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UV喷射墨面临机遇与挑战

2021年07月09日 义乌市机械设备网

UV喷射墨面临机遇与挑战

作为环保型油墨家族中的一个重要成员,U V 油墨凭借着干燥速度快、低VOC(volatile organic compounds 挥发性有机化合物)等诱人优势,正一步一步地占据数码喷墨印刷市场。

UV 技术的发展

U V 固化技术已经在印刷工业应用了20 多年,这项技术的关键优势就是不含溶剂,从而降低VOC。其作用原理为:U V 油墨对U V 光是选择性吸收的,它的固化受U V 光源辐射光的总能量和不同波长光能量分布的影响。在U V光的照射下,U V 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,最终固化成膜。由于避免了传统溶剂型油墨对环境所带来的影响,它被认为是一种“绿色技术”。U V 技术的另一个优势就是可以降低生产成本,主要表现在提高生产效率、节省能源、减少溶剂回收成本等方面。基于这些优异的性能,U V 技术在油墨领域的应用得到了长足的发展。据统计,1999 ~ 2004 年间,美国U V 油墨应用的增长率为25% ~ 50%。其中,柔性版印刷油墨占32%;胶印油墨占50%;网印油墨占25%。预计UV 油墨在这3 种印刷市场的应用将会继续增长。

喷墨市场的发展

自20 世纪50 年代,美国A . B . D i c k 公司成功研制喷墨印刷以来,喷墨印刷市场发展迅猛,已成为印刷技术中的名角。目前,一些发达国家的数码喷墨市场已经相当成熟;在我国,虽然数码印刷市场还没有完全规范化,关于产品质量也还未形成规范的行业标准,但却是市场发展势头正猛之时。

喷墨印刷一般分为连续式印刷和按需印刷两种方式(图1),它直接与电脑联机,用以解决高速、小批量印刷和按需印刷等需求外,因为是非接触式的印刷方法,可以在立体物件上印刷,这实际是它的最大可取之处。而且,喷墨印刷的设备大部分供给办公事务和家庭占用,今后估计除了在这些领域拓展外,在印刷部门也会相应增长。

喷墨印刷技术潜力无穷,具有非常广阔的市场前景。据IT Strategy 的一份调查报告显示,目前,丝网印刷占据整个P O P 市场大约50% 的份额,数字喷墨印刷和柔性版印刷几乎平分了余下的市场。但是,到2008 年,对于大幅面喷墨印刷品的市场需求相对于2003 年将翻番。2003年,大约有11 亿平方英尺的材料被用于喷墨印刷,而到2008 年,这一需求预计增加到33 亿美元。市场相对应的销售价值预计从2003 年的20.3 亿美元增加到2008 年的51.3 亿美元。显而易见,数码喷墨印刷技术将在兴盛的印刷产业中显露锋芒。

UV 喷射墨的应用

随着U V 技术的产生和发展,印刷商试图将U V 技术领入数码喷墨印刷的大门,但由于连续式喷墨(CIJ)喷头对油墨黏度存在着较大约束,U V 喷墨技术的应用受到了限制,仅能用于标签、电缆和电线印刷工业中。直到按需喷墨(D O D,也称为间歇式喷墨)喷头的出现,才扩大了喷射墨黏度的需求范围,为U V 喷射墨的发展提供了巨大的便利条件。一时间许多喷墨头的生产商,包括S p e c t r a、Xaar、HKIS、IJT、Brother、Canon、Konica、Seiko、Trident、S h a r p 等,都开发出了这种能够适用于较高黏度油墨的喷头,有些甚至可以喷射出室温下黏度高达100c p s 的油墨,从此UV 喷射墨开始在喷墨印刷市场大显身手。

按需喷墨头的出现扩大了U V 油墨用材料的范围,许多油墨制造商纷纷瞄准这个时机大力研究开发U V 喷射墨,目前已成功应用于柔性材料和刚性材料的印刷。随后,数码喷墨设备制造商也研制出可以使用UV 喷射墨的宽幅平板喷墨印刷机。随着这种设备的问世,UV 喷射墨的需求指数近几年一直在直线上涨,在美国,UV 喷射墨在所有喷射墨产品中的市场占有率,已经由1999 年的25% 增长到2004 年的30%。

毫无疑问,U V 技术将成为宽幅数码印刷的关键因素。

由于UV 印刷既可以在刚性材料上印刷,也可以在柔性材料上印刷,印刷分辨力高达600d p i,生产效率超过每小时1000平方英尺,印刷图像经久耐用,能够印刷未预先处理的承印材料,以及价格较低等众多领先优势,使其具有良好的应用前景。众多的丝网印刷商已开始利用此项技术来抓住短版印刷的新市场机遇,并应用于不断增多的个性化、地域化广告印刷。与此同时,商业图片社和商业印刷商也开始纷纷购买UV 印刷机,与丝网印刷商在短版印刷领域展开竞争。

UV 喷射墨的优势

理想的U V 喷射墨可以使印刷图像具有防水性、防退色性等特性,其优于其他类型喷射墨的优势主要包括:低V O C;低能源需求;瞬时干燥;适用于多种承印物;固化前不会干燥;不堵塞喷头;不需清洗喷头;油墨成分稳定;印刷质量高(耐光、耐摩擦);无污染。

