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光(UV)固化油墨如何丝印PE、PP瓶子

资料来源:《广东印刷》2008年第1期 作者:陈徳山 更新日期:2009-01-12

瓶子表面印刷属于容器印刷,用曲面丝网印刷机就可以完成。而对于用无极性的 PE、PP材料所加工成的瓶子,如洗发水、沐浴露、化妆品、杀虫剂等瓶子的印刷,一般皆选用光固化油墨,所以丝印前必须对PE、PP表面处理方能解决油墨在其上的附着牢固。那么,光固化油墨的最佳固化条件是什么? PE、PP瓶子如何极化处理才能达到好的着墨效果,就此问题,叙述于下。
一、UV油墨的基本知识
1.UV油墨的组成及在油墨中的作用
①反应性稀释剂(又称稀释剂单体):是一种分子量较小(低分子量)化学物,它可降低粘度,起分散颜料和稀释树脂的作用,决定油墨的表面特性,如粘度、硬度、柔软性。它不挥发,并且参与UV树脂固化交联反应。
②助剂:包括颜料、润滑剂、增厚剂、填充料、促固剂等,它影响到油墨的颜色、固化速度、墨层厚度以及印刷适性和油墨的耐候性等。
③光固树脂:它是UV油墨成膜的主要部分,即UV油墨的连接料,决定UV油墨的光泽、附着力。不同的油墨用不同的树脂来适应不同材质的承印物。
④引发剂:它是激发交联反应的化学物质。在光化学反应中,引发剂一经
光激发吸收光子后便变得非常兴奋活跃,产生自由基,将能量传递到其它感 光性高分子,使其连锁反应,把单分子物、添加剂、光固树脂结合起来,形成网状稳定结构,油墨结膜牢固地附着在承印物上。
2.UV油墨固化及对固化系统的要求
①反射罩的类型:聚焦型,非聚焦型和多面反射型。一般使用聚焦型,非聚焦型和多面反射型常用来固化光油(没有着色料的油墨)。
②UV灯:UV灯的功率要满足能穿透UV油墨达到固化的要求。 UV灯的最长使用寿命不能超过1200小时,一般建议使用l000小时就应更换下来。每隔一定时间清洁灯管,清洁后将灯管逆时针旋转1/4周(可重复三次)。在安装和清洗UV灯时要小心。
③化系统的检测:可用能量计测量UV灯的输出能量。用UV,IMAP波形显示器绘制出UV图,根据UV图,检测固化系统;若绘制出的能量图很尖,说明固化系统无问题;若顶端为驼峰,说明反射罩有灰尘;若顶端为圆的,说明灯管老化,根据老化的程度该更换的应换掉。
④光固化的要素:
●UV灯的功率:即UV光的辐射量,也称穿透力,一定要满足紫外固化油墨 的要求,若UV灯的功率不够,即使光照时间再长,或者重复固化次数,也不能使油墨完全固化。所以当UV灯的功率不够时,就需通过高功率的灯使油墨固化,这是因为低功率的灯发出的UV光不能穿透到墨层底部,使底部不固化。
●固化速度:固化速度要从两方面来考虑。一是充分固化;二是以最佳固化速度固化。最佳固化速度的选择方法是:先以某一速度通过UV机固化,如果固化了,再加快速度,直到通过固化机出来的墨层不能固化为止,这时,就能确定最佳固化速度,即开始不固化的速度×0.8=最佳固化速度。
●UV灯的光谱波长范围:即UV灯的分光感度范围一定要与UV油墨相匹配。 一般要求UV灯的波长范围为l80-420nm之间。
⑤附着力的测试:
将印件通过UV机后冷却至室温,可将印件划格6×6mm,注意,只能划穿墨膜而不能损伤,用3M-600#胶带测试附着力,通过测试附着力可说明下列问题:
●若胶带上没有墨层,则说明固化良好,附着力好。
●若印迹全部转移到胶带上,则说明有四个问题:油墨系列没选对(即与承印物材质不匹配);承印物中含有大量的增塑剂或表面脱模剂;承印物表面张力太低,须进行处理或已处理而没有处理好;油墨固化不良。
●印迹边缘不转移,而中间部分转移到胶带上,则说明是没有完全固化,这是因为灯的功率不够或是灯的功率满足了,但固化速度太快。
●印迹成为鬼影,表明油墨没完全固化。
●叠印时,若第二个颜色附着力不好,胶带测试时,仅第二层掉,说明第一个颜色过度固化了;若叠印后测试两层都掉了,说明第一层固化不足。叠色印时UV固化的规则为70/30RULE,即70%固化,30%未固化,最后墨层应100%固化。
⑥影响油墨厚度的因素的比较例举(表一)
⑦添加剂的影响。
