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使用氨基丙烯酸酯减少光引发剂浓度或提高UV LED可固化OPVs及柔印油墨的固化速度

使用氨基丙烯酸酯减少光引发剂浓度或提高UV LED可固化OPVs及柔印油墨的固化速度

时 间: 2019-04-11

访 问:1,498 次

摘 要:作者:JoAnnArceneaux博士,CeliaBuono,KevinPo…

作者:Jo Ann Arceneaux博士,Celia Buono, Kevin Poelmans博士*,湛新(美国),美国乔治亚州阿法乐特;*湛新(比利时),比利时德罗亨博斯

 

包装涂料和油墨的UV LED固化

 

UV LED固化逐渐普遍应用于数个转换领域。UV LED固化技术应用于UV固化喷墨打印机已有数年的历史。通常,通过在印刷机末端安装水银灯,喷墨打印油墨可以实现完全固化。今天,UV LED固化已被应用于整个喷墨打印油墨的转换操作。柔印打印机正在市面销售或进行改良以充分利用UV LED灯。这些印刷机包括四色印刷油墨,加上白色油墨和清漆层或罩印清漆(OPVs)。UV LED灯安装于单纸张平版印刷机上,包括改型印刷机还有OEM印刷机。针对这些类型的平版印刷机, UV LED灯成为紫外线固化体系的一种替代选择,已取代HUV灯。除了用于上述平板印刷机,这些应用通常需要低粘度配方。所有这些平面艺术应用均需快速固化。

 

在食品包装应用上,转换后的产品除了性能特性,还必须满足向食品迁移的需求。此外,还需符合特定迁移限值(SMLs)的相应规定。特定迁移限值通常处于十亿分之几的水平。

 

为了限制迁移种类,原材料的选择和生产过程需特别注意。原材料应该具有一定的纯度,且不包含CMRs(致癌物质、诱变剂、再生毒素)。通过合理规划或者严格的GMP(优质生产规范),避免在处理过程中出现交叉污染。如需要,采取净化步骤来移除潜在的迁移种类,同时质量控制(QC)应涵盖补充纯度/交叉污染的规范。标准产品、低迁移(LM)产品和在油墨和涂料中用作原材料的完整的GMP产品之间的差异如表1所示。配方设计师还须考虑同样的约束条件,转换也需符合GMP要求。

 

 

表1. 标准、低迁移和GMP产品之间的差异

 

  Standard

标准

Low Migration

低迁移

Full GMP

完整的GMP

Raw Material Selection

原材料选择

Technical Performance

技术性能

Technical Performance

技术性能

Technical Performance

技术性能

  Cost

成本

No CMR

无CMR

No CMR

无CMR

  Cost

成本

Purity

纯度

  Cost

成本

 
Production

生产

ISO 9001 ISO 9001 ISO 9001
  Purification Step

净化步骤

Purification Step

净化步骤

  Avoid Cross

Contamination

避免交叉污染

GMP
 
QC Physico-Chemical

物理方法-化学方法

Physico-Chemical

物理方法-化学方法

Physico-Chemical

物理方法-化学方法

  Impurities

杂质

  GC-FID/MS

 

 

 

UV LED固化体系

 

以往,UV固化体系通常由一个或两个中压汞灯组成,该体系拥有较大的光谱排放量,而且光谱排放量多年以来每英寸功率从200瓦到600瓦特稳步增加(参见图1)。这些系统的设计旨在获得更快的固化速度,并以提高生产力为终极目标。目前,固化系统,正如UV LED灯,也将其他目标融入到设计中。安全与环境问题、固化温度、能源消耗和维护周期均是这些新型固化体系设计的影响因素。其生产力预计与配备汞灯系统的生产力相同,但一些新型固化体系为涂层給予更少的能量,更重要的是避免波长紫外线变短。这两种因素均会增加氧阻聚对UV固化的影响,并可能对生产力产生负面影响。

 

