紫外老化對PET光柵印刷品性能的影響

■ 文/四川省宜賓普什集團(tuán)3D有限公司 朱菊紅，陳莉，彭麗霞

安全的意識逐漸增強(qiáng)，因而對包裝材料也有了更高的要求[1]。由于塑料包裝具有質(zhì)輕、力學(xué)性能良好和加工性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，在包裝市場領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。因此，采用PET光柵材料通過UV膠印的方式對多種顏色進(jìn)行一次性印刷，再現(xiàn)立體效果的傳統(tǒng)印刷產(chǎn)品，達(dá)到生產(chǎn)效率高，圖案細(xì)膩、色彩豐富，更形象地表達(dá)信息，有強(qiáng)烈的視覺沖擊力和吸引力[3]，廣泛用于商品包裝、商標(biāo)、廣告圖標(biāo)、藝術(shù)裝飾、文化用品、旅游紀(jì)念品、紀(jì)念門票、博物展覽館櫥窗陳列板、明信片、賀卡、各種名片等，并將在服裝、飲料、煙酒、化妝品、藥品等產(chǎn)品的防偽標(biāo)識上發(fā)揮重要的作用[4-5]，大大提高產(chǎn)品的附加值和檔次，受到廣大消費(fèi)者的青睞。

通過UV膠印的PET光柵印刷品放置一段時間后也有一定的弱點(diǎn)，通常會出現(xiàn)褪色、光澤度變?nèi)酢㈩伾钭兇蟮壤匣F(xiàn)象，尤其是包裝印刷品，老化現(xiàn)象會在一定程度上影響消費(fèi)者對商品的品牌印象。影響PET光柵材料性能老化的因素有兩個：一是添加紫外光屏蔽劑的方法來抑制光、熱、氧、水等外因?qū)ET光柵材料的作用；二是是改進(jìn)聚合和成型加工工藝的方法，提高PET光柵材料本身的穩(wěn)定性。目前，在PET原料聚合和加工成型過程中添加紫外光屏蔽劑以延緩其老化速度，提高材料的耐老化性能，提高UV膠印干燥過程中抗紫外光老化能力，有效控制PET光柵印刷品L*、a*、b*值和色差值△E的顏色，使其色彩艷麗、光澤好，色差值小。分析PET光柵印刷品在實(shí)際應(yīng)用過程中抗老化的原因，是PET材料發(fā)展的一個重要方向。所以，利用實(shí)驗(yàn)儀器來模擬自然光環(huán)境對樣品進(jìn)行加速破壞，分析原因，尋找規(guī)律，是一種很重要的試驗(yàn)手段。

一、試 驗(yàn)

（一）主要設(shè)備及儀器

SHJ-20型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑D=20 mm，長徑比L/D=40，南京杰恩特公司；1600型柯達(dá)全勝CTP，上海柯達(dá)有限公司；曼羅蘭700型膠印機(jī)，德國曼羅蘭有限公司；X-Rite528分光光度計，波長范圍：400～700 nm，C光源，10°視角，美國愛色麗儀器有限公司。

（二）方 法

1. PET光柵片材的制備

首先，將PET原料在120℃的鼓風(fēng)烘箱中充分干燥12h，把PET原料與不同配比的G905、G910、G918紫外光屏蔽劑在高速混合機(jī)內(nèi)混合2～3 min后，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒。然后，印刷級PET光柵片材進(jìn)行電暈處理，在PET光柵片材表面進(jìn)行電暈放電[6-8]處理，是一種在高分子表面處理的常見方法，Pandiyaraj 等[9]采用電暈法改善PET表面化學(xué)組成和表面結(jié)構(gòu)。最后，對PET光柵片材進(jìn)行準(zhǔn)確裁切，達(dá)到無邊棱、毛刺現(xiàn)象。

2. PET光柵印刷品的制備

依據(jù)GB/T 14216對單張PET光柵片材進(jìn)行潤濕張力檢測，潤濕張力≥38 Nm/m。依據(jù)GB/T 18724—2008對PET光柵印刷品和UV油墨測定，利用圖案各色版的面積大小及油墨黏度值，對UV油墨黑色、青色、洋紅色、黃色和白色進(jìn)行排序印刷，印刷速度為6000～8000 印/h，UV燈功率為180 W/（cm·支）。由于PET柱鏡光柵片材的放大作用，依據(jù)GB/T 7705—2008光柵印刷品網(wǎng)點(diǎn)清晰，角度準(zhǔn)確，不出重影，亮調(diào)網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)面積為3%～5%，多色版圖像輪廓及位置應(yīng)準(zhǔn)確套合，光柵條對位套印誤差≤0.01 mm，同批同色色差值△E≤4.0。

3. PET光柵印刷品加工工藝流程。

PET光柵印刷品加工工藝流程如圖1所示。

圖1 PET光柵印刷品加工工藝流程

4. 紫外老化試驗(yàn)

將UV油墨印刷的PET光柵印刷品裁成尺寸為7 ×25 cm的樣品若干，放入紫外老化箱內(nèi)模擬自然光進(jìn)行紫外老化試驗(yàn)。在PET光柵印刷品耐老化實(shí)驗(yàn)中，將試驗(yàn)樣品固定在不銹鋼夾上并放于ATLAS熒光紫外老化試驗(yàn)箱的試樣架上，依據(jù)GB/T 14522—2008《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法：熒光紫外燈》模擬自然光對樣品進(jìn)行紫外老化試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：采用LUV紫外光暴露，輻照度0.66～1.0 W/m2，溫度（40±1）℃，噴淋時間:停噴時間=30 min:90 min。

