隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬印刷技術(shù)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，近年來最大的突破就是將在紙質(zhì)印刷領(lǐng)域獲得成熟應(yīng)用的UV固化技術(shù)引入并踐行成功。與傳統(tǒng)熱固化油墨相比，UV印刷具有低能耗、高效率、高性價比等優(yōu)點。不同于紙質(zhì)印刷，金屬印刷一般需要采用烤漆類型的底漆。由于UV油墨無法向底漆和金屬內(nèi)滲透，所以難以如在紙張上印刷一般形成良好的附著力，這已成為行業(yè)的一大難題。通過對附著力的理論學(xué)習(xí)，可以找到上述UV油墨附著力差的根結(jié)所在，據(jù)此再想辦法解決。下面我們從底漆、油墨和工藝三方面來進(jìn)行分析。底漆作為UV油墨的承載物，附著力就是二者之間的作用力，底漆的性能必然影響UV油墨的附著。目前金屬印刷的底漆主要有清漆和色漆兩種，在此討論的性能指標(biāo)與常規(guī)的加工性能指標(biāo)不同，更強(qiáng)調(diào)形成涂層后表面的性能，包括表面張力、極性、耐性、表面粗糙度、反應(yīng)基團(tuán)、靜電吸附等，它們是影響UV油墨附著力的關(guān)鍵因素。表面張力 從附著力的形成機(jī)理來看，承載物只有被附著物有效潤濕，二者才能在界面處發(fā)生力的作用，從而形成有效附著。這種潤濕性的主要參數(shù)為承載物和附著物的表面張力，潤濕規(guī)律是表面張力低的附著物能夠在表面張力高的承載物上完全潤濕，從而形成較強(qiáng)的附著，反之則會產(chǎn)生排斥力，附著力變差。根據(jù)這一理論，將底漆的表面張力提高可以對UV油墨附著力起到積極作用。
圖1 從附著力的形成機(jī)理來看，承載物只有被附著物有效潤濕，二者才能在界面處發(fā)生力的作用，從而形成有效附著。
目前印鐵所用底漆主要為聚酯氨基烤漆體系，在選材時要考慮提高涂料表面張力。例如在選用氨基樹脂時，應(yīng)注意甲醚化氨基樹脂比丁醚化氨基樹脂表面張力高，同時會降低表面張力的有機(jī)硅類助劑往往不能使用。極性 關(guān)于UV油墨與底漆這種有機(jī)涂層之間的附著力，分子間的作用力占比非常大，這些作用力主要包括氫鍵和范德華力，分子的極性對此有著極大的影響。一般而言，分子的極性越強(qiáng)，作用力越大。印鐵底漆所用材料極性不是很強(qiáng)。極性主要是一些反應(yīng)官能團(tuán)來提供，在烘烤固化過程中，隨著這些官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而消失，涂層的極性將下降。這就能夠解釋，在生產(chǎn)過程中，烘爐的溫度和時間會影響涂料的固化，進(jìn)而影響到UV油墨的附著力。另一方面，在選擇涂料原材料時，應(yīng)該多選擇極性強(qiáng)的材料，以改善UV油墨附著力。耐性 在實際應(yīng)用中，當(dāng)墨層固化得非常好，即耐性極佳時，UV油墨往往附著不良。這主要是因為UV油墨在固化之前，它對承載物有一定的侵蝕滲透作用，可極大地提高UV油墨的附著力。表面粗糙度 表面粗糙度對附著力也有著很大的影響。光滑的表面會產(chǎn)生鏡面效應(yīng)，使得層間附著力非常差。最常見的例子是，在墻面漆和木器漆的施工過程中，往往需要采用打磨的方式來提高涂料的附著力，其主要的作用機(jī)理有兩點。一是粗糙的表面從微觀上看存在許多的孔洞、“隧道”、裂縫等，附著物在潤濕過程中會滲透入這些點，通過機(jī)械咬合而起到錨定作用，從而增強(qiáng)附著力。二是粗糙的表面能夠大大提高物體的表面積，使承載物和附著物的界面作用顯著提高，進(jìn)而提高附著力。在涂料中加入適量的填料可降低涂層的光澤度和平整度，再加上填料本身的吸附作用，往往能夠提高UV油墨的附著力。反應(yīng)基團(tuán) 氫鍵和范德華力都只是次價力，如果承載物和附著物能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)共價鍵，這種力則是主價力，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于次價力。