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2022-11-30 03:21

油墨固化与干燥技术的应用(上)

在去年的德鲁巴展会上,单张纸胶印机的最高速度已经达到了20000张/小时,轮转报纸印刷机的最高速度达10万份/小时,而最青睐这些高速机的客户当属中国印刷业者,特别是烟包、报业印刷厂。可以说,提高印刷速度对于印刷机本身而言很有潜力,但油墨的干燥速度是发展的瓶颈。 因此,近几年对油墨的UV固化、热干燥及速干油墨的研究很活跃。本文主要从油墨的干燥原理出发,讨论目前油墨的UV固化及热干燥光源、装置设计的最新发展。

油墨干燥、固化原理

印刷油墨的干燥主要有氧化结膜干燥、渗透干燥、挥发干燥及辐射干燥。

1.氧化结膜干燥

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油墨中含有干性油,该油分子结构中的不饱和脂肪酸与空气中的氧发生化学反应,由小分子直链结构聚合成大分子状结构,形成固体物质,这一化学反应过程称为氧化结膜干燥。

2.渗透干燥

油墨连结料中含有较多的矿物油,如汽油、高沸点煤油等,当油墨中的矿物油渗透到多孔隙纸张纤维中,颜料即固着在纸张表面形成固态膜层,称为渗透干燥。

3.挥发干燥

油墨中含有大量挥发物质,如脂肪烃类松香酯、芳香烃类溶剂、醇类、酮类、酯类溶剂等。油墨转移到承印材料表面后,溶剂挥发,颜料固着,形成固态膜层,称为挥发干燥。

4.辐射固化

辐射固化是化学单体交联成高分子状黑丝布结构形成固体的化学反应,且固化速度快,形成的膜层坚硬、光亮,但附着力欠佳。目前常用的辐射固化方式有3种。

(1)红外线辐射干燥。油墨中含有螯合剂,可采用波长3~30μm的中波红外光消毒柜照射,加速聚合反应,同时产生的热量促进溶剂挥发,加速油墨干燥。短波、长波红外线不利于油墨的干包装机械燥。

(2)紫外线(UV)辐射固化。油墨中含有光引发剂,如二苯甲酮(吸收波长240~340nm)、2-氯化硫杂蒽酮(吸收波长200~400nm)等衍生物,光引发剂在波长为250~420nm范围内的UV光照射下,不到0.1秒即可迅速打开不饱和双键引发树脂,如光纤陀螺聚氨基甲酸乙酯、环氧丙烯酸酯等交联固化为固体而干燥。UV固化油墨中基本不含溶剂。

(3)电子束(EB)辐射固化。热离子阴极管发出高能量辐射电子束,通过调节阴极管发射器选 择辐射波长,因而没有可见光和红外线伴随辐射,完全是冷光源。电子束有效辐射强度很高,可直接引发树脂聚合成固体,因此,EB油墨中可不采用光引发剂。将UV油墨中的光引发剂去除或少量添加就可作为电子束固化油墨。

通常,印刷油墨的干燥并不是单一的干燥方式,而是几种干燥同时发生。如胶印油墨的干燥就是氧化结膜、渗透、挥发等几种方式同时发生,以氧化结膜干燥为布娃娃主;报纸印刷油墨以渗透干燥为主;凹印油墨以挥发干燥为主。

常用油墨干燥、固化设备

油墨干燥往往是复合干燥,因此用什么干燥设备,参数如何设置,使干燥效率最佳的同时还能节省能量混合是测试物的面积总和不应大于工作室该方向截面积的1/3印刷者最为关心的问题。

1.红外线干燥设备

(1)光源。对于油墨干燥,中波红外线的效果最佳,常用红外线光源有3种。

第一种是电热丝辐射源,常见的是非封闭式电阻丝外套石英灯管。这种灯管的热辐射强度随光波长的分布不能控制,效率低、价格低,寿命约2000~3000小时。

第二种光源是将电阻丝置于封闭石英管内,并可在灯管内充不同气体,以改变辐射光波长分布特性,同时将灯丝与空气中的氧隔绝,辐射效率高。现在进口印刷机大都配这种光源,寿命达5000~10000小时,但其辐射能量中仍有很大部分是分布在可见光和远近红外线段,中波红外线不是很丰富。

第三种是电热半导基本操作步骤:上电 选择实验采取全铝车身项目 设置实验参数 启动实验待机状态 装夹试件 启动实验 实验结束自动回位 发送结果永久存储 按需输出实验结果与曲线体发光灯管。外形是陶瓷管外涂红色或灰色无光半导体材料,管内壁绕电阻丝。依靠电热引发半导体材料辐射发光,灯管点燃时光呈暗红或黑色,通过选择半导体材料可改变辐射能量的波长分布,而且辐射效率极高。

(2)红外线灯反光罩。目前常见的有2种,一种是镀金反光罩,在灯管周围180°范围涂有金属膜,金属膜反射红外线效率高达90%;另一种是镀铝板或铝板压成的椭圆或八字形反光罩,如图2所示,灯管距灯罩越近,反射效率越高,最高反射率可达85%。

(3)红外线灯的散热问题。红外线灯管表面散热可用吹风法,且风量大小不影响灯红外线功率输出。由于红外线灯辐射的能量只有1%左右被纸张和油墨吸收,而其余的能量完全转化成热量,造成机器周围升温,需要用吸风装置将其排到室外或循环利用。

(4)适用范围。红外线灯应用于红汽车半轴外线油墨干燥,对非专用红外线油墨的干燥效率很低,对某些墨甚至不起作用。红外线具有穿透力,能同时干燥墨膜上下层,加速油墨渗透,促进氧化结膜,尤其是应用在厚墨层印刷和上光油的干燥上效果更佳。对溶剂含量较低的胶印、凸印、印、印报油墨、柔性版印刷油墨和水性光油的干燥效果都很好。

(待续)气象仪器

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