論文綜述戶外廣告油墨的抗紫外老化研究

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文綜述</p><p>　　學(xué) 院 輕工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)_____ 印刷工程__________</p><p>　　導(dǎo) 師 劉壯 </p><p>　　學(xué) 生 齊勃文 <

2、;/p><p>　　學(xué) 號_____201110830322_______</p><p><b>　　2015年4月8日</b></p><p>　　戶外廣告油墨的抗紫外老化研究</p><p>　　隨著信息社會的不斷進(jìn)步發(fā)展，越來越多的企業(yè)選擇通過戶外廣告的方式來宣傳企業(yè)文化，各種大中小型幅面的戶外廣告比比皆是。戶外廣

3、告不僅是信息社會的一種傳播媒介，還作為企業(yè)宣傳的一種重要手段，而廣大群眾也是通過這一方式來獲取信息。</p><p>　　色彩艷麗，內(nèi)容新穎的戶外廣告往往更能夠吸引廣大群眾的眼球，從而促進(jìn)消費(fèi)，達(dá)到企業(yè)的宣傳目的。可是我們不難發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的戶外廣告在一段時(shí)間后都會發(fā)生一定程度顏色上的變化，不再像剛開始張貼時(shí)那樣的亮麗。這一現(xiàn)象被稱為印刷品的老化，是由于光照、溫度、濕度等多方面環(huán)境因素影響下造成的。對于這一現(xiàn)象的研

4、究和改進(jìn)，也是當(dāng)今印刷行業(yè)的一項(xiàng)重要課題。</p><p><b>　　1 戶外廣告的概述</b></p><p>　　1.1 戶外廣告的印刷</p><p>　　戶外廣告由于自身的特殊性，對于油墨及承印材料都有不同于一般印刷品的特殊要求。</p><p>　　印刷方式：絲網(wǎng)印刷的印刷膜層厚、耐雨水沖擊、耐日光照射、大部

5、分壽命較長、適合于長期戶外懸掛的要求，并且進(jìn)行大批量印刷生產(chǎn)的時(shí)候，成本較為可控。因此，當(dāng)今戶外廣告的印刷多采用絲網(wǎng)印刷方式。[1]隨著技術(shù)的革新，噴墨印刷戶外廣告也嶄露頭角。而隨著技術(shù)發(fā)展，大多數(shù)的中小型企業(yè)也開始采用噴墨印刷來做外戶外廣告的印刷方式。</p><p>　　承印材料：由于戶外廣告的種類繁多，所應(yīng)用的承印材料也大不相同。有PVC膜、燈箱布、有機(jī)玻璃、聚酯和聚苯乙烯等等。</p>&l

6、t;p>　　印刷油墨：根據(jù)印刷過程所采用的印刷方式及承印材料的不同，使用的印刷油墨也不盡相同。而在戶外廣告的印刷行業(yè)，溶劑型油墨被廣泛使用，UV油墨也占有一席之地。 </p><p>　　1.2 戶外廣告的老化現(xiàn)象</p><p>　　戶外廣告由于長時(shí)間懸掛于戶外，受到包括日照、雨水、溫

7、度、大氣中的各種化學(xué)物質(zhì)、工業(yè)廢氣等各種環(huán)境因素影響，會隨著時(shí)間的變化，發(fā)生變色、褪色、龜裂、機(jī)械強(qiáng)度下降等一系列的化學(xué)或物理變化，這種現(xiàn)象就被成為老化現(xiàn)象。老化現(xiàn)象的存在不僅影響印刷品的美觀和使用性，也對戶外廣告印刷行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　2 老化現(xiàn)象的研究</b></p><p>　　由于戶外廣告的老化主要有承印材料和印刷油墨的老化，這里

