CN112724744A - 一种可烫金uv光固化喷墨打印材料及烫金方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光固化材料技术领域，具体是一种可烫金UV光固化喷墨打印材料，包括第一单体、第二单体和复配低聚物，第一单体包括单官丙烯酸酯单体和二官丙烯酸酯单体，单官丙烯酸酯单体的Tg小于35℃，第二单体选自丙烯酰胺类单体、N‑乙烯基类单体中的至少一种，复配低聚物包括二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物和二官聚酯丙烯酸酯低聚物，二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物的Tg小于10℃，二官聚酯丙烯酸酯低聚物的Tg大于20℃。本发明还涉及一种在该可烫金UV光固化喷墨打印材料上的烫金方法。该材料能够满足单程印刷打印模式对于固化及流平速度方面的要求，且对应固化膜层针对承印介质具有较强的附着能力，并能与烫金纸牢固粘合。
Description
技术领域
本发明涉及光固化材料技术领域，具体是一种可烫金UV光固化喷墨打印材料以及一种在该材料上的烫金方法。
背景技术
在印刷涂层表面涂覆透明的UV光固化喷墨打印材料(业内俗称UV光油)涂层可赋予印刷品耐磨、耐刮擦、和耐水等性能，同时还能提高印刷品的亮度和光泽度，而基于喷墨印刷的局部UV光油技术与烫金技术相结合能够实现更复杂和精致的外观效果，该应用场景要求UV光油与电化铝烫金纸之间具有良好的粘结性和稳定性，现有喷墨打印UV光油中的大多数品类都不能满足要求。
另一方面，近年来可提高印刷效率及自动化水平的单程印刷(行业内称singlepass或one pass)正逐渐成为打印设备领域的主要发展方向，但相对于常规的多程式印刷，单程印刷对应模式下打印的UV光油只经历一轮UV辐照固化处理，且由于印刷流程的连续性，烫金前留给UV光油的固化处理时长较短，因此会进一步提高喷墨打印UV光油对于固化及流平速度方面要求，现有喷墨打印UV光油都难以适应与单程印刷对应的打印模式。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种适用于单程印刷打印模式的可烫金UV光固化喷墨打印材料。
本发明的第二目的在于提供一种适用于前述可烫金UV光固化喷墨打印材料的烫金方法。
为实现上述第一目的，本发明提供一种可烫金UV光固化喷墨打印材料，包括第一单体、第二单体和复配低聚物，其特殊之处在于，第一单体包括单官丙烯酸酯单体和二官丙烯酸酯单体，单官丙烯酸酯单体的Tg(玻璃化温度)小于35℃。第二单体选自丙烯酰胺类单体、N-乙烯基类单体中的至少一种，复配低聚物包括二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物和二官聚酯丙烯酸酯低聚物，二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物的Tg小于10℃，二官聚酯丙烯酸酯低聚物的Tg大于20℃。
由上述方案可见，单体和低聚物是UV光固化喷墨打印材料中的主要成膜性成分，并且单体占比较大。引入上述第一单体可调节UV光固化喷墨打印材料的黏度，并改善对应固化膜层的柔韧性和延展性。上述第二单体自身对于多种承印介质都有较强的附着力，可改善固化膜层附着性能；上述第二单体中的酰胺结构具有和活性叔胺类似的化学性质，可消耗氧分子，再生出活性自由基并引发聚合，从而降低氧阻聚并促进UV光固化喷印材料的固化，具体表现在固化速度和固化程度两方面的提升上，因此第二单体能够改善UV光固化喷墨打印材料的喷射和固化性能。
低聚物方面，引入二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物可改善固化膜层的附着性能，还能增强膜层的拉伸性、延展性和弯折性能，引入二官聚酯丙烯酸酯低聚物则可提高固化膜层的坚韧度和流平性能。使用两类Tg不同的低聚物可以起到调整固化膜层软化温度的作用，使得固化膜层在烫金过程中具备较好的粘结力并与电化铝烫金纸紧密粘合，从而保证烫金效率以及烫金图案的完整性。