辐照度的增加会造成自由基的浓度的增加,而高浓度的自由基会消耗更多的氧气。相反,具有较低辐照度的低能量固化体系会导致较低浓度的自由基和更多的氧阻聚。辐照度应在基材上进行测量,以确定传输的能量,因为传输的能量会随着灯到基材的距离而减小。

 

UV吸收率与波长呈相关性。相比长波长能量,UV固化材料对短波长能量(UVC)具有更高的吸光度(关于波长术语,参见图1)。因此,短波长的能量不能穿透表面,而较长的波长能量(UVB和UVA)能够穿透更深的物质。UV LED灯没有发出UVC波长,由此,涂层表面的氧阻聚增加。然而,通常会获得较为彻底的固化效果。

 

如今,大多数用于印刷机的UV LED灯在UVA的范围内的发射波长为395nm。拥有385nm 和 405nm发射谱带的UV LED灯均可应用,同时拥有365nm发射谱带的灯也是可用的,但具有较低的强度(见图1)。自该技术推出以来,UV LED灯的峰值辐照度也稳定增加,即从1.1瓦/ cm2增加到24瓦/ cm2。UV LED光学性能的改善也导致了向基材表面的辐照度增加。

 

*courtesy of Phoseon Technology

*应用Phoseon技术

 

 

LED range LED范围 Relative intensity 相对强度
Wavelength 波长 Mercury lamp 水银灯
Visible light 可见光 infrared 红外线

 

图1. 水银灯和UV LED灯发射光谱

 

 

 

氧阻聚和缓和

 

通常,涂层粘度的降低会使更多氧气扩散至涂层中,进而降低由于氧气阻聚而导致的表面固化1。然而,在同等粘度下,具有以下特征的配方将具有更好的表面固化效果(较少的氧阻聚):1)增加丙烯酸酯官能基或双键交联密度2)乙醚、胺、硫醇和/或主成分中的其他特殊结构成分2

 

如图2所示,由于自由基聚合过程中的猝灭和清除反应,表面固化会产生氧阻聚。最终结果是更少的多聚体形成和/或较低的分子量聚合物链。在这两种情况下,与氧气发生的反应可能会引起一系列后果,包括涂层性能下降、无法固化和涂层液体表面。2

 

 

Quenching reaction 淬灭反应 Scavenging reaction 清除反应
Strong weak
propagating 扩散 Radical 自由基

 

图2. UV引发自由基聚合中的氧气反应

 

 

正如上文所述,通过采用目前的物理和化学方法可以减少氧阻聚并改善表面固化2。关于此话题的总结如表2所示。此外,由于大量 本身的聚合反应,较厚的涂料较少出现氧气阻聚,从而粘度得以增加,氧气扩散也大大减少3。如果从灯到基材的距离变短,则输送至基材的辐照度将会增加,同时表面固化将会改善。通常,通过较慢的固化速度或增加灯数量,曝光时间可以增加,固化程度也会加强2

 

 

表2. 氧阻聚缓和方法的优缺点

 

Method

方法

Advantages

优点

Disadvantages

缺点

惰性气体 不会对涂层性能造成负面影响 昂贵、可操作性差
蜡状物 廉价 影响最终的涂层性能;迁移消耗时间
薄膜 薄膜可以成为产品的一部分 非产品部分的成本/处理
增加PI浓度 可操作性强 增加残留物/副产物;降低涂层性能;成本
增加光强度 可能不会影响涂层性能 现有设备的一部分;成本
活性化学品:
硫醇 耐热性强、减少水分吸收、提高附着力 臭气、制剂的稳定性、成本
胺类 廉价、潜在提高附着力 固化后变黄、残余恶臭、湿度敏感性
醚类 可大量使用 影响涂层性能、降低耐温性、潜在降低水阻力
结构要素 可提供良好的涂层性能 可用性、成本、性能差

 

 

