CN103379967A - 用于在基材上施涂涂料或油墨组合物并暴露于辐射的方法及其产品 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种两面辐射暴露方法，包括将涂料或油墨组合物施涂在无孔基材表面上的步骤。使无孔基材的施涂有涂料或油墨组合物的表面暴露于辐射一次或多次。此外，使无孔基材的未施涂表面暴露于辐射一次或多次。该两面辐射暴露方法改进了施涂在无孔基材上的涂料或油墨组合物的粘合和/或固化特性。本发明还描述通过上述方法的步骤制备的其表面上施涂有涂料或油墨组合物的经辐射暴露的无孔基材。

Description

用于在基材上施涂涂料或油墨组合物并暴露于辐射的方法及其产品
本申请要求2010年12月13日申请的美国临时专利申请No.61/422,279的权益，该专利申请在此通过引用并入用于所有目的，就如它在本文全面说明一样。
技术领域
本发明通常涉及用于将可能量固化涂料或油墨组合物施涂到基材上，然后将该组合物两面暴露以提高粘合特性的方法。本发明还涉及通过两面辐射暴露方法制备的新型固化产品。
背景技术
常规地，使施涂到透明或半透明基材上的油墨或涂料组合物仅从该基材的一个表面暴露于辐射固化。通常地，使组合物施涂在其上的表面直接暴露于辐射。一面辐射暴露影响聚合程度。
非均匀聚合可能是由于在基材的z方向上的降低的光强度。根据比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律，对数依赖关系存在于光通过物质的透射率T与物质的吸收系数α和光通过材料行进的路程(即路径长度)l的积之间。对于液体，光的透射率定义如下：
T=I/I0=10-αl=10-εlc，其中
ε是吸收剂的摩尔吸收率(即消光系数)，c是材料中吸收物质的浓度，I0和I是入射光和透射光的强度或功率。
当C=C键彼此反应形成聚合物时，自由基聚合引起收缩。由于辐射的吸收扩散和衍射特性，接近辐射源的油墨或涂料组合物典型地比距离辐射源远的组合物收缩得更多。此外，与基材的上表面接触的组合物的单体更可能与来自已经链接到固化表面层的基材表面层的自由基反应，而不是与来自自由基浓度较小的基材底部表面的自由基反应。因此，非均匀聚合造成涂料或油墨组合物从边缘朝向基材中心收缩，以及从底部没有施涂组合物的表面朝向施涂有组合物的表面收缩。因此，通常如图1所示，观察到固化后油墨或涂料厚层翘曲。因此，这些层趋于从基材离开(pop off)和/或变得可与基材分离。
过去的十年左右，生产商对改进所施涂的涂料或油墨组合物与具有高玻璃化转变温度Tg、高结晶密度和/或高拉伸强度的基材之间的粘合特性的需求增长。这主要是由于固化组合物层趋于从基材剥离。为降低基材的Tg和/或结晶密度，将底漆或经化学处理的一层或多层施涂到基材上。虽然可以改进粘合性质，但预期材料成本显著增加。而且，需要额外的加工步骤和设备。
还已使用增粘剂来改进粘合特性。然而，增粘剂对于底漆层或经化学处理的层造成如上所讨论的类似负担。此外，增粘剂不是使用者友好的，并且可能导致皮肤和眼睛刺激。增粘剂还趋于运移，且因此导致毒性问题。此外，增粘剂包含较低官能的单体且不太可能锁在聚合物主链内，尤其在油墨层底部附近，在该处辐射强度显著弱于油墨层的表面处。这影响固化速度。
因此，本领域需要改进施涂在具有高Tg或高结晶密度(高拉伸强度)的基材上的涂料和油墨组合物的粘合性能。
还需要改进施涂在基材上的油墨和涂料组合物的固化速度。
还需要具有改进的粘合和/或固化性质的产品。
发明内容
本发明人已经出乎意料地发现两面(即两个表面)辐射暴露显著地提高了施涂到无孔基材上的涂料或油墨组合物的粘合性能。具体而言，控制组合物的固化特性和收缩方向以穿过所施涂并固化的组合物的深度产生更均匀的交联的单体。
本发明的一个优点是一种使施涂在无孔基材上的涂料或油墨组合物辐射暴露从而具有改进的粘合性的成本友好的方法。
本发明的另一示例性优点是施涂在无孔基材上经辐射暴露的涂料或油墨组合物，其具有提高的固化速度(即生产量)。
本发明的另一示例性优点是施涂在基材上经辐射暴露的、环境友好的涂料或油墨组合物。
本发明的甚至另一示例性优点是经由两面辐射暴露技术减小或消除施涂在无孔基材上的变形的涂料或油墨组合物。