目前代表性的Tg小于35℃的单官丙烯酸酯单体包括四氢化糠基丙烯酸酯(THFA)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(CTFA)、4-叔丁基环己基丙烯酸酯(TBCHA)、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(PHEA)和双环戊烯基乙氧化丙烯酸酯(DCPEA)。代表性的双官丙烯酸酯单体包括三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯(NPG2PODA)、乙氧化1,6-己二醇二丙烯酸酯(HD2EODA)和二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)。
进一步的方案是，丙烯酰胺类单体的分子式为：
其中，R1和R2为氢、烷基、芳基或胺，并且R1和R2不同时为氢原子。
由上可见，符合上述分子式的代表性丙烯酰胺类单体有N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAA)、丙烯酰吗啉(ACMO)和二甲基氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)。
进一步的方案是，N-乙烯基类单体的分子式为：
其中，N原子与R3和R4之间形成5至7元环。
由上可见，符合上述分子式的代表性N-乙烯基类单体有N-乙烯基己内酰胺(NVC)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)。
进一步的方案是，二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物的分子量为800至3000，二官聚酯丙烯酸酯低聚物的分子量为300至2000。
由上可见，使用分别符合上述两个分子量范围的两类低聚物有利于降低UV光固化喷墨打印材料的粘度，改善UV光固化喷墨打印材料的打印性能。目前主流厂商在分子量及Tg方面均符合要求的二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物产品有台湾长兴的DR-U161、美国沙多玛的CN9005、CN9023和广州嵩达的SD1221B，二官聚酯丙烯酸酯低聚物产品有台湾长兴的DR-E661以及美国沙多玛的CN2279、CN2283NS。
进一步的方案是，该可烫金UV光固化喷墨打印材料还包括流平剂，流平剂选自聚醚改性硅氧烷流平剂、有机硅改性丙烯酸酯流平剂、聚丙烯酸酯流平剂中的至少一种。
由上可见，上述几种流平剂均适用于前述光固化喷印材料配方体系，可提高固化膜层的透明度并防止膜层发雾。同时在光固化喷印材料中可起到表面活性剂的作用，促进光固化喷印材料的快速铺展和流平，从而在单程印刷对应的打印模式下促使光固化喷印材料表面迅速达到平整的效果，保证烫金的完整性和均匀性以及烫金纸与固化膜层的牢固粘合。目前聚醚改性硅氧烷流平剂的代表性产品有美国赢创的Tego 432和德国毕克的BYK-3510，有机硅改性丙烯酸酯流平剂的代表性产品有Tego 2100，聚丙烯酸酯流平剂的代表性产品有BYK-390。
进一步的方案是，该可烫金UV光固化喷墨打印材料按重量百分比计，包括30％至50％的第一单体、15％至40％的第二单体、5％至25％的复配低聚物、4％至12％的光引发剂、0.02％至0.5％的流平剂、0.1％至1％的光稳定剂以及0.02％至1％的助剂组合物，助剂组合物包括润湿剂和/或消泡剂。
由上可见，上述UV光固化喷墨打印材料配方中各类成分的配比合理，使得该UV光固化喷墨打印材料能够满足单程印刷打印模式对于固化及流平速度方面的要求，且对应固化膜层针对承印介质具有较强的附着能力，并能与烫金纸牢固粘合。
具体实施时，光引发剂可使用1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)、TPO(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦)、907(2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮)，光稳定剂可使用瑞士RAHN的GENORAD系列，润湿剂可使用德国毕克的BYK-2400、BYK-3410或美国赢创的Tego 270、Tego500，消泡剂可使用德国毕克的BYK-019、BYK-028或美国赢创的Tego900、Tego910。
