光固化知识 讲座.ppt
江苏华邦包装材料有限公司,UV光固化基础知识讲座,Simon 2013-8-21,2,要点,1、UV定义2、UV与水性及油性区别3、UV反应机理4、UV油配方设计5、UV油检测项目6、UV油常见问题及解决,江苏华邦包装材料有限公司,3,1、UV定义,UV是英文Ultraviolet Rays【ltrvailt Reiz】的缩写,即紫外光线.紫外线是肉眼看不见的,是可见紫外光以外的一段电磁辐射,波长在100-420nm的范围.通常按其性质的不同又细为以下几段:真空紫外线(Vacuum UV):40-200nm短波紫外线(UV-C):200-280nm中波紫外线(UV-B):280-315nm长波紫外线(UV-A):315-420nm另外除了紫外线还有如下几种波长的光:可见光(Visible light):420-800nm红外光:800-220000nm无线电波:220000nm,4,紫外光固化油墨是指在紫外线照射下,利用不同波长和能量的紫外光使油墨成膜和干燥的油墨。紫外光吸收本质:光的能量转移到吸光物质,使得吸光物质分子由低能量状态转化为高能量状态,即由基态转化为激发态吸收的能量与波长关系:E=hc/其中:E是分子从基态到激发态的能量差 h是planck常数,为6.63x10-34JS c是光速,为3x108m/s 是波长,单位为nm可见,光波长越长,能量越小,波长越短,能量越高。因为紫外光能量比较高,会对生物细胞产生破坏作用,所以应尽量避免紫外光对皮肤的照射。远紫外线能量高,可用来杀菌消毒,通常用的杀菌灯就是波长为200-300 nm的紫外灯。,江苏华邦包装材料有限公司,5,2、UV与水性及油性区别,1、干燥方式不同 UV是采用紫外光进行固化,发生的化学交联反应。水性和油性(双组份含固化剂除外)均是采用烘干固化,把其中的水分或溶剂通过加温等方式挥发,成膜物质与其他组份附着在基材上,属于物理反应。2、溶剂体系不同 UV采用活化单体进行稀释,单体作为组分参与最终反应,水性是用水做为稀释剂,为了加快干燥速度,常辅以一定量的醇如乙醇,异丙醇等;油性体系是采用溶剂做稀释剂,油墨中常用溶剂有醚类,酯类,酮类等,一般不用苯做稀释剂,6,3、原料不同UV用的原料如树脂是用的含有双键或C=C不饱和键,本身不会自干,必需借助合适的光引发剂进行激发和单体进行聚合交联成膜,水性或油性一般都可以自干,对水性树脂中低Tg的树脂,需要添加一定量的成膜助剂帮助成膜,江苏华邦包装材料有限公司,7,3、UV油墨(光油)反应机理,连接料中含有一定数量的不饱和酸键,在有少量光引发剂存在的情况下,经紫外线照射即产生游离基,然后迅速引起乙烯基发生聚合作用,使高分子物质在瞬间形成网状交联,油墨迅速固化,这种反应是在几秒钟甚至更短的时间内完成的。UV油墨的固化过程可以概括为一下几步:1)引发剂受200-400nm的紫外线照射被激发,由基态转化成激发态,形成自由基2)自由基与树脂的双键相互作用,形成长链自由基3)不断增长的长链进一步反应,形成聚合物,从而固化,8,3、UV油墨(光油)反应特点,1.冷工艺(室温).2.瞬时、快速在线工艺,省时效率高(快速)3.设备占地面积小,经济实惠(成本低)4.无溶剂或少溶剂 VOC低(环保).5.可适用与对温度敏感的物体(用于特殊材料)6.较低的功率要求(节约能源).7.光泽度高,江苏华邦包装材料有限公司,9,4、UV油墨(光油)配方设计,一般UV油墨(光油)配方基本组成是:预聚物(连接料)(530)单官能或双官能稀释剂(2040)三官能或多官能交联剂(1030)颜料(光油不含)(0 20)组合光引发剂(510)光助引发剂(低聚物)(015)助剂 等(120),UV油墨的组成:预聚体、感光性单体(相当于溶剂)、光引发剂、颜料、填料及各种助剂(消泡剂、流平剂、触变剂、稳定剂等)。