[科普中國]-電子束固化油墨

采用電子束能量固化的油墨稱為電子束固化油墨。主要由顏料、連結(jié)料、輔助劑、色料等組成。

介紹電子束固化油墨是指用電子束照射，在瞬間即能固化的油墨。

所謂能量固化油墨，就是油墨在輻射能照射下，固著或硬化在承印物上，從而獲得干燥的印跡。能量固化技術(shù)主要有UV光固化和加速高能電子束（EB）固化兩種形式，其中采用電子束能量固化的油墨稱為電子束固化油墨。下面主要介紹電子束固化油墨的固化原理及其化學組成。1

固化原理普通油墨印刷后墨膜層的干燥，一般是油墨中的連結(jié)料被承印物吸收和揮發(fā)，固態(tài)物質(zhì)則保留在承印物表面，形成一層薄薄的墨層。而電子束固化則是借助電子束做照射能源，與活性液體化學配方進行輻射化學反應，在常溫下迅速干燥固化的過程。

由于電子束是一種輻射，所以也可以把電子束輻射歸于輻射固化一類。輻射固化是在現(xiàn)有科學技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它主要是采用一種掃描型的電子加速器，輻射固化中電子加速器的電子束對基材表面掃描從而實現(xiàn)固化加工，其基本含義就是利用紫外光或電子束為能源，引發(fā)具有化學活性的液體配方，在基體表面實現(xiàn)快速反應的固化過程。紫外光固化和電子束固化技術(shù)不同于傳統(tǒng)技術(shù)（例如熱固化）的最大優(yōu)點在于輻射固化采用高效能源的紫外光或電子束作為引發(fā)手段，快速實現(xiàn)涂層固化。其中電子束輻射則是由一批經(jīng)過加速的電子流所組成的，在高能電子束的作用下，產(chǎn)生自由基或離子基，自由基或離子基再與其他物質(zhì)交聯(lián)成網(wǎng)狀聚合物，與紫外光相比，粒子能量遠遠高于紫外光，能夠使空氣電離，且電子束固化一般不需光引發(fā)劑，能夠直接引發(fā)化學反應，對物質(zhì)的穿透力也比紫外光大。2

組成EB墨的主要化學成分與一般油墨相似，主要由顏料、連結(jié)料、輔助劑、色料等組成。

（1）單體

單體是低分子量的化學物質(zhì)，它能決定油墨干燥后墨層光澤度、彈性以及硬化程度等方面的表面特性，另有一些單體是能量固化油墨有害性的源泉。在實際生產(chǎn)中，EB油墨一般采用多種單體結(jié)合以獲得滿意的固化速度、粘度、附著力、彈性、硬度、抗沖擊強度、耐溶劑性等性能。

（2）樹脂

樹脂是油墨的化學骨架，直接影響油墨的稠度、潤濕能力和交聯(lián)特性等。EB油墨中使用的預聚物一般為流動性較好的丙烯酸低聚物。常用的預聚物有環(huán)氧丙烯酸樹脂、聚酯丙烯酸樹脂、丙烯酸聚氨酯、氯化聚酯丙烯酸樹脂等。

（3）添加劑

主要是有針對性的改善油墨的物理、化學性能，一般的成分包括蠟、潤濕劑、改變油墨特性的調(diào)墨劑等。

（4）顏料

對于一般油墨而言，色料顆粒大小和濃度會影響油墨的固化速率，故選色料時還要考慮色料的顏色，但是由于高能電子束的能量足夠固化厚實的墨膜層，所以電子束油墨在選擇色料時不用考慮這個問題。

網(wǎng)印電子束固化油墨同UV油墨一樣，在網(wǎng)印中也是最有發(fā)展前途的“綠色”油墨之一。由于電子束固化油墨不受墨層厚度的限制，操作起來也比紫外線光固化油墨更為安全。

美國芝加哥家電印制公司已利用這種油墨加工生產(chǎn)薄膜開關(guān)，將厚膜絲網(wǎng)印刷后的印品放入電子束輻射干燥裝置，油墨在電子束的輻射下只需幾毫秒時間即完全干燥，印品光澤好，薄膜觸感強，又耐摩擦，效果令人十分滿意。但是這種油墨及其輻射干燥裝置的售價十分昂貴。推廣起來尚有困難，但由于它能節(jié)省干燥時間，確保產(chǎn)品質(zhì)量，不污染環(huán)境，因此具有發(fā)展前途。

