UV平板打印的涂层墨水技术

文　汤文杰 庞也驰



UV平板打印的涂层墨水技术

文汤文杰 庞也驰

UV喷墨市场现状

目前国际上包装印刷技术的主流方向已向数字化、网络化、高速低耗、更加环保和个性化的方向发展，UV喷墨技术正适应了这个潮流。2013年西欧UV喷墨印刷市场规模约为24亿美元，并将在未来5年中保持13．6%的年均复合增长率。UV喷墨印刷在北美也呈现出欣欣向荣的景象，未来5年，其增速达16．2%。史密瑟斯·派诺公司（全球印刷包装行业知名调研机构）发布了一份《2018年UV喷墨印刷市场预测》的报告，报告显示，UV喷墨印刷将在全球范围内迅速发展，其市场规模将在未来5年增长18．3%，并将在2018年达到159亿美元。国内UV喷墨印刷市场属于起步阶段，但市场份额也在逐步扩大，随着设备的引进、UV喷墨墨水的改进、UV喷墨印刷系统的完善、喷墨工艺的开发，喷墨印刷技术在薄膜、金属、陶瓷、织物、木材和玻璃上的应用都在增长。［1］适合UV平板喷墨打印的材料清单如下：

材料类型　材料种类柔性材料　相纸、特种纸张、皮革、油画布、乙烯膜或片、磁性贴瓦楞纸、光栅板、PET/PC/PP、iPad/ iPhone壳、大理石、木板、KT板、雪弗板、X-Board、亚克力需要涂布的刚性材料硬质材料瓷砖、玻璃、钢板、Dibond（铝塑板）、铝面夹层板

涂层技术需求的迫切性

UV平板喷墨的墨水在上述的柔性材料和硬质材料表面的适应性非常好，喷出来的样品精细度高，耐用性强，因此UV平板喷墨在上述两种材料为丝印打样和短板印刷方面应用广泛；

但是对于需要涂布的刚性材料陶瓷、玻璃、钢板、Dibond、铝面夹层板表面UV打印墨水的附着力和耐水性方面不尽如人意（经咨询美国DCS浮雕打印机相关人员获得）。

上述尤其针对刚性材料的建材装饰市场有多大？以喷墨陶瓷为例：

2013年全球大规模推广数字生产方法，2014年全球瓷砖喷墨印刷设备与技术迅猛发展。2010年12月全球已安装数字印刷设备大约538台，2011年底增加到1054台，到2012年12月底增长到1537台，平均每年增长超过500台。

仅2013年一年时间， 数字印刷设备就新增1367台。据统计，到2014年1月31日总数达到2904台（13个月增长+89%）。许多国家采用数字印刷设备生产方法增长迅速，从2010年开始24台，到今天有48台。但有些国家采用该项技术与设备较早，因此发展也更快。例如：西班牙现在约有300台设备在使用，意大利现在也有240台设备在使用（包括2013年安装的43台）， 有些统计可能偏高，有的可能偏低，在非欧洲国家中，使用数字印刷设备增长最快的是亚洲国家。［2］

2011年喷墨打印技术开始在我国瓷砖行业中应用，迄今为止全国有超过1/3的陶瓷砖生产线配备了喷墨打印设备。生产企业采用喷墨打印技术主要用于瓷砖、仿古砖、全抛釉砖、外墙砖等产品的釉面装饰，其中瓷片类企业使用的喷墨打印机数量最多，瓷片类产品一条生产线需要配置3台或以上喷墨打印机，部分大型陶瓷砖生产企业装备的喷墨打印机超过10台，喷墨打印产品所占比例在50%～60%，一些企业已经开始生产全喷墨印花产品。除了瓷片，仿古砖和全抛釉砖也是使用喷墨打印机的两大类产品，尤其是从2013年起，在一些瓷区的仿古砖和全抛釉砖生产企业开始推广喷墨打印技术，也有很多仿古砖企业准备增加喷墨打印机，相对普通仿古砖来说，喷墨打印花色效果更好，客户更易于接受。

截至2014年4月，我国在线运行的陶瓷喷墨设备已超过2000台，国产陶瓷喷墨打印设备在国内的市场份额已经占到60%左右，占据主导地位。到2014年年底，国内瓷砖生产企业配备的喷墨打印设备已达到3000台。［3］

而喷墨陶瓷印刷设备存在一些不足：①分辨率仅360dpi（UV工业打印机分辨率可达1440×1440dpi）；②墨水不能即时干结，釉面花色会模糊，打印纹理效果差；③需高温烧结（600℃）；④喷头和墨水需进口成本高。