使用活性化学品是降低氧阻聚的最常见的解决方案。与过氧自由基发生反应的化学品含有活泼的氢离子,这些含有活泼氢离子的特殊结构的化合物有:硫醇、氮气(胺类)或氧气(乙醚)。这些化合物对于相同等效物的功效是硫醇>胺类>乙醚。当硫醇、胺类和聚醚被丙烯酸酯化时,性能会得到改善。官能团确保了材料在固化后成为聚合物结构的一部分,因此无法迁移或出现在表面。通过酯化反应后也可以降低气味。

 

在配方中加入氨基丙烯酸也是一种常用的解决方法。罩印清漆(OPVs)、柔印油墨、喷墨油墨以及丝印油墨均采用此技术。这种方法的优势在于提高附着力,增加着色性。一些氨基丙烯酸酯可能造成固化时表面发黄,这对于OPVs和白色油墨可能是个问题。此外,平版印刷油墨在使用某些氨基丙烯酸酯时也会存在问题,因为它们可能会与酸性润版液发生反应,并且还会破坏水墨平衡。

 

通过应用II型光引发剂,氨基丙烯酸酯可以充分发挥其作用。II型光引发剂(苯甲酮)和胺类的光吸收反应如图3所示。其他II型光引发剂是噻吨酮和蒽醌类。在大多数的配方中,添加光引发剂旨在保护其表面和实现完全固化。氨基丙烯酸酯的反应性可能会因不同的胺含量和双键浓度而产生差异。氢离子数量及其可转化率(空间位阻)也影响氨基丙烯酸酯的反应性。光引发剂和氨基丙烯酸酯的浓度应针对每种配方进行优化。在多种情况下,使用氨基丙烯酸酯可以减少光引发剂的用量而不影响固化速度。

 

本文将评估几种氨基丙烯酸酯在减少氧阻聚和提高UV LED可固化罩印清漆表面固化方面的能力,并提供固化速度以及其他性能数据。在柔印油墨中,氨基丙烯酸酯含量对固化速度和/或光引发剂含量的影响也将进行评估和讨论。

 

 

 

图3. 苯甲酮和胺类的光吸收反应 

UV energy 紫外线能量
The molecule absorbs UV energy, and becomes excited 分子吸收UV 能量并活跃
The excited molecule abstracts a hydrogen from another molecule (amine). 活跃分子从另一个分子(胺)中提取出一个氢。
This is the initiating species. 这是一个活性种。

 

 

材料描述

这些研究中,关于三种氨基丙烯酸酯的评估如表3所示。AA1是一种低粘度、高氨基含量的材料,不含官能团,添加量为5-15%。(尽管AA1不包含官能团,但在本文中它仍将被指定为氨基丙烯酸酯。)AA2是一种高粘度的双丙烯酸酯,具有最低的氨基含量。AA2的典型使用水平是8%-15%。AA3是一种中等粘度双丙烯酸酯,拥有中等氨基含量,典型的使用水平为5%-20%。按设计,AA3也被视为一种低迁移材料。

 

表3. 氨基丙烯酸酯描述

 

Product

产品

Viscosity  cP @ 25° C

黏度cP @ 25° C

Acrylate  Functionality

官能基

Amine Value  mg KOH/g sample

胺值mg KOH/g样本

Weight per Amine

重量/胺类

Typical Use Levels %   

典型使用水平%

AA1 20 0 236 238 5-15
AA2 1000 2 139 404 8-15
AA3 (LM) 450 2 166 338 5-20

 

 

氨基丙烯酸酯被用于一些OPV和柔印油墨配方,同时这些油墨配方应用了表4中所示的一些低聚物。EA1是稀释于40%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)中的双酚A环氧丙烯酸酯。此种类型的低聚物通常应用于非食品包装的OPVs。PEA1被设计为一种EA1的无BPA的替代品,用于食品包装的OPVs。PEA2和EA2不含BPA,且均可用于食品包装OPV应用。PEA3是一种低迁移材料,用于保持一些配方的黏度。PEA4是一种良好的颜料润湿低聚物,可用于柔印油墨的研磨颜料。在OPV和柔印油墨制剂中,乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPEOTA)和/或丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯(NPG(PO)2DA)通常用做稀释剂。高官能的季戊四醇三/四丙烯酸脂(PETIA)可用于提高柔印油墨的固化速度。