本发明描述一种用于改进施涂在无孔基材上的涂料或油墨组合物的粘合特性和/或固化速度的方法，该无孔基材从该基材施涂有组合物的表面和未施涂组合物的表面都暴露于辐射。在另一示例性的实施方案中，描述一种用于将涂料或油墨组合物施涂在无孔、透明或半透明的基材上的方法，该无孔、透明或半透明的基材从基材施涂有组合物的表面和未施涂组合物的表面都暴露于辐射。在另一实施方案中，描述一种用于将涂料或油墨组合物施涂在无孔、未涂底漆的或未经化学处理的基材上的方法，该无孔、未涂底漆的或未经化学处理的基材从基材的施涂有组合物的表面和未施涂组合物的表面都暴露于辐射。仍在另一实施方案中，描述一种用于将涂料或油墨组合物施涂在无孔、透明或半透明的、未经化学处理或未涂底漆的基材上的方法，该无孔、透明或半透明的、未经化学处理或未涂底漆的基材从基材施涂有组合物的表面和未施涂组合物的表面都暴露于辐射。
在上述实施方案中，除了将其上施涂有涂料或油墨组合物的基材的底部表面暴露于来自辐射源的辐射一次或多次外，将基材的上面或表面暴露于来自辐射源的辐射一次或多次。施涂在基材上的涂料或油墨组合物的两面辐射暴露方法改进了粘合和固化特性。
在本发明的另一示例性实施方案中，描述通过如下步骤制备的其上施涂有涂料或油墨组合物经辐射暴露的多孔基材：将涂料施涂在基材的第一表面上，使基材所施涂的第一表面暴露于辐射一次或多次，和将基材未经施涂的第二表面暴露于辐射一次或多次。又在另一示例性实施方案中，基材同时是多孔的且未经化学处理或未涂底漆的。甚至在另一示例性实施方案中，基材同时是多孔的且透明或半透明的。在另一示例性实施方案中，基材是多孔的、未经化学处理或未涂底漆的且透明或半透明的。
用于将来自辐射源的辐射施加到基材的各种装置都是可以的。在优选的实施方案中，辐射源于辐射源并被施加到底部表面上，之后辐射源于另一辐射源并被施加到其上施涂有油墨的基材的上表面上。从基材的上面或底面，将来自辐射源的辐射暴露进行重复，可使该重复优化以实现良好的粘合和/或固化特性。
要理解，前面一般性描述和下面详细描述都是示例性和解释性的，且意欲提供所要求保护的发明的进一步解释。
附图说明
所包括的附图用于提供本发明的进一步理解，且并入本说明书中且构成本说明书的一部分，说明本发明的实施方案并与描述部分一起用于解释本发明的原理。
在图中：
图1说明一面固化期间的翘曲程度。
图2说明在未涂覆的定向聚丙烯(OPP)基材上施涂的油墨膜经历单面固化与所施涂的油墨膜经历两面固化的粘合特性，该两面固化中首先将施涂油墨的表面暴露于辐射，接着将未经施涂的表面暴露于辐射。
图3说明在未涂覆的高密度聚乙烯(HDPE)基材上施涂的油墨膜经历单面固化与所施涂的油墨膜经历两面固化的粘合特性，该两面固化中首先将施涂油墨的表面暴露于辐射，接着将未经施涂的表面暴露于辐射。
图4说明在未涂覆的双轴定向聚丙烯(BOPP)基材上施涂的油墨膜经历单面固化与所施涂的油墨膜经历两面固化的粘合特性，该两面固化中第一次暴露是从顶部表面，第二次暴露是从底部表面。
图5说明在未涂覆的定向聚丙烯(OPP)基材上施涂的油墨膜的粘合特性，将首先使未经施涂的表面暴露、接着使施涂油墨的表面暴露的两面固化与首先使施涂油墨的表面暴露、接着使未经施涂的表面暴露的两面固化进行比较。
图6说明在未涂覆的OPP基材上施涂的黑色油墨膜的粘合特性，将单面固化与首先从施涂油墨的表面暴露、接着使未经施涂的表面暴露的两面固化进行比较。
图7说明两面固化，其中首先通过辐射源对基材的施涂有油墨组合物的表面进行固化且通过另一辐射源对施涂有油墨组合物的表面进行第二次固化。
图8说明两面固化，其中通过辐射源对基材的施涂有油墨组合物的表面进行固化，之后通过另一辐射源对施涂有油墨的表面进行固化。
图9说明两面固化，其中基材的经施涂的表面和未施涂的表面同时通过多个辐射源进行固化。
具体实施方式
现在详细提及本发明的实施方案，并在附图中说明其实施例。
本发明的发明人已发现，对施涂在基材上的涂料或油墨组合物进行两面辐射暴露呈现出穿过组合物的深度改进的均匀交联。该新型的固化技术进而改进了粘合和/或固化特性。在示例性实施方案中，从无孔基材的上面和下面或上表面和下表面都辐射涂料或油墨组合物。在另一示例性的实施方案中，从无孔的、未涂底漆的或未经化学处理(即未经涂覆)的基材的上面和下面或上表面和下表面都辐射的涂料或油墨组合物呈现出改进的粘合性。在另一示例性实施方案中，从无孔的、透明或半透明的基材的上面和下面或上表面和下表面都辐射的涂料或油墨组合物呈现出改进的粘合性。甚至仍在另一示例性实施方案中，从无孔的、未经化学处理或未涂底漆的透明或半透明基材的上面和下面或上表面和下表面都辐射的涂料或油墨组合物呈现出改进的粘合性。