優(yōu)缺點比較EB和UV油墨都具有一些優(yōu)點。能量固化油墨與一般油墨相比，最主要的優(yōu)點是能量固化油墨具有不污染環(huán)境的特點。UV或EB油墨和涂料的固化度幾乎達到100%，其成分中不含對人體和環(huán)境有害的的VOC(有機揮發(fā)物)。

此外，采用UV和EB油墨印刷的印刷品外觀漂亮，耐抗性能優(yōu)越，為印刷品增加了光澤度和立體感。與普通油墨相比，能量固化油墨能夠在瞬間干燥固著，使印刷、涂布上光和復合等工藝的聯(lián)機作業(yè)成為可能。

釆用UV和EB油墨印刷還能夠減少印刷機的清洗時間，因為墨斗或印刷機上的UV和EB油墨即使存放一個晚上，也不會出現(xiàn)結(jié)皮硬化現(xiàn)象，因此減少了油墨的浪費。

一旦印刷廠下定決心采用能量固化油墨印刷，權(quán)衡EB油墨與UV油墨的優(yōu)缺點就提到議事日程上來。就成本而言，EB油墨的價格與UV油墨很接近。EB油墨的配方中不需要昂貴的光引發(fā)劑(光敏劑)，但是EB油墨配方中組合了另外一些昂貴的原材料，以賦予印刷品精美的印刷效果，且在特殊應用時具有良好的耐抗性。

UV油墨和EB油墨在功能方面的最大差異，應該是它們在食品包裝印刷中的應用不同。在食品包裝印刷中，EB油墨印刷效果穩(wěn)定均勻，可重復性好，而且油墨成分中沒有光引發(fā)劑。所以，EB油墨的印刷品氣味小一些，油墨中的成分遷移少一些。

盡管EB油墨起初的成本比UV油墨稍微貴一些，但是EB油墨的性能更好些，有時印刷品可能需要復合三層薄膜到其表面上，使印刷品在瞬間完成雙面的干燥固著。采用EB油墨印刷，印刷速度可高達3000英尺/分鐘，EB固化設備的耗能量呈下降趨勢，使EB油墨印刷的效率更高。

EB油墨的優(yōu)點是固化程度充分，尤其是厚實油墨膜層的固化比較徹底，氣味較小，固化中不會出現(xiàn)導致承印物變形的強熱量；其缺點是資金投入大，運作成本高，EB固化裝置和氮氣容器的占地空間受到限制。

制備EB油墨的原材料成本通常比UV油墨低一些。由于EB油墨中不需要光引發(fā)劑(光敏劑)，因此EB油墨原材料的成本比UV油墨原材料低。但是，當我們衡量EB油墨的整體成本時，還必須考慮另外一個影響成本的因素，由于原材料的純度很高才能獲得低氣味的EB油墨，所以高度提純的原材料的價格要高一些，同時實驗室對原材料和成品油墨的純度分析也是要考慮的成本因素之一。另外，EB固化設備運轉(zhuǎn)和維護也需要大量的研發(fā)成本；油墨產(chǎn)品的檢測也需要一定的成本。

盡管如此，EB油墨和UV油墨各具特色，因此在它們之間取舍也是一個難題。EB油墨和UV油墨的比較不是一件容易的事情，因為它們都有自己的優(yōu)點和缺點。真的應該把它們當作完全不同的工藝來對待?；旧希珽B油墨印刷工藝局限在輪轉(zhuǎn)印刷機上，將來可能會有所變化。EB油墨的固化必須處于惰性空氣中，因此固化時需要氮氣存在。EB固化系統(tǒng)的價格呈下降趨勢，實際上EB固化系統(tǒng)的費用可能比輪轉(zhuǎn)印刷機的機組間安裝UV燈的翻新費用還要低一些。

另一方面，EB油墨具有一些明顯勝過UV油墨的優(yōu)點：不會釋放臭氧；不需熱源的冷固化；固化不受油墨顏色的影響；固化深度更徹底；沒有光引發(fā)劑因此氣味小。

