印刷油墨（光油）的固化干燥
發布時間：2024-12-08 點擊：32
油墨在印刷機上不干燥并保持一定的流動性，而一旦轉移到承印物上則必須馬上干燥。例如膠印油墨印刷之后在承印物上成為微米級的薄膜，單位體積油墨表面積變大，油墨本身以及油墨與承印物之間產生化學或物理變化，油墨粘度上升，最后完全固化干燥。
另一方面，印刷油墨如膠印油墨、柔印油墨，凹印油墨、絲印油墨等，是按不同的印刷方式來分類的，而且干燥方式也不同。特別是膠印油墨中單張紙膠印油墨和卷筒紙膠印油墨也是如此。
1 干燥方式的分類
現對印刷油墨典型的5種干燥方式加以解說。因印刷方式與使用的油墨不同，導致干燥方式不同，干燥速度也有明顯的不同。
1)氧化聚合干燥型
在油墨連接料中包含有大量干性油或干性變性油的合成樹脂，油墨一旦印刷到承印物上，這些干性油成分就被空氣中的氧氣吸收，通過氧化聚合反應形成柔軟的大分子墨膜而固化干燥。
干性油的主要成分，是脂肪酸和甘油的脂類，r-coo-所表示的脂肪酸是以18個c原子組成的直鏈式不飽和脂肪酸為主體的。近年來因環境問題，膠印油墨中植物油的用量增加了。特別是大豆油墨及其印刷品已經獲得了soy sell認證。因此，膠印油墨中使用的植物油的主體成分由原來的亞麻仁油換成了大豆油。
植物油中的不飽和脂肪酸與空氣中的o2產生氧化聚合反應。圖1表示在甘油酸中的反應機理。通過空氣中的氧氣形成共軛雙鍵，共軛雙鍵的形成使得周圍相連的植物油分子雙鍵之間因diels-alder反應二次聚合，從而完成干燥。
但是，僅有植物油的氧化聚合反應，干燥過程是緩慢的，所以單張紙膠印油墨中使用了co、mn等干燥助劑。
實際上，膠印的干燥并不只有氧化聚合，膠印油墨是在顏料(固體成分)分散于連接料(液體成分)中的狀態下，印刷在承印物(紙張)上面的。之后，連接料以及低粘度的調墨油或者溶劑通過毛細管現象浸透進紙張中。在這個階段，樹脂和顏料的凝聚力處在增強的狀態，用手觸摸時，形成的墨膜處在一種能保持其形狀的狀態。我們把這一狀態稱為油墨的凝固態，這與下邊要談到的滲透干燥型處于同一狀態。在這之后，通過樹脂與植物油組成的連接料與氧氣的氧化聚合反應達到完全干燥。
2)滲透干燥型
這是報紙、電話簿印刷的干燥方式。承印物為吸收性好的非涂料紙。印刷油墨連接料中的低粘度的溶劑成分(植物油、礦物油)在印刷時被擠壓進紙張的凹陷處和紙的孔隙中，之后溶劑通過紙纖維間的毛細管而浸透到紙中，油墨粘度很快增加而干燥。
當然，隨后還要進行氧化聚合反應，經過相當的時間才能完全干燥，形成堅固的墨膜。
3)揮發干燥型
熱固著油墨、柔印油墨、絲印油墨之類的油墨，印刷到承印物上后其中的溶劑分離揮發掉，油墨中的固體成分留在了承印物上，這樣的干燥方式稱為揮發干燥型。
油墨連接料由聚合物(樹脂)與溶劑組成。由于印刷之后經熱風等加熱工序使溶劑揮發，剩下來的樹脂和顏料形成墨膜，因而以秒為單位完成干燥。
例如，溶劑型凹印油墨使用低沸點溶劑(苯，沸點110℃；乙酸乙酯，沸點77℃；乙醇，沸點78℃)，水性柔印油墨則使用水為溶劑。兩者在印刷之后因溶劑揮發而干燥。
另一方面，高速卷筒紙膠輪機熱固著油墨適用的紙張從涂布紙到木漿紙品種很多，但印刷機上有許多墨輥，要求油墨具有機上的穩定性。與前面所述的凹印和柔印油墨相比，熱固著油墨使用高沸點的礦物油溶劑(沸點250℃～300℃)。因此，使用高溫型熱烘箱(紙張溫度100℃～150℃)，通過溶劑揮發而使油墨干燥，之后經氧化聚合反應形成堅固的墨膜。