所以在底漆中加入一些富有活性反應(yīng)基團(tuán)的助劑，加以控制使其在涂層中保留，印刷時經(jīng)由UV光照射與UV油墨中的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，這樣就能大大增強(qiáng)附著力。UV油墨作為附著力的另一個參與者，它的性能與底漆一樣重要。配方設(shè)計者需要從多方面來改善油墨的附著力。重點依然是在表面張力、材料極性兩個方面，同時固化速率和助劑的選擇也是影響因素。表面張力和材料極性UV油墨的主體樹脂一般都是一些富含不飽和鍵的預(yù)聚體樹脂，如丙烯酸酯類、聚氨酯改性丙烯酸酯類、聚酯改性丙烯酸酯類、環(huán)氧改性丙烯酸酯類等。根據(jù)前述潤濕規(guī)律，相比底漆，UV油墨應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档捅砻鎻埩Γ员愀玫卦诔休d物上潤濕鋪展。同時，UV油墨所選的材料也應(yīng)有較強(qiáng)的極性，旨在更好地與承載物產(chǎn)生分子間作用力。這些都可以通過所選用的預(yù)聚體樹脂的性能來實現(xiàn)。固化速率UV油墨的附著力會受到固化速率的顯著影響。附著力不良的一大主因就在于固化太快，具體表現(xiàn)有二。一方面，在未完全潤濕鋪展時就被固化，不能達(dá)到良好的界面作用力。另一方面，化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致材料收縮，所產(chǎn)生的與附著力方向不一致的內(nèi)應(yīng)力在快速固化時得不到釋放，這將影響附著物和承載物之間的附著力。UV油墨的固化速率主要取決于所選材料的不飽和鍵含量和光引發(fā)劑的種類、用量，以及能量燈的功率。助劑的選擇為了使UV油墨達(dá)到預(yù)期的效果，往往需要很多的助劑，如流平劑、阻聚劑、分散劑等。此外，也可以選擇一些附著力促進(jìn)劑來增強(qiáng)油墨層的附著力。這里是指UV油墨印刷的控制，主要包括以下幾個方面。UV燈UV燈的功率是影響UV油墨固化的主要因素。功率過低，能量值不夠，油墨層固化不徹底。功率過高，能量值過足，油墨固化太快，內(nèi)應(yīng)力增強(qiáng)，附著力變差。需要說明的是，UV燈存在老化現(xiàn)象，長時間使用后能量會慢慢降低，因此需要經(jīng)常使用能量儀對UV固化設(shè)備進(jìn)行測試，確保能量值在一個合理的范圍內(nèi)。近年來行業(yè)開始引入UV LED光固化燈。相比傳統(tǒng)汞燈，其波長更窄，針對性更強(qiáng)，油墨的固化速度更快。此外，由于它是冷光源，沒有預(yù)熱的效果，很難讓油墨同底漆結(jié)合,導(dǎo)致附著力更差。
圖2 如何解決UV LED體系的附著力是目前涂料和油墨供應(yīng)商的主要研究方向（感謝佛山市順德區(qū)富林機(jī)械制造有限公司提供圖片）。
不過，由于UV LED燈的光強(qiáng)度能夠調(diào)節(jié)，因而可通過實踐找出最佳附著力的UV固化強(qiáng)度。另外也可以考慮加紅外預(yù)熱系統(tǒng)。總之，如何解決UV LED體系的附著力是目前涂料和油墨供應(yīng)商的主要研究方向。油墨層厚度對于一些具有特殊要求的色彩，需要較厚的油墨層才能達(dá)到顏色豐滿度和艷麗度，而墨層越厚，UV光波越難穿透，導(dǎo)致出現(xiàn)表干里不干的現(xiàn)象，進(jìn)而影響油墨的附著力。同時，較厚的墨層還會產(chǎn)生更大的收縮，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力，也會降低附著力。水墨平衡 在UV印刷過程中，潤版液會對油墨產(chǎn)生影響。pH值不當(dāng)易導(dǎo)致水墨不平衡，油墨被乳化，進(jìn)而影響油墨的固化，最終對油墨的附著力造成不良影響。綜上所述，UV油墨附著力存在諸多影響因素，如何去解決這個問題需要生產(chǎn)鏈上各個參與者的共同努力。協(xié)同各方促使行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，唯此才能推動行業(yè)向前發(fā)展。
圖3 UV油墨附著力存在諸多影響因素，如何去解決這個問題需要生產(chǎn)鏈上各個參與者的共同努力。
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