UV 金属油墨

3.12.1 金属包装印刷

金属包装材料作为包装领域的重要包装材料，与其他包装材料相比，具有可回收利用、对内含物保护性好、外观形状多样、色彩鲜艳等诸多优点。它们具有巨大的发展潜力，得到了消费者的认可。如今，绿色环保风潮已席卷包装印刷业，"绿色包装 "已成为印刷业内的热门话题，也是印刷业工艺技术的发展趋势之一。金属包装印刷行业在生产过程中的高能耗和大量废气排放，已经成为制约金属包装企业发展壮大的重要因素，也为金属包装的绿色发展设置了障碍。

近年来，UV 印刷工艺因其在节能环保方面的明显优势，在金属包装印刷行业越来越受欢迎。再加上其巨大的成本优势，它已成为一种节能环保的创新方式，越来越受到金属包装企业的追捧。

3.12.1.1 传统马口铁印刷工艺

马口铁内外均涂有涂层，然后即可进行彩色印刷。马口铁印刷一般采用胶版印刷。马口铁表面光滑，不吸水，与纸张截然不同。因此，在马口铁上印刷时要使用热固油墨，这种油墨需要高温干燥。换句话说，印刷过程中需要使用特殊的干燥装置来干燥油墨。干燥温度一般在 150℃左右，时间控制在 10 至 12 分钟。目前，国内马口铁印刷行业多采用隧道式烘箱（以下简称烘房）来干燥油墨。烘房长约 30 米，高约 6 米，与印刷机后端相连，用于烘干印刷品。在传统的马口铁印刷工艺中，无论需要印刷多少次才能完成一件产品，在每次印刷完成后，印刷品都需要经过烘干房烘干油墨。每个印刷产品都必须多次通过烘干炉，这不仅会消耗大量能源，还会排放大量挥发性有机化合物。因此，许多公司开始考虑使用其他方法来替代传统的加热固化方法，而紫外线固化因其高效节能的优点脱颖而出。

3.12.1.2 UV 马口铁印刷工艺

在印刷过程中应用紫外线的技术，是利用紫外线油墨在紫外线下快速固化，具有优良的物理化学性能和较高的表面亮度。由于 UV 印刷工艺中的油墨可以在紫外线下快速干燥，因此在采用 UV 技术后，每个印刷机组都配备了 UV 干燥装置，负责及时干燥每种颜色的油墨。传统设备中的隧道烘箱部分不再需要。与传统印刷工艺相比，UV 印刷工艺的主要优点是：固化速度快，固化时间短，无需烘箱，不仅提高了生产效率，节约了能源，还减少了挥发性有机化合物的排放，有利于环保。

3.12.2 制备紫外线金属油墨

UV 金属油墨是一种光固化油墨，可以直接在金属材料（包括经过表面处理的金属基材和经过表面精加工的金属材料）表面进行印刷。印刷中常用的金属材料包括铜板、铝板、铁板、不锈钢板和镜面处理过的钛板，以及经过表面处理的金属材料，如阳极氧化多孔铝板、磷化铁板、镀锌铁板、镀镍铁板和镀铬铁板，还有经过表面处理的金属材料，如涂有粉末涂料或烤漆的金属板。

不同的金属有不同的表面特性，使用的 UV 油墨类型也应不同，否则可能会出现附着力差、金属弯曲时油墨层脆裂等问题。

UV 金属油墨分为以下几种类型：普通金属 UV 油墨、特殊金属 UV 油墨、弹性金属 UV 油墨、耐高温金属 UV 油墨、具有特殊装饰效果的金属 UV 油墨、用于金属蚀刻的 UV 防腐油墨以及 UV 金属光油系列。

每种 UV 金属油墨都有一个最佳印刷色序。不同颜色的 UV 油墨的光固化速度不同，有些固化速度慢，有些固化速度快。不可能像自干型溶剂油墨那样先印刷任何颜色。丝网印刷 UV 金属油墨，尤其是印刷多种颜色时，一般遵循先印深色后印浅色的原则。