以往的熱固著油墨印品，因紙張溫度高，容易出現諸如紙張燙傷起泡，起熱皺紋，斷紙等故障。最近，經過對油墨的改進，紙張溫度降至100℃左右，上述故障已非常少見了。
4)熱聚合干燥型
金屬油墨等使用亞麻仁油變性醇酸樹脂或蓖麻油變性醇酸樹脂，通過干燥工序加熱使其產生熱聚合反應。
另一方面，還有一種熱固化型無溶劑油墨，可選擇多種干燥方式組合(包括氧化聚合diels-alder反應在內)，該油墨由下列三種基本反應體系構成:
①由包含oh基和cooh基在內的不飽和聚酯樹脂系和氨基樹脂系產生縮聚反應。
②由環氧樹脂系和氨基樹脂系產生交聯反應。
③不飽和聚脂樹脂與不飽和單體之間產生的自由基聚合反應。
特別是旨在獲得快干性的場合，要添加基于不同的反應體系的物質如有機過氧化物或金屬干燥劑等聚合助劑或催化劑。通過添加這種特殊的催化劑，來保持印刷油墨儲存的穩定性與機上穩定性。在干燥工序中一旦加熱超過規定溫度范圍，催化劑就會在瞬間發揮作用，迅速產生固化反應。
5)uv及eb固化干燥型
當油墨以墨膜狀轉印至承印物上后，通過紫外線(uv)或電子束(eb)產生光化子反應而使油墨干燥。因此，干燥過程可在瞬間完成，后工序可連續進行，可實現生產效率的大幅提升。
另一方面，這類油墨因無溶劑，從環境保護角度受到關注，尤其是快干性使該油墨成為耐磨性好的油墨。紫外固化型油墨正在包裝材料的印刷領域大量地使用。
uv固化干燥的機理雖然復雜，但一般來講，油墨使用光反應型丙烯酰基單體與光聚合引發劑，在uv的照射下，產生連鎖反應而聚合干燥。尤其在最近，已經在使用對皮膚刺激性小于丙烯酰基系材料的低粘度的uv陽離子反應型材料(脂環族環氧材料、氧雜環丁烷、乙烯醚等)，應用于uv剝離涂布劑、噴墨印刷用油墨等產品上。
eb干燥。以往的eb干燥設備體積大，照射能量相當強(有使承印物變質的懸念)，非活性氣體(n2)在整個干燥過程中是必須存在的)，而這些對于印刷要求來講是不適應的。
不過最近出現了低能量的eb固化概念裝置，正在進行以廉價的co2取代n2的探索實驗，該實驗作為一種具有前途的新型干燥方式一直引人注目。其eb不一定非要使用光引發劑，uv油墨中因存在引發劑必定產生臭氣的情況基本可避免，可進一步提升附加值。
以上介紹了代表性的干燥方式。除此以外，還有一些其他干燥方式，如高頻干燥(微波干燥)、紅外線干燥、催化劑固化反應、沉淀干燥等等。不過油墨干燥并非僅靠1種干燥機理完成干燥，而是由上述多種干燥方式的組合來實現干燥的。[next]
2 干燥故障
這里以使用膠印油墨的膠印為代表性例子，來分析與干燥有關的印刷上的典型故障。
1)油墨干燥的影響因素
如上所述，單張紙膠印油墨的主要干燥方式——氧化聚合干燥方式是一種化學反應。一般來講，隨溫度、濕度、紙張ph值、油墨顏料的不同，油墨的干燥會受到化學因素方面的影響。
①溫度的影響
干燥是化學反應。溫度上升10℃，干燥速度約是原來的2倍。但夏季氣溫一旦升高，干燥速度加快，油墨粘度上升，于是成為背面粘臟或油墨粘頁的起因。因此，印刷之后必須對印品進行吹風，對溫度上升進行控制。對印刷品進行吹風，不僅是在印刷品之間吹進氧氣，加速氧化聚合進程，而且還能抑制油墨粘頁等故障的產生。
②濕度的影響
在高濕情況下，干燥速度變緩。在梅雨季節時，很多場合下，在印品的非圖文部分會附著有較多的潤版水，對此需要注意。
③ph值的影響
受到紙張ph值以及潤版液ph值兩方面的影響。ph值在4以下時，干燥變得非常緩慢，這是由于紙張或者潤版液中的酸性成分與油墨中的干燥劑產生反應，金屬干燥劑co等變成不溶性的鹽，失去催化作用所致。
④顏料的影響
