浅议光油固化程度检测方法

欧阳福

摘要：光油固化程度不同，包装印刷品的表面硬度、耐摩擦划痕、摩擦系数、光泽、附着力等性能均有显著差异。以卷烟商标纸为例，高速卷烟自动包装机要求印刷品表面硬度、动/静摩擦系数必须控制稳定在一定范围。因此光油固化程度的控制与检测是控制印刷品质量一致性和稳定性的基础，但一直缺乏有效的檢测办法。本文从光油固化产物的角度出发，归纳评述了光油固化程度常用的几种检测方法及其特点，以期抛转引玉，为寻求更简便有效的光油固化程度检测方法提供参考。

关键词：UV固化光油；固化程度；双键转化率；动摩擦系数

中图分类号：TS8 文献标识码：A 文章编号：1400 （2021） 03-0040-03

Discussion on Testing Method of Curing Degree of Varnish

OU Yang-fu（Guangxi Zhenlong color printing packaging Co.， Ltd， Fuchuan County， Guangxi 542700， China）

Abstract： The surface hardness， scratch resistance， friction coefficient， gloss and adhesion of the printed outer packing are significantly different with different curing degree of varnish. Taking cigarette brand paper as an example， its surface hardness and dynamic / static friction coefficient of printed must be controlled and stabilized within a certain range so as to meet the requirements of high speed automatic packaging machine. Therefore， the control and detection of curing degree of varnish is the basis of controlling the consistency and stability of printing quality， but there has been a lack of effective detection methods. In this paper， from the point of view of curing products of varnish， several common detection methods and their characteristics of curing degree of varnish were summarized and reviewed. It provides a reference for finding a more simple and effective method to detect the curing degree of varnish.

Key words： UV curable varnish； curing degree； double bond conversion； dynamic friction coefficient

包装印刷品表面上光是印后加工最重要的方式之一，即在印刷品表面涂布一层上光油，保护印刷图文、美化印刷品外观和提高印刷品的防潮性、耐磨性、光泽度和爽滑度等性能。由于阳离子光引发剂等各种原材料价格昂贵，目前印刷装潢用的光油绝大多数是自由基聚合的光油。光固化过程中，光油的主要成分预聚物和单体在光引发剂的作用下C=C双键打开，预聚物和单体进行化学反应，有三种可能的产物：一是预聚物之间或预聚物与单体反应继续链增长，预聚物分子量大幅度增加，二是单体与单体反应生成高分子量的聚合物，三是分子链与分子链之间形成C-C共价键实现交联。同一类光油，光引发剂的种类和用量不同，三种产物各自的分子量和相对含量又有所不同，导致固化产物具有不同的表面物理性质。另外，自由基聚合光油存在表面氧阻聚使光油表面层和深层光油固化程度显著不同。因此，光油固化程度的检测通常需要基于上述三种固化产物的混合物性质进行检测。本文归纳总结了光油固化程度常用的几种检测方法，以期抛转引玉，为寻求更简便直接的光油固化程度检测方法提供参考。

1 光油固化程度的检测方法

1.1指压外观观测法

光油固化后如果固化程度高，固化产物分子量越大，高分子链之间交联点越多，则表面越光亮，在压力作用下越不容易出现压痕。手指用力按压，无指纹压痕残留在印刷品表面。由于每次检测手指压力有可能不同，在此基础上又发展起来一种使用固定质量施加压力的方法，比如采用500g砝码，把几根纤维丝放在固化膜表面，再将砝码压在纤维上放置一定的时间，然后取下砝码，若纤维不粘在固化膜表面，即证明UV光油固化完全。也有用大头针划上光表层，然后用放大镜观察，划痕为锯齿状，就表明已经固化。该方法比较简便直观，但准确度较低，而且无法量化比较不同种类光油在同样固化条件下的固化程度。

1.2硬度测试法

UV光油固化后，光油在固化过程中交联密度越高，硬度越大，因此可以通过测量固化膜硬度的方法来间接表征光油的固化程度。硬度测试方法有多种，常用有显微硬度[1]和铅笔硬度测试。用铅笔硬度仪来进行测试，如果硬度达到2H以上，则证明该UV光油已经完全固化[2]。但该方法不适合用于固化后膜的柔韧性好、硬度低的光油固化程度判别。

