在丝网印刷中油墨始终占有重要地位,它不仅决定网印品的质量,而且还影响网印速度。丝网印刷的特点很多,最突出的一点是印刷适应性强,它是除空气和水以外,在所有材料和不同形状表面的承印物上都能进行印刷的印刷方式,而且印刷的墨层厚度可达到60微米, 是凹印墨层厚度的4倍。也正因如此,丝网印刷油墨的 品种繁多,油墨系统十分复杂。目前,网印墨不下一两千种,消耗量甚大,单是美国丝网印刷油墨市场的销售量就有1.25亿美元左右。尽管丝网印刷的承印物极其广泛,对油墨的要求不尽相同,甚至差别很大,但是网印油墨普遍存在一个共同的问题--油墨的固化干燥问题。当丝网印刷机的印刷速度超过100~120英尺/分钟时,常用的空气干燥网印油墨就无法适应了,即使使用紫外线光固化油墨(简称UV油墨)也不易干燥。目前,国际上都十分关注快速、价廉的网印油墨干燥系统。 其中紫外线光辐射固化油墨和电子束固化油墨是网印油墨中具有较大市场发展潜力的两类油墨。
1.我国网印业和网印油墨需求及生产情况
我国丝网印刷业与欧美国家相比起步较晚。现代丝网印刷技术的开发和应用始于上世纪80年代初期。进入90年代后,随着工业经济的增长,网印业得到相应的发展。我国内地现有丝网印刷厂3万余家,但其中小厂(40人以下)占到53%,大厂(100人以上)只占5%,其余为中型厂(40~90人),从业人员约15万人。丝网印刷的年产值约400亿元,并保持每年15%的增长率。
据调查,丝网印刷厂对油墨的年均消耗量约为782千克。全国网印油墨的年消耗总量为2万余吨(含织物印花浆),其中约55%为进口网印油墨。越是较大的网印厂采用进口油墨的比例就越大。大量采用进口墨的原因:一是国产油墨品种少、产量低,无法满足用户要求;二是部分高档国产油墨的质量尚不稳定。
我国内地丝网印刷油墨(简称网印油墨)制造业的发展可以说是从无到有,从小到大。现在内地生产网印油墨的厂家50多家,具有一定规模的有20余家。生产品种约130余种(包括丝物印花浆、夜光、荧光、反光等特殊网印墨),从业人员约1500人。网印染油墨年产量约8000多吨,产值2.4亿元左右。与此同时,三原色油墨、UV光固墨等特殊承印物专用网印油墨仍需依靠进口。据统计资料表明,年进口网印油墨的总销售额约为4.5亿元。
上述调查数据充分说明了国产网印油墨在产量、品种和质量方面与当前市场的需求尚存在较大差距,而且与我国网印业年增长率保持在15%的高发展势态不相适应。近几年,有些技术先进的外国公司在中国建设油墨厂,这将有利于我国提高网印油墨的技术、质量水平以及开发新的油墨品种。例如广东中山的友联油墨厂,其品牌为"友联油墨",油墨品种和系列比较齐全,现已投放市场的主要产品有:网印塑料和橡胶系列油墨、户外广告系列油墨、家电耐酒精系列油墨、儿童玩具无毒油墨、特殊包装系列油墨、线路板(PCB)系列油墨、金属玻璃油墨、UV塑料系列油墨、车身广告油墨、薄膜开关油墨、移印油墨、信用卡油墨、特强遮盖力油墨以及网印奖券涂盖墨。友联油墨厂的营销特点是:通过市场调查,针对用户的需求提供产品,该厂不在乎生产批量的大小,即使是几十千克的油墨订单,他们也接受。而且只要用户需要,市场上没有的品种,他们可以通过企业所拥有的现代化油墨研究实验中心专门为用户研究开发。同时该厂具备标准的油墨检测手段,是亚洲首家同时通过ISO-9002和QS-9000标准认证的丝网印刷油墨生产厂。
总的来说,随着网印技术在工业部门中应用范围的扩展,我国内地网印油墨的生产获得一定发展,目前既有适合各种承印材料的溶剂型油墨,也有最新研制的网印水基油墨和紫外线光固化油墨。质量也还不错,但也有不足。由于网印承印物非常广泛,可为金属、塑料、 陶瓷、玻璃、纸张、皮革、橡胶、搪瓷、木材、纺织品、无纺布等,所以无论是平面或曲面的丝网印刷都需要大量与承印物材质相匹配的油墨,而目前尚不能一一满足。另外,内地网印油墨在光泽、色彩鲜艳度、细度、附着力、气味及印刷适性等方面与国际先进水平有一定 的差距。其主要原因是生产油墨的颜料、树脂等原料、国内品种不齐全。有时生产高质量的油墨,某些原料要依赖进口,因此影响我国网印油墨制造业的发展。