加入添加剂会影响油墨的一些性能,如加入引发剂,可提高附着力,但会影响油墨的柔软性,并且加入的量过多,会立即引起交联而不能印刷。
⑧工艺条件:
●UV油墨印刷中的丝网一般选用高张力,低延伸率,S级平纹丝网或单双面压平丝网。网框强度好。
●网版上的张力一致,误差±2N/cm,张力不一致,油墨层不均匀,并能产生位置偏差。
●网距一般在2-4mm之间,应根据张力大小调整网距。
●刮板硬度在60°∽90°选用,一般手工用70°,机印80°。
●承印物的预处理。由于承印物材料表面状况不同,要对承印物进行表面处 理,这对UV油墨的附着力是极其重要的。对于塑料软片,可用蘸酒精或异丙醇的清洁布清擦,以除去浮在承印物表面的增塑剂及不纯的化学物质,如灰尘,油脂;对于表面张力低的PP 、PE、PU、PET等材料,可根据印件的厚、薄,分别进行火焰处理或电晕处理,以增加其表面活性从而改善其附着力。经表面处理后使承印物表面张力达到≥45达因/厘米为佳。
●油墨在使用前要充分搅拌,特别是加入添加剂后一定要搅拌均匀,否则就会产生有的固化附着力强,有的没有固化或未充分固化附着力差,印件还会产生粘连。
●UV灯的功率一定要满足要求,并调整好固化速度。
●固化后冷却至室温,用3M-600#胶带进行划格测试,固化后24小时,附 着力和耐溶剂性达到最佳。
●洗网,普通洗网水洗网,但不能够用酒精,因为酒精能损坏网模版。
⑨气候对UV油墨的影响。
●温度的影响:温度高,UV油墨的粘度变低,印刷后易产生毛牙和糊版现象。温度低,粘度高,易产生不完全固化现象。因此要求夏天油墨要冷藏,丝印车间温度不能过高;冬天在冷冻环境中拿来时,应提前放置于印刷环境的温度下,
并适当放慢固化速度。
●湿度的影响:湿度影响承印物的表面状态及油墨对承印物的丝印性能。 ⑩颜色的影响。
因为各种颜色对光的反射不同,故UV油墨随颜色的不同对油墨的UV固化是有影响的,七色对光的反射波长与光固化快慢的关系见表2
白、黑色反射波长为575-490nm
二、瓶子(塑料PE、PP、PET等)印前处理要求及参数
目前光固化油墨还没有直接用于未处理的PE、PP瓶子上,所以,要印PE 、PP瓶子,在印前必须对PE、PP进行极化处理,否则UV墨不能牢固地附着。那么如何极化处理?
极化处理的方法有多种,在PE、PP塑料及其瓶子行业大多数用火焰处理 的方法,这种火焰处理的结果是利用火焰中含有O、N0、OH和NH等自由基,它 能把高聚物如PE、PP等表面氧抽取出来,随后按自由基机理进行表面氧化, 并引入了一些极性的含氧基团发生断链反应,对无极性PE、PP达到极化来改变其表面的润湿性,保证了油墨的附着牢度。
表3 用于做塑料瓶子的几种塑料表面张力值
水表面张力为72.5达因/厘米,油表面张力为25-50达因/厘米。
火焰处理的参数:目前有火焰处理的单位大多数使用煤气作燃烧源,应控制空气:煤气=7:1才能达到蓝紫火焰,这时火焰温度可达1270。C左右,火焰内芯长度控制在6-19mm,火焰芯顶端至表面为l 0-15mm,接触时间为l-4秒(LDPE为1-2秒,HDPE为3-4秒),旋转速度100-150转/分,可处理的表面深度在40-90A,使PE、PP表面能达到45达因/厘米来满足油墨附着的牢度要求。
对PE、PP塑料瓶子火焰处理后的极化效果的检测:当PE、PP经火焰处理后,必须达到>45达因原来的表面张力值才能确保UV墨牢固地附着,因此火焰处理效果的检测是很重要的,其方法有达因测试笔(用乙二醇乙醚35%+甲酰胺65%混合液)检测和浸水检测。目前普遍应用浸水来检测,即将火焰处理过的PE、PP瓶子全部浸没在净水中,然后将瓶子从水中取出稍停片刻(约10秒钟左右)让多余的水流掉,然后观看瓶子被处理部位表面是否布满了一层均匀的水膜,若是布满了并持续l5秒钟以上的亲水,则说明该火焰处理已达到可印刷的要求,若瓶子表面水膜不连续,甚至像雨后荷叶上水珠况,这时就必须调整火焰处理参数来满足要求,例如空气与燃气的燃烧比例,火焰有效成份与PE、 PP接触的时间和距离等等。
三、丝印工艺参数
1.油墨在印刷前要彻底搅拌,并将溅在盛墨罐盖上物质全部刮入油墨内搅拌均匀。
2.丝网及网版。丝网:目数>355目/英寸的黄色,高强度,低延伸网。网版:张力18-25N/cm,用直接感光浆或毛细菲林,膜层厚度15-25微米。
