UV油墨特性-印刷和3C电子产品应用-杨建文

•杨建文，广州中山大学•上海2011.11UVUV油墨特性油墨特性————印刷和印刷和3C3C电子产品应用电子产品应用光固化基本原理简介光固化油墨市场光固化油墨特点(组成、工艺特点、与其他油墨比较)UV油墨应用领域介绍：印刷油墨：丝印、胶印、凹印、移印、柔印、喷印功能油墨：PCB阻焊油墨、导电油墨、LCDCF-RGB&BM油墨UV油墨颜料UV油墨、UV色漆──颜料遮蔽体系的光固化难点OUTLINEOUTLINEOUTLINE一、光固化基本原理一、光固化基本原理1.什么是光固化反应？光固化反应是：液态的单体或低聚物在光的作用下由液态变为固态的反应。其本质是：光引发的（交联）聚合反应。光引发剂聚合物交联网络自由基光固化单体和树脂自由基引发丙烯酸酯光聚合UVCROCO+RCHCOOCHCOOCH2CH2COCH2CHCH2CHCH2COOOCOCHCH2CH2CHCOOOCOCHCH2CHCH2CH2CHCH2COCH2CHCOOOCCHOCH2•H+HOOOOOOOOOOCOCOOOOCOOO阳离子光固化光固化过程示意及光致交联示意2.实现光固化过程的几个要素合适的光引发剂自由基光引发剂、阳离子光引发剂能够发生聚合、交联的原料单体、树脂合适的光源波长、强度3.光固化产品基本组成环氧丙烯酸酯聚氨酯丙烯酸酯聚酯丙烯酸酯……HDDATMPTATPGDAHEMA……Darocur1173Irgacure184Irgacure651BPITXTPO……流平消泡润湿消光填充……3－10%wt50－80%wt常用十余种20－50%wt降低粘度适于涂装光固化技术的广泛应用光固化技术的广泛应用UVUV--curingcuringUV-curableAdhesiveUVUV--curablecurableCoatingCoatingUVUV--curablecurableinkink紫外光及其紫外辐照源真空紫外真空紫外200nm200nm中紫外中紫外200200--300nm300nm近紫外近紫外300300--400nm400nm1970年将中紫外和近紫外区的紫外光（UV）分为：UVA315-400nmUVB280-315nmUVC200-280nm紫外光是波长为40-400nm的光。UVAUVCUVBUVV油墨/涂层/黏合剂基材表面4.光源灯管长25cm0.8~1.2cm发光二极管（LED）无极灯微波多灯体系中压汞灯工业用紫外灯辐照源二、光固化油墨市场二、光固化油墨市场Growthfrom2009to2006Coatings:34%Inks:64%Adhesives:198%中国UV固化配方油墨产量(2003-2009)200920082007200620053636373741调研企业211751802814648128941103990566514040008000120001600020000240002003200420052006200720082009（吨）欧洲(2008)：UV产品13万吨；印刷:6万吨（油墨：2.9万吨；印刷品罩光油：3.1万吨）02000040000600008000010000012000019701980199019951997199920012003200520072009北美北美UV/EB配方产品市场(1970-2009)（涂层、油墨，粘合剂）（吨）Demandsofformulatedmaterialsdecreased3%and5%in08and09.Thedecreaserateissmallerthanthatofrawmaterials.Someportionofformulationsweremadebyusingimportedmaterials.