黑墨中所使用的碳黑或釩土系的顏料，具有吸附金屬干燥劑使之失效的傾向，另外，含有金屬的無機顏料則反過來具有加快干燥的傾向。
2)常見的膠印故障背面粘臟
又稱為set off，是由于在印刷之后，不均勻的壓力或極端壓力的存在，使油墨從印張上轉移至與之相接觸的紙面上導致粘臟的現象。在干燥不充分的狀態下，一旦增加多余的壓力，就會產生該現象。
油墨粘頁
在印刷之后的油墨凝固階段，印刷過的部位發生粘連或者粘牢在一起的現象。
干燥不良
印刷完成后，經過數天，用手指用力按壓印品的印刷表面，仍存在油墨未干透而發粘的現象。出現下述情況時該現象容易發生:①油墨過度乳化時；②紙張或潤版液ph值偏低時；③紙張吸收油墨能力差時；④印刷時堆墨過厚，油墨自身的干燥性能變差時；⑤過多地加入金屬催干劑時。
粉化
印刷品干燥后，油墨表面用手一擦顏料即掉的現象，這是由于油墨中的連接料過度滲入紙中，使得剩下的顏料不能很好地在紙上立足，耐磨性降低，不能形成墨膜所致。油墨干燥過慢導致連接料過度地滲進紙中，或者使用吸油快、吸油能力強的紙容易產生這一現象。
晶化
當前一色印刷的油墨完全干燥的情況下印刷下一色墨時，油墨不能均勻地附著，或者油墨用手指一揩就掉的現象。印刷下一色油墨與印刷前一色油墨時間上相隔太長，或者干燥劑加入過多，或者使用吸油性強的紙，或者油墨中蠟質過多，均容易產生晶化。
透印
滲透干燥型的輪轉油墨所產生的現象，即在印刷面的背面有油墨溶劑(植物油及礦物油)滲出的現象。嚴重時顏料也會滲出。在滲透性強的紙上堆印低粘度油墨等情況下會產生這一現象。
遷移
由于印刷之后的墨膜中產生的揮發氣體的作用，在印刷以后堆碼的紙張背面顏色由白色變黃色的現象。
遷移現象的原因-來自墨膜的揮發氣體，是由于油墨干燥時連接料的氧化聚合作用所致，所以其中含有多種成份。尤其是使用干性油成分很多的油墨，在溫度濕度高的情況下，容易出現這一現象。
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另一方面，印刷油墨如膠印油墨、柔印油墨，凹印油墨、絲印油墨等，是按不同的印刷方式來分類的，而且干燥方式也不同。特別是膠印油墨中單張紙膠印油墨和卷筒紙膠印油墨也是如此。
1 干燥方式的分類
現對印刷油墨典型的5種干燥方式加以解說。因印刷方式與使用的油墨不同，導致干燥方式不同，干燥速度也有明顯的不同。
1)氧化聚合干燥型
在油墨連接料中包含有大量干性油或干性變性油的合成樹脂，油墨一旦印刷到承印物上，這些干性油成分就被空氣中的氧氣吸收，通過氧化聚合反應形成柔軟的大分子墨膜而固化干燥。
干性油的主要成分，是脂肪酸和甘油的脂類，r-coo-所表示的脂肪酸是以18個c原子組成的直鏈式不飽和脂肪酸為主體的。近年來因環境問題，膠印油墨中植物油的用量增加了。特別是大豆油墨及其印刷品已經獲得了soy sell認證。因此，膠印油墨中使用的植物油的主體成分由原來的亞麻仁油換成了大豆油。
植物油中的不飽和脂肪酸與空氣中的o2產生氧化聚合反應。圖1表示在甘油酸中的反應機理。通過空氣中的氧氣形成共軛雙鍵，共軛雙鍵的形成使得周圍相連的植物油分子雙鍵之間因diels-alder反應二次聚合，從而完成干燥。
但是，僅有植物油的氧化聚合反應，干燥過程是緩慢的，所以單張紙膠印油墨中使用了co、mn等干燥助劑。
實際上，膠印的干燥并不只有氧化聚合，膠印油墨是在顏料(固體成分)分散于連接料(液體成分)中的狀態下，印刷在承印物(紙張)上面的。之后，連接料以及低粘度的調墨油或者溶劑通過毛細管現象浸透進紙張中。在這個階段，樹脂和顏料的凝聚力處在增強的狀態，用手觸摸時，形成的墨膜處在一種能保持其形狀的狀態。我們把這一狀態稱為油墨的凝固態，這與下邊要談到的滲透干燥型處于同一狀態。在這之后，通過樹脂與植物油組成的連接料與氧氣的氧化聚合反應達到完全干燥。
