[科普中国]-电子束固化油墨

采用电子束能量固化的油墨称为电子束固化油墨。主要由颜料、连结料、辅助剂、色料等组成。

介绍电子束固化油墨是指用电子束照射，在瞬间即能固化的油墨。

所谓能量固化油墨，就是油墨在辐射能照射下，固着或硬化在承印物上，从而获得干燥的印迹。能量固化技术主要有UV光固化和加速高能电子束（EB）固化两种形式，其中采用电子束能量固化的油墨称为电子束固化油墨。下面主要介绍电子束固化油墨的固化原理及其化学组成。1

固化原理普通油墨印刷后墨膜层的干燥，一般是油墨中的连结料被承印物吸收和挥发，固态物质则保留在承印物表面，形成一层薄薄的墨层。而电子束固化则是借助电子束做照射能源，与活性液体化学配方进行辐射化学反应，在常温下迅速干燥固化的过程。

由于电子束是一种辐射，所以也可以把电子束辐射归于辐射固化一类。辐射固化是在现有科学技术的基础上发展起来的一门新技术，它主要是采用一种扫描型的电子加速器，辐射固化中电子加速器的电子束对基材表面扫描从而实现固化加工，其基本含义就是利用紫外光或电子束为能源，引发具有化学活性的液体配方，在基体表面实现快速反应的固化过程。紫外光固化和电子束固化技术不同于传统技术（例如热固化）的最大优点在于辐射固化采用高效能源的紫外光或电子束作为引发手段，快速实现涂层固化。其中电子束辐射则是由一批经过加速的电子流所组成的，在高能电子束的作用下，产生自由基或离子基，自由基或离子基再与其他物质交联成网状聚合物，与紫外光相比，粒子能量远远高于紫外光，能够使空气电离，且电子束固化一般不需光引发剂，能够直接引发化学反应，对物质的穿透力也比紫外光大。2

组成EB墨的主要化学成分与一般油墨相似，主要由颜料、连结料、辅助剂、色料等组成。

（1）单体

单体是低分子量的化学物质，它能决定油墨干燥后墨层光泽度、弹性以及硬化程度等方面的表面特性，另有一些单体是能量固化油墨有害性的源泉。在实际生产中，EB油墨一般采用多种单体结合以获得满意的固化速度、粘度、附着力、弹性、硬度、抗冲击强度、耐溶剂性等性能。

（2）树脂

树脂是油墨的化学骨架，直接影响油墨的稠度、润湿能力和交联特性等。EB油墨中使用的预聚物一般为流动性较好的丙烯酸低聚物。常用的预聚物有环氧丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯、氯化聚酯丙烯酸树脂等。

（3）添加剂

主要是有针对性的改善油墨的物理、化学性能，一般的成分包括蜡、润湿剂、改变油墨特性的调墨剂等。

（4）颜料

对于一般油墨而言，色料颗粒大小和浓度会影响油墨的固化速率，故选色料时还要考虑色料的颜色，但是由于高能电子束的能量足够固化厚实的墨膜层，所以电子束油墨在选择色料时不用考虑这个问题。

网印电子束固化油墨同UV油墨一样，在网印中也是最有发展前途的“绿色”油墨之一。由于电子束固化油墨不受墨层厚度的限制，操作起来也比紫外线光固化油墨更为安全。

美国芝加哥家电印制公司已利用这种油墨加工生产薄膜开关，将厚膜丝网印刷后的印品放入电子束辐射干燥装置，油墨在电子束的辐射下只需几毫秒时间即完全干燥，印品光泽好，薄膜触感强，又耐摩擦，效果令人十分满意。但是这种油墨及其辐射干燥装置的售价十分昂贵。推广起来尚有困难，但由于它能节省干燥时间，确保产品质量，不污染环境，因此具有发展前途。

优缺点比较EB和UV油墨都具有一些优点。能量固化油墨与一般油墨相比，最主要的优点是能量固化油墨具有不污染环境的特点。UV或EB油墨和涂料的固化度几乎达到100%，其成分中不含对人体和环境有害的的VOC(有机挥发物)。

此外，采用UV和EB油墨印刷的印刷品外观漂亮，耐抗性能优越，为印刷品增加了光泽度和立体感。与普通油墨相比，能量固化油墨能够在瞬间干燥固着，使印刷、涂布上光和复合等工艺的联机作业成为可能。

釆用UV和EB油墨印刷还能够减少印刷机的清洗时间，因为墨斗或印刷机上的UV和EB油墨即使存放一个晚上，也不会出现结皮硬化现象，因此减少了油墨的浪费。

一旦印刷厂下定决心采用能量固化油墨印刷，权衡EB油墨与UV油墨的优缺点就提到议事日程上来。就成本而言，EB油墨的价格与UV油墨很接近。EB油墨的配方中不需要昂贵的光引发剂(光敏剂)，但是EB油墨配方中组合了另外一些昂贵的原材料，以赋予印刷品精美的印刷效果，且在特殊应用时具有良好的耐抗性。

UV油墨和EB油墨在功能方面的最大差异，应该是它们在食品包装印刷中的应用不同。在食品包装印刷中，EB油墨印刷效果稳定均匀，可重复性好，而且油墨成分中没有光引发剂。所以，EB油墨的印刷品气味小一些，油墨中的成分迁移少一些。

尽管EB油墨起初的成本比UV油墨稍微贵一些，但是EB油墨的性能更好些，有时印刷品可能需要复合三层薄膜到其表面上，使印刷品在瞬间完成双面的干燥固着。采用EB油墨印刷，印刷速度可高达3000英尺/分钟，EB固化设备的耗能量呈下降趋势，使EB油墨印刷的效率更高。