日本EB/UV固化配方产品市场需求（2004-2009）010203040506070Demands(kton)200420052006200720082009est.CoatingsInksPhotoresistsOthers韩国UV/EB总体市场三、光固化油墨特点三、光固化油墨特点适应性广适应性广EnablingEnabling5Efeaturers光固化技术可以不含溶剂快速固化，快速加工经济经济EconomicalEconomical高效性高效性EfficientEfficient环境友好环境友好EnvironmentalFriendlyEnvironmentalFriendly节能节能EnergySavingEnergySaving能耗不足溶剂型涂料的10%与溶剂型涂料固含成本相当高附着、耐磨，软硬皆可无污染，无溶剂释放节省成本干燥快，生产效率高瞬时干燥，无需喷粉印点不扩散，光泽丰满清晰可用于热敏承印物传统干燥Resins+Alkyds+MineraloilCoatingPaperAfter2minutesPaperAlkyds+ResinsCoating+MineraloilResins+AlkydsCoating+MineraloilPaperAftereg.48hoursUV固化油墨的优点光光固化固化油墨与光固化涂料配方的对比油墨与光固化涂料配方的对比UV印刷油墨配方示例：UV胶印油墨环氧丙烯酸树脂20.0聚酯丙烯酸树脂10.0三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10.0三丙二醇二丙烯酸酯31.0二苯甲酮5.0二苯乙二酮3.0甲基二乙醇胺2.0品红16.0预聚体稀释单体引发剂颜料传统固化与高效固化UV油墨vs.溶剂墨or水性墨UV油墨轻易做到完全不含挥发性成份；UV油墨具有不同与传统的气味气味；UV油墨光照下立即立即固化干燥；UV油墨的固化是墨层由上至下由上至下瞬间固化；UV油墨避光可长期保存长期保存，对可见光通常安全；UV墨固化能耗能耗远低于水性墨UV油墨印刷余墨可回收使用。光固油墨的分类转移油墨Pad/StampingVeryverypasty胶印油墨Offset/LithoPasty丝印油墨ScreenViscous柔印/凸印油墨Flexo/ReliefFluid凹印油墨GravureVeryfluid喷墨油墨Digital/ink-jetVeryveryfluid光固油墨的承印物：纸张纸板金属/塑料/玻璃等纤维四、四、UVUV油墨应用简介油墨应用简介1.印刷油墨：1)TransferPadPrinting转移印刷移印的历史大约150-180年前，移印在欧洲被用于印刷手表的刻度盘，是纯手工工艺，印刷速度比较慢，印刷质量完全由操作者的技术和经验决定。机器和印刷软件也很原始。虽然移印技朮一直在发展，但是直到今天，移印的4个组成部分——印刷钢片，印刷油墨，印刷胶头，印刷机器——基本没有改变，只是材料及技术有所改良。移印油墨移印油墨•油墨从印版转到软垫pad，再转到承印基材；•适合于曲面、异形面、凸凹面印刷；•用于印刷Logo、标识符、数字等。UVUV移印墨移印墨vs.vs.环氧移印墨环氧移印墨•1K•余墨可再利用•色彩一致性佳•立即固化、无印痕、快速流程•2K•余墨废弃•色彩受混配工艺应用•固化慢，工时长2)胶印油墨•基于水墨相斥原理，先把上墨的图像转移到橡皮布上，然后再转移到印刷材料表面•胶印油墨类型:干性油、热固型、UV/EB•油墨稠而不粘无水胶印版基本胶印系统平版胶印着墨原理示意图UV胶印油墨印刷原理及要求UVUV胶印胶印油墨的要求：油墨的要求：◆理想黏度/粘性：◆流动特性参数(Yieldvalue)：◆施工厚度：通常为1-4µm◆合适的水油平衡值(=HLB)：居于(3,6)之间◆良好的颜料润湿性能：◆足够的憎水性能和低飞溅：◆良好的固化速率：◆良好物性：叠印、附着力、耐抗性、柔韧性、光泽典型典型UVUV胶印墨胶印墨胶印墨组成：UV胶印墨氧化/热固胶印墨低聚物树脂单体干性油/溶剂光引发剂*固化催化剂颜料颜料助剂助剂*usedinUVinksonlyUV胶印墨有何不同?