1)预聚物种类:从结构上看,预聚物都为含有C=C不饱和双键的树脂,大都为丙烯酸树脂。目前,常用于UV上光油中的预聚物有环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂和聚酯丙烯酸树脂等,环氧丙烯酸树脂具有固化速度快、价格便宜等特点,制成的上光油涂布于纸或纸板上,能使其具有良好的耐化学药品性和较高的机械强度。聚氨酯丙烯酸树脂具有柔韧性好、弹性强、光泽度高等特点,但价格较贵,常与环氧丙烯酸树脂混合使用。聚酯丙烯酸树脂粘度低,柔韧性好,价格较便宜。也有用固体丙烯酸树脂,通过单体溶解做为预聚物树脂使用。,11,常用的预聚物有以下几种:(1)环氧丙烯酸酯;如我公司正在使用的R101(江苏三木),上海宝呈的2066,台湾双键127-TP20,188等(2)纯丙烯酸酯;如长兴的6530B-40,双键的DM345(3)聚氨酯丙烯酸酯;如长兴的6145-100(4)聚酯丙烯酸酯;如长兴的6311-100等。,江苏华邦包装材料有限公司,12,预聚物生产厂家,美国沙多玛,美国氰特UCB,台湾长兴,台湾双健,江苏三木,拜耳等,13,2)单体及其种类,一般来说,常用单体有单官能度,双官能度和多官能度单体,官能度愈多固化速度越快,但稀释效果越差。所谓的官能度是指单体中参与反应的官能团数。常用的单体官能数有单官能度,双官能度,三官能度和多官能度单体等。(1)单官能度单体 单官能度单体特点是反应快,低粘度,收缩低,稀释性佳如丙烯酸异辛酯 中等活性、味浓、涂层极软,如沙多玛的SR440丙烯酸异冰片酯(IBOA)味淡、活性大、硬、稀释性差,如长兴的EM70,沙多玛的SR506,江苏华邦包装材料有限公司,14,(2)双官能度单体特点:反应快,稀释佳,收缩低如常用的双官能单体有三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)(使用最普遍),对应我公司的M121,长兴的EM223,沙多玛的SR3061,6己 二醇二丙烯酸酯(HDDA)(高反应,低刺激),对应长兴的EM221,沙多玛的SR238,15,(3)三官能度单体三官能度单体特点:提供一定的硬度,交联密度高,高反应性,三官能度单体如:三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),高反应性,高交联密度,活性很高,粘度较低,对应我公司的M131,长兴的EM231季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)高反应性,高交联密度,粘度比较高,活性更高,对应长兴的EM235三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯【TMP(3EO)TA】,低刺激,柔韧性好对应我公司的M132,长兴的EM3380(4)多官能度单体多官能度单体特点:高交联密度,形成的膜较硬,高光泽,但反应较慢,不易多加,多官能度单体如:季戊四醇四丙烯酸酯(PET4A),为4官能度单体,低刺激,高交联密度,如长兴的EM241二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA),为6官能度单体,高硬度,低刺激,如长兴的EM265,江苏华邦包装材料有限公司,16,3)光引发剂种类,常用的光引发剂可分为夺氢型和裂解型。夺氢型光引发剂需要和一含活泼氢的化合物(一般称助引发剂,通常为胺类化合物)相配合,通过夺氢反应形成自由基。它是双分子光引发剂,在上光油中常用的有二苯甲酮(BP)等。