水性UV 固化油墨的配方设计及印刷适性调控机制

第一章 引言

随着环保意识的增强和印刷行业的可持续发展需求，传统溶剂型油墨因含有大量挥发性有机化合物（VOCs），对环境和人体健康造成严重危害，逐渐被环保型油墨所取代。水性 UV 固化油墨作为一种新型环保油墨，结合了水性油墨的环保特性和UV 固化油墨的快速固化优势，具有低VOCs 排放、固化速度快、印刷质量高、耐化学性好等优点，在包装印刷、电子印刷等领域展现出广阔的应用前景。然而，水性 UV 固化油墨的配方设计和印刷适性调控仍面临诸多挑战，如油墨的稳定性、固化速度、附着力、光泽度等问题，需要深入研究以解决实际应用中的难题。

第二章 水性UV 固化油墨的配方设计

2.1 预聚物的选择与配比

预聚物是水性UV 固化油墨的主要成膜物质，其性能直接影响油墨的附着力、硬度、耐磨性、柔韧性等。常见的水性UV 固化预聚物有聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯等。不同类型的预聚物具有不同的性能特点，例如，聚酯丙烯酸酯价较低，墨性易调整，对颜填料润湿性好，但耐化学药品性差；聚氨酯丙烯酸酯韧性耐磨，墨性易调整，综合性能优，但价格高，黏性大。在实际配方设计中，应根据印刷产品的要求和应用场景，选择合适的预聚物类型，并通过实验优化其配比。例如，在制备用于 PET 塑料表面印刷的水性UV 固化油墨时，可采用聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯按一定比例复配，以兼顾油墨的附着力和成本。

2.2 光引发剂的选择与用量

光引发剂是水性UV 固化油墨的关键成分，其作用是吸收紫外光能量，产生自由基或阳离子，引发预聚物和活性稀释剂的聚合反应。常见的水性UV 固化光引发剂有羰基化合物、偶氮化合物、有机硫化合物等。选择光引发剂时应考虑其吸收波长、引发效率、稳定性、与油墨体系的相容性等因素。例如，二苯甲酮是一种常用的光引发剂，其吸收波长在 340-400nm 之间，具有较高的引发效率，但需要与助引发剂配合使用才能有效引发聚合反应。光引发剂的用量对油墨的固化速度和性能也有重要影响，用量过少会导致固化不完全，用量过多则可能增加油墨的成本和气味。通过实验确定光引发剂的最佳用量，如在某水性UV 固化油墨配方中，光引发剂184 的用量为 3% —5%时，油墨的固化速度和性能最佳。

2.3 颜料的选择与分散

颜料是水性UV 固化油墨的着色物质，其选择应考虑颜料的色强度、遮盖力、耐光性、耐化学性等因素。同时，颜料的分散状态对油墨的流变性和印刷质量也有重要影响。为了提高颜料的分散性，可采用表面活性剂对颜料进行处理，或采用高速分散、砂磨等工艺将颜料均匀分散在油墨体系中。例如，在制备红色水性UV 固化油墨时，选用联苯胺黄作为颜料，通过加入适量的分散剂和采用砂磨工艺，使颜料的粒径达到纳米级别，提高了油墨的色强度和光泽度。

第三章 水性UV 固化油墨的干燥固化机理

3.1 预挥发干燥过程

水性UV固化油墨的干燥固化结合了UV 光固化和水性油墨渗透蒸发两种干燥形式。在光固化之前，需要进行预挥发干燥，使油墨中的水分和助溶剂挥发掉，为后续的光固化创造条件。预挥发干燥可通过红外、热风或者微波等方式进行。预干燥的程度对油墨的固化速度和印刷质量有重要影响，如果预干燥不充分，油墨中残留的水分会影响光引发剂的引发效率，导致固化不完全；如果预干燥过度，油墨可能会在承印物表面形成一层硬壳，阻碍内部水分的挥发，同样会影响

固化效果。

3.2 光固化成膜过程

经过预挥发干燥后，水性UV 固化油墨进入光固化成膜阶段。在紫外光的照射下，光引发剂吸收紫外光的辐射能分裂产生相应的自由基和阳离子，引发预聚物和活性稀释剂发生聚合及交联反应，形成三维的网状高分子聚合物，得到硬化膜。光固化过程一般可分为链引发、链增长和链终止三个阶段。链引发阶段，光引发剂吸收光能产生自由基；链增长阶段，自由基与预聚物分子中的不饱和键反应，引起链式聚合；链终止阶段，自由基失去活性，反应体系低分子交联固化为立体网状大分子。

第四章 水性 UV 固化油墨的印刷适性调控机制

4.1 印刷工艺参数的调整

印刷工艺参数对水性UV 固化油墨的印刷适性有重要影响，主要包括印刷压力、印刷速度、网版目数等。印刷压力过大或过小都会影响油墨的转移和附着，应根据承印物的性质和油墨的黏度合理调整印刷压力；印刷速度过快会导致油墨来不及固化，印刷速度过慢则会降低生产效率，需要根据油墨的固化速度和设备性能选择合适的印刷速度；网版目数的选择会影响油墨的墨层厚度和印刷精度，高目数的网版可印刷出更精细的图案，但墨层厚度较薄。

4.2 承印物表面处理

承印物的表面性质对水性UV 固化油墨的附着力有重要影响。为了提高油墨的附着力，可对承印物进行表面处理，如电晕处理、等离子处理、化学处理等。电晕处理是一种常用的表面处理方法，通过高压放电使承印物表面产生电晕放电，增加表面的粗糙度和表面能，从而提高油墨的附着力。例如，在对 PET 塑料进行印刷前，进行电晕处理可显著提高水性UV 固化油墨在PET 表面的附着力。

第五章 结论与展望

5.1 结论

本文对水性 UV 固化油墨的配方设计和印刷适性调控机制进行了深入研究。通过实验优化了油墨配方，确定了预聚物、光引发剂、颜料等核心成分的最佳选择和配比；探讨了水性UV 固化油墨的干燥固化机理，分析了影响干燥固化的因素；研究了印刷工艺参数调整、承印物表面处理和印刷环境控制对印刷适性的影响，提出了改善水性UV 固化油墨印刷适性的有效策略。实验结果表明，合理设计油墨配方和调控印刷适性可显著提高水性UV 固化油墨的印刷质量和性能。

5.2 展望

未来，水性UV 固化油墨的研究将朝着以下几个方向发展：一是开发新型的预聚物和光引发剂，进一步提高油墨的性能和环保性；二是深入研究油墨的固化机理和印刷适性调控机制，为油墨的配方设计和印刷工艺优化提供更科学的依据；三是拓展水性UV 固化油墨的应用领域，如在3D 打印、电子封装等领域的应用；四是加强水性UV固化油墨的标准化研究，制定统一的质量标准和检测方法，促进水性UV 固化油墨行业的健康发展。

参考文献：

[1]刘松伟. 水性 UV 固化聚氨酯丙烯酸酯的合成及性能研究[J].涂料工业，2022，52（3）：45-50.

[2]王克忠. UV 固化油墨配方优化及固化动力学研究[J]. 印刷技术，2023，45（8）：78-82.

[3]袁树强. 水性 UV 油墨在包装印刷中的应用与挑战[J]. 包装工程，2022，43（6）：112-116.