 

 

表4. 低聚物描述

 

产品 黏度cP @ 25° C 官能基 备注
环氧丙烯酸酯1(EA1) 7,100 2.4 基于双酚A稀释于TMPTA 40%。
聚酯丙烯酸酯1(PEA1) 8,800 3.2 用于环氧丙烯酸酯1的无BPA替代品。
聚酯丙烯酸酯2(PEA2) 450 4 低粘度、无BPA
环氧丙烯酸酯2(EA2) 19,000 3-4 无BPA、双苯环氧丙烯酸酯
聚酯丙烯酸酯3 600 6 高反应性、低迁移、无BPA
聚酯丙烯酸酯4(PEA4) 750 4 良好的颜料润湿、低粘度、无BPA

 

 

在UVA范围内吸收的光引发剂(PI)UV适用于LED固化中。在这些研究中,液体氧化膦类型(TPO-L)被用作主要的PI。此外,噻吨酮型PI敏化剂(DETX)以及胺取代的氧化膦(SPO)也同样适用。

 

应用氧化膦型光引发剂在光谱的长波长(〜400nm)范围的吸收过程中,光漂白尤其明显。这些光引发剂在固化前呈黄色。由于光漂白的作用,吸收率(和黄色)随着适当波长下曝光时间的增加而降低。这是因为光解产物(来自裂解反应)的吸收特性不同于原始光引发剂分子的吸收特性。光漂白增强了光穿透,并淡化了固化涂料或油墨的最终颜色。此外,这种光漂白在固化后仍在继续,最后的颜色在24到36小时后进一步变淡。硫黄酮类光致发光剂不会进行光漂白。

 

 

测试条件

 

通过低速混合器将所有成分混合在一起配制OPVs。然后,借助一个# 2 白色线绕杆将OPVs应用于白色Leneta图表上,制成一个5µm厚的薄膜。使用来自Phoseon的空气冷却的16瓦/ cm2的395 nm UV LED灯,固化距离为1 cm。通过EIT 365/40W辐射计测量固化能量。通过一个木制压舌板确定固化速度为最快的线速度,以形成一个无瑕表面。用BYK光谱仪测量的黄变指数被报告为b*值。在固化结束后的24或36小时立即进行黄变测量。

 

通过添加PEA4和研磨颜料分散剂,在三辊轧机中制备柔印油墨色膏。当Hegman测量仪的读数为8时,将颜料进行研磨,使得粒径为0mils或0 µm。通过混合低聚物、单体、氨基丙烯酸酯和光引发剂来稀释色膏。使用低速混合器制备稀释混合物直至均匀。然后通过柔版检验台将柔印油墨添加到白色Leneta图表或薄膜基材上以测量各种光学密度。在空气冷却的情况下,使用16瓦/ cm2,395 nm UV LED灯或8瓦/ cm2365 nmUV LED灯进行固化,上述两种灯具均来自Phoseon,固化距离为1 cm。通过一个木制压舌板或拇指扭转测试确定固化速度为最快的线速度,以形成一个无瑕表面。利用X-Rite 500系列分光学密度计或Gretag MacBeth Spectro Eye便携式分光光度计测量光学密度。应用TESA 4104胶带通过胶带拉力测试粘合力。

 

用Anton Paar Physics MCR 101电流计测量不同剪切速率下的黏度。脆性指数(SI)通过将0.1s-1的低剪切黏度除以2500s-1的高剪切粘度来计算。

 

 

UV LED可固化OPV配方

 

为了优化光引发剂含量和丙烯酸胺含量而测试的OPV配方如表5所示。(由于存在UV LED固化的粘度效应,所以配方(除了184)在设计时保持相似的粘度。)通过使用15%AA3和1%共引发剂SPO,主光引发剂TPO-L可以从13%降低至5%。在优化的配方#194中,固化速度保持在70fpm。如果不使用氨基丙烯酸酯,配方#194的固化速度<15fpm。此优化的PI组合将用于进一步的研究。

