電子束固化油墨性能及發(fā)展趨勢(shì)

采用電子束能量固化的油墨稱為電子束固化油墨。主要由顏料、連結(jié)料、輔助劑、色料等組成。

介紹

所謂能量固化油墨，就是油墨在輻射能照射下，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（EB）固化兩種形式，其中采用電子束能量固化的油墨稱為電子束固化油墨。電子束固化油墨是指用電子束照射，在瞬間即能固化的油墨。

下面主要介紹電子束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。而電子束固化則是借助電子束做照射能源，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程。

由于電子束是一種輻射，所以也可以把電子束輻射歸于輻射固化一類。輻射固化是在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它主要是采用一種掃描型的電子加速器，輻射固化中電子加速器的電子束對(duì)基材表面掃描從而實(shí)現(xiàn)固化加工，其基本含義就是利用紫外光或電子束為能源，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)的固化過程。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。

采用1MV電子束從PMMA底部打入形成的圖案

組成

EB墨的主要化學(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.樹脂

樹脂是油墨的化學(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)氧丙烯酸樹脂、聚酯丙烯酸樹脂、丙烯酸聚氨酯、氯化聚酯丙烯酸樹脂等。

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。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對(duì)待?；旧?，EB油墨印刷工藝局限在輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)上，將來可能會(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)獯嬖凇B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買決定。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固化單元來固化印刷品。

薄膜開關(guān)印刷

塑料薄膜印刷

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，電子束固化油墨開始在原來用量不太可觀的領(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)來看，未來的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。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)油墨來說，其要求更為苛刻，所以未來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。不過隨著新技術(shù)的發(fā)展，相信EB油墨一定會(huì)有更為廣闊的前景。