其中最值得一提的就是其瞬间固化的特性,这就使得UV 油墨从喷嘴喷出后没有成分渗入承印物表面,与承印物完全没有联系,所以不用担心油墨会渗入承印物从而对承印物表面性能造成影响。

U V 油墨为喷墨设备带来的最大的有利条件就是不会在喷头固化,这就消除了需要清洗喷头以去除不溶成份的顾虑。从工业生产角度来说,由于喷墨设备维护时间的缩短,采用UV 油墨喷墨印刷就可以获得较大的生产效率。UV 喷射墨的种类

进行喷墨印刷的UV 油墨主要有3 种,即水基喷射墨、热熔喷射墨和低黏度喷射墨。

1. 水基UV 喷射墨

水基U V 喷射墨是用水作为溶剂来降低油墨的黏度,其组分主要是UV 固化树脂乳液。但这种技术有两个缺点:其一,喷墨系统需要在U V 光源照射前令油墨中的水分挥发。油墨中的水分是一个很恼人的问题,只有迅速地去除水分,才能防止产生网点增大、水分渗入承印物等印刷故障,而且如果水分不及时除去的话,油墨就不能很好地与承印物黏附,从而影响印刷品质量;其二,目前在光引发剂的分散方面还存在着一些技术上的困难。

2. 热熔UV 喷射墨

采用热熔UV 喷射墨主要取决于大滴黏性墨滴的生成,使用这种喷射墨可以为柔性承印物印刷品带来很强的耐摩擦性和耐破性能。其生产的困难就是如何在油墨的稳定性和高温下的低黏性这两个对立面间找到平衡点。

3. 低黏度UV 喷射墨

如何使传统的U V 油墨直接应用于喷墨印刷技术呢?关键的问题就是要设法使U V 油墨具有良好的印刷性能,即低VOC、优异的固化性能、低黏度等。其中最大的困难是如何获得较低的黏度,对此,研究人员开发出了具有较低黏度的U V 固化树脂,这为油墨制造商提供了全新的选择,但这项研究成果的实际应用还很困难。

低黏度U V 喷射墨是由传统U V 油墨改良的一种喷射墨。低黏度U V 喷射墨是专为间歇式喷墨头开发研制出的,而高黏度的油墨通常与工业型喷墨头相配合印刷,如Spectra 公司生产的墨头。

低黏度U V 喷射墨的优势在于它将U V 喷射墨引入了宽幅喷墨印刷市场,从而可以与超宽幅喷墨和平板喷墨市场并驾齐驱。普通U V 油墨的黏度较高,它们仅适用于工业印刷、超宽幅喷墨和平板喷墨印刷市场,而低黏度U V喷射墨的出现,则为宽幅喷墨印刷方式开拓了广阔的发展领域。此外,印刷市场上还存在着一些应用领域空白,需要研究人员对UV 油墨进行进一步的改良。

UV 喷射墨面临的挑战

1. 黏度

喷射墨最大的配方问题就是要保持其较低的黏度。一般来说,通常喷射墨的黏度在10 ~ 20c p s 之间,但这主要依靠将喷墨设备运转温度提升至40 ~ 45℃左右后才能实现。在国外,通常要求热发泡喷墨须25℃时黏度保持为3 ~ 5c p s;压电喷墨在25℃时黏度为3 ~30cps。只有保持这样相对较低的黏度,才能保证油墨组分可以从喷头喷出。由于固化组分具有潜在的挥发性和刺激性,油墨最好在不高于65℃,还有一些在不能高于50℃的情况下喷出。

2. 颜料的润湿

影响U V 喷射墨性能的另一个因素就是颜料的润湿问题,它也是影响印刷品表面耐久力的直接因素。因此,制造U V 喷射墨的难点就在于选择合适的颜料并使其在低黏度溶剂中良好地润湿。

3. 表面耐久力

宽幅和超宽幅喷墨技术通常用于广告横幅和标语的印刷生产中。横幅一般不需要张贴很多年,通常只需使印刷图像保持几个月的表面耐久性能即可。为此,制造商往往在油墨的成分中引入脂肪链。

4. 表面张力

墨滴形成的优劣,主要受表面张力的影响。表面张力太大,油墨不易形成微滴,并可能出现较长的断裂长度,或断裂成“拖尾巴”状微滴。表面张力太低则会导致液滴不稳定,甚至形成“卫星状”,生成溅射点,影响图案。油墨要满足如下的表面张力范围:(2.0 ~ 5.0)×10-2N/m,更理想的范围是(2.2 ~ 4.0)×10-2N/m。

5. 固化速度

油墨的固化速度对于标签工业十分重要,标签印刷机的运转速度一般为300 ~ 600 英尺/ 分钟,对于如此快速的印刷速度,UV 油墨可以体现出其出色的印刷性能。要达到这种迅速的固化速度,配方中需使用高官能度的固化材料。宽幅喷墨机的印刷速度一般低于50 英尺/ 分钟,所以对固化速度要求不是很高。然而,喷射墨对低黏度的需求

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