本发明人认为本发明人的两面辐射暴露技术消除了在基材上施涂底漆或经化学处理的层的需要，该层通常用于改进印刷到基材上的涂料或油墨组合物的粘合性。通过这样做，可以显著减少和/或消除额外的材料成本。此外，可以减少组合物在固化时的收缩和/或运移(migration)。本发明人还理解，本发明的两面辐射暴露技术需很少(如果存在的话)的增粘剂以辅助改进施涂在未涂底漆的或未经化学处理的基材上的组合物的粘合特性。
然而，当该新型的辐射暴露技术用于将组合物施涂在涂底漆的或经化学处理的基材上时，相对于当在未涂底漆的或未经化学处理的基材上进行实验时所获得的粘合力结果，呈现出至少可比较的或改进的粘合力结果。关于施涂到未涂底漆的或经化学处理的基材上的油墨或涂料组合物使用本发明方法的考虑优点之一是增加的固化速度(即生产量)。
在示例性实施方案中，在其上印刷有合适的涂料或油墨组合物的多孔基材实施两面辐射暴露方法。该合适的组合物可以是可能量固化的。或者，该组合物可以是非可能量固化的。仍在另一示例性实施方案中，将包含惰性树脂或较低官能度的单体/低聚物的可能量固化组合物施涂到基材上。本发明人理解可能量固化组合物中的这样的添加剂在聚合期间减少收缩。这是减少或防止固化层从具有高拉伸强度和高结晶密度的基材离开的关键。
根据本发明，可以对基材的经施涂或未施涂的表面施加辐射一次或多次。可以根据基材类型优化对基材表面的辐射暴露的频率和模式。优化还取决于涂料或油墨组合物的类型。优化还可以取决于固化速度和温度条件。优化还可以取决于基材、涂料或油墨组合物和固化条件，这些因素单独或彼此组合考虑。
在另一示例性实施方案中，可以对基材施涂有或未施涂组合物的表面同时施加辐射。辐射源可以是不同的类型。或者，辐射源可以是相同的类型。
仍在另一实施方案中，已发现使未施涂的表面暴露于来自辐射源的辐射，之后使施涂有油墨或涂料组合物的表面暴露于来自辐射源的辐射，比如果首先使印刷有组合物的表面暴露于来自辐射源的辐射呈现出更好的粘合特性。本发明人认为，首先从基材的未施涂表面辐射固化引起与基材接触的单体的第一层首先固化。因此，不存在将这些单体拉出基材的力。此外，在基材的施涂有组合物的表面上的游离单体更可能被拉到组合物膜的底部，而不是被拉出。
仍在另一实施方案中，当在其上施涂有油墨或涂料组合物的透明或半透明基材上实施首先底部的两面辐射方法时，固化速度显著提高。
如上提到的，两面固化方法存在许多可能的构造和变化。下面更详细地讨论三种最优选的构造。如图7中所示，使其表面上印刷有油墨的基材通过第一固化台。首先使印刷有组合物的表面暴露于辐射。然后使基材通过第二固化台，从而使基材的未印刷表面暴露于辐射。如图8中所示，使其表面上印刷有油墨的基材通过第一固化台。首先使未印刷表面暴露于辐射。然后使基材通过第二固化台，从而使印刷有油墨的表面暴露。如图9中所示，使其表面上印刷有油墨的基材同时通过两个固化台。第一固化台使印刷有油墨的表面暴露于辐射，且第二固化台使未印刷表面暴露于辐射。如下面将详细解释的，相对于单面辐射暴露，上述的每一种两面固化技术呈现出改进的粘合性。
除了辐射固化模式外，可以优化从辐射源对基材各表面进行辐射暴露的频率(即重复次数)，只要使基材的两个表面暴露于辐射至少一次。可以影响基材上所施涂的涂料或油墨组合物的固化的重复和模式的一个因素可以包括组合物的不透明度和颜色。另一因素可以包括组合物膜厚度。另一因素可以包括基材类型、品质和构成(texture)。仍另一因素可以包括用于固化印刷有油墨的和未印刷油墨的表面的辐射源的数目和类型。另一因素可以包括两面固化技术中所用的各辐射源的功率(即瓦特)。
在一个实施方案中，辐射固化的频率和模式包括使未经施涂的表面和经施涂的表面都暴露于辐射两次，只要在使施涂有组合物的表面暴露于辐射之前使未经施涂的表面暴露于辐射至少一次。在另一实施方案中，使未经施涂的表面暴露于辐射三次且使经施涂的表面暴露于辐射两次，只要在使经施涂的表面暴露于辐射之前使未经施涂的表面暴露至少一次。仍在另一实施方案中，使未经施涂的表面暴露于辐射三次且使经施涂的表面暴露于辐射一次，只要在使经施涂的表面暴露于辐射之前使未经施涂的表面暴露至少一次。