2.网印"绿色"油墨发展趋势
上届德国的Drupa、美国的SGIA及西班牙举办的FESPA所展出的三新展品及提供的资料表明世界丝网印刷油墨正朝着快干、无毒、无污染的方向发展。当然,网印油墨的发展取决于丝网印刷应用领域的拓展。目前世界网印技术的应用已拓展到包装装潢业、广告业以及建筑材料业的印刷领域。这就要求丝网印刷油墨必须适应丝网印刷向大型化、多色化和组合化印刷的发展需要。比如,网印大幅面的户外广告或建筑材料,要求多色套印,快速干燥。组合化印刷是指网印与胶印、凹印或柔性版印刷结合形成胶丝印刷机(即胶印-丝印组合印刷机)或柔丝印刷机(即柔印-丝印组合印刷机)。目前在国际市场上已出售这类设备。由于胶丝印或柔丝印连机生产,就要求网印油墨具有一定的干燥速度。另外,组合化印刷方式目前多半用于包装品印刷,所以又要求油墨无毒、无味、无污染。现在符合上述网印发展要求的"绿色"油墨有3种,一种是网印水基油墨,另两种是紫外线光固化油墨和电子束辐射固化油墨。
3.网印水基油墨和电子束辐射固化油墨的巨大市场潜力
网印水基油墨又称网印水性油墨,英文名称是water base screen printing ink。顾名思义,水基油墨是以水为基础的油墨体系。它与溶剂型油墨相比,不含溶剂、无毒、无味、无污染,符合环保的要求。目前网印的溶剂型油墨均含有50%~60%挥发性成份,如果把调配油墨粘度所需的稀释剂也计算在内的话,那么在印品干燥时,油墨所散发出来的挥发性成份的总含量为70%~80%。这些有机溶剂的挥发会对环境产生不良影响,而且对人体健康也有一定的危害性。德国早在1982年就颁布了《化学制品法》,其对在车间内人体的保护、一般健康的保护及环境的保护3项内容作了规定。德国有机溶剂型涂料(含亮油及油墨)年用量均为35万吨,这是一个庞大的数字。德国工业联合会根据政府的规定,提出5年内把溶剂型涂料总产量减少20%~25%,这样可以减少7万~9万吨溶剂对空气的污染。欧洲经济共同体1992年实施的严格的环境保护法将成为世界各国环境保护法的基准。1996年,奥地利也正式颁布法令,严格限制某些溶剂加入及油墨某些溶剂成分不得高于5%,如芳香族的碳氢化合物。对奥地利的网印加工厂来说,溶剂型油墨改为水基油墨或紫外线光固化油墨成为必然。欧美国家在环保法的压力下,迫使研究机构和一些网印油墨厂家研究开发无溶剂或溶剂含量低的油墨。无疑网印水基油墨将会得到大力发展和不断推广。目前,使用水基油墨取得较好效果的国家有瑞典、德国和美国。已经开始采用水基油墨的网印厂无疑将在市场竞争中占到绝对优势。
(1)网印水基油墨
①网印水基油墨的成份结构特点
水基油墨的连接料是由含水的胶质或半胶质溶剂以及乳剂组成。将丙烯酸酯和共聚物以精确配比溶于水中,再添加其它溶剂后便得到稳定的连接料。将这种连接料附加以颜料及辅助材料便可产生网印水基油墨。合成物的颗粒具有这种特性,即在形成墨层薄膜过程中能够相当迅速地将水份挥发释放出来,因此形成干燥的墨膜。网印水基油墨在印刷时所需粘度可以用水来调节。用过的网版可以用水清洗,残留在网版上的油墨干迹可以用清洁剂加以排除,回收利用。但是采用水基油墨要求丝网印版必须具有耐水性,因此须用耐水性感光胶来制版。
②网印水基油墨的干燥性能
