摘要:

目的傳統(tǒng)的噴碼紫外線(Ultraviolet，UV)墨水無法一墨通用于不同表面性質(zhì)的承印紙張，通過調(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。方法通過水接觸角測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目前主流的承印紙張的接觸角和界面張力變化，增強了油墨對不同類型紙張噴碼的適應(yīng)性。通過輔助組分的調(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。結(jié)論影響承印紙張通用性的關(guān)鍵是表面張力，通過油墨單體化學(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。

二維碼噴碼被越來越多地運用在包裝中，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。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。

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）對同一油墨進(jìn)行的多種紙張噴碼測試表明，不同的接觸材料會顯著影響印刷質(zhì)量，嚴(yán)重時更會導(dǎo)致二維碼分辨率低和花碼等問題。針對不同的承印材料需要測試不同的噴碼墨水來選擇合適的種類，這樣會造成復(fù)雜的調(diào)試流程和高成本。

目前，對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于不同承印紙張的通用性。油墨對承印紙張的通用性取決于紙張表面性質(zhì)和油墨浸潤性。由于紙張表面性質(zhì)的差異，油墨在接觸后會呈現(xiàn)不同的浸潤性。為了使噴碼圖案清晰穩(wěn)定，需要保證油墨對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)過度鋪展或收縮的現(xiàn)象。Young-Laplace浸潤方程可用來表示油墨液滴與承印紙張之間的浸潤狀況，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)，為實驗中調(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，本油墨對于不同承印紙張的接觸角和界面張力變化減小，對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，有望給高普適性UV油墨的研發(fā)提供借鑒。

1實驗

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）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），德國歐勵隆；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；2,6-二叔丁基對甲基苯酚，國藥集團(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。實驗中使用的水為純水。

主要設(shè)備：自動研磨機、行星式混勻機、光學(xué)接觸角測量儀（KRUSS DSA25），德國克呂士公司；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），美國賽默飛世爾科技公司；噴印機，上海越融科技發(fā)展有限公司。