在本发明中可以使用任何类型的辐射。辐射类型可以取决于两面固化方法中所用的基材和涂料或油墨组合物。在本发明中，辐射可以是光化的。特别地，光化辐射可以包括例如通过LED或汞灯提供的紫外辐射。光化辐射还可以包括电子束辐射(EB)。光化辐射还可以包括阳离子聚合。光化辐射还可以包括可见光。光化辐射还可以包括红外线。光化辐射还可以包括激光辐射。光化辐射还可以包括微波辐射。此外，光化辐射还可以包括离子化辐射。
在另一实施方案中，虽然可以使用多个辐射源，但辐射类型可以是相同的。或者，虽然可以使用多个辐射源，但辐射类型可以是不同的。在示例性构造中，通过UV辐射基材的施涂有油墨或涂料组合物的表面，且通过LED辐射未经施涂的表面。或者，通过LED辐射施涂有组合物的表面，且通过UV辐射未经施涂的表面。在另一实施方案中，以任意顺序使未经施涂的表面通过UV辐射一次且通过LED辐射一次，且通过UV辐射施涂有组合物的表面一次。仍在另一实施方案中，以任意顺序使未经施涂的表面通过UV辐射一次且通过LED辐射一次，且通过LED辐射施涂有组合物的表面一次。
从施涂有组合物的表面或未经施涂的表面增加辐射源例如UV或LED灯的数目，可以帮助改进粘合性和/或以更高的线速度固化。可以使用更多的灯以帮助补偿低的灯输出或更快的固化速度。在另一示例性实施方案中，改进的粘合性可以通过允许更快的线速度而直接影响生产量。在另一示例性实施方案中，改进的固化特性通过允许辐射源更快的线速度也影响生产量。例如，图5说明施涂在定向聚丙烯(OPP)的未涂底漆的或未经化学处理的基材上的商用油墨，使用汞UV灯在300瓦下以300FPM进行辐射的样品。首先从基材的未经施涂的表面、接着从基材施涂有油墨的表面辐射样品的左手侧。另一方面，首先从基材施涂有油墨的表面、继而从未经施涂的表面辐射样品的右手侧。如所示，在标准的剥离测试之后左手侧的涂料几乎没有从基材移走，而右手侧的涂料在标准剥离测试期间具有压倒性量的剥离。相对于右手侧，左手侧还呈现出改进的固化转化率或程度，经受几乎两倍的MEK双倍擦拭。
特别是涉及塑料的包装工业的消费者期望在基材和油墨膜之间形成良好的粘合特性。由于并非所有基材具有相同的性质，因此取决于印刷在其上的涂料或油墨的收缩性，粘合性可能显著变化。因此，选择合适的涂料或油墨配制剂(formula)是获得最终固化产品的改进的粘合性和减少的收缩性的重要参数。
基材的一些重要特性是纵向模量(Pa)和/或熔融温度。纵向模量描述如何可以容易拉伸基材膜的关系。包装工业中使用的一些常用塑料基材是双轴定向聚丙烯(BOPP)、低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇(polyethylene phthalate glycol，PETG)和聚氯乙烯(PVC)。表1列出一些上述的基材材料的通常拉伸强度和熔融温度。
表1
BOPP LDPE HDPE PET
拉伸强度(MPa) 19-42 9-15 23-25 47-90
熔融温度(℃) 130-170 108-114 131-135 200-255
许多不同的油墨组合物都可以用在本发明中。特别地，SunChemical生产的下列油墨用在本公开内容讨论的实验中：FLNFV5482107、FLNFV1482594、FLTSV9483557:Starluxe深黑。此外，使用称作R3590-113-1的实验油墨。表2描述了这些油墨中每一种的组成。
如表2中所示，这些油墨中的每一种包含多官能的单体。然而R3590-113-1不包含低聚物，而是包含一种或多种热塑性丙烯酸惰性树脂。
表2
Figure BDA00003649911500101
粘合力测试
根据本发明，使用标准剥离测试以量化基材上涂料或油墨的粘合特性。具体而言，在辐射暴露之后立即将3M 600 Scotch透明胶带紧紧地粘合在跨过该样品的表面上。使用垂直于该样品表面的施加的人工力快速移除胶带。肉眼检查样品的薄片脱离。一般地，样品的外观归类在0–3等级，0级(没有油墨移除)是最好的，且5(完全的油墨移除)是最差的。样品的粘合性也可以通过测定样品表现出薄片脱离的表面积相对于样品没有表现出薄片脱离的面积来用数字量化。
MEK擦拭测试
