UV平板打印的涂層墨水技術

文　湯文杰 龐也馳

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UV平板打印的涂層墨水技術

文湯文杰 龐也馳

UV噴墨市場現狀

目前國際上包裝印刷技術的主流方向已向數字化、網絡化、高速低耗、更加環保和個性化的方向發展，UV噴墨技術正適應了這個潮流。2013年西歐UV噴墨印刷市場規模約為24億美元，并將在未來5年中保持13．6%的年均復合增長率。UV噴墨印刷在北美也呈現出欣欣向榮的景象，未來5年，其增速達16．2%。史密瑟斯·派諾公司（全球印刷包裝行業知名調研機構）發布了一份《2018年UV噴墨印刷市場預測》的報告，報告顯示，UV噴墨印刷將在全球范圍內迅速發展，其市場規模將在未來5年增長18．3%，并將在2018年達到159億美元。國內UV噴墨印刷市場屬于起步階段，但市場份額也在逐步擴大，隨著設備的引進、UV噴墨墨水的改進、UV噴墨印刷系統的完善、噴墨工藝的開發，噴墨印刷技術在薄膜、金屬、陶瓷、織物、木材和玻璃上的應用都在增長。［1］適合UV平板噴墨打印的材料清單如下：

材料類型　材料種類柔性材料　相紙、特種紙張、皮革、油畫布、乙烯膜或片、磁性貼瓦楞紙、光柵板、PET/PC/PP、iPad/ iPhone殼、大理石、木板、KT板、雪弗板、X-Board、亞克力需要涂布的剛性材料硬質材料瓷磚、玻璃、鋼板、Dibond（鋁塑板）、鋁面夾層板

涂層技術需求的迫切性

UV平板噴墨的墨水在上述的柔性材料和硬質材料表面的適應性非常好，噴出來的樣品精細度高，耐用性強，因此UV平板噴墨在上述兩種材料為絲印打樣和短板印刷方面應用廣泛；

但是對于需要涂布的剛性材料陶瓷、玻璃、鋼板、Dibond、鋁面夾層板表面UV打印墨水的附著力和耐水性方面不盡如人意（經咨詢美國DCS浮雕打印機相關人員獲得）。

上述尤其針對剛性材料的建材裝飾市場有多大？以噴墨陶瓷為例：

2013年全球大規模推廣數字生產方法，2014年全球瓷磚噴墨印刷設備與技術迅猛發展。2010年12月全球已安裝數字印刷設備大約538臺，2011年底增加到1054臺，到2012年12月底增長到1537臺，平均每年增長超過500臺。

僅2013年一年時間， 數字印刷設備就新增1367臺。據統計，到2014年1月31日總數達到2904臺（13個月增長+89%）。許多國家采用數字印刷設備生產方法增長迅速，從2010年開始24臺，到今天有48臺。但有些國家采用該項技術與設備較早，因此發展也更快。例如：西班牙現在約有300臺設備在使用，意大利現在也有240臺設備在使用（包括2013年安裝的43臺）， 有些統計可能偏高，有的可能偏低，在非歐洲國家中，使用數字印刷設備增長最快的是亞洲國家。［2］

2011年噴墨打印技術開始在我國瓷磚行業中應用，迄今為止全國有超過1/3的陶瓷磚生產線配備了噴墨打印設備。生產企業采用噴墨打印技術主要用于瓷磚、仿古磚、全拋釉磚、外墻磚等產品的釉面裝飾，其中瓷片類企業使用的噴墨打印機數量最多，瓷片類產品一條生產線需要配置3臺或以上噴墨打印機，部分大型陶瓷磚生產企業裝備的噴墨打印機超過10臺，噴墨打印產品所占比例在50%～60%，一些企業已經開始生產全噴墨印花產品。除了瓷片，仿古磚和全拋釉磚也是使用噴墨打印機的兩大類產品，尤其是從2013年起，在一些瓷區的仿古磚和全拋釉磚生產企業開始推廣噴墨打印技術，也有很多仿古磚企業準備增加噴墨打印機，相對普通仿古磚來說，噴墨打印花色效果更好，客戶更易于接受。

截至2014年4月，我國在線運行的陶瓷噴墨設備已超過2000臺，國產陶瓷噴墨打印設備在國內的市場份額已經占到60%左右，占據主導地位。到2014年年底，國內瓷磚生產企業配備的噴墨打印設備已達到3000臺。［3］

而噴墨陶瓷印刷設備存在一些不足：①分辨率僅360dpi（UV工業打印機分辨率可達1440×1440dpi）；②墨水不能即時干結，釉面花色會模糊，打印紋理效果差；③需高溫燒結（600℃）；④噴頭和墨水需進口成本高。

