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单张纸胶印机上光中挑选合适的光引发剂

   2022-08-27 11:46 网友分享编辑广00
核心提示:  当油墨和上光油暴露于UV辐射时,自由基光引发剂与粘合剂相互作用。光引发剂的类型决定了被释放的自由基的类型,自由基反过来造成固化的差别。配置和使用UV油墨和上光油的一个主要任务是把那些其影响可能是相互矛盾的关键特性最优化:要有良好的运行性

  当油墨和上光油暴露于UV辐射时,自由基光引发剂与粘合剂相互作用。光引发剂的类型决定了被释放的自由基的类型,自由基反过来造成固化的差别。配置和使用UV油墨和上光油的一个主要任务是把那些其影响可能是相互矛盾的关键特性最优化:要有良好的运行性和散布、快速的反应和灵活性,然而还要有良好的附着性和最小的颜色和感觉的衰退性。

  与辐射能的相互作用

  自由基光引发剂只吸收UV灯产生的处在UV光谱中特定部分中的辐射能。辐射的强度取决于UV油墨中的颜料,因为这些颜料吸收某些UV 辐射。因此它们对产生自由基的效率,即对UV油墨的反应进而对固化过程的效率有相当大的影响。如果UV射线遇到了颜料微粒,就可能会看到三种不同的反应形式:较小部分的辐射会在颜料的表面被反射回来(免除),并能够被光引发剂用来产生引发基。根据所牵涉到的颜料的吸收特性,通常较大部分的辐射会被颜料所吸收,因此不会被光引发剂得到用于产生引发基。既没有被反射也没有被吸收的那部分辐射线(透射)能够被光引发剂吸收并以引发基的形式被转换为化学能(光分裂作用)。

单张纸胶印机上光中挑选合适的光引发剂插图

从与UV灯Hg(UV)的辐射曲线I(λ)相关的光引发剂ITX 、Irgacure 369和TPO的吸收曲线α(λ)的位置可以看出在UV灯的峰值里是哪些光引发剂被激发进行了反应

单张纸胶印机上光中挑选合适的光引发剂插图1

UV固化油墨所含颜料的化学、物理和光谱特性与那些氧化固化油墨的颜料不同。如果光引发剂的吸收曲线α(λ)被置于UV油墨中的颜料的透射曲线τ(λ)之上,那么相关颜料染色对UV范围(250-400 纳米)内不同光引发剂的反应性的影响就可以具有透明性。彩色颜料的吸收曲线(未显示)与透射曲线相似;只有黑色(K)要明显高些

  为了把UV上光油固化,主要吸收短波UV-C光谱(200-280纳米)中的辐射的光引发剂通常是足够的,因为没有颜料时,富有能量的UV-C 辐射的渗透力降低,不会削弱固化。如果,例如在联机预印中,上光油与颜料竞争吸收辐射,那么就必须使用能够吸收UV-B的光引发剂,和最重要的UV-A辐射,因为在这个波长范围内的辐射尽管具有较低的能量水平,但具有更大渗透能力。

  UV灯的老化主要显示为其本身UV-C辐射的明显下降,这能削弱表面硬化,并从而造成表面发粘。

  任务的分担

  通常,只渗透表面的短波辐射触发固化和(表面)膜的形成,而更进一步渗透的长波辐射把更深的层固化并使上光油附着在承印物上。印刷油墨的配制通常要包括有用于下面两功能之一的光引发剂——即表面硬化用的阿尔法羟基酮(AHK)和深层固化用的阿尔法氨基酮(AAK)或日光敏感的双芳酰基磷氧化合物(BAPO)。其它用于印刷油墨的现代光引发剂有Ciba的Irgacure 369 和379、异丙基噻吨酮(ITX)、三甲基苯甲酰基- 二苯基氧膦(TPO)和monoacyl-phosphinoxide(MAPO)。容易发黄的二苯乙醇酮醚最初被苄基衍生物如苄基二甲基酮缩醇(BDK )所取代。这些随后被乙酰苯(如阿尔法羟基酮)所取代,后者与二苯甲酮(BP)现在常用于固化透明的上光油。

  当暴露于UV辐射时,光引发剂通过两种主要的反应:碎裂和氢夺取生成自由基。大多数的引发剂立即碎裂(“分解”)成带有自由电子的起反应的自由基。其它的引发剂,其中有BP和ITX ,要求有胺或胺重建的丙烯酸盐即所谓的协和剂的存在,当氢原子分裂时,它们可以产生起反应的自由基。此外,ITX 可以起到其它光引发剂(如某些AAK;通常是与Ciba的Irgacure 907联合在一起)的敏化剂的作用,从而加快固化过程。

  食品包装的注意事项

  每一个包装产品都对印刷油墨有不同的要求,这取决于必须用它包装的产品。像家庭用清洁剂这样的侵蚀性产品的包装,如果油墨和上光油可能与被包装的物品接触,则主要要求它们具有抗化学反应的成分。对于食品和半奢侈品来说,重要的一点是油墨和上光油在感觉上必须是中性的,即没有气味和不会腐败。这一点不仅适用于经过固化的粘合剂膜,也适用于未转化的光引发剂和它们的裂变产物。如果油墨和上光油有迁移,即它们的微粒向被包装物品迁移,那么即使它们不会腐败也无气味,也是不符合要求的。这一要求同样适用于儿童书籍和教科书的装订,今天这些产品经常是在临界国家以低成本进行生产,在那里对危险物质的检查尚达不到欧盟的标准。