该测试方法用于根据ASTM D4756测定固化程度。该测试包括用浸透MEK的粗棉布或棉垫擦拭固化膜的表面直至该膜破坏或穿破。在报告(protocol)中指定了粗棉布的类型、冲程距离、冲程速率和大致施加的擦拭压力，且以它的全部通过引用并入。按双倍擦拭(一次向前擦拭和一次向后擦拭构成双倍擦拭)计算擦拭数。
可提取物(extractable)测试
根据下面测试方法，使用脂肪食品模拟物在基材的非食品接触侧(未印刷油墨侧)进行可提取物测试。
通过非食品接触侧运移测试一式两份地分析所有样品。使用不锈钢运移单元分析样品。对于每个样品所分析的表面积是51cm2，且提取体积是30ml。所用的食品模拟物液体(FSL)是由95%乙醇和5%水组成的脂肪食品模拟物。溶剂体积与表面积之比为0.59ml/cm2(3.8ml/in2)。这比FDA指南(guideline)10ml/in2浓缩，从而允许更低的检测限度。
将经印刷的样品浸入在FSL中，并在40℃下经历24小时的提取时间段。在该提取时间段后，从FSL中移出印刷物(print)，并如下分析溶解(提取)组分：用100ppb内标物d10蒽掺入(spike)30ml(FSL)提取物中，且然后在75℃下使用温和的氮气流浓缩至约1.0ml。用5.0ml二氯甲烷稀释该经浓缩的提取物，然后在室温下使用温和的氮气流进一步浓缩至约1.0ml。通过气相色谱和/或质谱分析该经浓缩的提取物。
已经详细地描述了本发明，包括其优选的实施方案。但是，要理解本领域技术人员在考虑本公开内容时可以对本发明进行落在本发明的范围和精神内的修改和/或改进。
结果和讨论
下面的实施例说明本发明的具体方面，且不意欲在任何方面限制其范围，并且也不应如此构造。
实施例1
如图2中所示和下表3所述的，使用800线路(line)、1.89bcmanalox将Sun Chemical的商用UV柔印油墨MaxD青(即FLNFV5482107)施涂在未经涂覆的OPP膜上，且使用300瓦汞灯在中等功率以200FPM固化。
覆盖印刷物右侧以防止对UV光的任何暴露，使印刷物左侧从表面暴露于UV灯两次。然后，将印刷物左侧的两面都覆盖以防止对UV光的任何暴露，而使印刷物右侧首先从印刷油墨的表面再从未印刷油墨的表面暴露穿过基材。暴露后立即使用3M 600胶带进行粘合力测试。如图2中所示，经两面辐射的油墨比仅从印刷油墨的表面辐射的油墨呈现出显著更好的粘合力。例如，当进行如上所述的标准剥离测试时，左手侧呈现出低于5%的涂层剥离。当进行标准剥离测试时，右手侧具有约95%的涂层剥离。
左手侧耐受5的MEK双倍擦拭，而右手侧耐受10MEK双倍擦拭。因此，两面固化的固化速度是单面固化的2倍。
实施例2
如图3中所示和下表3中所述的，使用360线路(line)、4.14bcmanalox将Sun Chemical的商用UV柔印油墨MaxD白(即FLNFV1482594)施涂在未经涂覆的HDPE膜上，并使用300瓦汞灯在中等功率以250FPM固化。
覆盖印刷物右侧以防止对UV光的任何暴露，使印刷物左侧从印刷油墨的表面暴露于UV灯两次。然后，使印刷物左侧覆盖以防止对UV光的任何暴露，而使右侧从印刷油墨的表面且然后从未印刷油墨的表面暴露于UV灯穿过基材。暴露后立即使用600胶带进行粘合力测试。
如图3中所示，经两面辐射的油墨比仅从印刷油墨的表面辐射的油墨呈现出显著更好的粘合力。例如，当进行如上所述的标准剥离测试时，左手侧呈现出低于1%的涂层剥离。当进行标准剥离测试时，右手侧具有约95%的涂层剥离。
左手侧耐受大于100的MEK双倍擦拭，而右手侧也耐受大于100的MEK双倍擦拭。
实施例3
如图4中所示和下表3中所述的，使用360线路(line)、4.14bcmanalox将由丙烯酸树脂、二官能的和三官能的丙烯酸酯单体、TiO2、颜料分散剂、UV引发剂化合物和抑制剂组成的实验UV柔印白油墨(即R3590-113-1)施涂在未经涂覆的BOPP膜上，并使用300瓦汞灯在中等功率以250FPM固化。
覆盖印刷物右侧以防止对UV光的任何暴露，使印刷物左侧从印刷油墨的表面暴露于UV灯两次。然后，使印刷物左侧覆盖以防止对UV光的任何暴露，而使右侧从印刷油墨的表面且然后从未印刷油墨的表面暴露于UV灯穿过基材。暴露后立即使用600胶带进行粘合力测试。
如图4中所示，经两面辐射的油墨比仅从印刷油墨的表面辐射的油墨呈现出显著更好的粘合力。例如，当进行如上述的标准剥离测试时，左手侧呈现出几乎没有剥离。当进行标准剥离测试时，右手侧具有约90%的涂层剥离。