每一家印刷公司對印刷品性能和印刷整體成本的底線都有不同需求。與UV固化油墨印刷相比，EB油墨印刷的產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，針對不同印刷活件的固化程度的預測性更可靠。與UV油墨相比，EB油墨的固化程度更為均勻穩(wěn)定，與油墨顏色和油墨膜層厚度無關(guān)。由于EB油墨不需要光引發(fā)劑，EB油墨印刷品氣味很小甚至沒有氣味。UV固化燈結(jié)構(gòu)復雜，因此維護比較困難。

由于EB固化設備的成本高，因此很多印刷公司往往到最后才作出購買決定。如果印刷公司采用EB油墨印刷塑料薄膜，印刷廠會擔心EB油墨對塑料薄膜有降解作用，最終影響塑料薄膜的完整性。此外，像UV油墨一樣，EB固化設備不適宜安裝在多色印刷機的機組與機組之間，如果采用這樣的策略，那么設備費用是很昂貴的。一些印刷廠在機組之間安裝UV固化單元，而在印刷機末端安裝EB固化單元來固化印刷品。3

發(fā)展趨勢電子束固化油墨技術(shù)的應用隨著新技術(shù)的不斷突破，尤其是油墨附著力方面的改善，電子束固化油墨開始在原來用量不太可觀的領(lǐng)域得到了穩(wěn)步的發(fā)展。比較有代表性的例子就是美國芝加哥家電印制公司，該公司已經(jīng)利用這種油墨加工生產(chǎn)薄膜開關(guān)，將厚膜網(wǎng)版印刷后的印品放入電子束輻射干燥裝置，油墨在電子束的輻射下只需幾毫秒時間即完全干燥，印品光澤好，薄膜觸感強又耐摩擦。但是由于這種油墨及其輻射干燥裝置的售價昂貴，推廣起來尚有困難，但由于它能節(jié)省干燥時間，確保產(chǎn)品質(zhì)量，不污染環(huán)境，因此具有發(fā)展前途。盡管不同廠家的油墨產(chǎn)品在性能方面有些許差異，但就形勢來看，未來的eb油墨應該向著下面幾個方向應用：

eb油墨在配套固化設備上的改進eb油墨對配套的固化設備要求比較高，雖然電子束固化時，只需要一個離子陰極管，但卻必須嚴格控制固化處理室內(nèi)的活性氣體含量，這也是導致固化設備價格昂貴的原因之一。今后eb油墨在配套固化設備方面應該是向著連機固化單元組合方向發(fā)展,并不斷降低固化設備的成本，以期能在普通印刷機上進行印刷。

2.eb油墨在清洗上的改進由于eb油墨對橡皮棍、橡皮布有一定的侵蝕作用，所以eb油墨是采用專用的清洗液清洗以及相應的膠棍和橡皮布進行印刷。日后發(fā)展趨勢可能是只需使用常規(guī)清洗劑即可清洗膠輥、橡皮布等。

3.印品質(zhì)量方面的改進eb油墨對油墨黏度、粘著性的控制要求較高。在實際印刷操作中油墨的黏度是依印刷色序而降低的，但兩個色序之間的粘度差值不能太懸殊，否則會影響油墨的傳遞性能和傳墨量。eb油墨同樣要求黏度依次降低，但與普通油墨相比，eb油墨的差值要求有明顯的差距，否則會產(chǎn)生一系列的故障。為避免故障,保證印刷的正常有序進行，今后需要對eb油墨中預聚物的改進進行進一步的研究，以提高印品質(zhì)量。

4.eb油墨在印刷適性上的改進eb油墨在使用過程中，對潤濕液ph值和導電率都有一定的要求。一般認為ph為3.8~4.1，導電率為1000~2800s/m較合適，相比于傳統(tǒng)油墨來說，其要求更為苛刻，所以未來eb油墨在這方面也應進行相關(guān)研究，以期達到在印刷機上的印刷加工適性與傳統(tǒng)溶劑型油墨不相上下的目的。

展望eb油墨在印刷業(yè)的應用前景，最主要的還是取決于油墨成本是否能夠降低到接近普通油墨的水平。不過隨著新技術(shù)的發(fā)展，相信eb油墨一定會有更為廣闊的前景。4

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學