电子束固化油墨原理及其应用与发展

    随着物质生活的不断提高，消费者对印刷品已经不仅仅局限于视觉上的享受，对产品环保方面的要求也在不断提高，这就给我国印刷工业提出了环保的新概念。在网版印刷中，油墨也向着快干、无毒和环保方向发展，比较有代表性的就是网印水基油墨、紫外光固化油墨和电子束辐射固化油墨。本文主要通过对电子束固化油墨的特点及其应用等方面进行介绍，以期使读者对绿色油墨的概念有更深入的了解。

    一、电子束固化油墨固化原理及组成

    所谓能量固化油墨，就是油墨在辐射能照射下，固着或硬化在承印物上，从而获得干燥的印迹。目前的能量固化技术主要有UV光固化和加速高能电子束（EB）固化两种形式，其中采用电子束能量固化的油墨称为电子束固化油墨。下面主要介绍电子束固化油墨的固化原理及其化学组成。

    1.电子束固化油墨的固化原理

    普通油墨印刷后墨膜层的干燥，一般是油墨中的连结料被承印物吸收和挥发，固态物质则保留在承印物表面，形成一层薄薄的墨层。而电子束固化则是借助电子束做照射能源，与活性液体化学配方进行辐射化学反应，在常温下迅速干燥固化的过程。

    由于电子束是一种辐射，所以也可以把电子束辐射归于辐射固化一类。辐射固化是在现有科学技术的基础上发展起来的一门新技术，它主要是采用一种扫描型的电子加速器，辐射固化中电子加速器的电子束对基材表面扫描从而实现固化加工，其基本含义就是利用紫外光或电子束为能源，引发具有化学活性的液体配方，在基体表面实现快速反应的固化过程。紫外光固化和电子束固化技术不同于传统技术（例如热固化）的最大优点在于辐射固化采用高效能源的紫外光或电子束作为引发手段，快速实现涂层固化。其中电子束辐射则是由一批经过加速的电子流所组成的，在高能电子束的作用下，产生自由基或离子基，自由基或离子基再与其他物质交联成网状聚合物，与紫外光相比，粒子能量远远高于紫外光，能够使空气电离，且电子束固化一般不需光引发剂，能够直接引发化学反应，对物质的穿透力也比紫外光大。

    2.电子束固化油墨的组成

    EB墨的主要化学成分与一般油墨相似，主要由颜料、连结料、辅助剂、色料等组成。

    （1）单体（活性稀释剂）。单体是低分子量的化学物质，它能决定油墨干燥后墨层光泽度、弹性以及硬化程度等方面的表面特性，另有一些单体是能量固化油墨有害性的源泉。在实际生产中，EB油墨一般采用多种单体结合以获得满意的固化速度、粘度、附着力、弹性、硬度、抗冲击强度、耐溶剂性等性能。

    （2）树脂（预聚物）。树脂是油墨的化学骨架，直接影响油墨的稠度、润湿能力和交联特性等。EB油墨中使用的预聚物一般为流动性较好的丙烯酸低聚物。常用的预聚物有环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯、氯化聚酯丙烯酸树脂等。

    （3）添加剂。主要是有针对性的改善油墨的物理、化学性能，一般的成分包括蜡、润湿剂、改变油墨特性的调墨剂等。

    （4）颜料。对于一般油墨而言，色料颗粒大小和浓度会影响油墨的固化速率，故选色料时还要考虑色料的颜色，但是由于高能电子束的能量足够固化厚实的墨膜层，所以电子束油墨在选择色料时不用考虑这个问题。颜料是油墨的呈色物质，颜料的好坏决定了油墨颜色质量的好坏。电子束固化油墨在颜料选择上应首先保证无毒，此外，应保证颜料在电子束的照射下，不发生颜色的变化，同时颜料的浓度要高，色泽鲜艳，且具有优良的分散性和足够的着色力，颜料拼混后油墨不会在有效存放期内胶化，颜料合用时，每种颜料在油墨中的用量一定要准确。

    二、电子束固化油墨的优缺点

    电子束固化油墨是一种很有发展潜力的油墨品种，可以用于轮转胶印、柔性版印刷以及网版印刷等领域，与紫外光油墨同为“绿色环保油墨”，但它不用添加光引发剂，无特殊气味，且不会释放臭氧，是一种无需热源的冷固化油墨，油墨在固化时还不受颜色的影响，能使固化更彻底，质量更稳定。其优点主要表现在以下几个方面：

    1.绿色无污染油墨，对人体刺激性小。

    电子束油墨固化后的固含量接近100%，通常不含有机挥发物（VOC），属于零排放技术，这说明了电子束油墨体系与普通油墨体系相比，对环境、承印物没有污染，有利于环境保护。此外，电子束固化油墨对人体皮肤的刺激性愈来愈小，与含汽油馏分的普通油墨刺激性差不多，所以这种油墨近年来被大大推进和应用。