2)滲透干燥型
這是報紙、電話簿印刷的干燥方式。承印物為吸收性好的非涂料紙。印刷油墨連接料中的低粘度的溶劑成分(植物油、礦物油)在印刷時被擠壓進紙張的凹陷處和紙的孔隙中，之后溶劑通過紙纖維間的毛細管而浸透到紙中，油墨粘度很快增加而干燥。
當然，隨后還要進行氧化聚合反應，經過相當的時間才能完全干燥，形成堅固的墨膜。
3)揮發干燥型
熱固著油墨、柔印油墨、絲印油墨之類的油墨，印刷到承印物上后其中的溶劑分離揮發掉，油墨中的固體成分留在了承印物上，這樣的干燥方式稱為揮發干燥型。
油墨連接料由聚合物(樹脂)與溶劑組成。由于印刷之后經熱風等加熱工序使溶劑揮發，剩下來的樹脂和顏料形成墨膜，因而以秒為單位完成干燥。
例如，溶劑型凹印油墨使用低沸點溶劑(苯，沸點110℃；乙酸乙酯，沸點77℃；乙醇，沸點78℃)，水性柔印油墨則使用水為溶劑。兩者在印刷之后因溶劑揮發而干燥。
另一方面，高速卷筒紙膠輪機熱固著油墨適用的紙張從涂布紙到木漿紙品種很多，但印刷機上有許多墨輥，要求油墨具有機上的穩定性。與前面所述的凹印和柔印油墨相比，熱固著油墨使用高沸點的礦物油溶劑(沸點250℃～300℃)。因此，使用高溫型熱烘箱(紙張溫度100℃～150℃)，通過溶劑揮發而使油墨干燥，之后經氧化聚合反應形成堅固的墨膜。
以往的熱固著油墨印品，因紙張溫度高，容易出現諸如紙張燙傷起泡，起熱皺紋，斷紙等故障。最近，經過對油墨的改進，紙張溫度降至100℃左右，上述故障已非常少見了。
4)熱聚合干燥型
金屬油墨等使用亞麻仁油變性醇酸樹脂或蓖麻油變性醇酸樹脂，通過干燥工序加熱使其產生熱聚合反應。
另一方面，還有一種熱固化型無溶劑油墨，可選擇多種干燥方式組合(包括氧化聚合diels-alder反應在內)，該油墨由下列三種基本反應體系構成:
①由包含oh基和cooh基在內的不飽和聚酯樹脂系和氨基樹脂系產生縮聚反應。
②由環氧樹脂系和氨基樹脂系產生交聯反應。
③不飽和聚脂樹脂與不飽和單體之間產生的自由基聚合反應。
特別是旨在獲得快干性的場合，要添加基于不同的反應體系的物質如有機過氧化物或金屬干燥劑等聚合助劑或催化劑。通過添加這種特殊的催化劑，來保持印刷油墨儲存的穩定性與機上穩定性。在干燥工序中一旦加熱超過規定溫度范圍，催化劑就會在瞬間發揮作用，迅速產生固化反應。
5)uv及eb固化干燥型
當油墨以墨膜狀轉印至承印物上后，通過紫外線(uv)或電子束(eb)產生光化子反應而使油墨干燥。因此，干燥過程可在瞬間完成，后工序可連續進行，可實現生產效率的大幅提升。
另一方面，這類油墨因無溶劑，從環境保護角度受到關注，尤其是快干性使該油墨成為耐磨性好的油墨。紫外固化型油墨正在包裝材料的印刷領域大量地使用。
uv固化干燥的機理雖然復雜，但一般來講，油墨使用光反應型丙烯酰基單體與光聚合引發劑，在uv的照射下，產生連鎖反應而聚合干燥。尤其在最近，已經在使用對皮膚刺激性小于丙烯酰基系材料的低粘度的uv陽離子反應型材料(脂環族環氧材料、氧雜環丁烷、乙烯醚等)，應用于uv剝離涂布劑、噴墨印刷用油墨等產品上。
eb干燥。以往的eb干燥設備體積大，照射能量相當強(有使承印物變質的懸念)，非活性氣體(n2)在整個干燥過程中是必須存在的)，而這些對于印刷要求來講是不適應的。
