统油墨（环氧型）
平均劳动价值/单元	0.001美元	0.12美元
干燥时间/单元	2～4秒	10分钟～8小时
平均耗电量（千瓦时/单元)	0.001	0.2
干燥场地	1～3平方英尺	2～20平方英尺
油墨价格	50美元/磅	28美元/磅
溶剂含量	30％	60％
干燥系统资金	（5～10）千美元	（3～10）千美元

　　（3）刮刀

　　使用硬度为65～80的聚氨酯刮刀，边缘磨锋利。油墨中所含的单体会引起刮刀的膨胀，务必进行研磨或进行刮刀反转等必要的处理。

　　（4）粘度调整

　　充分搅拌后从油墨罐中取出后即可直接印刷使用。根据用途，若要降低油墨粘度，添加10%以内的稀释剂。反之，则拌入消光清漆（高粘度；增粘性）或添加JA-244、JAR-20等粉末消光剂，在充分搅拌后再印刷使用。

　　（5）浓度调整

　　调整浓度时，请添加透明清漆，或无色浓度调整剂。

　　（6）光线的影响

　　在印刷过程中或版的洗净过程中，请避免阳光直接照射网版的油墨。荧光灯的光线，只要不是非常近的话，一般没有大碍。

　　（7）标准固化条件

　　各系列油墨都有各自的标准固化条件。请参考各系列油墨产品说明书中记载的标准固化条件。

　　（8）预备测试

　　正式印刷中的固化条件，因印刷材料、印刷条件的不同而变化。UV干燥机的厂家与机种不同，也会造成固化性的差异。所以，必须按与印刷生产线相同的条件进行预备测试来决定固化条件。预备测试的程序如下：

　　a，在印刷材料上印刷油墨后，在标准条件下通过UV干燥机。

　　b，然后对印刷面的余留痕迹、附着性、刮伤性、折曲性等进行试验。

　　c，如果测试结果不合格，就需要调整照射机的各种条件，直到能获得满意结果为止。在测试过程中，推荐使用测定光量用的UV积累光量测量计。

　　（9）印刷预热

　　在不易附着的材料上印刷时，油墨印刷后，在通过UV照射前，要用近红线，远红外线等进行15～90秒预热，这样附着性会有很大的提高。

　　五、UV油墨印刷时的注意事项

　　1. 对UV油墨来说，一般黄色和品红色的墨层紫外线比较容易透过，青色和黑色紫外线很难透过。所以如果为了提高印刷效果而过于增加印刷浓度，会造成硬化不良、油墨脱落、密着性不良，甚至造成反面粘滚筒。在UV印刷中特别要注意黑墨的印刷浓度。

　　2. 在各种基材中，也有少量对UV油墨的密着性、耐刮性、折曲适性不良的基材。特别是合成纸和塑料的基材，品种相当繁多，并且还有基材表面处理过和未处理的。油墨对于各种基材，密着性能等也有不同，所以必须选择适合UV油墨的基材，或者选择适应于基材的油墨，这是非常重要的。UV油墨中，有纸用和塑胶用，在塑胶用UV油墨中还分有几种。在使用前一定要进行密着性和其它性能的测试。

　　3. 使用UV油墨或UV上光油可能导致一般的印刷墨辊、橡皮布或树脂版材溶胀，甚至会产生脱皮或表面碎裂，因此选择适当的或采用指定UV专用橡皮布和树脂版是很重要的。许多UV油墨供货商会推荐一个标准范围，如橡皮布采用硝化或丁硝化处理的材质可能可以配合油性、UV油墨或上光油。而天然橡胶和聚合乙烷材质的会溶胀，不能适用于UV油墨和上光油。采用EPDM材质的橡皮布特别适合UV油墨和上光油，但也可能不适合一般油基油墨。EPDM橡皮布特别不能使用石油提炼的清洗剂，应购买专用的清洗剂。同样，选择印刷机的墨辊也是根据这个原理。不能常常变换交替使用UV油墨和一般油基油墨，如果需要变换油墨，必须清理干净，去除一切可能残留的化学品。

