王萌+刘昕

和传统喷墨墨水相比，水性UV喷墨墨水具有诸多优势，可应用于多个领域，受到了人们的极大重视。总之，水性UV喷墨墨水已成为新的研究热点。

何为水性UV喷墨墨水

水性UV喷墨墨水结合了水性喷墨墨水和能量固化型喷墨墨水两者的优良性能，是一种由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其他添加剂等配制而成的，采用UV光辐照固化技术的新型环保墨水。

预聚物是水性UV喷墨墨水中最重要的组成成分，其可以使颜料分散均匀，使墨水具有一定的流动性。其不仅决定了墨水固化后墨膜的物理机械性能，如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学品性等，也决定了光固化的反应活性。目前，市场上提供的预聚物主要有水性环氧丙烯酸树脂、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性丙烯酸酯化丙烯酸树脂类和不饱和聚脂类等。

光引发剂是一类能在紫外光区（250～420nm）或可见光区（400～800nm）吸收一定波长的能量，产生自由基、阳离子等，从而引发单体聚合交联固化的化合物。其在墨水体系中起着重要作用，适量的光引发剂可加快墨水的固化速度并获得性能良好的墨水。对水性UV喷墨墨水而言，其要求光引发剂与水性聚合物的相容性好，在水介质中光活性高，引发效率高；同时与其他光引发剂一样，要求具有低挥发性、无毒、无味、无色等特点。市场上主要的几类光引发剂有二苯甲酮类（BP）、带羟基的杂蒽酮类（TX）、大分子改性的α-羟基酮类等。

颜料决定了水性UV喷墨墨水的色相及饱和度，其以微粒状态均匀地分布在连结料中，通过吸收或反射光线呈现出一定的颜色。对于水性UV喷墨墨水而言，由于颜料与辐射光源之间存在着特殊的吸收与反射作用，因而颜料还存在着对固化速率的影响问题。此外，相关文献记载，通过对颜料润湿性的研究，发现颜料与基料的表面张力越接近，墨水越易于得到较高的颜色强度。

干燥固化机理

水性UV喷墨墨水与传统UV喷墨墨水的不同之处在于水性UV固化体系不使用单体作为稀释剂，取而代之的是水或者水醇溶液。因此，水性UV喷墨墨水的干燥固化结合了水性墨水渗透蒸发和UV光固化两种干燥形式，即水性体系的预挥发干燥和紫外光固化成膜。

1.预挥发干燥机理

预挥发干燥是将水和助溶剂等非固化可挥发成分移出膜体系的过程。在水性UV喷墨墨水的制造过程中，水基光固化树脂在添加碱（往往是有机胺）或者酸的情况下，会变成可溶于水的羧酸盐，其中加入氨水使水基光固化树脂生成盐的反应可表示为：

R-COOH+NH3→ R-COO-+NH4+

（可溶于水）

反过来，在预挥发干燥过程中，将有机胺和水分移出后，盐又变成了不溶于水的酸且成膜：

R-COO-+NH4+ → R-COOH（不溶于水）+NH3

2.紫外光固化成膜机理

UV固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下，光引发剂吸收紫外光的辐射能后分裂成自由基，引发聚合物发生聚合、交联接枝反应，在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物，得到硬化膜。其实质是通过形成化学键来实现化学干燥，其固化过程一般可分为4个阶段（如图1所示）：①紫外光与光引发剂之间相互作用，包括对光的吸收和光敏剂与光引发剂之间的相互作用；②光引发剂分子发生重排，形成自由基中间体；③自由基与齐聚物中的不饱和基团作用，引发链或聚合反应；④聚合反应继续，液态的组分转变为固体聚合物。

主要特点及应用

1.特点

水性UV喷墨墨水既具有溶剂型墨水干燥后墨层薄的优点，又具有UV墨水干燥快、环保的优势，具体来说，主要有如下特点：①由于水性UV喷墨墨水具有良好的触变性，因此可以用于高加网线数印刷，得到高精细网点，这使得水性UV喷墨墨水广泛应用于高质量印刷领域；②解决了普通UV墨水墨层太厚，影响叠印的问题；③可用水或增稠剂控制墨水黏度和流变性；④受紫外光照可瞬间固化，干燥速度快且不会堵塞墨头，而且在光固化前已经可以堆叠和修理，保证了固化墨膜的光洁度；⑤使用水基连结料，环保性能好，具有一般UV墨水不含VOC优点的同时，还解决了单体稀释剂对使用者的伤害问题，降低了对坏境的危害；⑥具有良好的附着牢度，承印材料范围广，解决了传统喷墨墨水在非吸收性材料上附着牢度差的问题；⑦结合UV墨水和水性墨水的优点，在油墨稳定性、耐水性、耐光性、耐候性以及干燥速度、色彩、光泽等方面具有良好的性能。

2.应用

水性UV喷墨墨水主要应用于数字印刷领域，其利用紫外线的能量，使墨水连结料的分子聚合，从而固化墨滴。调查发现，喷墨印刷市场正逐年扩大，目前主要在图像图形、标牌、出版、制药、促销广告、办公文件、标签、包装、印刷电路、食品医药、织物印刷等领域得到应用，水性UV喷墨墨水凭借环保性和高质量印刷的特点也将在这些领域得到广泛应用。

使用水性UV喷墨墨水时需要注意以下两点：①墨水使用前必须充分搅拌，以获得良好的墨水性能；②适当的温度和湿度可以保证水性UV喷墨墨水的黏度和干燥速度，便于高质量印刷品的生产。

在国内的发展状况

目前，水性UV喷墨墨水在我国尚处于研究阶段，我国还没有开发出性能优良的水性UV喷墨墨水。国外的公司和学者已取得显著成果，但是进口水性UV喷墨墨水价格昂贵，阻碍着我国喷墨印刷行业及相关行业的发展。另外，长期以来，喷墨墨水都是和喷墨印刷设备配套使用，大多数设备生产厂家要求企业在印刷时使用原装墨水，这也是造成我国喷墨墨水研究进展缓慢的原因之一。鉴于水性UV喷墨墨水良好的市场前景，我国应加强水性UV喷墨墨水的研究，将制备满足市场需求的性能优良的水性UV喷墨墨水作为喷墨墨水研究的一个重要方向。