3.胶刮:硬度为80°聚氨酯尖刮。
4.网版清洗用普通洗网水。
5.固化条件:中/高压水银灯,波长:280-380nm,峰值在365nm较好。功率:80-120W/cm左右。过UV速度:调整光固化能量的需求。
四、目前塑料瓶子印刷较好的UV油墨
1.美国诺固光固化油墨
①PPC系列:可丝印处理过的PE、PP瓶子上,同时更可以丝印在免处理的PET瓶子上,能得高附着力的效果,高光泽、耐水墨层,如果丝印琥珀色等有色PET瓶子时,在该墨中加硬化剂,可使油墨的附着力更高。
②PCI系列:高光泽,可丝印已处理PE、PP瓶子油墨,附着强度高,耐水性好。
2.德国迪高光固化油墨
①Serit 985UV具有高度光泽及好的流动性,如加入固化剂更具有耐化学性, 适用于已处理的PE、PP和PVC。
②Serie 988V,在不同质料上有良好的粘性、流动性、抗化学性能,适用于已处理的PE、PP、PVC、PS和PET等。
3.日本十条光固化油墨
RCPERG/RCPEP-2(HV)具有可挠性,耐化学药品性能,附着力好,用于已处理的PE、PP瓶子上。
4.法国杜比光固化油墨
POIYCOLOR/POLYPLUS系列,适用于已处理的PE、PP和PET瓶子上的高光泽UV 油墨,具有颗粒细腻,,色密度高,印刷适性好与处理的PE、PP附着力好,要增强耐水性,可添加专用硬化剂及溶剂型双组份环氧树脂丝印油墨(8500系列),该油墨适用于玻璃、金属、喷版处理PE、PP等基材。
五、光固化油墨故障及处理意见
1.无附着力
①油墨与承印物不相容的处理建议:
光照处理:丝印前选波长170-200nm的紫外光照射承印物表面;
火焰处理:大于0.6mm厚度的承印物的极化处理方法;
电晕处理:承印物厚度薄或薄膜的极化处理方法;
选错了油墨:油墨中的粘接树脂与承印物材质不相匹配。
②承印物表面受污染的处理建议:
去除承印物表面的污物;
酒精揩洗承印物上的增塑剂,脱模剂等柔润剂;
添加油墨的专用附着力增强剂。
2.叠印过程中,油墨的层间附着力差
①前一层油墨过度固化而阻塞的处理意见:
减少前一次油墨的光固化程度,只要达70%固化即可,使UV油墨表面润湿性好;
在油墨中添加专用的层间附着力增强剂。
②添加的助剂过量:
控制助剂的加入量,将助剂减少l/2;
控制UV固化的参数如UV功率,提高过UV的速度等等。
3.不能固化或表面发粘
①因油墨层太厚而不能固化处理建议:
改变网版参数,如选用平纹网或压平丝网,降低网距,减薄网版感光层厚度; 提高胶刮的硬度>75°及锐利胶刮;
提高印刷速度,改变刮压力和刮印角度等;
加入少量专用稀释剂,适当降低油墨的粘度;
在油墨中加入固化增强(促固)剂。
②UV灯功率(能量)不足原因的建议:
擦净UV灯管和灯罩,改善UV光的反射效果;
UV灯的老化应更换,一般UV灯使用寿命1200小时就应更换;
提高UV灯管的单位长度内的功率,保证达80-120W/cw;
UV灯管使用25/100-30/100时间后,灯管应旋转1/4再用。
③黑色、白色、黄色或这些颜色的混合色所导致光固不足原因及建议:
调整光固化参数,如UV灯功率,减慢过UV的时间;
在油墨中添加固化增强剂,加快油墨的反应时间;
在油墨中添加适当的光油,让UV光较容易穿透。
4.光泽度低
①油墨固化不完全的原因,处理的建议同“3”题;
②油墨使用前必须做到充分搅拌,若未搅拌均匀就会造成光泽低。
5.油墨固化后成斑块状
①墨膜固化不充分引起,处理建议同“3”中的“2”;
②墨膜不平整所致,处理意见:
胶刮刃口不平整;
网版的张力及其张力的均匀性不好;
UV固化时所产生的受热集中,因此,必须增加过UV机的速度。
6.丝印油墨在承印物上出现细小“鱼眼”
①油墨与承印物不相容引起。此时应提高承印物表面性能,可以通过在油墨中添加适量的消泡剂控制气泡的产生或者湿润承印物表面改善其表面印刷状态。
②表面有碎屑粉尘引起。这时就必须清洁承印物表面,可使用无水乙醇等溶剂揩洗,改善油墨与承印物的亲和性。
总之,在使用UV油墨的过程中,必须注意控制油墨与承印物的适印性以及控制好UV油墨光固化的几个要素和保证PE、PP材质瓶子表面良好的极化处理,PE、PP塑料瓶子的丝网印一定会取得非常好的印刷效果!