如前所述,网印水基油墨由于在油墨中含有合成物的颗粒,当其水份相当快地挥发、释放掉时,墨膜的表面才能迅速干燥。故在20℃~22℃标准室温及55%~60%的相对湿度下,最好采用热风,以促使水份加快挥发,特别是非吸收性的承印物。软质或硬质的聚氯乙烯以及涂有不干胶的箔片等应采用连续式的干燥装置,入口的对流空气温度应保持在70℃~80℃,使堆叠输入的印品的干燥温度接近35℃~40℃。对于不同材质的承印物应对干燥温度作相应调整,以取得比溶剂型油墨更优良的油墨粘附性。此外,改进网印水基油墨干燥性能的另一种措施是,在印刷加工之前,附加以少量的交联剂来改进这种含水份体系的抗稀释剂、抗碱和抗酸的性能。
③内地网印水基油墨的开发应用情况
我国内地对网印水基油墨的开发应用已引起研究部门及网印器材生产厂商的高度重视。现在网印水基油墨已在包装印刷取得较好成果。例如,湖北黄岗地区印刷材料厂研制成功一种挥发干燥型的水基油墨。该产品是利用当地生产的一种天然矿石和水溶性树脂,通过研 磨、调合、配置等生产工艺精制而成。它适用于网印包装纸盒、纸箱及纸桶等纸制包装品。该种水基油墨与常用的溶剂油墨相比具有以下的特点:①印品色泽鲜艳,图文清晰,立体感强。②油墨遮盖力强,墨膜无丝迹、针孔、斑点。③油墨粘附性良好,且耐水、耐光、耐摩 擦。④无毒、无味、不污染环境。⑤网版易清洗、换色迅速,不会粘版、堵网,可延长网版使用寿命,同时也减轻劳动强度,节省作业时间。⑥价格低于溶剂油墨,只相当于常用涂料价格的85%。除上述纸制品网印水基油墨外,还有河南长葛县第一塑料厂研制成功的网印塑料水基油墨。该种油墨主要用于聚丙烯和聚丁烯等塑料制品的商标印刷。该油墨经化工产品质量监督检测所检测,质量符合要求。油墨特点是:附着力强,牢固度好,印刷图文清晰,色泽艳丽,干燥时间短,无毒、无味、无污染。内地网印水基油墨的研制工作刚开始不久,产量很小,应用范围也不大,但预计政府有关部门即将颁布关于限制使用有机溶剂的法规。在严格的环保压力下,以及网印产品进入国际市场的需要,网印业必将改变油墨体系,积极开发生产"绿色"油墨,因此网印水基油墨无疑存在巨大市场潜力的发展空间。
(2)电子束固化油墨
电子束固化油墨同UV油墨一样,在网印中也是最有发展前途的"绿色"油墨之一。由于电子束辐射的能量强于紫外线的辐射,因此电子束固化油墨不受墨层厚度的限制,操作起来也比紫外线光固化油墨更为安全。美国芝加哥家电印制公司已利用这种油墨加工生产薄膜开关。将厚膜丝网印刷后的印品放入电子束辐射干燥装置,油墨在电子束的辐射下只需几毫秒时间即完全干燥,印品光泽好,薄膜触感强,又耐摩擦,效果令人十分满意。但是这种油墨及其辐射干燥装置的售价十分昂贵。目前推广起来尚有困难,但由于它能节省干燥时间,确保产品质量,不污染环境,因此具有发展前途。
4、紫外线光固油墨及光固干燥技术创造网印的未来
网印紫外线光固油墨(简称UV油墨)英文名称是Ultraviolet screen printing ink。发明UV油墨,距今已有50多年的历史。世界最早的一项UV油墨专利发表于1946年。UV油墨最早是用于胶印,卷筒纸四色胶印使用过一段时间,但没有得到普及。然而从1970年开始,将UV油墨引至丝网印刷中却显示出引入注目的前景。
(1)网印紫外线光固油墨的成份结构
网印UV油墨是通过紫外线辐射引起变化十分迅速的游离基光聚物激发反应,并由此产生聚合作用。这种特性要求油墨具有这种反应方式相适应的特殊结构,UV油墨与普通油墨的成份对比如下:
UV油墨的成份 普通油墨成份
颜料 颜料
预聚合物或齐聚合物 树脂
单体 干性油、矿物油
光敏剂 催干剂
添加剂 添加剂
紫外线光固化油墨虽然其成份、外观及其流变性方面与普通油墨有相似之处,但是其成份要含有同紫外线光固化干燥条件相适应的材料。比如颜料,它的化学成份及表面处理方式影响紫外线的辐射能力及油墨的固化干燥。欧洲色标所采用的4种颜料的紫外线透射光谱波长范围为200~400毫米。根据光谱的曲线分析,能够确定每种颜料都保持其固定的光谱范围。但只有炭黑颜料是例外的,它几乎吸收全部紫外线光谱。光谱的测试方法是通过在深层厚度为10毫米的水性颜料的色散片上完成测试的。