单张纸胶印机上光中挑选合适的光引发剂插图2

碎裂中的光引发剂:苄基酮缩醇(1:分解成各带一个自由电子的两个自由基)、二苯乙醇酮醚(2)和阿尔法羟基∕阿尔法氨基乙酰苯(3)

单张纸胶印机上光中挑选合适的光引发剂插图3

正在夺取氢的光引发剂:二苯甲酮(1:它与一个来自协和剂的氢原子结合生成二苯基甲醇,在这个过程中协和剂变成一个自由基)和ITX(2)

  像层压材料中铝箔这样的迁移阻挡层并不总能防止被包装物的污染,如意大利在2005年11月证实在儿童牛奶饮料的包装中发现了极少量的ITX。油墨与被包装物的接触是粘脏的一个后果,如果在印刷生产中包装材料不印刷的内表面与已经印刷的外表面接触,就会发生粘脏。尽管ITX可能原本是无害的,但在装有脂肪或果酱的包装中,它往往会留下残余物,这些残余物对健康的长期影响尚未确定。该丑闻发生后,至少是在意大利,在接到进一步的通知前禁止把含有ITX 的油墨和上光油用于食品包装,而其他国家的包装生产商自愿放弃了对它们的使用。

  当把二苯甲酮用于食品包装时,对迁移规定了具体的限制。在开发无迁移的UV上光油时,Vegra Group(维格拉企业集团)把注意力集中在消除诸如二苯甲酮这样的光引发剂和诸如texanol diisobutyrate (TXIB)(2,2,4- 三甲基1,3-戊二醇二异丁酸酯)这样的裂变产物上。

  尽管像BP一样,TXIB在LD50标尺(用它表明单位身体重量的致死剂量,执行这一计量的试验动物有一半会死亡)上没有被列在对人体有剧毒的范围内,但是BP的材料安全数据单的确警告其对眼睛、呼吸器官和皮肤有刺激,并对水生生物有危害。

  与粘合剂的相互反应

  对光引发剂的选择依旧取决于它在上光油或油墨中的工作状况。液体光引发剂(如BP和特殊AHK的混合物)具有优势,因为它们在粘合剂中很容易就能溶解或分散。粉末状的光引发剂(如TPO)必须先溶解然后再混合。

  在自由基固化的上光油中,丙烯酸树脂不是适用于所有应用的粘合剂。尽管环氧丙烯酸盐极易起反应而且可对抗化学反应,但同时它们粘性大,上光油膜将会相应较硬。聚酯丙烯酸盐粘度水平相对较低,并产生柔性的上光油膜,而且它们低廉的价格和良好的粘附性对它们一般的反应性是一个补偿。聚氨酯丙烯酸盐能够很好地抵抗化学反应,可牢固地附着在承印物上并生成柔性的上光油膜,但通常价格更贵些。聚醚丙烯酸盐的特点是具有非常低的粘度和相对较高的反应性。硅丙烯酸盐只用于特殊用途,或起添加剂的作用。它们的反应性相对较低,而且通常较贵。丙烯酸盐的特性,如反应性、粘度或它的潜在刺激性,在许多情况中取决于它们的化学结构。例如,某些聚酯丙烯酸盐具有所提及的全部特性。

  气味的产生

  在暴露于U V辐射时,上面提到的光引发剂生成裂变产物,它们可能发出或多或少的可察觉得到的气味;有一些实际上是无气味的。一般而言,不必要的过多的光引发剂会使裂变产物的浓度变高,这可能使油墨和上光油发出强烈的气味,从而让人们感觉到它们的存在。在这里应该强调的是,未形成网状的丙烯酸盐粘合剂可能有一种特有的气味,这种气味在聚合后会减小。数年来已经可以提供为减小气味和对皮肤的刺激性而特别开发的经改进的丙烯酸盐。

  不受欢迎的气味也可能是由纸张涂料造成的,在没有UV油墨或上光油的情况下,当暴露于UV辐射时,纸张涂料可能产生可察觉的气味。可以用对未印刷的纸张进行辐射的方法对此进行限制。气味的产生常常表明辐射水平太高,一个更加明显的迹象就是纸张涂料变脆。在KBA Process第三期的“ 复合型生产使质量提高” 一文中对这一问题进行了详尽的讨论。从所有的变量当中我们可以推断出,在UV和复合型胶印中,在辐射水平、光引发剂和承印物的敏感度之间达到最佳的平衡是至关重要的。当然,UV上光油必须与UV油墨或复合型油墨相容。

  向你的供应商询问

  在UV油墨和上光油中使用什么成分最后还是要由制造商决定。危险成分在材料安全数据单中列出。欧洲印刷油墨协会的油墨制造商们承诺废弃包括在一份排除清单中有毒和危害环境的原料。作为一个原则,如果油墨、上光油和承印物要与食品接触,就应该执行它们的毒性测试。上光油和油墨只能施加在食品包装的外表面上,而且必须符合欧盟指令82/711/EEC。制造合成材料的典型原料一定不得超过所规定的迁移极限,但是,对油墨和上光油中所使用的普通原料没有官方的SML数值。为了避免令人不愉快的事件,我们建议您从UV油墨和上光油供应商那里获取详细资料。

 
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