 

在前期工作中,选择共同引发剂SPO,并评估含有10%TPO-L和3%DETX或SPO的光引发剂包。对于不同的低聚物,两种PI组合的固化速度相同。然而,含有DETX或SPO的制剂的黄变值存在明显差异。基于DETX的制剂产生9至17范围内的黄变值。SPO黄变值较低,黄色指数为5至8。DETX也不得用于雀巢的包装中,即不得将涂料或油墨用于食品包装。

 

如表5所示制剂的黄变值均为4(初始),24小时后约降低0.1个单位。(这些黄变指数是针对OPV配方储存的,一周后出现固化。)

 

 

表5. 优化光引发剂包

 

Formulation #

制剂

184 190 191 193 194 195 196 199 192 197 198
EA1 34 37 37 37 37 37 37 37 36 36 36
TMPEOTA 53 40 38 41 42 43 43.5 44 36 39.5 40
AA3 0 10 15 15 15 15 15 15 20 20 20
TPO-L 13 10 7 5 5 4 4 3.5 5 4 3.5
SPO 0 3 3 2 1 1 0.5 0.5 3 0.5 0.5
Total

总计

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
黏度@ 25˚C(cP, 100s-1) 381 652 696 628 602 597 582 592 744 649 624
固化速度(fpm) 70 70 70 70 70 40 40 30 70 40 30
固化能量(mJ/cm2) 700 700 700 700 700 1320 1320 1715 700 1320 1715

 

 

通过使用优化的光引发剂和丙烯酸胺,以及三种不同的丙烯酸胺评估多种低聚物类型的固化速度。所得数据如表6所示。固化速度随着不同低聚物类型而变化。无论使用何种丙烯酸酯胺,基于双酚A的环氧丙烯酸酯(EA1)均具有最快的固化速度。基于双酚A的环氧丙烯酸酯在汞灯照射下具有固化速度快的特性,同理在UV LED 固化中也具有同样的快速固化性能。PEA1是EA1的简易替代品,其次是环氧化大豆油丙烯酸酯(EA2)和PEA 2 / PEA3混合物。对于所有低聚物类型,使用AA3可提供最快的固化速度。包含丙烯酸酯胺的配方数据如表6所示。即使固化速度慢至15fpm,这些配方仍无法固化。

 

如果需要食品包装OPV,只有使用AA3的配方方可使用,且该配方不使用EA1、不含BPA,并且是基于适合此应用的材料。

 

几个黄变值如表6所示。测量同一天新制备和固化的配方的黄变指数,并测量储存一周后固化的配方的黄变值。此外,固化后立即测量黄变值,并在固化后24或36小时测量黄变值。在所有情况下,在固化后24或36小时观察到黄变值降低。所有配方的最终黄变值3.4降至4.3之間。

 

意料之外的情况是,储存一周后固化的配方显示出的最初黄变指数通常比那些在同一天制备和固化的配方要低1个单位。然而,在24或36小时后测得的黄变指数未表现出明显差异。

 

 

表6. 不同低聚物和丙烯酸胺的OPV配方的固化速度和黄变指数

 

低聚物 EA1 PEA1 EA2 PEA2/PEA3
制剂 218 219 220 221 222 223 230 231 232 233 234 235
低聚物 37 38 54 40 37 54 34 31 45 19/60 19/60 4/75
TMPEOTA 42 41 25 39 42 25 45 48 34
AA3 15 15 15 15
AA2 15 15 15 15
AA1 15 15 15 15
TPO-L 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
SPO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
总计 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
黏度@ 25˚C(cP, 100s-1) 694 670 654 663 631 666 667 647 676 663 610 402
固化速度(fpm) 70 50 60 40 30 30 40 20 20 30 20 20
固化能量(mJ/cm2) 700 1030 800 1320 1715 1715 1320 2250 2250 1715 2250 2250

 