左手侧耐受大于100的MEK双倍擦拭，且右手侧也耐受大于100的MEK双倍擦拭。
实施例4
如图5中所示和下表3中所述的，使用800线路(line)、1.89bcmanalox将实施例1所用的相同商用油墨(即MaxD青-FLNFV5482107)施涂在未经涂覆的OPP膜上，并使用300瓦汞灯在中等功率以300FPM固化。
在该实施例中，使印刷物的左侧和右侧都从印刷油墨的表面和未印刷油墨的表面都经历两面暴露。关键区别是使左侧首先从基材未印刷的表面且然后从印刷油墨的表面暴露。使右侧以相反顺序暴露。首先从印刷油墨的表面且然后从未印刷油墨的表面。图5表明首先从未印刷油墨的表面暴露的油墨除了根据上述MEK双倍擦拭试验更快固化以外，经由上述胶带测试达到更好的粘合力。例如，当首先使未印刷油墨的表面暴露于辐射时，几乎没有涂层剥离。相反，当首先使印刷油墨的表面暴露于辐射时，几乎所有的涂层都剥离。关于固化速度，首先从未印刷油墨的表面固化呈现出15的MEK结果，而首先从印刷油墨的表面固化呈现出7的MEK结果。因此，在根据本发明的两面固化技术中，首先从未印刷油墨的表面固化呈现出的固化速度几乎是当首先从印刷油墨的表面固化时的2倍。
此外，当与实施例1中在200FPM的线速度的结果比较时，首先从印刷油墨的表面暴露的油墨在更快速度(300FPM)下失去粘合力。然而，如上所述，从未印刷油墨的表面暴露的油墨即使在300FPM的线速度下仍保持良好的粘合力。
实施例5
如图6中所示和下表3中所述的，使用Little Joe打样机将SunChemical的商用UV石印油墨Starluxe黑(即FLTSV9483557)施涂在未经涂覆的OPP膜上，并使用300瓦汞灯在300FPM固化。
覆盖印刷物左侧以防止对UV光的任何暴露，使印刷物右侧从印刷油墨的表面暴露于UV灯两次。然后，使印刷物右侧覆盖以防止对UV光的任何暴露，且使左侧从印刷油墨的表面且然后从未印刷油墨的表面暴露于UV灯。暴露后立即使用600胶带进行粘合力测试。图6中呈现的结果表明，经两面固化的油墨比单面固化的油墨具有改进得多的粘合力。
如图6中所示，在两面辐射的油墨比仅从印刷油墨的表面辐射的油墨呈现出显著更好的粘合力。例如，当进行如上述的标准剥离测试时，左手侧呈现出几乎没有剥离(即低于1%)。当进行标准剥离测试时，右手侧呈现出约95%的涂层剥离。
实施例5是两面固化方法可以用于改进不透明的暗的可能量固化油墨(在该情况是不透明的黑色油墨)的粘合性的代表，这种油墨已知由于它们强烈趋向于吸收辐射而倾向于出现固化和粘合性问题。
前面实施例中所用的油墨是蓝色、黑色和白色的着色油墨，但应该理解该两面固化方法可用于包含基本上任何颜料或染料或它们的组合的任何有色油墨，或甚至未着色(无色)的涂料。在优选的实施方案中，用两面固化方法观察到的改进的固化和粘合力结果可利于使用比在印刷和固化可能量固化油墨中通常观察到的更不透明的油墨。可得益于两面固化工艺的一种特定颜色可以是黑色油墨，尤其是不透明的黑色油墨，该油墨已知由于强烈吸收辐射而难以穿过深度均匀地固化。
为方便起见并仅用于测试目的，采用实验室手工打样、Little Joe打样机或丝网印刷工艺制备本申请中的实施例。要理解该两面固化方法可以适用于通过任何常规印刷工艺例如平板印刷、柔印版印刷、丝网印刷、喷墨印刷、气溶胶喷印、凹版印刷、数字印刷、凸版印刷、干胶印等制备的印刷物。
如图2和3中所说明的MEK擦拭结果测试证实，固化和粘合是不同的且独立的现象，因为即使其中在固化(通过MEK擦拭测量)相同的情况下，两面固化方法提供改进的粘合力(如用标准粘合胶带测试测量)。此外，实施例1-5中所公开的所有印刷物都通过工业标准拇指扭转试验(thumb twist test)，其是一种在UV油墨工业中使用以测试油墨膜是否恰当固化的传统方法。这进一步说明两面固化方法改进了适当固化的油墨的粘合性。
两面固化方法并不限于其中使用一面固化的油墨已经呈现出可接受的粘合性和固化的情形。在这些情况下，两面固化方法可以用于提供改进的当前和长期的粘合力和固化，以及改进的当前和长期的耐化学和力学性。
表3
Figure BDA00003649911500161
实施例6
通过将上述实施例3中所用的UV柔印白色实验油墨通过380网孔丝网印刷到电晕处理的未经涂覆的BOPP透明膜上，制备一系列两份的印刷物。使用LED灯按表4中所示的各种配置和线速度固化该两份印刷物。