8、將印刷油墨的老化作為主要研究對象。導(dǎo)致印刷品褪色主要是由于油墨的顏色變化，而導(dǎo)致油墨的顏色變化主要是由于油墨中顏料分子的結(jié)構(gòu)變化，顏料分子中發(fā)色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)改變使得發(fā)色基團(tuán)不再發(fā)色，進(jìn)而顏料失色，造成了戶外印刷品的視覺褪色。</p><p>　　2.1 印刷油墨的老化</p><p>　　一般印刷油墨都是由溶劑、連接料、顏料和助劑組成。其中顏料的耐抗性能決定了印刷品的部分印刷適性及抗老化能力

9、。而眾多耐抗性能中，耐候性決定了在戶外條件下印刷品的質(zhì)量改變情況。而紫外線對于印刷品的影響主要在于導(dǎo)致印刷品變色，褪色，也就是油墨耐光性的表現(xiàn)。紫外線這一影響因素主要是由顏料的耐曬牢度所決定，因而對于戶外廣告印刷油墨抗紫外老化的研究，實(shí)際上就可以轉(zhuǎn)化為對于油墨中顏料的耐曬牢度的研究。</p><p>　　耐曬牢度是指有機(jī)顏料或者油墨在日光照射下，在特定時(shí)間內(nèi)保持自身色澤的性能[2]。有機(jī)顏料的耐曬牢度不僅受自身化

10、學(xué)性質(zhì)及物理結(jié)構(gòu)的影響，油墨中的其他組分如樹脂、添加劑等也會對其造成影響。耐曬牢度可以利用標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色卡或灰色卡來評價(jià)，它由8種不同的藍(lán)色羊毛樣品組成，依次分為1～8級，耐曬牢度由1級到8級依次增強(qiáng)。 </p><p>　　顏料中的主要發(fā)色基團(tuán)有—N=N—、C=C、—N=O、—NO2、C=O等，助色基團(tuán)有—NH2、—OH、—NHR、—SO3H、—COOH等。這些發(fā)色基團(tuán)與助色基團(tuán)的吸收波長在400nm左右，這與太陽光

11、中的紫外線波長相接近，因而會吸收紫外線發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)[3]，吸收的紫外線具有足以打斷聚合物中化學(xué)鍵的能量，導(dǎo)致顏料顏色的改變，從而使得印刷品褪色。與此同時(shí)油墨中的聚合物中還含有在合成、加工、儲存過程中產(chǎn)生的微量的氫過氧化物、羰基化合物、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物等雜質(zhì)[4]，這些雜質(zhì)的存在也會吸收紫外線來加速油墨分子中顏料和紫外線的反應(yīng)。</p><p>　　2.2 老化現(xiàn)象研究的目的及意義</p><p

12、>　　戶外廣告印刷品由于使用環(huán)境的特殊要求，往往比一般印刷品更加具有保存難度，因而對印刷工藝也有了更高的要求。老化現(xiàn)象使得印刷品的質(zhì)量以及觀賞性大打折扣，如何使戶外印刷品能夠更大程度的保持顏色的鮮艷始終都是印刷行業(yè)中的一個(gè)難題，因而對這一現(xiàn)象進(jìn)行研究，目的是為了可以有效解決或延緩印刷品在戶外環(huán)境下的老化，從而延長印刷品的使用期限，節(jié)約企業(yè)成本。對于戶外印刷品在各種環(huán)境因素影響下造成的老化的研究，不僅可以改善或部分解決老化現(xiàn)象，同時(shí)

13、也是對戶外用印刷油墨的一次改進(jìn)方式，進(jìn)而改進(jìn)現(xiàn)有的印刷工藝。</p><p>　　2.3 國內(nèi)外對于老化現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀</p><p>　　2.3.1 圓珠筆墨水的老化研究</p><p>　　圓珠筆墨水在書寫到承印物上一段時(shí)間后，會產(chǎn)生墨跡顏色變淺的現(xiàn)象，而對于這一現(xiàn)象正好可以用來判斷書寫文件的真?zhèn)魏湍甏?，許多學(xué)者就這一現(xiàn)象進(jìn)行了不同的實(shí)驗(yàn)研究。Andrasko