　　4. 如果没有安装反射罩，大约有80%的UV光线，因漫射而未作用到印刷物上，因此UV灯必须装设灯罩使光线反射并集中于印刷品的方向。反射罩是必须清洁及保养的，最好能维持和新的一样的功能。一些纸张的粉屑或是喷粉的灰尘附着于反射罩上，都会影响UV灯的反射功效，在不使用UV灯时，应将UV灯罩关上以防止灰尘。

　　5. UV油墨乳化后，乳化油墨会堆积于着墨辊，并残留于版面和橡皮布上，造成起脏等印刷故障。而且刚开始印刷时，UV油墨在墨斗中的供给不是很好，就会有过分打开墨斗的倾向，途中油墨的供给量逐渐增多，印刷机上的油墨过剩造成油墨乳化。所以请特别注意油墨和水的供给量。

　　6. 请不要和油基油墨混合使用，若一定要和其它品种油墨混合时，事前必须确认混合后油墨的流动性、密着性和印刷适性等。UV金银墨和一般UV油墨混合后，会发生流动性恶化凝固，速度增快，光泽变弱等现象。所以混合后的油墨请不要长期保存。如果把油墨存放于高温处，会发生凝固、硬化等现象，请把UV油墨保存于25℃以下的阴暗处。特别是金银墨，比一般的UV油墨容易发生凝固和光泽变暗，所以不要长期储藏。

　　① 材质的种类和颜色

　　有些种类、颜色的材料具有特别能吸收紫外线的性质，这些材料的固化会变慢。此外，同种类的材质也会因等级的不同其固化性也有所不同。

　　② 油墨的颜色（颜料的性质）

　　特别能吸收紫外线的颜料，它的固化会减慢，含有量越多此倾向越强。因此UV固化型油墨的浓度、隐蔽型是有一定限度的。特别是调色时，各种原色油墨没有固化问题，但调色油墨会有固化不良的影响。特别是用高浓度白与暗色（黑、蓝、其他）组成时要特别注意。

　　③ 光固化引发剂

　　添加光固化引发剂（固化促进剂JAR-2，JAR-8，JAR-15）是提高固化性的有效方法，但过量添加光固化引发剂反而会阻碍固化。请注意添加量应在4%以内。

　　④ 印刷膜厚

　　印刷膜越薄固化性越好。一般地有色油墨在10～12μm的膜厚范围内能获得充分的固化性能。膜厚超过15μm以上的话，会发生因固化不良而引起附着欠佳的现象。清漆类油墨，即使超过100μm以上的极厚膜，其固化性也无问题。

　　⑤ UV照射时的周围温度

　　UV照射时的周围温度，对UV油墨的固化有很大的影响。温度越高，固化性越好。因此实行预热的话，油墨的固化性会增强，附着性更好。

　　六、UV油墨发展的障碍

　　目前阻碍UV技术被广泛应用的主要因素有三个：

　　1. UV油墨对人体有危害

　　不少印刷厂使用了某些国产和进口的UV油墨，特别是UV仿金属蚀刻油墨后，发现有的印刷工人的皮肤有红肿，产生丘疹，沾上油墨处发生疼痒的现象。笔者在进行研究工作时，曾试用了国内某单位生产的仿金属蚀刻油墨，在该产品的包装上没有任何该油墨会损伤皮肤的说明，而笔者的食指上沾了油墨后没有及时清洗，引起食指严重脱皮，几乎见到肌肉，三个月才痊愈。因此，对紫外光固化油墨的安全性问题必须引起足够重视。

　　使用UV固化油墨对人体产生的危害主要有两个方面：第一是辐射源对人体造成的危害；第二是油墨对人体造成的危害。人体长时间受到强烈的紫外光照射会产生皮炎、白内障、白血球减少等疾病，甚至会诱发皮肤癌。但紫外光的能量低、射透力弱，只要涂一层不透光材料即可把它屏蔽掉，为此对紫外光的防护要比X射线等简单得多。只要用铅皮等材料把紫外灯密封好，紫外光不泄漏即可。目前大多数具有紫外光机械的屏蔽效果都很好，不会对人体造成危害。一些较为简陋的设备，由于屏蔽较差，操作者应穿上工作服，带上防护手套（纱手套即可）及防护眼镜（墨镜），使皮肤和眼睛不受到紫外光线的直接照射。另外，空气受到紫外光照射后，会产生大量的臭氧，对人体危害较大，必须把它们排到室外。