为实现上述第二目的，本发明提供一种烫金方法，其特殊之处在于，包括下列步骤：
a、将前述可烫金UV光固化喷墨打印材料喷墨打印至承印介质上并照射紫外光得到固化膜。
b、在固化膜上按照100℃至140℃的烫印温度以及10m/min至40m/min的烫印速度执行烫金。
由上述方案可见，按照上述烫印稳定和烫印速度执行烫金可保证烫金纸与对应于前述可烫金UV光固化喷墨打印材料的固化膜稳定粘合，在兼顾烫印效率的同时保证烫金图案的完整性。
附图说明
图1是本发明实施例在烫金效果测试中对应试样的烫金效果图。
图2是本发明对比例在烫金效果测试中对应试样的烫金效果图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明依照以下步骤制备可烫金UV光固化喷墨打印材料：
按重量百分比计称取30％至50％的第一单体、15％至40％的第二单体、5％至25％的复配低聚物、4％至12％的光引发剂、0.02％至0.5％的流平剂、0.1％至1％的光稳定剂以及0.02％至1％的助剂组合物，助剂组合物包括润湿剂和/或消泡剂。
使用搅拌釜在800rpm至1200rpm转速条件下先将第一单体和第二单体混合均匀，随后加入光引发剂并搅拌溶解，再加入低聚物和助剂组合物搅拌均匀，最后加入光稳定剂并混匀后用0.45μm孔径PP滤芯过滤。
实施例及对比例
实施例一至五使用单官丙烯酸酯单体THFA、CTFA以及二官丙烯酸酯单体TPGDA、HDDA、NPG2PODA作为第一单体；使用丙烯酰胺类单体ACMO、N-乙烯基类单体NVP作为第二单体；使用DR-U161(Tg为-6℃，分子量在800至3000范围内)作为二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物，并使用DR-E661(Tg为53℃，分子量在300至2000范围内)作为二官聚酯丙烯酸酯低聚物配制复配低聚物；聚醚改性硅氧烷流平剂使用Tego 432和BYK-390，有机硅改性丙烯酸酯流平剂使用Tego 2100，聚丙烯酸酯流平剂使用BYK-390；光引发剂使用1173和/或TPO；光稳定剂使用GENORAD*20；助剂组合物中，润湿剂使用BYK-3400，消泡剂使用BYK-019(本部分出现的字母缩写及型号所指代的物质均与前文一致)。
对比例一至四与五个实施例相比主要区别在于均用到了四官聚酯丙烯酸低聚物(台湾长兴的63928)，在对比例一和二中，第二单体的添加量均超出前述配方规定范围的上限，对比例三和四均未使用第二单体，并且第一单体的添加量超出前述配方规定范围的上限但未超过第一单体和第二单体的规定上限之和。
表1：可烫金UV光固化喷墨打印材料成分表
附着性能测试
利用装备理光G5喷头的UV平板打印机采用基于单程印刷的喷印设置将实施例一至五以及对比例一至四制备的可烫金UV光固化喷墨打印材料喷墨打印到银卡纸上，在相同的紫外辐照条件下使可烫金UV光固化喷墨打印材料固化在银卡纸表面，然后在烫金机上使用电化铝烫金纸在银卡纸上喷印有UV光固化喷印材料的区域进行烫金后得到烫金印样，设定烫印温度100℃至140℃，烫印速度10m/min至40m/min。
参考GBT 9286-1998(色漆和清漆，漆膜的划格试验)裁取部分烫金印样作为试样，对试样的烫金部分进行附着性能测试。测试方法为：在试样上使用百格刀按照1mm间距划出10x10个方格，用3M公司610胶带粘贴划格处，随后以倾斜45°角的拉力快速扯离胶带并查看烫金膜的剥落面积。测试结果的分级标准同样参考GBT 9286-1998制定，即从高至低划分出从0至5总共6个等级，测试结果参见表2。
具体地，0级代表划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无印迹脱落；1级代表在划线的交叉点处有小片的印迹脱落，且脱落总面积小于5％；2级代表在划线的边缘及交叉点处有小片的印迹脱落，且脱落总面积在5％～15％之间；3级代表在划线的边缘及交叉点处有成片的印迹脱落，且脱落总面积在15％～35％之间；4级代表在划线的边缘及交叉点处有成片的印迹脱落，且脱落总面积在35％～65％之间；5级代表在划线的边缘及交叉点处有成片的印迹脱落，且脱落总面积大于65％。