EB油墨的优点是固化程度充分，尤其是厚实油墨膜层的固化比较彻底，气味较小，固化中不会出现导致承印物变形的强热量；其缺点是资金投入大，运作成本高，EB固化装置和氮气容器的占地空间受到限制。

制备EB油墨的原材料成本通常比UV油墨低一些。由于EB油墨中不需要光引发剂(光敏剂)，因此EB油墨原材料的成本比UV油墨原材料低。但是，当我们衡量EB油墨的整体成本时，还必须考虑另外一个影响成本的因素，由于原材料的纯度很高才能获得低气味的EB油墨，所以高度提纯的原材料的价格要高一些，同时实验室对原材料和成品油墨的纯度分析也是要考虑的成本因素之一。另外，EB固化设备运转和维护也需要大量的研发成本；油墨产品的检测也需要一定的成本。

尽管如此，EB油墨和UV油墨各具特色，因此在它们之间取舍也是一个难题。EB油墨和UV油墨的比较不是一件容易的事情，因为它们都有自己的优点和缺点。真的应该把它们当作完全不同的工艺来对待。基本上，EB油墨印刷工艺局限在轮转印刷机上，将来可能会有所变化。EB油墨的固化必须处于惰性空气中，因此固化时需要氮气存在。EB固化系统的价格呈下降趋势，实际上EB固化系统的费用可能比轮转印刷机的机组间安装UV灯的翻新费用还要低一些。

另一方面，EB油墨具有一些明显胜过UV油墨的优点：不会释放臭氧；不需热源的冷固化；固化不受油墨颜色的影响；固化深度更彻底；没有光引发剂因此气味小。

每一家印刷公司对印刷品性能和印刷整体成本的底线都有不同需求。与UV固化油墨印刷相比，EB油墨印刷的产品质量更稳定，针对不同印刷活件的固化程度的预测性更可靠。与UV油墨相比，EB油墨的固化程度更为均匀稳定，与油墨颜色和油墨膜层厚度无关。由于EB油墨不需要光引发剂，EB油墨印刷品气味很小甚至没有气味。UV固化灯结构复杂，因此维护比较困难。

由于EB固化设备的成本高，因此很多印刷公司往往到最后才作出购买决定。如果印刷公司采用EB油墨印刷塑料薄膜，印刷厂会担心EB油墨对塑料薄膜有降解作用，最终影响塑料薄膜的完整性。此外，像UV油墨一样，EB固化设备不适宜安装在多色印刷机的机组与机组之间，如果采用这样的策略，那么设备费用是很昂贵的。一些印刷厂在机组之间安装UV固化单元，而在印刷机末端安装EB固化单元来固化印刷品。3

发展趋势电子束固化油墨技术的应用随着新技术的不断突破，尤其是油墨附着力方面的改善，电子束固化油墨开始在原来用量不太可观的领域得到了稳步的发展。比较有代表性的例子就是美国芝加哥家电印制公司，该公司已经利用这种油墨加工生产薄膜开关，将厚膜网版印刷后的印品放入电子束辐射干燥装置，油墨在电子束的辐射下只需几毫秒时间即完全干燥，印品光泽好，薄膜触感强又耐摩擦。但是由于这种油墨及其辐射干燥装置的售价昂贵，推广起来尚有困难，但由于它能节省干燥时间，确保产品质量，不污染环境，因此具有发展前途。尽管不同厂家的油墨产品在性能方面有些许差异，但就形势来看，未来的eb油墨应该向着下面几个方向应用：

eb油墨在配套固化设备上的改进eb油墨对配套的固化设备要求比较高，虽然电子束固化时，只需要一个离子阴极管，但却必须严格控制固化处理室内的活性气体含量，这也是导致固化设备价格昂贵的原因之一。今后eb油墨在配套固化设备方面应该是向着连机固化单元组合方向发展,并不断降低固化设备的成本，以期能在普通印刷机上进行印刷。

2.eb油墨在清洗上的改进由于eb油墨对橡皮棍、橡皮布有一定的侵蚀作用，所以eb油墨是采用专用的清洗液清洗以及相应的胶棍和橡皮布进行印刷。日后发展趋势可能是只需使用常规清洗剂即可清洗胶辊、橡皮布等。

3.印品质量方面的改进eb油墨对油墨黏度、粘着性的控制要求较高。在实际印刷操作中油墨的黏度是依印刷色序而降低的，但两个色序之间的粘度差值不能太悬殊，否则会影响油墨的传递性能和传墨量。eb油墨同样要求黏度依次降低，但与普通油墨相比，eb油墨的差值要求有明显的差距，否则会产生一系列的故障。为避免故障,保证印刷的正常有序进行，今后需要对eb油墨中预聚物的改进进行进一步的研究，以提高印品质量。

4.eb油墨在印刷适性上的改进eb油墨在使用过程中，对润湿液ph值和导电率都有一定的要求。一般认为ph为3.8~4.1，导电率为1000~2800s/m较合适，相比于传统油墨来说，其要求更为苛刻，所以未来eb油墨在这方面也应进行相关研究，以期达到在印刷机上的印刷加工适性与传统溶剂型油墨不相上下的目的。

展望eb油墨在印刷业的应用前景，最主要的还是取决于油墨成本是否能够降低到接近普通油墨的水平。不过随着新技术的发展，相信eb油墨一定会有更为广阔的前景。4

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学