    2.油墨使用节省能量，节约成本。

    由于电子束油墨主要是依靠高能电子束的辐射来实现油墨的干燥等，节省能量，节约生产成本。

    3.固化时间短，提高作业效率。

    电子束固化油墨固化时间很短，一般只需0.1s即可彻底干燥固着在基材表面，而传统的热固型油墨，干燥时间可能需要几分钟，甚至几天时间才能彻底干燥。同时，电子束固化油墨的固化空间小，而且加工速度快，产量高，是一种不可多得的高效生产型油墨。

    4.产品质量稳定。

    由于油墨的固化特点，电子束固化油墨印制的印品墨迹具有很强的耐抗性，同时因油墨中的化学物质是通过交联反应而形成高分子立体网状聚合物的，所以油墨表面具有很强的耐化学性能和耐摩擦性能，还能保证印刷品表面干净无脏点、网点扩大率小、印迹亮度好。

    5.自动化程度高，易于生产和应用。

    辐射固化装置紧凑，加工速度快，场地空间小，生产效率高，有助于提高产品性能，降低原材料消耗，这一切从经济成本上提高了技术本身的竞争能力。辐射固化与传统的固化技术相比，在温度、工艺配方以及产品性能上都有很大的优点，如一般室温固化有利于热敏材料的加工，固化配方可按需求调节则有利于提高工艺的适应性，保证产品性能。辐射固化易于实现流水作业，自动化程度高。同时由于电子束油墨与紫外光油墨的成分相似，若在EB油墨中加入一定量的光引发剂，就可进行紫外线固化，这也是产品增值的又一个方面。

    当然，电子束固化油墨也有一些缺点，其固化设备成本高是推广应用中最大的障碍。能量固化设备的一次性投入需要一定的资金，现在的电子束固化设备的价格稳步下降，与十年前相比，EB固化设备成本降低了4倍。同时，EB油墨也存在废弃后的降解问题。

    三、电子束固化油墨技术的应用

    随着新技术的不断突破，尤其是油墨附着力方面的改善，电子束固化油墨开始在原来用量不太可观的领域得到了稳步的发展。比较有代表性的例子就是美国芝加哥家电印制公司，该公司已经利用这种油墨加工生产薄膜开关，将厚膜网版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。但是由于这种油墨及其辐射干燥装置的售价昂贵，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。

    尽管不同厂家的油墨产品在性能方面有些许差异，但就目前形势来看，未来的EB油墨应该向着下面几个方向应用：

    1.EB油墨在配套固化设备上的改进

    EB油墨对配套的固化设备要求比较高，虽然电子束固化时，只需要一个离子阴极管，但却必须严格控制固化处理室内的活性气体含量，这也是导致固化设备价格昂贵的原因之一。今后EB油墨在配套固化设备方面应该是向着连机固化单元组合方向发展，并不断降低固化设备的成本，以期能在普通印刷机上进行印刷。

    2.EB油墨在清洗上的改进

    由于EB油墨对橡皮棍、橡皮布有一定的侵蚀作用，所以目前EB油墨是采用专用的清洗液清洗以及相应的胶棍和橡皮布进行印刷。日后发展趋势可能是只需使用常规清洗剂即可清洗胶辊、橡皮布等。

    3.印品质量方面的改进

    EB油墨对油墨黏度、粘着性的控制要求较高。在实际印刷操作中油墨的黏度是依印刷色序而降低的，但两个色序之间的粘度差值不能太悬殊，否则会影响油墨的传递性能和传墨量。EB油墨同样要求黏度依次降低，但与普通油墨相比，EB油墨的差值要求有明显的差距，否则会产生一系列的故障。为避免故障，保证印刷的正常有序进行，今后需要对EB油墨中预聚物的改进进行进一步的研究，以提高印品质量。

    4.EB油墨在印刷适性上的改进

    目前EB油墨在使用过程中，对润湿液pH值和导电率都有一定的要求。一般认为pH为3.8～4.1，导电率为1000～2800s/m较合适，相比于传统油墨来说，其要求更为苛刻，所以未来EB油墨在这方面也应进行相关研究，以期达到在印刷机上的印刷加工适性与传统溶剂型油墨不相上下的目的。

    展望EB油墨在印刷业的应用前景，最主要的还是取决于油墨成本是否能够降低到接近普通油墨的水平。不过随着新技术的发展，相信EB油墨一定会有更为广阔的前景。

    四、电子束固化油墨的发展

    竞争加剧迫使油墨制造商采取一些革新技术来提高油墨性能，同时开发适合印刷工业发展的新领域。相对于UV油墨，EB油墨有其独特的性能，这更加增大了EB油墨的发展空间，也将是印刷业今后大力推广的实用、经济型油墨。现在EB油墨在软包装印刷中呈不断增长的趋势，其优越的性能以及较高的生产效率，为用户提供了更为广阔的市场。相信EB油墨的应用范围将会进一步扩大，成为新型环保油墨中的重要品种。