胡 斐
（得利高（惠州）化工有限公司， 广东 惠州 516267）
摘要：传统溶剂型油墨因含有大量有机溶剂，在使用过程中会对环境和人类健康造成危害，逐渐被环保型油墨所取代。 UＶ 固化聚氨酯油墨结合了 UV 固化技术的高效性和水性聚氨酯材料的环保性，成为当前油墨研究的热点。本文基于此，通过引入可 UV 固化的丙烯酸双键等基团，结合水性聚氨酯材料的优点，成功合成 UV 固化聚氨酯油墨。结果表明，所制备的 UV 固化聚氨酯油墨具有优异的固化速度、良好的涂膜性能及环保特性，可广泛应用于包装印刷、广告喷绘等领域。
关键词：UV 固化；聚氨酯；油墨合成；丙烯酸双键；水性技术；环保油墨
引言
在环保法规日益严格、消费者对环保产品需求量持续增加的背景下，传统的溶剂型油墨因其有机溶剂含量偏高，在应用 中严重威胁着环境和人体健康。随着 UV固化技术的广泛应用， UV 固化油墨的性能优化成为研究热点[1]。UV 固化技术基于其节能、高效、环保等方面的优势，在助推油墨行业转型升级中产生积极作用。聚氨酯材料因具备优异的物化性能，被广泛应用在油墨领域中。有机结合 UV 固化技术与水性聚氨酯材料，开发 UV 固化聚氨酯油墨，能高效解决传统油墨存在的环保方面的问题，并强化油墨固化速度和涂膜性能。
1 研究目的与意义
紫外光固化（UV 固化）技术应用于涂料、油墨、黏合剂等领域，高效、节能、无环境污染，且产品性能优异，为行内竞 相开发的新技术。例如，自由基－阳离子混杂体系油墨配方下，混杂体系油墨粘度为 1580～ 2100 ｃＰ，固化温度≤80 ℃ ，固化时间 0.8～ 2.3 ｓ，附着力 85％～100％，丙酮擦拭 108～200次，铅笔硬度为 Ｈ～ 2 Ｈ。固化后的混杂体系涂层固化速度介于自由基与阳离子体系固化速度之间，价格适中，但附着力和耐溶剂性欠佳。本研究通过实验探究的方式， 合成一种新型 UV 固化聚氨酯油墨，进而将传统油墨存在的不足做出改变，助力油墨行业绿色发展。
2 实验
２.１ 原料选择
在原料选择阶段尤其关注聚氨酯预聚物，其作为关键的基础材料需含有活性官能团，继而满足成膜性能和反应活性。选 择采用具有自由基型（如1－羟基环己基苯基 甲酮）和阳离子型（如二芳基碘鎓盐）光引发剂，可在 UV 固化过程中有效促进光化学反应，成为实现油墨固化的关键所在。为了对油墨黏度作出调节，并将固化效率做出改善，在实验环节中选择活性稀释剂，并要求其兼具低粘度、高反应活性特点。再者，为了将油墨的加工性能、最终产品的外观提升，还在实验中加入流平剂、消泡剂、颜料等助剂。
２.２ 合成工艺
随着紫外光固化聚氨酯材料应用领域的迅速扩展，对其性能提出了更高的要求[2]。在预聚物制备中选择多异氰酸酯与多元醇作为反应物，精确控制温度和压力等反应条件，合成含有羟基或羧基的聚氨酯预聚物。具体地说，将多异氰酸酯与多元醇按照 1:1.2 的摩尔比例加入反应釜中，在（80±2）℃ 的温度下反应，反应时间控制在 2～ 3ｈ，以使预聚物具有所需的化学结构和性能。反应过程中，持续监测体系的黏度变化以及羟基或羧基的含量，使预聚物的合成达到预期目标。进入光固化配方设计阶段，将聚氨酯预聚物、光引发剂、活性稀释剂以及其他必要的助剂按照一定比例进行混合。在这个过程中，特别注重各组分的相容性和反应活性。具体配方如下：聚氨酯预聚物占 50％，自由基型光引发剂（如 1－羟基环己基苯基 甲酮）占 3％，阳离子型光引发剂（如二芳基碘鎓盐）占 2％，活性稀释剂占 40％，其余 5％为流平剂、消泡剂等助剂。利用高速分散机，使各组分在 125.66 rad/s 的速度下充分混合 15min，以求得到均匀无气泡及杂质的混合物。
２.３ 油墨制备
以聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯为预聚物，作为油墨的基本骨架，加入活性稀释剂、光引发剂、颜料和助剂[3]。在调色和过滤阶段选择适合的颜料，根据顾客的特定需要调色。在调色过程中，对颜料的加入量严格把关，为使墨色达到预期效果，进行多次小量测试。具体地说，将颜料按总油墨 3％的比例逐步添加，每次添加后充分搅拌，直到客户要求的颜色符合后，再观察颜色的变化。调色完成后，为了去除杂质和未溶解完全的颜料颗粒，保证墨水的纯净度和品质，使用 120 目的过滤网过滤墨水。先小心地将制备好的油墨倒入避光的容器中，保证容器内没有杂质。在操作中注意控制流速，尽量避免油墨溅出或产生气泡，在装满后使用密封盖把容器完全封闭起来，使油墨与外部环境完全隔离开来。另外，为了进一步提高对油墨质量的保护，还把它放在避光阴凉的地方，并避免阳光直射和高温冲击。在储存环境内的温度保持在 20～25 ℃之间，湿度在 50％～60％之间，以达到长期稳定性的目的。