初始黄变指数 4.80 4.63 5.30 5.50 5.65 5.85 5.30 5.39 5.75 4.95 4.92 5.32
黄变指数

36小时

3.70 3.53 3.65 3.69 3.40 3.72 4.08 4.33 3.79 3.96 3.71 3.91
样本存储一周后的应用和固化结果
初始黄变指数 3.47 3.68 4.48 4.06 6.65 5.60 3.77 4.82 4.47 3.93 3.76 3.99
黄变指数

24小时

3.43 3.49 4.19 3.72 3.54 3.89 3.65 3.67 4.31 3.87 3.72 3.95

 

 

UV LED可固化OPV结论

 

针对UV LED可固化OPV配方,一种低黄变PI包装已得到确定。通过使用15%丙烯酸酯胺(AA3)和1%共引发剂(SPO),主要光引发剂TPO-L可以从13%降低至5%且不影响固化速度。AA3的固化速度比AA1或AA2快。AA3也是唯一一种可用于低迁移(如食品包装)的丙烯酸酯胺。

 

 

UV LED可固化柔印油墨制剂

 

借助395 nm、16 watt/cm2 UV LED灯固化的青色和红色柔印油墨配方如表7所示。颜料基料包括45%颜料、55%PEA4和3.5%分散剂。在这些实验中,PI共混物(TPO-L/DETX 50/50)含量保持恒定在5.4%,并且每种颜色油墨也拥有相同的光学密度。当AA3含量为9.1%时,对于青色或红色油墨,在15fpm速度下进行三次固化,但最终未能实现固化。两种颜色油墨的AA3含量增加至15%,固化速度均为50 fpm。增加AA3含量有助于减轻氧阻聚并提高固化速度。

 

使用365 nm,8瓦特/ cm2的UV LED灯获得类似的固化效果。将AA3水平从9.2%提高至15.3%,同时将PI水平保持在4.5%左右,将固化速度从16 fpm提高至57 fpm。固化速度可提高三倍以上。

 

表7. 不同AA3含量的青色和红色柔印油墨的固化速度(395 nm、16 瓦/cm2 UV LED灯)

 

  CYAN INK

青色油墨

MAGENTA INK

红色油墨

制剂# 237 240 172 241
颜料类型 PB 15:4 PB 15:4 Rubine L4B

宝石红L4B

Rubine L4B

宝石红L4B

颜料基料 39.1 38 31 31
PEA 4 3.4 4.5 4.5
NPG(PO)2DA 21.5 20.8 25 22
PETIA 21.5 20.8 25 22
AA3 9.1 15 9.1 15
 

PI 混合物

TPO-L/DETX (50/50)

5.4 5.4 5.4 5.4
总计 100 100 100 100
黏度@  25°C(cP, 2500 s-1) 575 592 592 536
S脆性指数 2.05 1.89 1.52 1.64
固化速度(fpm) >3 x 15 1 x 50 >3 x 15 1 x 50
光学密度 1.08 1.08 0.96 0.89

 

 

如表8所示,针对不同光学密度的青色油墨,其固化速度也存在差异。油墨的光学密度与油墨的厚度有关。光学密度为2.27的油墨(油墨A)厚度约为4µm。(其他油墨的厚度尚不确定。)正如对于油墨B-D所明确的显示,增加油墨的光学密度或厚度增加了固化速度。较厚的油墨和涂料显示较少的氧阻聚,原因如上文所述,因此具有较好的表面固化。如表8所示,具有获得良好表面固化的最小油墨厚度的配方,可能与在1.4和1.9范围之间的油墨光学密度相关。然而,如果丙烯酸胺(AA3)的浓度从9.1%增加到15%(参见表8配方B和表7配方240),则具有1.08的光学密度的油墨的固化速度在15fpm速度下进行三次固化,但均未实现固化。然而,当固化速度增加至50fpm时,油墨一次性得到完全固化。这一发现非常重要,因为通常油墨达到一定的光学密度方可印刷。

 