(2)网印UV油墨的光固化干燥特点
如前所述UV油墨是由连接料:预聚合物和单体,以及光敏剂和一定成分的颜料组成。光敏剂是一种在紫外线作用下能发生变化而形成原子团的化合物,这种化合物能促使单体和预聚的反应基团产生聚合作用,同时使油墨固化干燥。固化干燥的速度取决于对颜料的正确选择和选择能使油墨在紫外线条件下产生理想光固化的光敏剂。同溶剂型油墨不同的是采用UV固体干燥油墨不会因为干燥而丢失印刷图像的细微层次。因为油墨不用紫外线照射时,一直保持稳定状态,没有干燥的特性,当印品通过紫外线照射装置后,大约1~2秒钟,油墨即固化干燥,并使印品可直接叠放在一起。紫外线油墨在固化时,实际上墨量没有损失,它所得到的墨膜比溶剂型油墨厚得多。溶剂型油墨在干燥时,通过溶剂的挥发,墨膜厚度的损失约为60%。目前,紫外线油墨固化干燥装置对太厚的墨层无法透射,墨层只能表面固化,因此影响油墨对承印物的附着力和耐久性。
(3)网印UV油墨的特性与印刷质量
网印UV油墨使用至今已取得良好印刷适性和印刷质量。①稳定性:UV油墨只有在受到紫外线辐射时,才会固化干燥。它在空气中不会结皮。因此在丝网版上绝对稳定,完全符合网印的要求。②光泽问题:UV油墨在紫外线辐射下墨层能瞬间干燥,所以同传统油墨相比,无需依赖于承印材料的性质就能得到更好的油墨光泽。在使用传统油墨时最常发生的是:在干燥后,油墨光泽出现减退现象,而在使用UV油墨时这一现象已被消除。③耐磨强度和抗化学药品的性能:通过紫外线对油墨结构单元的光聚合作用所产生的三维光交联体促使油墨具有符合专业要求的耐磨性,以及抗酸、碱和抗化学药品的性能。UV印品在任何情况下,无需再加印光油。④网版清洗和臭氧问题:UV油墨要采用与普通油墨不同的网版清洗剂,其成份对UV油墨具有杰出的溶解力,但不会对网版感光胶膜和刮墨板产生侵蚀。紫外线油墨在干燥过程中产生的臭氧是氧的一种同素异形体,是由波长在220毫米以下的紫外线辐射所造成的。产生的臭氧可被冷却灯管的排风扇排出到室外,在空气中臭氧又立即被分解为氧,当大批量生产时,机器周围每立方米空气中臭氧含量不会超过0.1毫克。这一含量符合今天所规定的在劳动环境周围许可的臭氧含量。⑤印刷质量:油墨在印刷过程中不会发生油墨渗透改变印品色调的现象。因为没有溶剂挥发,可以在吸收性不良的承印物上印刷,粘附性好。经光固化干燥后的墨膜具有良好的手感质量,而且油墨味极小。
(4)欧洲的网印UV油墨市场
综上所述,由于网印UV油墨具有溶剂含量低,又不污染环境的"绿色"油墨的特点,故近年来越来越引起世界各国网印业的特别关注,并相继投入大量人力和物力开发研究和生产UV墨。尤其是在欧洲,自1992年欧洲经济共同体严格实行限制使用有机溶剂油墨的环保法以后,各国网印加工厂对UV油墨的应用范围和用量都在逐年扩大和增加。据FESPA欧洲丝网印刷协会联合会的内刊文章中报道,欧洲最早生产UV油墨的色丽可(Sericol Group)油墨集团公司最近6年的UV油墨产量翻了一番,同时成为世界油墨销售量最大的公司,而且这种发展趋势还在继续。UV油墨市场也在发展,例如在东欧兴建的一些网印加工厂不再使用传统溶剂型油墨的网印生产方式,而改用UV油墨来加工网印印件。据法国杜比油墨公司(Dubuit)总经理在2004年广州国际网印展技术交流会上的介绍说近几年在欧洲网印业中,UV油墨的生产量和销售量均有显著增加,而且产品品种正朝着UV水基油墨的方向发展。特别是在2003年欧洲网印加工厂对UV油墨的用量已达到90%以上。 |