裂解型引发剂:它通过吸收强紫外灯光发射的紫外量子,从而引发聚合交联和接枝反应,使液体几分之一秒内形成固态薄膜,如1173、184、907、369、1490、1700等。阳离子光引发剂是另一类非常重要的光引发剂,包括重氮盐、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、烷基硫鎓盐、铁芳烃盐、磺酰氧基酮及三芳基硅氧醚。油墨及光油中常用的夺氢型及裂解型的,常用引发剂有1173(对应我公司的A103),184(对应我公司的A104),BP(对应我公司的A101),BDK,EPD,用在色墨中的有ITX,907,TPO等,17,光引发剂供应商,台湾双键,瑞士汽巴,上海翰东贸易,南京瓦力,上海厚诚、上海生兴行,江苏华钛等,江苏华邦包装材料有限公司,18,一般是指三级胺助引发剂特点:参与反应,与光引发剂共同作用,促进光引发剂更好的发挥作用,常用的有:如我公司在用的M101,长兴的641,6410,6420等,双键的C225等,沙多玛的CN381,CN386等,4)光助引发剂(低聚物),19,5)助剂,常用助剂种类:1)消泡剂;分含硅和不含硅如我公司在用的A210等2)流平剂;分含硅和不含硅如我公司在用的A307,A309,A318等3)分散剂;根据需要添加,光油一般不用,需要添加特殊性功能助剂时候适当添加,如我公司在用的A601,A6084)稳定剂;稳定剂用来减少存放时发生热聚合,提高上光油储存稳定性。常用的稳定剂有对苯二酚、对甲氧基苯酚、对苯醌、叔丁基甲苯酚等,如我公司在用的A5015)抗(滑)磨剂;提供耐磨或抗滑如我公司在用的A9016)消光剂:降低光泽度,如我公司在用的A710.A712等 7)其他助剂如防沉剂等,江苏华邦包装材料有限公司,20,6)稀释剂,常用稀释剂为双官能度单体,如HDDA和TPGDA等,也有用非反应性溶剂做稀释剂,如苯类、醇类、酮类、酯类溶剂等,21,5、UV体系常见检测项目,1、光泽度2、粘度3、附着力4、耐磨性5、UV能量6、固含量7、抗爆性8、防滑性9、耐化性10、耐弯折性,江苏华邦包装材料有限公司,22,11、与醇相容性12、硬度13、印刷性14、其他性能测试,23,6、UV常见问题及解决,江苏华邦包装材料有限公司,24,(1)光泽不好、亮度不够,主要原因 A 印刷涂层太薄 B 乙醇、甲苯、二甲苯等非反应溶剂稀释过度 C 光固树脂自身的光泽度不够 D 纸张吸收性太强 E 网纹辊太细导致传送光油量太少 F 刮刀和网版目数选择不当,25,解决方法A 选用高光泽的树脂 B 严格控制乙醇、甲苯或二甲苯的加入量C 对于渗透性较强的纸张,可先涂一层底胶或者选择致密性好的纸品如水性底油打底后再涂布D 适当增加网纹辊的直径,采用低线数网纹辊E 降低刮刀的硬度 F 印刷时,也可以选择较低目数的网版,以增加涂层的厚度;,江苏华邦包装材料有限公司,26,(2)干燥不好、固化不彻底,表面发粘,主要原因A 紫外光功率不够 B 紫外灯管老化,强度减弱 C UV光油引发剂选择不当 D 乙醇、甲苯等溶剂加入量过大E 机器走纸速度过快F UV光油自身光固性能欠佳,27,解决方法在固化速度小于0.5s的 情况下,一般应保证高压汞灯的功率不小于120W/cm;灯管要及时更换,必要时加入一定量的UV光油固化促进剂,加速干燥。