在该实施例中使用Phoseon Fireline System高强度、水冷却的LED灯。该LED灯的规格如下：
辐照度：8W/cm2
总UV功率：至多360W
峰值辐照度：至多72W/cm2
UV输出：380-420nm
表4
Figure BDA00003649911500171
对于每个样品6A-D分别以15m/min、35m/min和60m/min的线速度进行实验。胶带粘合力结果在1至3的等级上进行评估。粘合力与类似于以上对于实施例1-5中每一个所述的进行。具体而言，在辐射暴露之后立即将3M 600 Scotch透明胶带紧紧地粘合在跨过该样品的表面上。使用垂直于该样品表面的施加的人工力快速移除胶带。
数值3表示全部的油墨移除，且因此表明根据胶带粘合力测试失败。数值2表示部分的油墨移除，且也表明根据粘合力测试失败。数值1表示非常少或没有油墨移除，且表明通过粘合力测试的样品。此外，1和2之间的数值表示部分的油墨移除，且表明根据粘合力测试稍微失败。
相对于在样品6A中进行的一面固化，用作用于两面固化方法中的辐射源的LED灯在样品6B、6C和6D中产生具有改进的粘合性的印刷物。例如，在样品6C中，首先从未印刷油墨的表面且然后从印刷有油墨的表面固化的油墨膜与样品6B相比，呈现出改进的粘合力。
表4还说明其中两面固化方法固化未印刷和印刷有油墨的表面中的一个或二者多次的示例性实施方案。例如，在样品6D中，通过使底部未印刷油墨的表面和顶部印刷油墨的表面中的每一个暴露于辐射两次以固化油墨膜。相对于样品6B和6C中的每一个，样品6D呈现出改进的粘合力结果，其中样品6B和6C中的每一个的印刷和未印刷油墨的表面都仅固化一次。
根据本发明人，基于各种因素包括但不限于油墨的不透明性和颜色、油墨膜厚度、所用的特定基材、固化灯的功率，可能需要以任何顺序固化表面的任一或两个一次或多次。一些固化技术可以包括：未印刷油墨的表面2X/印刷有油墨的表面2X；未印刷油墨的表面3X/印刷有油墨的表面2X；未印刷油墨的表面3X/印刷有油墨的表面1X等。
实施例6中LED灯的用途还突出了两面固化方法不限于常规汞UV固化灯的事实。
实施例7
通过使用800线路(line)、1.89bcm analox将MaxD青印刷到HDPE膜上制备两组两份的印刷物样品7A和7B。使用300瓦汞灯在中等功率以150FPM的线速度固化该印刷膜。
使用两个单独的UV光暴露源仅从顶部印刷油墨的表面固化经印刷的膜7A。使用UV光暴露源首先从底部未印刷油墨的表面且然后从顶部印刷油墨的表面固化经印刷的膜7B。结果提供在表5中。
表5
Figure BDA00003649911500191
用95%ETOH食品模拟物提取溶剂评估样品7A和7B中的每一个的按份/十亿份(PPB)计的可提取物浓度。如表5所示，分别使样品7A和7B的1,176ng/cm2和2,258ng/cm2表面积暴露于提取溶剂。
具体而言，两面固化技术产生具有少量的可提取物且因此更低运移的固化油墨膜。来自7B中两面固化技术的含油墨的可提取物的量比来自7A中一面固化的含油墨的可提取物的量低约50%。7B中可提取组分的减少使得可能量固化的油墨就毒性和用于直接或非直接食品接触的FDA合规指南而言是使用者更友好的。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神或范围下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，如果本发明的各种修改和改变在所附权利要求及其等效物的范围内，本发明意在涵盖它们。

Claims (34)

1.一种用于在无孔基材上施涂涂料或油墨组合物的方法，包括：
将所述组合物施涂到所述无孔基材的第一表面上；
将所述无孔基材的所述经施涂的第一表面暴露于辐射一次或多次；以及
将所述无孔基材的第二表面暴露于辐射一次或多次。
2.根据权利要求1的方法，其中在所述第二表面之前，将所述经施涂的第一表面暴露于辐射。
3.根据权利要求1的方法，其中在所述经施涂的第一表面之前，将所述第二表面暴露于辐射。
4.根据前述权利要求任一项的方法，其中使所述经施涂的第一表面经历比所述第二表面少的辐射聚集暴露。