不同颜色的 UV 金属效果油墨有最佳的固化顺序。UV 金属效果油墨的固化顺序是

金色、银色 → 黑色 → 蓝色 → 红色 → 黄色 → 无色透明清漆

深色油墨需要更多的紫外线能量，干燥速度更慢，紫外线不易穿透油墨层，使底层更难固化。因此，深色油墨必须先印刷；浅色油墨很容易固化，只需要一次光照射。如果先印刷浅色油墨，浅色油墨不可避免地会过度固化，油墨层变脆，附着力变差，而深色油墨层固化不够，表面硬度低，耐磨性和耐溶剂性变差。UV 金属油墨可在印刷后立即固化，每印完一种颜色后，墨层固化一次。当第二色油墨固化时，第一色油墨已经受光两次。如果是四色图案，当第四色油墨固化时，底层油墨已经受光并固化了四次。

新鲜金属表面具有很高的表面自由能（500 至 5000 mN/m），远高于有机聚合物材料的表面自由能（<100 mN/m）。这种高表面自由能非常有利于油墨附着。事实上，许多金属在空气中容易氧化，在表面形成氧化膜，从而降低表面自由能，影响油墨的附着力。不过，大多数金属氧化膜的表面自由能仍高于 UV 油墨，因此 UV 油墨对金属基材具有良好的润湿效果。然而，在金属基材上使用 UV 油墨的一个常见问题是油墨与金属的附着力不佳。如果不添加附着力促进添加剂，UV 油墨很难与金属达到理想的附着力。这可能是因为金属基材表面致密，紫外线油墨难以渗透和吸收。有效的接触界面很小，不像纸张和木材表面粗糙，有毛孔，也不像塑料可以被油脂膨胀，形成一个可渗透的锚定结构。此外，由于 UV 油墨固化速度快，体积收缩造成的内应力无法释放，反应会影响油墨层与金属基材的附着力，从而降低附着力。金属表面通常很容易被油脂污染，这也不利于涂层附着和金属防腐。

为了使金属表面具有良好的附着力、防腐性和清洁的表面，在使用油墨印刷之前，通常要进行清洁、物理处理和化学处理。最简单的清洁方法是用棉布蘸溶剂擦拭金属表面，或将金属部件直接浸入溶剂中清洗。更有效的方法是蒸气脱脂，即将金属零件悬挂在传送带上，然后将其运送到罐中沸腾的卤化溶剂上，使溶剂在金属零件表面凝结，溶解油脂，从而达到清洗的目的。物理处理，如对金属表面进行喷砂，去除腐蚀表面，形成新的粗糙表面。这主要用于一些粗糙的工业部件，如桥梁、储罐等。此外，还有真空氧化铝喷砂、钢砂或水溶性粘合剂清洗、塑料颗粒喷砂，有时高压水喷砂也用于表面清洗。化学处理通常是用磷酸或磷酸盐将金属表面用酸性物质轻轻腐蚀，形成一层一定形态的铁/亚铁磷酸盐，以提高涂层的附着力，但耐腐蚀性能只是略有提高。处理过的金属表面必须彻底清洗，以去除可溶性盐。铝表面覆盖着一层薄而致密的氧化铝，因此一般只需清洗表面。

UV 金属油墨的核心问题还在于解决油墨层与金属之间的附着力。油墨配方中的低聚物和活性稀释剂可以与金属表面形成氢键或化学键，从而大大提高涂层与金属之间的附着力。一般来说，含有羧基和羟基的低聚物和活性稀释剂，尤其是含有羧基的低聚物和活性稀释剂，对金属底材的影响更大，对提高附着力的作用也更明显（表 3-48）。同时，使用体积收缩率低的低聚物和活性稀释剂也有助于提高附着力。有些活性稀释剂对金属有一定的渗透性，也有助于提高附着力（见表 3-49）。

表 3-48 含羧基单体对 UV 油墨与金属附着力的影响

表 3-49：易渗透到金属基底上的反应性稀释剂

添加附着力促进剂是提高紫外线金属油墨附着力的重要手段。常用的有含羧基的树脂、含羧基的丙烯酸酯、丙烯酸酯磷酸盐、硅氧烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等。硫醇由于气味太大而不能使用，但它们对金表面有很强的作用，而金表面的惰性极强。有关适用于 UV 金属油墨的金属附着力促进剂，请参见表 3-50。酸性单体或树脂含有酸性基团，可轻微腐蚀金属表面，并与表面金属原子或离子形成络合物，从而增强墨层与金属表面之间的附着力。一般来说，配方中磷酸酯类附着力促进剂的用量较少，不超过 1%。有机硅偶联剂能促进与金属基材的附着力，因为水解后，它们能与金属表面的氧化物或羟基缩合，形成界面化学键，提高附着力。合适的有机硅偶联剂包括 KH550、KH560、KH570 和一些有机硅改性紫外线树脂。钛酸酯偶联剂用于 UV 金属油墨，可提高与金属基材的附着力。合适的钛酸酯偶联剂包括钛酸四异辛酯、钛酸四异丙酯和钛酸正丁酯。