1.3溶剂擦拭法

尹福寿[2]提出了一种溶剂擦拭法来判定固化程度，具体方法是使用棉签蘸取二甲苯溶剂，在固化后的UV涂层表面来回擦拭，根据擦拭次数判断UV涂层的固化程度，当然也可以试用其它对丙烯酸类高分子具有溶胀溶解能力的溶剂，比如丙酮。这种方法也有一定的局限性，因为光照固化时预聚物和单体实现自由基聚合，预聚物实现交联，单体聚合成高分子。固化程度不同，交联密度和聚合物分子量不同。已经交联的聚合物不会溶解于溶剂二甲苯或丙酮，溶剂只能将由单体聚合形成的低分子量聚合物溶解。因此，其有效性仍需要进一步考察。

1.4红外光谱法

红外光谱法原理是比较光油固化前后C=C双键含量的变化。光固化过程中，单体和预聚物被引发参与光固化反应，其中的C=C转变为C-C键，随着固化程度的增加，C=C逐渐转化直至消失，C=C双键转化率越高，固化程度越高。红外光谱中，C=C的特征吸收谱带是其在810cm-1的弯曲振动，其吸收峰面积与C=C双键含量成正比。因C=O在1720cm-1处的吸收峰面积保持不变，故以C=O在1720cm-1处的吸收峰面积作为参考。通过测试光油固化前后红外吸收光谱曲线，计算810cm-1处C=C的特征吸收谱带面积减少的多少来判断光油的固化程度[3]，即双键转化率，其具体计算公式见下式。谱带面积减少越多，说明固化程度越大。文献中也有用C=C双键在1637cm-1波数处吸收峰面积来表征光油固化程度的[4]。具体计算方法大同小异。

式中，DC（%）为双键转化率；（A810）0和（A1720）0是光油固化前样品红外光谱中在波数810cm-1和1720cm-1处吸收峰的面积；（A810）和（A1720）是光油固化后样品红外光谱中在波数810cm-1和1720cm-1处吸收峰的面积。

1.5表面摩擦系数法

李晓丽[5]详细比较了光油固化前后C=C双键转化率和印刷品上光后的动静摩擦系数，发现动静摩擦系数大小与双键转化率存在线性关系，即摩擦系数越小，固化程度越高。因此，可以通过测试固化膜表面摩擦系数间接判定光油固化程度。德国PITSID公司开发的一款UV固化测定仪的测试原理正是用印刷品表面动摩擦系数来表征UV固化程度的。

1.6玻璃化转变温度Tg

玻璃化转变温度是表征分子无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象的特征温度。在玻璃化转变温度以下，高聚物分子处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子（或基团）在其平衡位置作振动；而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。测试玻璃化转变温度的方法多种。目前用于玻璃化温度测定的热分析方法主要为差热分析（差示扫描量热分析法（DSC））。同一种类光油固化产物的玻璃化转变温度越高，表面光油固化产物的分子量越大，也就是固化程度越高。

2 结语

从上述测试方法可以看出：光油固化程度不同，印刷品的表面硬度、摩擦系数、光泽、附着力均有显著差异，而表面硬度、摩擦系数与印刷品在下游包装企业用自动包装机包装应用时的上机适应性密切相关。因此，光油固化程度的检测并控制在一定范围是印刷品表面性能一致性的最根本保障。而上述现有的检测方法中指压外观观测法需要检测人员具有丰富的经验，其它的检测方法尽管可以给出量化的检测数据，但操作较为繁琐，而且由于表面氧阻聚的存在，对于测试样品的取样有较高的要求。因此，急需寻求更简便直接的光油固化程度检测方法，保障印刷品质量的一致性。

参考文献：

[1] 高欣，张元，平逸帆，王娟，徐海，张光东.大块树脂与常规树脂整体和分层充填后牙Ⅱ类洞边缘微渗漏及固化程度的比较[J]. 南京医科大学学报（自然科学）. 2020， 40（10）：1460-1464.

[2] 尹福寿. UV涂层固化程度检测方法的研究与探讨[J].印刷技术包装装潢. 2015/08：30-31.

[3] Ji-Soo Kim， Jin-Uk Hwang， Dooyoung Baek， HyunJoong Kim， Youngdo Kim. Characterization and flflexibility properties of UV LED cured acrylic pressure-sensitive adhesives for flexible displays[J]. Journal of Materials Research and Technology， 2021，10：1176-1183.

[4] Sheila P. Passos， Estev？o T. Kimpara， Marco A. Bottino， Gildo C. Santos -Jr，Amin S. Rizkalla. Effect of ceramic shade on the degree of conversion of a dual-cure resin cement analyzed by FTIR[J]. Dental Materias， 2013， 2 9： 317–323.

[5] 李曉丽.折叠纸盒用UV-LED光油的制备和性能研究[D]. 北京印刷学院，2017. 49.