紫外光固化(UV固化)油墨具有干燥快,停车时油墨不会凝固,节省作业场地,无挥发性溶剂等优点。由于这些诱人的优点,近年来UV固化油墨逐渐取代常规油墨,在印刷工业中所占的比例越来越大。然而,我们也要正视UV固化油墨的不足之处,其中最为明显的一点就是UV固化油墨难以稳定储存。对工业应用而言,如果产品没有一定的储存期限,无论其性能有多优异都是不可行的,因此本文就这个关键问题作了进一步的研究。通过考察影响油墨的储存稳定性的内外多种因素,圆满地解决了UV固化油墨的稳定储存问题。 1 实验部分 1.1 原材料及设备 原材料新齐3#(环氧丙烯酸酯),自制;聚酯型聚氨酯丙烯酸酯(PUA),陕西金岭光固化材料股份有限公司产品;各种颜料,上海Ciba公司产品;N-乙烯基吡喀烷酮(NVP),比利时UCB公司产品;二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),均为天津天骄集团产品;硫代苯基-对氧氮环丙酮(907),双甲基氮-对氧氮环丁酮(369),TPO(2,4,6三甲基甲酰二苯基膦氧化物),均为上海Ciba公司产品;异丙基硫杂蒽酮(ITX),美国第一化学公司产品;阻聚剂,均为市售工业品。 主要设备Sg系列65微型三辊研磨机,抚宁化工机械厂。 1.2 实验步骤 油墨配制 按照配方比例,将研磨好的颜料浆与体系的其它组分如活性稀释剂、齐聚物和各种助剂定量加入,搅拌均匀,而后加入溶有光引发剂的单体,再搅拌均匀,即配制成了待用油墨。 性能测试 把配制好的油墨放在指定的环境中,过一定的时间观察其有无凝胶现象发生。若有,说明其储存稳定性不好;反之,说明其在该条件下能稳定储存。 2 结果与讨论 由于本实验所用的光引发剂大部分是固体,在配制油墨时要求光引发剂预先溶解在单体中,再加入体系。由于不同的单体对光引发剂的溶解能力不同,要求所选单体对绝大部分光引发剂都有较好的溶解性。UV体系中常用的单体有VP、TPGDA和TMPTA,考察它们对光引发剂的溶解性,具体如下: 表1 22℃时369在不同单体中溶解度g/100g 单体 VP TPGDA TMPTA 溶解度 20 3 2 从表1可知,VP较之TPGDA和TMPTA对光引发剂有强得多的溶解性,因此在配制油墨时选用VP溶解光引发剂。 如不特别说明,实验都是在体系中其它组分和含量都一致的前提下来考察的。 2.1 光引发剂的影响 实验条件是环境温度30℃,不添加阻聚剂。 (一)光引发剂种类的影响 在光引发剂的含量为6.7%和VP的含量为20%时,研究不同光引发剂对储存稳定性的影响。 表2 不同光引发剂对储存稳定性的影响 光引发剂 369 TPO 907 ITX 储存时间 3 15 45 75 结果表明在基本配方相同的油墨中使用不同的光引发剂,其储存稳定性有很大的变化。这是由于不同的光引发剂有各自的结构和性能,这种差别从两个方面反映出其对油墨储存稳定性的影响:一是分子结构的不同导致光引发剂的紫外吸收不同,在相同条件下分解产生自由基的能力不同;二是不同光引发剂在单体中的溶解性能不同。因为实验是在光引发剂含量和温度相同的条件下进行的,不同的光引发剂在一定量的VP中的溶解量不同,有的处于不饱和,而有的则达到过饱和。处于过饱和状态的在体系中易产生光引发剂局部浓度过高现象,出就是储存稳定性差,储存时间就短。反之,储存时间就长。结合表2中的数据也可以明显看出,光引发剂对油墨储存稳定性的影响与同一温度下光引发剂在VP中的溶解度相对应。 表3 12℃时不同光引发剂在VP中的溶解度g/100g 种类 369 TPO 907 ITX 溶解度 12.5 15 25 30 (二)光引发剂含量的影响 在VP的含量为20%时,光引发剂为369,考察不同含量的光引发剂对油墨储存稳定性的影响。 表4 369的量对储存稳定性的影响 369的含量% 1.1 3.3 5 6.7 8.9 储存时间/d >>180 >180 30 3 <1 结果表明在VP含量一定时,光引发剂的含量增加便得油墨的储存期限降低。在VP的含量为20%时,体系中光引发剂的含量小于3.3%时油墨有超过半年的储存期,含量超过5%时油墨的储存时间大大减少。 随着光引发剂浓度的增加,单位体积内所产生的活性自由基的浓度也增大,致使阻聚剂的消耗速率也随之增加。当单位体积内的活性自由基的浓度超过一定范围时,体系内没有足够的阻聚剂来消耗活性中心,这些未被猝灭的活性中心引发链增长反应完成聚合,从而导致了油墨的固化。因此在体系中光引发剂的量越多,油墨能稳定储存的时间就越短。
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