5. 顏色色差測試

顏色空間參照GB 7921-87對PET光柵印刷樣品逐一測量每個測量點(diǎn)UV油墨的L*、a*、b*值，記錄數(shù)據(jù)并將獲得的數(shù)據(jù)與顏色基準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比對。兩個顏色樣本在彩度差、明度差和色相差上綜合表現(xiàn)出來的顏色感知差異的CIE LAB(CIEL*a*b*)顏色空間，采用直角坐標(biāo)體系來表示，并形成坐標(biāo)表述的心理顏色空間：L*表示計量心理明度坐標(biāo)，表征顏色的亮度大小，取值范圍是0～100；a*、b*表示計量心理色度坐標(biāo)，表征顏色的色調(diào)和飽和度，取值范圍是-100到100。在這一坐標(biāo)系統(tǒng)中，+a*表示紅色，-a*表示綠色，+b*表示黃色，-b*表示藍(lán)色。見圖2。

圖2 CIE LAB空間

使用樣品色與標(biāo)準(zhǔn)色之間的空間距離來計算明度差△L*及色度差△a*、△b*，計算出兩個色樣顏色在CIE LAB均勻顏色空間的總色差值△E，就可以精確地表示出兩個顏色在三維空間的視覺顏色差別。單項色差及綜合色差的計算公式如下：

明度差：

色度差：

綜合色差公式為：

式中:L*1，a*1，b*1是樣品色在CIE LAB顏色空間的坐標(biāo)值，L*0，a*0，b*0是標(biāo)準(zhǔn)色在 CIE LAB顏色空間的坐標(biāo)值，得出樣板與被檢品之間的顏色色差差異△L*、△a*、△b*、△E共4組數(shù)據(jù)。

二、結(jié)果與分析

將未添加紫外光屏蔽劑、添加紫外光屏蔽劑（G905、G910、G918），共4種片材樣品懸掛在紫外老化箱中，其中每種片材樣品都分別進(jìn)行了UV油墨印刷，油墨色塊的顏色分別為白色、青色、黃色、黑色和洋紅色，共5種不同的UV油墨。在紫外老化箱中照射時間點(diǎn)分別設(shè)定為24 h、48 h、72 h、120 h、144 h、168 h和216 h共7個時間段，如表1所示。

表1 不同紫外光屏蔽劑片材條件下印刷UV油墨色差變化情況

未添加紫外光屏蔽劑片材和紫外光屏蔽劑片材（G905、G910、G918）印刷UV油墨隨紫外老化時間的變化關(guān)系見表1。由此可知，在紫外老化24～216 h過程中，PET光柵印刷品片材在紫外老化影響下，其未添加紫外光屏蔽劑片材和紫外光屏蔽劑片材均隨著紫外老化時間的增加而色差值逐漸增大。UV油墨白色、青色、黃色、黑色和洋紅色印刷PET光柵老化216 h后，未添加紫外光屏蔽劑印刷品的色差值分別為3.36、3.62、4.12、5.73、4.32，添加紫外光屏蔽劑（G905、G910、G918）印刷品的色差值分別為2.42、2.55、3.16，2.53、2.21、2.11，2.38、3.62、3.40，3.13、3.16、3.25，3.59、3.49、3.60。紫外老化時間至216 h時，5種UV油墨印刷后進(jìn)行人工加速老化的添加紫外光屏蔽劑片材，每一種顏色的色差值均低于未添加紫外光屏蔽劑的色差值，說明紫外老化后，隨著紫外光屏蔽劑的添加，加工改性料對紫外光的吸收度顯著增加，表明紫外光屏蔽劑的添加能有效吸收紫外輻射，PET光柵印刷品顏色色差值△E均在4.0以內(nèi)，適合大部分PET印刷品的使用要求。因此，紫外吸收度的增加是PET紫外老化的顯著特征。

三、結(jié) 語

隨著社會不斷向前推進(jìn)，各種印刷品的質(zhì)量要求越來越高，對于印刷基礎(chǔ)材料的品質(zhì)和環(huán)保要求也在不斷提高。PET光柵材料都具有老化性，經(jīng)過長時間光照、熱氧等環(huán)境可能結(jié)晶變脆發(fā)黃，進(jìn)行UV油墨印刷后經(jīng)過光、熱，外觀也易變色，在基礎(chǔ)性研究過程中，對PET光柵印刷品的顏色色差值及耐候性的測試是提高印刷品質(zhì)量的有效方法。添加紫外光屏蔽劑片材（G905、G910、G918）在216 h的老化范圍內(nèi)幾乎顏色色差值△E均能保持在4.0以內(nèi)，小于不添加紫外光屏蔽劑片材色差值，表明添加紫外光屏蔽劑對改性料老化壽命提升幅度較大，效果顯著。PET光柵印刷品在儲存、運(yùn)輸、使用過程中經(jīng)過日照、雨淋等外部環(huán)境的影響，材料的顏色等外觀指標(biāo)經(jīng)測定符合市場包裝年限要求。