3 结果与讨论
３.１ 树脂结构表征
聚氨酯预聚物在满足成膜性能和反应活性要求的同时，还需要含有活性官能团。对含有羟基或羧基的聚氨酯预聚物进行精确的控制反应条件，如温度和压力等，通过红外光谱（FTIR）或核磁共振（ＮＭＲ）等方法表征其化学结构的变化，以确保预聚物合成达到预期目标，为后续油墨制备提供稳定的基础，从而确认预聚物中活性官能团的存在及其含量。
３.２ 油墨性能评价
新型 ＵＶ 固化聚氨酯油墨，除满足前面提到的要求外，主要有以下几个方面用途及性能指标的要求：首先，用于有颜色要求的场合；其次，具有良好的抗紫外线性能；第三，具有良好的耐水性能；第四，具有良好的耐油性能。
(1)固化速度：为了测量 UV 墨水在特定波长的紫外线照射下的固化时间，从而对其性能的固化速度进行评定。较快的固化速度可带来更高的生产效率的改善，固化速度如表1所示。
(2)粘度:使用粘度计测量油墨的黏度，确保其符合印刷或涂布的要求。适中的黏度有利于油墨的均匀涂布。黏度如表 2所示。
(3)颜色与透明度:根据客户的颜色要求，使用比色仪或视觉评估油墨的颜色准确性。同时，评价油墨的透明度，确保其能满足特定应用的需求。颜色与透明度如表3所示。
(4)附着力与耐溶剂性:通过划格法或拉伸试验评价油墨在基材上的附着力。同时，测试油墨在常见溶剂中的耐溶解性，确保其在实际使用中不易脱落或变色。附着力与耐溶剂性如表4所示。
(5)稳定性:评价油墨在储存过程中的稳定性，包括颜色变化、粘度变化等。稳定的油墨有利于长期保存和使用。稳定性如表5 所示。
３.３ 工艺优化
结合上述树脂结构的表征和油墨的性能评价，从以下四个方面进行油墨制备过程的工艺优化，以提高生产效率和产品质量：一为调整树脂成分的比例；二为改善溶剂的选用；三为改进催化剂的添加方式；四为改善生产工艺的自动化程度。 这些都可以有效提高油墨的制备效率和产品质量[4]。
结合树脂结构表征的结果，调整聚氨酯预聚物在光引发剂在活性稀释剂等原料中的配比，使油墨的性能得到进一步的提 升。如增加预聚物的特定官能团含量，使油墨的附着力或耐溶剂性得到提高。如上，结合表征结果，调整配比。对预聚物的热合成工艺进行精确控制，使之达到更理想的化学结构和性能，并通过调整光固化过程中的 UV 光强度和照射时间，达到优化油墨的固化速度和固化程度的目的。使用的预聚物合成工艺[5]。
根据具体情况，针对不同的油墨组分对混合速度的不同要求，合理控制混合时间与混合方式，达到各组分的均匀分散充分反应的目的，使油墨稳定性和使用性能得到提高。把滤网目数与过滤方式进行适当的调整，对去除油墨中的杂质和未完全溶解的颜料颗粒起到更有效的作用，同时对包装方式和储存条件加以改进，以延长油墨的保质期和使用寿命。把原来的三要素改为四要素。同时，四要素的具体内容包括。
4 结论
UV 固化水性聚氨酯（UV－WPU）结合了 UV 固化技术、水性技术及聚氨酯材料的优点，具有高效、环保、节能、经济及优异的物理化学性能，广泛应用于涂料、油墨、胶黏剂等领域。本文系统研究了 UV 固化聚氨酯油墨的合成工艺，并结合水性聚氨酯材料的优点，成功制备出性能优异的环保型油墨，如引入了可 UV 固化的基团。实验结果显示，墨水符合现代印刷行业对高效、节能、环保的需求，固化速度快，涂膜性能好，环保特性显著。油墨的综合性能通过对原料配比、反应条件、混合工艺等方面的优化得到了进一步的提高。该研究不仅为 UV 固化聚氨酯油墨的产业化生产提供了理论基础和技术支撑，而且开辟了一条绿色发展的油墨产业之路。
来源：《广州化工》2025 年 3 月第 53 卷第 5 期
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