利用365 nm灯或395 nm灯进行青色油墨固化的速度差异如表8所示。对于具有相同光学密度的油墨,如使用395nm、16瓦/ cm2的UV LED灯,则其固化速度为100fpm;然而,如使用365瓦、8瓦特/ cm2的UV LED灯,其固化速度仅为25fpm。

 

这些数据表明,针对油墨的厚度和/或光学密度,UV LED灯的类型以及所需的固化速度优化柔印油墨配方。

 

如表8所示,通过使用365nm UV LED灯(油墨A)进行固化的配方来测试几种膜基材的粘合性。在聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上获得了完美的粘合力。这些粘合结果表明,柔印油墨拥有良好的固化效果。

 

 

表8. 不同波长UV LED灯的固化速度差异

 

  青色油墨
UV LED灯类型 365 nm

8 watt/cm2

395 nm

16 watt/cm2

395 nm

16 watt/cm2

395 nm

16 watt/cm2

395 nm

16 watt/cm2

油墨 A B C D E
颜料类型 PB 15:4 PB 15:4 PB 15:4 PB 15:4 PB 15:4
颜料基料 39.1 39.1 39.1 39.1 39.1
PEA4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4
NPG(PO)2DA 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5
PETIA 21.5 21.5 21.5 21.5 21.5
AA3 9.1 9.1 9.1 9.1 9.1
PI混合

TPO-L/DETX (50/50)

5.4 5.4 5.4 5.4 5.4
总计 100 100 100 100 100
黏度@  25°C(cP, 2500 s-1) 575 575 575 575 575
脆性指数 2.05 2.05 2.05 2.05 2.05
固化速度(fpm) 25 >3 x 15 25+ (<50) >100 >100
光学密度 2.27 1.08 1.4 1.9 2.8

 

 

UV LED可固化柔印油墨结论

 

丙烯酸酯胺(AA3)可用于柔印油墨制剂,以增加固化速度并保持PI浓度。如果AA3含量增加1.67倍,则借助365 nm UV LED灯,固化速度可以超过三倍。针对395 nm UV LED灯,低浓度AA3的制剂无法实现完全固化,如将AA3浓度提高1.67倍,则固化速度为50 fpm。

 

表面固化很大程度上与柔印油墨的膜厚呈相关性。然而,增加丙烯酸酯胺含量可以使低膜厚的柔印油墨实现固化。在相同的光学密度下,用395 nm UVLED灯固化柔印油墨比用365 nmUV LED灯的固化速度快。

 

 

 

结论

 

在现有的PI浓度下,丙烯酸酰胺可以增加UV LED的固化速度,或在降低PI浓度的情况下,保持UV LED的固化速度。AA3是研究OPVs和柔印油墨中最有效的丙烯酸酯胺。

 

针对UV LED可固化OPV制剂,我们已确定了一种低黄变的PI包。该PI包可用于食品包装。低迁移AA3是此制剂的一部分。

 

柔印油墨的UV LED固化很大程度上与油墨的厚度呈相关性。丙烯酸酯胺(AA3)浓度的增加可以实现低膜厚的柔印油墨的完全固化。借助395 nm、16 watt/cm2 UV LED灯实现固化的柔印油墨比借助365 nm、 8 watt/cm2 UV LED灯的固化速度快。借助365 nm、UV LED灯固化的柔印油墨,对几种薄膜基材有较好的附着力,说明固化效果良好。

 

 

参考文献

1 UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Applications, pp179-184. Reinhold Schwalm. Elsevier 2007.

2 Arceneaux, J.A. Mitigation of Oxygen Inhibition in UV-LED, UVA and Low-Intensity UV Cure. UV+EB Technology, Vol. 1 No. 3, pp 48-56.

3 Fouassier, J.P.; Rabek, J.F. Radiation Curing in Polymer Science and Technology, Volume III, pp 33-64. Elsevier Science Publishers LTD 1993.

 

 

 

感谢Celia Buono、Kevin Poelmans和Carmen Van Vaerenbergh对本次研究及论文撰写的帮助和支持。

 

 

 

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