喷墨陶瓷印刷设备由于经过高温烧结，图文表面耐磨性优，对于一些日常与食品接触的如碗、盘子，以及需要超高耐磨性的地砖等，该工艺具有不可比拟的优势。但是，对于一些装饰品如墙砖、礼品盘等，如果UV工业打印机能够解决墨水与基材的附着力和耐水性，相信完全可以凭借低成本、高分辨率抢占一部分市场份额。

同时对于如：淋浴房、卫生间、厨房的玻璃制品、户外装饰玻璃、玻璃杯、盘，吊顶等等，如果不能解决附着力和耐水性，UV工业打印机在这些领域应用将受到限制。

涂层技术的核心

要解决附着力和耐水性问题，关键是在基底材料（玻璃、陶瓷、金属等）与UV喷墨树脂之间架构过渡层。形象地解释是：在基底材料和UV喷墨树脂之间用链锁（过渡层）连接，一方面链锁自身有非常高的强度、硬度和耐腐蚀性，另一方面链锁的一端与基底材料焊接严实，链锁的另一端则与UV喷墨树脂焊接严实。

为达到以上的严苛要求，首先必须要求过渡层是一种能够一定程度交联的物质，在一定条件下能够固化成不溶不熔、具有三维立体网状结构的聚合物，耐酸碱腐蚀；其次要求过渡层能与基底材料中的无机相（氧化硅、氧化铝、金属）形成化学键；最后要求过渡层能与UV喷墨树脂（丙烯酸类聚合物）之间能形成化学键。

所以，要攻克的核心问题包括：

·树脂：过渡层的主要成分树脂要求，固化前具有良好溶解性，固化后能形成一定交联，固化后形成的聚合物有非常好的硬度、耐刮性、耐磨性、耐酸碱、耐腐蚀；

·韧性：UV墨水层瞬间固化质脆且应力集中，同时基底层为硬质材料，因此需要过渡层必须韧性极佳，处于两个硬质层之间起到缓冲的作用；

·稳定性：过渡层是单组份体系，易于储存，常温下保质期6个月以上；

·相容性：与UV墨水的主要成分丙烯酸类聚合物有较好的相容性；

·纳米材料：纳米材料赋予过渡层特殊性能，如流动性、耐水性等等。

因此，市场所需的喷墨涂层墨水——必须满足：①保证了复合层（基材/涂层墨水/UV墨水）24小时水煮无任何变化；②保证了复合层耐酸碱、耐腐蚀；③保证了涂层墨水与市场上大部分国产UV墨水和进口UV墨水较好的相容性；④保证了涂层物质的流动性能以方便喷墨打印；⑤保证了墨水在15℃以下环境中保质期6个月以上。

注：

24小时耐水煮是附着力和耐水性最严苛的衡量指标，目前仅有报道伊藤油墨推出UV耐水丝印玻璃油墨能在开水中浸泡24小时，固化膜硬度和附着力不受影响。

市面上的涂层一般都是用喷枪喷涂，而将涂层直接做成墨水更为方便快捷。

涂层的检测指标

1．附着力：划格法，3M胶带撕离不脱落；

2．耐水性：水煮24小时，涂层不变色、附着力下降不超过10%；

3．耐酸碱：PH=14的碱液中浸泡30天不脱落，PH=1的酸液中浸泡30天不脱落；

4．盐雾法：涂层金属片在5%的NaCl中浸泡60天不腐蚀。

涂层的研究进展

北京印刷学院科研人员尝试用低温等离子体技术的方法，通过改变陶瓷表面能以促使UV墨水更好的铺展，来改善UV打印在陶瓷表面的附着力，实际效果不够明显；

同时，国内UV平板的生产企业也采用各种涂层做过测试，基本上不能满足高端客户的需求；

基于高分子相关理论以及多年的研发经验，笔者认为以聚氨酯或是橡胶为主要成分研制的涂层墨水，或许能解决企业的痛点。

参考文献

［1］官燕燕等，UV平板喷墨打印技术在包装印刷领域的应用，今日印刷，2015．08

［2］黄惠宁，数字装饰瓷砖技术与设备新进展，佛山陶瓷，2014．12

［3］田怡，浅谈陶瓷喷墨打印技术，陶瓷，2015．02

作者单位（中国印刷科学技术研究院印刷环保技术重点实验室包装印刷新技术北京市重点实验室）