文　湯文杰 龐也馳

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UV平板打印的涂層墨水技術(shù)

文湯文杰 龐也馳

UV噴墨市場現(xiàn)狀

目前國際上包裝印刷技術(shù)的主流方向已向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、高速低耗、更加環(huán)保和個性化的方向發(fā)展，UV噴墨技術(shù)正適應了這個潮流。2013年西歐UV噴墨印刷市場規(guī)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(xiàn)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(yè)知名調(diào)研機構(gòu)）發(fā)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(nèi)迅速發(fā)展，其市場規(guī)模將在未來5年增長18．3%，并將在2018年達到159億美元。國內(nèi)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(tǒng)的完善、噴墨工藝的開發(fā)，噴墨印刷技術(shù)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(zhì)材料瓷磚、玻璃、鋼板、Dibond（鋁塑板）、鋁面夾層板

涂層技術(shù)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(zhì)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(jīng)咨詢美國DCS浮雕打印機相關(guān)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(guī)模推廣數(shù)字生產(chǎn)方法，2014年全球瓷磚噴墨印刷設備與技術(shù)迅猛發(fā)展。2010年12月全球已安裝數(shù)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(shù)字印刷設備就新增1367臺。據(jù)統(tǒng)計，到2014年1月31日總數(shù)達到2904臺（13個月增長+89%）。許多國家采用數(shù)字印刷設備生產(chǎn)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(shù)與設備較早，因此發(fā)展也更快。例如：西班牙現(xiàn)在約有300臺設備在使用，意大利現(xiàn)在也有240臺設備在使用（包括2013年安裝的43臺）， 有些統(tǒng)計可能偏高，有的可能偏低，在非歐洲國家中，使用數(shù)字印刷設備增長最快的是亞洲國家。［2］

2011年噴墨打印技術(shù)開始在我國瓷磚行業(yè)中應用，迄今為止全國有超過1/3的陶瓷磚生產(chǎn)線配備了噴墨打印設備。生產(chǎn)企業(yè)采用噴墨打印技術(shù)主要用于瓷磚、仿古磚、全拋釉磚、外墻磚等產(chǎn)品的釉面裝飾，其中瓷片類企業(yè)使用的噴墨打印機數(shù)量最多，瓷片類產(chǎn)品一條生產(chǎn)線需要配置3臺或以上噴墨打印機，部分大型陶瓷磚生產(chǎn)企業(yè)裝備的噴墨打印機超過10臺，噴墨打印產(chǎn)品所占比例在50%～60%，一些企業(yè)已經(jīng)開始生產(chǎn)全噴墨印花產(chǎn)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(chǎn)品，尤其是從2013年起，在一些瓷區(qū)的仿古磚和全拋釉磚生產(chǎn)企業(yè)開始推廣噴墨打印技術(shù)，也有很多仿古磚企業(yè)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(chǎn)陶瓷噴墨打印設備在國內(nèi)的市場份額已經(jīng)占到60%左右，占據(jù)主導地位。到2014年年底，國內(nèi)瓷磚生產(chǎn)企業(yè)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(yè)打印機分辨率可達1440×1440dpi）；②墨水不能即時干結(jié)，釉面花色會模糊，打印紋理效果差；③需高溫燒結(jié)（600℃）；④噴頭和墨水需進口成本高。

噴墨陶瓷印刷設備由于經(jīng)過高溫燒結(jié)，圖文表面耐磨性優(yōu)，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(yōu)勢。但是，對于一些裝飾品如墻磚、禮品盤等，如果UV工業(yè)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(wèi)生間、廚房的玻璃制品、戶外裝飾玻璃、玻璃杯、盤，吊頂?shù)鹊?，如果不能解決附著力和耐水性，UV工業(yè)打印機在這些領(lǐng)域應用將受到限制。

涂層技術(shù)的核心

要解決附著力和耐水性問題，關(guān)鍵是在基底材料（玻璃、陶瓷、金屬等）與UV噴墨樹脂之間架構(gòu)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(lián)的物質(zhì)，在一定條件下能夠固化成不溶不熔、具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(lián)，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(zhì)脆且應力集中，同時基底層為硬質(zhì)材料，因此需要過渡層必須韌性極佳，處于兩個硬質(zhì)層之間起到緩沖的作用；

·穩(wěn)定性：過渡層是單組份體系，易于儲存，常溫下保質(zhì)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(chǎn)UV墨水和進口UV墨水較好的相容性；④保證了涂層物質(zhì)的流動性能以方便噴墨打?。虎荼ＷC了墨水在15℃以下環(huán)境中保質(zhì)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(shù)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(nèi)UV平板的生產(chǎn)企業(yè)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(guān)理論以及多年的研發(fā)經(jīng)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(yè)的痛點。

參考文獻

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

［2］黃惠寧，數(shù)字裝飾瓷磚技術(shù)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(shù)，陶瓷，2015．02

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