14、等[5]對圓珠筆墨水的老化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)圓珠筆當(dāng)書寫在紙張上面并且受到陽光長時(shí)間照射后，會發(fā)生顏色的變化。原因是由于圓珠筆墨水中的結(jié)晶紫和甲基紫在陽光作用下發(fā)生光敏反應(yīng)，失去分子結(jié)構(gòu)中的甲基導(dǎo)致分子分解，從而使顏色發(fā)生改變。</p><p>　　就上一實(shí)驗(yàn)，陳明星等[6]又進(jìn)行了更深層次的研究實(shí)驗(yàn)，即對在不同的外界條件下，圓珠筆墨水的老化現(xiàn)象。通過在紅外光、紫外光、加熱老化以及自然老化條件下，結(jié)合老化色譜圖及老

15、化曲線分析得出：紅外光對圓珠筆墨水的老化作用最強(qiáng)，紫外光和加熱條件下也存在一定程度上的老化效果，即日光對圓珠筆墨水具有一定程度上的老化效應(yīng)，使得圓珠筆墨水褪色。</p><p>　　2.3.2 瀝青老化現(xiàn)象的研究</p><p>　　瀝青作為一種重要的的道路建筑材料，其性能在使用中的變化尤為重要。瀝青主要存在兩種老化：光老化和熱老化。瀝青暴露陽光下，紫外線會對瀝青分子中的C-C、C-H、C

16、=C化學(xué)鍵進(jìn)行破壞，使其使用性能大大下降。</p><p>　　董影等[7]就瀝青的老化機(jī)理以及改性方法進(jìn)行了加速光老化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出：隨著日光照射時(shí)間的增長，瀝青材料中的高分子針入度和延度降低，軟化點(diǎn)升高同時(shí)伴隨飽和酚和芳香酚的含量減少，膠質(zhì)含量的上下波動。各種組分的變化造成瀝青的活性物質(zhì)減少，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度下降，使用性降低。</p><p>　　2.3.3 從溶劑蒸發(fā)來研究墨水的老化&l

17、t;/p><p>　　Lociciro等[8]采用基于模型的方程來描述了墨水中溶劑的干燥過程，表明了圓珠筆墨水中的溶劑以及溶質(zhì)在蒸汽壓的作用下蒸發(fā)干燥，使得油墨組分變化發(fā)生老化。配合干燥曲線、摩爾數(shù)老化曲線、氣相色譜法來對建立的方程進(jìn)行分析，得出圓珠筆墨水的溶劑蒸發(fā)干燥遵循給定建立的數(shù)學(xué)原則即在實(shí)驗(yàn)中建立的數(shù)學(xué)模型。因而得出圓珠筆墨水中溶劑的蒸發(fā)干燥也會使得油墨發(fā)生老化現(xiàn)象。</p><p>

18、　　2.3.4 抗紫外老化的部分實(shí)驗(yàn)</p><p>　　適應(yīng)近年來的環(huán)境友好型包裝材料的需求，在油墨中加入納米材料來提高油墨的抗紫外線能力成為一種新的趨勢。黃文濤等[9]在自制的水性油墨中加入納米SiO2，經(jīng)超聲波分散后配置成為具有抗紫外線特性的油墨，再通過紫外線分光光度計(jì)來測量油墨的紫外線吸收率，從而判定油墨對紫外線的屏蔽能力即加入納米SiO2之后油墨的抗紫外老化能力。實(shí)驗(yàn)表明，加入SiO2和少量PVP經(jīng)超聲

19、波分散后配制出的水性油墨，其紫外線屏蔽率可達(dá)90%以上，使油墨獲得了良好的抗紫外線老化能力。</p><p>　　與納米SiO2相似，納米TiO2也具有可以很好的屏蔽紫外線的特點(diǎn)。許艷等[10]將用硅烷偶聯(lián)劑γ-MPS（KH570)進(jìn)行表面預(yù)處理后的納米TiO2以原位聚合的方法制備成為TiO2-g-PMMA粒子，并將該粒子加入白色油墨中進(jìn)行抗老化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)通過X射線能譜（XPS）、紅外吸收光譜（FT-IR）、TE