5.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述无孔基材是未涂底漆的或未经化学处理的。
6.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述无孔基材是透明或半透明的。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述无孔基材选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、聚氯乙烯或它们的混合物。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述组合物是可能量固化的油墨。
9.根据权利要求8的方法，其中所述可能量固化的油墨包含一种或多种热塑性丙烯酸惰性树脂。
10.根据前述权利要求任一项的方法，其中在所述第一和第二表面都暴露于辐射之后，大于或等于约95%的所述组合物粘合到所述基材上。
11.根据权利要求10的方法，其中大于或等于约99%的所述组合物粘合到所述基材上。
12.根据权利要求11的方法，其中大于或等于约99.99%的所述组合物粘合到所述基材上。
13.根据权利要求3-12任一项的方法，其中在所述第一和第二表面都暴露于光化辐射之后，所述组合物在浸入30ml食品模拟物液体中时从51cm2表面积的可提取单体少于2000ppb。
14.一种用涂料或油墨组合物施涂其上的经辐射暴露的无孔基材，通过如下步骤产生：
将所述组合物施涂到所述无孔基材的第一表面上；
将所述无孔基材的所述经施涂的第一表面暴露于辐射一次或多次；和
将所述无孔基材的第二表面暴露于辐射一次或多次。
15.根据权利要求14的产品，其中在所述第二表面之前将所述经施涂的第一表面暴露于辐射。
16.根据权利要求15的产品，其中在所述经施涂的第一表面之前，将所述第二表面暴露于辐射。
17.根据权利要求14-16任一项的产品，其中使所述经施涂的第一表面经历比所述第二表面少的辐射聚集暴露。
18.根据权利要求14-17任一项的产品，其中所述无孔基材是未涂底漆的或未经化学处理的。
19.根据权利要求14-18任一项的产品，其中所述无孔基材是透明或半透明的。
20.根据权利要求14-19任一项的产品，其中所述无孔基材选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇、聚氯乙烯或它们的混合物。
21.根据权利要求14-20任一项的产品，其中所述组合物是可能量固化的油墨。
22.根据权利要求14-21任一项的产品，其中所述可能量固化的油墨包含一种或多种热塑性丙烯酸惰性树脂。
23.根据权利要求14-22任一项的产品，其中在所述第一和第二表面都暴露于辐射之后，大于或等于约95%的所述组合物粘合到所述基材上。
24.根据权利要求23的产品，其中大于或等于约99%的所述组合物粘合到所述基材上。
25.根据权利要求24的产品，其中大于或等于约99.99%的所述组合物粘合到所述基材上。
26.根据权利要求16-25任一项的产品，其中所述组合物在浸入30ml食品模拟物液体中时从51cm2表面积的可提取单体少于2000ppb。
27.根据前述权利要求任一项所述的经辐射暴露的组合物是塑料材料中所用的组分。
28.根据权利要求1-26任一项所述的经辐射暴露的组合物是食品级材料中所用的组分。
29.根据权利要求1-26任一项所述的经辐射暴露的组合物是化妆品材料中所用的组分。
30.根据权利要求1-26任一项所述的经辐射暴露的组合物是工业涂料材料中所用的组分。
31.根据权利要求1-26任一项所述的经辐射暴露的组合物是药用材料中所用的组分。
32.一种经辐射暴露的无孔基材，具有可能量固化的黑色的和/或不透明油墨施涂到所述无孔基材的表面，其中大于或等于99%的所述油墨粘合到所述无孔基材上。
33.一种经辐射暴露的无孔基材，具有经能量固化的油墨施涂在其上，所述无孔基材在浸入30ml食品模拟物液体中时从所述无孔基材的51cm2表面积的可提取单体的量少于2000ppb。
34.一种无孔基材，具有油墨或涂料组合物施涂在其第一表面上，在自第二表面开始的两表面辐射暴露时所述无孔基材呈现出改进的粘合性。
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