噴墨陶瓷印刷設備由于經過高溫燒結，圖文表面耐磨性優，對于一些日常與食品接觸的如碗、盤子，以及需要超高耐磨性的地磚等，該工藝具有不可比擬的優勢。但是，對于一些裝飾品如墻磚、禮品盤等，如果UV工業打印機能夠解決墨水與基材的附著力和耐水性，相信完全可以憑借低成本、高分辨率搶占一部分市場份額。

同時對于如：淋浴房、衛生間、廚房的玻璃制品、戶外裝飾玻璃、玻璃杯、盤，吊頂等等，如果不能解決附著力和耐水性，UV工業打印機在這些領域應用將受到限制。

涂層技術的核心

要解決附著力和耐水性問題，關鍵是在基底材料（玻璃、陶瓷、金屬等）與UV噴墨樹脂之間架構過渡層。形象地解釋是：在基底材料和UV噴墨樹脂之間用鏈鎖（過渡層）連接，一方面鏈鎖自身有非常高的強度、硬度和耐腐蝕性，另一方面鏈鎖的一端與基底材料焊接嚴實，鏈鎖的另一端則與UV噴墨樹脂焊接嚴實。

為達到以上的嚴苛要求，首先必須要求過渡層是一種能夠一定程度交聯的物質，在一定條件下能夠固化成不溶不熔、具有三維立體網狀結構的聚合物，耐酸堿腐蝕；其次要求過渡層能與基底材料中的無機相（氧化硅、氧化鋁、金屬）形成化學鍵；最后要求過渡層能與UV噴墨樹脂（丙烯酸類聚合物）之間能形成化學鍵。

所以，要攻克的核心問題包括：

·樹脂：過渡層的主要成分樹脂要求，固化前具有良好溶解性，固化后能形成一定交聯，固化后形成的聚合物有非常好的硬度、耐刮性、耐磨性、耐酸堿、耐腐蝕；

·韌性：UV墨水層瞬間固化質脆且應力集中，同時基底層為硬質材料，因此需要過渡層必須韌性極佳，處于兩個硬質層之間起到緩沖的作用；

·穩定性：過渡層是單組份體系，易于儲存，常溫下保質期6個月以上；

·相容性：與UV墨水的主要成分丙烯酸類聚合物有較好的相容性；

·納米材料：納米材料賦予過渡層特殊性能，如流動性、耐水性等等。

因此，市場所需的噴墨涂層墨水——必須滿足：①保證了復合層（基材/涂層墨水/UV墨水）24小時水煮無任何變化；②保證了復合層耐酸堿、耐腐蝕；③保證了涂層墨水與市場上大部分國產UV墨水和進口UV墨水較好的相容性；④保證了涂層物質的流動性能以方便噴墨打??；⑤保證了墨水在15℃以下環境中保質期6個月以上。

注：

24小時耐水煮是附著力和耐水性最嚴苛的衡量指標，目前僅有報道伊藤油墨推出UV耐水絲印玻璃油墨能在開水中浸泡24小時，固化膜硬度和附著力不受影響。

市面上的涂層一般都是用噴槍噴涂，而將涂層直接做成墨水更為方便快捷。

涂層的檢測指標

1．附著力：劃格法，3M膠帶撕離不脫落；

2．耐水性：水煮24小時，涂層不變色、附著力下降不超過10%；

3．耐酸堿：PH=14的堿液中浸泡30天不脫落，PH=1的酸液中浸泡30天不脫落；

4．鹽霧法：涂層金屬片在5%的NaCl中浸泡60天不腐蝕。

涂層的研究進展

北京印刷學院科研人員嘗試用低溫等離子體技術的方法，通過改變陶瓷表面能以促使UV墨水更好的鋪展，來改善UV打印在陶瓷表面的附著力，實際效果不夠明顯；

同時，國內UV平板的生產企業也采用各種涂層做過測試，基本上不能滿足高端客戶的需求；

基于高分子相關理論以及多年的研發經驗，筆者認為以聚氨酯或是橡膠為主要成分研制的涂層墨水，或許能解決企業的痛點。

參考文獻

［1］官燕燕等，UV平板噴墨打印技術在包裝印刷領域的應用，今日印刷，2015．08

［2］黃惠寧，數字裝飾瓷磚技術與設備新進展，佛山陶瓷，2014．12

［3］田怡，淺談陶瓷噴墨打印技術，陶瓷，2015．02

作者單位（中國印刷科學技術研究院印刷環保技術重點實驗室包裝印刷新技術北京市重點實驗室）