摘要:

目的傳統(tǒng)的噴碼紫外線(Ultraviolet，UV)墨水無(wú)法一墨通用于不同表面性質(zhì)的承印紙張，通過(guò)調(diào)節(jié)UV油墨中單體的化學(xué)組成、含量和表面張力，制備一款具有較寬范圍紙張適用性的油墨。方法通過(guò)水接觸角測(cè)試分析了典型的二維碼承印紙張間表面性質(zhì)的差異，揭示承印紙張通用性與表面浸潤(rùn)性之間的關(guān)系，選用不同油墨單體制備了系列不同表面張力的噴碼油墨，并測(cè)試油墨的黏度、固體粒子形貌和固化速率，得到表面張力最合適且綜合性能佳的通用型油墨配方。結(jié)果相比商用UV油墨，該通用型油墨減小了對(duì)目前主流的承印紙張的接觸角和界面張力變化，增強(qiáng)了油墨對(duì)不同類型紙張噴碼的適應(yīng)性。通過(guò)輔助組分的調(diào)控，本油墨還具有快干、久置穩(wěn)定、黏度低、熱致變色等特點(diǎn)。結(jié)論影響承印紙張通用性的關(guān)鍵是表面張力，通過(guò)油墨單體化學(xué)基團(tuán)調(diào)控，這款油墨有望給高普適性UV油墨的研發(fā)提供借鑒。

二維碼噴碼被越來(lái)越多地運(yùn)用在包裝中，以起到溯源和防偽功能，各煙酒行業(yè)印刷大廠的噴碼油墨年使用量已達(dá)噸級(jí)。基于紫外線（Ultraviolet，UV）光固化的噴碼是最主要的一種技術(shù)，其在油墨中使用光固化高分子單體，光照后單體被引發(fā)瞬間交聯(lián)固化，具有超快固化、零溶劑、打印清晰和易保存等優(yōu)勢(shì)。

隨著噴碼技術(shù)的日漸推廣，承印紙張的種類日漸多樣，不同紙張的表面化學(xué)組成和物理粗糙度區(qū)別很大。依碼（EAMAR）對(duì)同一油墨進(jìn)行的多種紙張噴碼測(cè)試表明，不同的接觸材料會(huì)顯著影響印刷質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)導(dǎo)致二維碼分辨率低和花碼等問題。針對(duì)不同的承印材料需要測(cè)試不同的噴碼墨水來(lái)選擇合適的種類，這樣會(huì)造成復(fù)雜的調(diào)試流程和高成本。

目前，對(duì)UV噴碼墨水的研究多關(guān)注固化、流變和耐磨黏附等問題，鮮有研究改善油墨對(duì)于不同承印紙張的通用性。油墨對(duì)承印紙張的通用性取決于紙張表面性質(zhì)和油墨浸潤(rùn)性。由于紙張表面性質(zhì)的差異，油墨在接觸后會(huì)呈現(xiàn)不同的浸潤(rùn)性。為了使噴碼圖案清晰穩(wěn)定，需要保證油墨對(duì)不同襯底的表面接觸性質(zhì)都保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，以免出現(xiàn)過(guò)度鋪展或收縮的現(xiàn)象。Young-Laplace浸潤(rùn)方程可用來(lái)表示油墨液滴與承印紙張之間的浸潤(rùn)狀況，見式（1）。

式中：θ為液體油墨在紙張上的接觸角；γsv、γsl、γlv分別為承印紙與空氣、固體承印紙與液體油墨、空氣與液體油墨的界面張力。在測(cè)得接觸角以及油墨液滴表面張力后，根據(jù)式（1）的變化可得到表示固液界面張力的公式，見式（2）。

γsl與θ都能夠直接反映界面接觸性，通過(guò)式（1）~（2）可以具體衡量各類油墨與不同承印紙之間的接觸性質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)中調(diào)控油墨本身表面張力提供合理范圍參考。本文選取了工業(yè)應(yīng)用中較典型的4類煙盒噴碼紙張作為代表，研究承印紙張的表面性質(zhì)差異，同時(shí)選取不同官能團(tuán)的丙烯酸酯基單體制備油墨，調(diào)控油墨的表面張力。

相比商用UV油墨，本油墨對(duì)于不同承印紙張的接觸角和界面張力變化減小，對(duì)于不同類型紙張噴碼適應(yīng)性提升。高含氧量的炭黑粒子、高引發(fā)劑的添加以及熱敏黑粒子的使用，使得本油墨具有久置穩(wěn)定、快干和熱致變色等特點(diǎn)，有望給高普適性UV油墨的研發(fā)提供借鑒。

1實(shí)驗(yàn)

1.1材料和設(shè)備

主要材料：煙盒煙包噴碼光油紙，即膠印水光油紙、膠印UV光油紙、凹印水光油紙、凹印水光底凸字油紙，遂寧寬窄印務(wù)有限責(zé)任公司。丙烯酸酯單體：苯氧基乙基丙烯酸酯，帝斯曼（中國(guó)）有限公司、武漢新力美電子技術(shù)有限公司；乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，上海引昌新材料有限公司；多元醇類醇二丙烯酸酯，上海引昌新材料有限公司。助劑：炭黑（NEROX 505），德國(guó)歐勵(lì)隆；熱敏黑，常熟市染料化工廠；2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯，青島瑞獅化學(xué)有限公司；聚氨酯丙烯酸酯樹脂，上海光易化工有限公司；2,6-二叔丁基對(duì)甲基苯酚，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；商用噴碼UV油墨，北京佳瑞洋科技有限公司。實(shí)驗(yàn)中使用的水為純水。

主要設(shè)備：自動(dòng)研磨機(jī)、行星式混勻機(jī)、光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x（KRUSS DSA25），德國(guó)克呂士公司；表面張力儀，芬蘭Kibron公司；紫外線燈、模塊化智能型高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀（MCR302），奧地利安東帕集團(tuán)；高分辨透射電子顯微鏡（HighResolution Transmission Electron Microscopy，HRTEM）（Talos F200i），美國(guó)賽默飛世爾科技公司；X射線光電子能譜（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）（K-Alpha），美國(guó)賽默飛世爾科技公司；噴印機(jī)，上海越融科技發(fā)展有限公司。