调整印刷工艺,将走带速度降低调整配方,江苏华邦包装材料有限公司,28,(3)印刷品表面无法进行UV光油的印刷,主要原因A UV光油粘度小,涂层太薄 B 印刷品表面有油污 C 油墨表面与光油亲和性不强 D 油墨表面含防粘性材料(如硅油)太多E 涂布网纹辊太细,29,解决方法 A适当调节光油粘度 B对要进行上光的印刷品采取必要的清洁措施 C 调配光油中助剂的种类和用量D 不使用含影响油墨表面的的助剂E 增大网纹辊线数,江苏华邦包装材料有限公司,30,(4)UV 上光涂层有白点和针孔,主要原因 A 印刷品表面有粉尘 B 网纹辊太细C 乙醇、甲苯非反应型稀释剂加入量过大 D 光油本身润湿、流平性不好,31,解决方法,A 加强作业环境的清洁 B印刷时设法增加涂层厚度C 选择专用的UV稀释剂稀释、防止体系组分不相容 D可加入少量的流平、润湿助剂,江苏华邦包装材料有限公司,32,(5)UV光油涂布不匀、有条纹及桔皮现象,主要原因 A UV光油粘度过高 B 压力大小不均匀 C 涂布量过大D UV光油的流平性差 E 纸张不平整,吸收性太强F 基材表面张力过低,33,解决方法,A 降低UV光油粘度 B 调整好压力C 减少涂布量D 可加入少量流平剂 E 必要时用水性底油打底后涂布F 对印刷品表面进行电晕处理,以增加UV光油对基材表面的亲和力,江苏华邦包装材料有限公司,34,(6)UV光油附着力不好,主要原因A 印刷品油墨表面难上油,如油墨表面有蜡或硅油B UV光油自身的附着力不够C 光固化条件未合理掌握,固化 时间过短或者过长 D 对于非极性或低极性基材(如PE、PP、PET、OPP、BOPP等)未处理直接印刷UV光油,35,解决办法,A 印刷油墨应选择含蜡较低的型号或选择使用非硅类助剂的油墨B 选择柔韧性好、附着力佳的光固树脂和活性单体C 掌握合理的固化时间,固化时间太短,UV光油表面固化而底层固化不彻底导致附着力降低;固化时间太长,UV光油过度接收紫外线照射会引起 过度聚合使上光膜层脆裂,导致附着力不佳D 上光前对基材进行处理(分电晕处理和化学处理)或在基材打一层底油以帮助UV油与底材的附着。,江苏华邦包装材料有限公司,36,(7)印刷品表面有火山口、鱼眼现象,主要原因 A 印刷品表面不洁净,有可能有油污 B UV光油的流动性差,触变高C 光油的消泡剂选择不当,消泡性能过于强烈,37,解决方法,A 上光前对基材进行清洁处理 B 调整配方,少使用高触变性助剂C 合理选用消泡、流平助剂,江苏华邦包装材料有限公司,38,(8)UV光油变稠、有凝胶现象,主要原因1、UV光油储存时间过长2、UV光油未能完全避光储存3、UV光油储存温度偏高4、UV光油没有添加稳定剂或添加过少的稳定剂,江苏华邦包装材料有限公司,39,解决办法,注意UV光油的有效使用期并严格避光储存,UV油包装用不吸收光的深色包装桶或金属桶,储存温度以545为宜。调整配方,添加一定比例的稳定剂 UV油储存期一般一年也有是半年的,某些特殊的油储存期更短,为三个月或更短,如UV金银色油墨,40,(9)残留气味大,主要原因A UV光油固化不彻底或紫外光能量不足或UV灯管老化B UV光油中非反应型稀释剂加入过多,没有完全挥发掉C 某些光引发剂造成如BP固化后会残留一段时间的气味,41,解决办法,A 更换灯管,提供足够的固化能量B 降低非反应性稀释剂用量,并加强通风C 选择低气味的引发剂,42,(10)上光膜层韧性不佳,主要原因A UV光油自身树脂、活性单体选择不当 B 上光涂层太厚,43,解决方法,A 选择韧性好的光固树脂和活性单体,控制单体的用量,降低交联密度,一般单体官能度越大,形成的膜越硬,也更脆B 在印刷中,选用网目数或网线辊较大的印刷,以降低涂层厚度,对光油则通过压紧胶辊与传墨辊的间距减小上油量 对UV油墨,网板一般在300目以上,油性油墨,网板一般是250目左右,水性网印一般在100左右,如印精细字体或图案应选择更高目数的网板,44,(11)上光后膜层发黄,主要原因A UV光油自身树脂黄变B 光引发剂选择不当,45,解决方法,A 更换不黄变树脂B 选择不黄变光引发剂,易引起黄变的引发剂有ITX,651,BDK等,这几种引发剂不适合用在透明性光油里,46,谢谢大家!,