　　2. 对UV油墨化学领域所取得的巨大成就了解不够。由于UV油墨成本比溶剂基油墨稍高，因此一些印刷厂家认为，改用UV油墨会增加他们的总开销。然而，国际丝网印刷及制像协会公布的一项研究报告表明，使用UV油墨可以提高生产力和工作效率，降低油墨废品率，因此可以大大节省较高的油墨费用，结果证明，购买新的固化设备是合算的。

　　3. UV油墨具有层合性能不佳、容易产生折痕等不足之处。

　　七、UV油墨市场份额预测

　　紫外线固化油墨和涂料的使用开始于20世纪70年代，现在印刷业有很大的市场份额，预计到2005年时，UV固化油墨的市场将由2001年的11亿美元上涨到15亿美元。在美国，使用UV油墨和涂料的印刷工业产值每年大约有1.5～2亿美元，油墨与涂料的用量大致相等。当然，增长的幅度要看分支市场的发展情况，每年增长的幅度范围在4～20%之间，多数公司的增长幅度可达7～12%，有些领域，如喷墨打印、丝网印刷及柔印等领域，由于目前的市场占有率较低，因此增长幅度也比较大，可以达到20%。

　　就目前而言，卷筒胶印占的市场份额最大，它可以在直邮、商务表格、折叠纸箱和信用卡的生产中应用UV固化油墨。窄幅柔印已经大量应用UV油墨和涂料，而大多数宽幅柔印还未涉足这一领域，这主要是因为宽幅柔印多用来生产食品的包装，很多印刷商认为，UV油墨和涂料可能会影响人们的健康，是不能应用于食品包装当中的。但是，FlintInk公司表示，他们在研制可应用于印刷食品包装的无臭味UV柔印油墨的过程中已经取得了很大的进展。此外在宽幅印刷中，昂贵的设备，操作上的不方便，都阻碍着 UV油墨和涂料的普及使用。在包装印刷中，无论是胶印还是柔印领域，对UV油墨和涂料的应用是呈增长趋势的，这还不包括凹印在内。在凹印领域已经有选择地使用了UV技术，只是成本也相应地提高了。

　　目前一些出版印刷商在使用UV涂布技术，标签及包装纸盒的印刷过程中即使用UV也使用EB（电子束）技术进行印刷和涂布，同时UV涂布还是多层牛皮纸袋制作过程中应用的主要技术。现在能量固化产品正在进入市场的每个角落，具有极大的经济意义。太阳油墨公司的销售市场部经理迈克说：“如果人们还不需要能量固化产品所带来的性能和质量特性，没有存在下去的可能，那就没有哪种产品能以较低的成本向用户提供服务了。”对此，FlintInk公司的技术部经理保尔表示赞同：“UV技术适用于包装业这样一个产量大而成本低的行业。”

　　EB（电子束）固化占市场的份额大约有3000万到5000万美元，几乎占整个能量固化市场的13%。与 UV固化干燥系统相比，EB设备比较贵且占地面积比较大，所以增长的速度相对要慢一些，虽然设备的价格已有了一定的下降，从5年前的100万美元降到了30万美元，但其使用的化学原料没有变，仍然比较贵。

　　对于柔印，尤其是窄幅卷筒纸柔印，UV油墨更是有着广阔的前景。大多数柔印机都配有UV装置，且种类很多。同时，在柔印中，环保并不是最大的问题，他们更注重较少的停机误工时间、更高的性能，更强的耐磨擦性，更好的印品质量和更鲜艳的色彩。用UV油墨进行柔版印刷获得的网点清晰度更高，比使用水基和基于溶剂的油墨效果要好，同时也不必像传统印刷那样只使用四色油墨，你可以选择一种、两种或是更多数目的油墨进行印刷，不受限制。由于UV油墨的粘性要大于水基油墨，容易粘在印版上，所以干净的环境就显得异常重要。如果柔印要增长，就需要开发新的市场，因此UV柔印油墨要符合市场的标准。UV柔印在折叠纸盒印制上与胶印竞争是存在优势的，因为它有附加的联机涂布功能而受到青睐。特别是对于印量较大的印活，更容易干燥。

[时间：2003-10-27  作者：庾晋 子荫  来源：中国印刷物资商情]