从表2可以看出，五个实施例在附着性能测试中均达到0级标准，而四个对比例并未全部达到0级标准，表明烫金纸能够与本发明制备的可烫金UV光固化喷墨打印材料牢固粘合并实现稳定附着。
耐弯折性能测试
裁取部分粘合性能测试的制备的烫金印样作为试样，对试样的烫金部分进行耐弯折性能测试，测试方法为对试样烫金部分反复进行10次180°对折后观察烫金部分的外观情况，测试结果如表2所示。从表2可以看出，五个实施例对应试样的烫金部分都没有开裂，四个对比例中存在烫金部分开裂的试样，表明本发明制备的可烫金UV光固化喷墨打印材料具备较好的耐弯折性能。
烫金效果测试
使用实施例和对比例制备的可烫金UV光固化喷墨打印材料按照与粘合性能测试部分相同的方法制备具有相同烫金图案的触感纸印样并检查固化膜上的烫金图案是否完整，测试结果见表2。从表2可以看出，五个实施例对应的印样均烫金完整，图案无残缺，四个对比例对应的印样烫金均不完整且图案有明显残缺，表明本发明制备的可烫金UV光固化喷墨打印材料在单程印刷模式下能够与烫金纸稳定粘合并实现较好的烫金效果。
图1和图2分别是实施例和对比例对应的代表性试样在烫金部分相同位置的局部图，通过比较图1和图2可以看出，实施例对应试样的烫金图案完整无残缺，对比例对应试样的烫金图案在边缘及内部都零星分布有斑点状和曲线型的残缺。
表2：可烫金UV光固化喷墨打印材料的各项测试结果
Claims (7)
1.一种可烫金UV光固化喷墨打印材料，包括第一单体、第二单体和复配低聚物，其特征在于：
所述第一单体包括单官丙烯酸酯单体和二官丙烯酸酯单体，所述单官丙烯酸酯单体的玻璃化温度小于35℃，所述第二单体选自丙烯酰胺类单体、N-乙烯基类单体中的至少一种，所述复配低聚物包括二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物和二官聚酯丙烯酸酯低聚物，所述二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物的玻璃化温度小于10℃，所述二官聚酯丙烯酸酯低聚物的玻璃化温度大于20℃。
2.如权利要求1所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料，其特征在于：
所述丙烯酰胺类单体的分子式为：
其中，R1和R2为氢、烷基、芳基或胺，并且R1和R2不同时为氢原子。
3.如权利要求1所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料，其特征在于：
所述N-乙烯基类单体的分子式为：
其中，N原子与R3和R4之间形成5至7元环。
4.如权利要求1所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料，其特征在于：
所述二官聚氨酯丙烯酸酯低聚物的分子量为800至3000，所述二官聚酯丙烯酸酯低聚物的分子量为300至2000。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料，其特征在于：
还包括流平剂，所述流平剂选自聚醚改性硅氧烷流平剂、有机硅改性丙烯酸酯流平剂、聚丙烯酸酯流平剂中的至少一种。
6.如权利要求5所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料，其特征在于：
按重量百分比计，包括30％至50％的第一单体、15％至40％的第二单体、5％至25％的复配低聚物、4％至12％的光引发剂、0.02％至0.5％的流平剂、0.1％至1％的光稳定剂以及0.02％至1％的助剂组合物，所述助剂组合物包括润湿剂和/或消泡剂。
7.一种烫金方法，其特征在于，包括下列步骤：
a、将权利要求6所述的可烫金UV光固化喷墨打印材料喷墨打印至承印介质上并照射紫外光得到固化膜；
b、在所述固化膜上按照100℃至140℃的烫印温度以及10m/min至40m/min的烫印速度执行烫金。
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