表 3-50 用于 UV 金属油墨的附着力促进剂

与自由基光聚合体系相比，阳离子光聚合油墨更容易在金属上获得良好的附着力。阳离子固化的收缩率低，聚合后形成的大量醚键可作用于金属表面，这些都能提高附着力。但是，阳离子光引发剂光解产生的超强质子酸不仅会引发阳离子聚合交联，还会腐蚀金属基材，对涂层附着力明显有害，不利于提高附着力。只有降低阳离子光引发剂的浓度，才能提高附着力。此外，常用的阳离子光引发剂（如硫脲盐或碘盐）对紫外线的吸收小于 300 纳米，与紫外线光源不兼容。它们的光引发效率极低。必须添加少量的自由基光引发剂，如 ITX，它可以吸收紫光谱长波区的光能，并将能量传递给硫脲盐，间接激发光引发剂，提高光引发效率。

由于 UV 印刷油墨的粘合剂由不饱和丙烯酸单体或预聚物组成，其溶解特性与传统热固化油墨的粘合剂（主要是醇酸树脂）不同。不饱和丙烯酸单体具有很强的侵蚀性，会使辊子和橡皮布中的合成橡胶膨胀，损坏 PS 印版表面的感光层，导致图像脱落。因此，在使用 UV 印刷油墨印刷时，必须使用专门为 UV 印刷油墨设计的辊子、橡皮布和清洗水。PS 印版必须经过高温烘烤，以增强图像层的耐腐蚀性。

3.12.3 UV 金属蚀刻油墨

金属蚀刻是利用化学处理（化学蚀刻、化学打磨）或机械处理（机械喷砂、压花等）的技术手段，将光亮的金属表面加工成凹凸不平的粗糙晶面。光散射产生特殊的视觉效果，赋予产品独特的艺术风格。作为一种精密而科学的化学加工技术，化学蚀刻被广泛应用于各种金属材料。对金属材料进行蚀刻的关键有两点：保护需要蚀刻的部分；将不需要蚀刻的部分完全蚀刻掉，从而获得所需的图像。

它根据蚀刻过程中的化学反应类型进行分类：

化学蚀刻。工艺流程：预蚀→蚀刻→漂洗→酸浸→漂洗→抗蚀剂剥离→漂洗→干燥。

② 电解蚀刻。工艺流程：装载→通电→蚀刻→漂洗→酸浸→漂洗→抗蚀剂剥离→漂洗→干燥。

根据蚀刻材料的类型，化学蚀刻可分为以下几种：

蚀刻铜版。工艺流程：清洁抛光或拉丝铜板表面→丝网印刷抗紫外线油墨→紫外线固化→蚀刻→漂洗→去除丝网印刷抗紫外线油墨层→漂洗→后处理→烘干→成品。

在这一工艺中，使用抗紫外线油墨直接丝网印刷图像，以保护所需部件免受腐蚀。在蚀刻过程中，未印刷部分会被蚀刻掉。因此，所使用的抗紫外线油墨要求对金属有很强的附着力、耐酸（或碱）性和耐电镀性。

不锈钢蚀刻。工艺流程：清洗版材表面→丝印液态光刻胶油墨→烘干→用胶片曝光→显影→清洗→烘干→检查修版→固化胶片→蚀刻→去除保护层→清洗→后处理→烘干→成品。

这一工艺包括在印版上涂上可感光聚合的抗蚀油墨，将其曝光，显影以形成抗蚀图案，然后进行蚀刻。

喷涂、刷涂、滚动或浸渍都可以在金属表面涂上一层均匀的光刻抗蚀油墨，形成感光膜。不过，对于小尺寸的平面，丝网印刷是最方便可靠的方法。光刻抗蚀油墨还要求与金属有很强的附着力、耐酸（或碱）性和耐电镀性。

关于抗紫外线和光成像阻焊剂的制备，请参见第 4 章 "印刷电路板油墨"。