不過最近出現了低能量的eb固化概念裝置，正在進行以廉價的co2取代n2的探索實驗，該實驗作為一種具有前途的新型干燥方式一直引人注目。其eb不一定非要使用光引發劑，uv油墨中因存在引發劑必定產生臭氣的情況基本可避免，可進一步提升附加值。
以上介紹了代表性的干燥方式。除此以外，還有一些其他干燥方式，如高頻干燥(微波干燥)、紅外線干燥、催化劑固化反應、沉淀干燥等等。不過油墨干燥并非僅靠1種干燥機理完成干燥，而是由上述多種干燥方式的組合來實現干燥的。[next]
2 干燥故障
這里以使用膠印油墨的膠印為代表性例子，來分析與干燥有關的印刷上的典型故障。
1)油墨干燥的影響因素
如上所述，單張紙膠印油墨的主要干燥方式——氧化聚合干燥方式是一種化學反應。一般來講，隨溫度、濕度、紙張ph值、油墨顏料的不同，油墨的干燥會受到化學因素方面的影響。
①溫度的影響
干燥是化學反應。溫度上升10℃，干燥速度約是原來的2倍。但夏季氣溫一旦升高，干燥速度加快，油墨粘度上升，于是成為背面粘臟或油墨粘頁的起因。因此，印刷之后必須對印品進行吹風，對溫度上升進行控制。對印刷品進行吹風，不僅是在印刷品之間吹進氧氣，加速氧化聚合進程，而且還能抑制油墨粘頁等故障的產生。
②濕度的影響
在高濕情況下，干燥速度變緩。在梅雨季節時，很多場合下，在印品的非圖文部分會附著有較多的潤版水，對此需要注意。
③ph值的影響
受到紙張ph值以及潤版液ph值兩方面的影響。ph值在4以下時，干燥變得非常緩慢，這是由于紙張或者潤版液中的酸性成分與油墨中的干燥劑產生反應，金屬干燥劑co等變成不溶性的鹽，失去催化作用所致。
④顏料的影響
黑墨中所使用的碳黑或釩土系的顏料，具有吸附金屬干燥劑使之失效的傾向，另外，含有金屬的無機顏料則反過來具有加快干燥的傾向。
2)常見的膠印故障背面粘臟
又稱為set off，是由于在印刷之后，不均勻的壓力或極端壓力的存在，使油墨從印張上轉移至與之相接觸的紙面上導致粘臟的現象。在干燥不充分的狀態下，一旦增加多余的壓力，就會產生該現象。
油墨粘頁
在印刷之后的油墨凝固階段，印刷過的部位發生粘連或者粘牢在一起的現象。
干燥不良
印刷完成后，經過數天，用手指用力按壓印品的印刷表面，仍存在油墨未干透而發粘的現象。出現下述情況時該現象容易發生:①油墨過度乳化時；②紙張或潤版液ph值偏低時；③紙張吸收油墨能力差時；④印刷時堆墨過厚，油墨自身的干燥性能變差時；⑤過多地加入金屬催干劑時。
粉化
印刷品干燥后，油墨表面用手一擦顏料即掉的現象，這是由于油墨中的連接料過度滲入紙中，使得剩下的顏料不能很好地在紙上立足，耐磨性降低，不能形成墨膜所致。油墨干燥過慢導致連接料過度地滲進紙中，或者使用吸油快、吸油能力強的紙容易產生這一現象。
晶化
當前一色印刷的油墨完全干燥的情況下印刷下一色墨時，油墨不能均勻地附著，或者油墨用手指一揩就掉的現象。印刷下一色油墨與印刷前一色油墨時間上相隔太長，或者干燥劑加入過多，或者使用吸油性強的紙，或者油墨中蠟質過多，均容易產生晶化。
透印
滲透干燥型的輪轉油墨所產生的現象，即在印刷面的背面有油墨溶劑(植物油及礦物油)滲出的現象。嚴重時顏料也會滲出。在滲透性強的紙上堆印低粘度油墨等情況下會產生這一現象。
遷移
由于印刷之后的墨膜中產生的揮發氣體的作用，在印刷以后堆碼的紙張背面顏色由白色變黃色的現象。
遷移現象的原因-來自墨膜的揮發氣體，是由于油墨干燥時連接料的氧化聚合作用所致，所以其中含有多種成份。尤其是使用干性油成分很多的油墨，在溫度濕度高的情況下，容易出現這一現象。
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