•粘指时间更短•色彩一致性高•立即固化，缩短工时•废弃物少3)丝印油墨•丝印类型–平板丝网–转轮丝网丝印油墨丝印油墨•类型:UV,EB,溶剂型,水性,热固型、热塑型•颜料粒子粒径足够小，便于穿过印版网孔UVUV丝印墨丝印墨印刷过程空气介入―使用消泡剂；瞬间固化，免晾印；叠印层间润湿、附着良好；固化能耗低、温度低，适于热敏基材印刷；厚层印墨底部固化需确认。4)柔印油墨柔印油墨FlexoFlexo8UV-Flexoprintingunits•Ink–Solvent-borne–waterborne–UV（UVflexooffers:抑制印点扩大；更宽的半色调区间）Print:process,linecolor/solidsInkMust:releasefromaniloxtoplateViscosity,cps:500to10,000Max.CureSpeed:500fpmPigmentLevel:~15%InkThickness:3to10microns(functionofaniloxgeometry)柔印工艺柔印工艺UVUV柔印墨参数柔印墨参数UV柔印墨类型助剂颜料多元醇己內酯乙烯基醚活性稀释剂丙烯酸酯单体脂肪族环氧双酚A环氧乙烯基醚低聚物低聚物丙烯酸酯化低聚物：EPA、PEA、PUA硫鎓盐碘鎓盐光引发剂BenzophenoneBDMK/1173/184TPO/819阳离子型自由基型柔版及凹版工艺及要点墨路短，印刷速度快，印色稳定性好，经济实惠，体系黏度低，润湿流平效果好粘度控制：标准的UV柔印油墨在2500s-1的剪切速率下的粘度为0.15-1.5Pa.s很高的流动特性0.05-0.5Pa.s必要的流动性颜料润湿性，影响流动性和着色强度，15%到20%颜料含量，墨膜不超过2微米流变性，油墨的转移和输送，以填充网纹传墨辊及印版滚筒上蚀刻的油墨携带单元固化速率，印刷速度一般为350m/min其它要求：油墨要具备抗划伤性，耐化学性和防腐性50-70%(M)5-10%(O)8-20%(P)6-15%(PI)卫生安全的水性光固柔性油墨卫生安全的水性光固柔性油墨传通UV油墨10-30%（水）30-60%(WDPU)8-20%(P)6-15%(PI)水基UV油墨食品、饮料包装印刷5)凹印油墨•获得最好的印刷质量•凹版印刷价格高、印刷简单•雕版印棍、墨槽、刮墨刀；•墨辊从墨槽取墨，刮刀去余墨，直接转移到承印基材上。ConventionalcellswithflatbottomSEMphotoandB)halfautotypicalcellswithroundbottom.激光雕版制作凹印版MDCDirectLaserSystem(DLS)forgravure.凹印油墨要求凹印油墨要求–很低的油墨粘度–高颜料含量–过版墨量高–适应高速印刷这些要求对UV油墨也是挑战凹印油墨趋势凹印油墨趋势•发展金属闪光凹印墨和荧光凹印墨，产生金属薄质感效果，适于高速印刷。•UV凹印印刷单元将替代UV柔印不适合的场合。6)喷墨数字印刷inkjet•Solvent–continuousinkjetsystems•Water-personalprinters•UV–markingwire&cable,wide-formatsfromflatbedPiezoprintersUVcurableinkjetink:UVcurableinkjetink:――100%solids/noevaporation100%solids/noevaporation增加8倍UVUV固化喷墨印刷固化喷墨印刷喷墨工艺及要点•非常低的粘度（≤10cPs）•中高表面张力（约45N/m)•粘度与表面张力相互补偿确保适量的喷射及基材的润湿•颜料粒子在墨水中长期稳定分散•墨水通过打印头顺畅，但形成图案迅速干燥•过滤控制：在罐装之前建议采用三级过滤体系，5微米1微米0.2微米控制•PH值、粘度、表面张力、电导率、材料兼容性、挥