20、M形貌綜合分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：油墨中加入制備的TiO2-g-PMMA粒子后，不僅提高了納米TiO2在油墨中的分散性能，還很好的賦予了油墨更優(yōu)異的抗老化性能。</p><p>　　利用有機(jī)硅眾多的優(yōu)異特性來改善環(huán)氧樹脂耐熱性和耐紫外光性，同時(shí)提高其不透明性，黃敏等[11]就這一現(xiàn)象進(jìn)行了有機(jī)硅環(huán)氧樹脂雜化材料的改性實(shí)驗(yàn)。首先將由溶膠-凝膠法制得的有機(jī)硅環(huán)氧樹脂雜化膜放入U(xiǎn)V2004密封膠相容性試驗(yàn)箱進(jìn)行人工老化操作，

21、再通過分光光度計(jì)對紫外光透過率進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)紅外分析、SEM分析后可發(fā)現(xiàn)經(jīng)改性的雜化膜具有更優(yōu)異的機(jī)械特性，受到紫外線照射后，老化的裂紋較未改性之前變淺、變窄，甚至可以做到無老化裂紋，體現(xiàn)了有機(jī)硅環(huán)氧樹脂雜化材料的抗紫外線能力。</p><p>　　以上的實(shí)驗(yàn)不僅說明了當(dāng)今學(xué)者對于不同物質(zhì)的老化現(xiàn)象進(jìn)行的研究，還對部分物質(zhì)的老化機(jī)理進(jìn)行了簡單描述，同時(shí)提出了一些相對有效的抗老化改進(jìn)方法。結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)成果和

22、實(shí)驗(yàn)思路，現(xiàn)提出一種對戶外廣告油墨抗紫外線老化的研究實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　3 本文實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)方案不難發(fā)現(xiàn)，對于物質(zhì)的老化多為顏色的變化或是機(jī)械強(qiáng)度的變化。而對于戶外廣告油墨的老化現(xiàn)象，則主要是油墨顏色的變化。而引起油墨顏色的變化主要是油墨中顏料分子的發(fā)色基團(tuán)發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變，造成這種改變的原因多是由于外界環(huán)境因素的影響

23、，溫度、陽光、水分、高能輻射、鹽霧以及空氣中存在的工業(yè)化學(xué)物質(zhì)[12]都可以使得顏料分子發(fā)生化學(xué)或者物理變化。就陽光中的紫外線影響，來對油墨的老化現(xiàn)象進(jìn)行研究。</p><p><b>　　3.1 實(shí)驗(yàn)思路</b></p><p>　　由于納米級SiO2、TiO2、ZnO、CaCO3進(jìn)行特殊處理加入油墨中后，可以顯著改善油墨的一些性能，其中就包括耐候性以及耐光性[13

24、]，也就是我們所要研究戶外環(huán)境下的抗紫外老化能力。因此選取其中的納米級TiO2加入油墨中,與基本油墨一起進(jìn)行暴曬實(shí)驗(yàn)，從而比較結(jié)果。</p><p>　　首先將經(jīng)表面預(yù)處理的TiO2加入戶外印刷使用的噴墨油墨，分別配置成混合均勻的油墨，經(jīng)噴墨打印機(jī)打印出色塊樣品。將兩份樣品置于氙弧燈試驗(yàn)箱中來模擬外界環(huán)境條件下的日光照射，一段時(shí)間后取出樣品。使用色密度儀分別測量幾份樣品色塊的密度，比較對紫外線的吸收效果。然后再利

25、用色差儀來測量試樣在老化后和老化前的L*，a*,b*,從而計(jì)算出油墨色差的變化。再經(jīng)紅外測試儀測試油墨的紅外數(shù)據(jù)。通過所測得的數(shù)據(jù)來表征加入兩種納米材料后油墨的抗紫外線老化能力的變化，進(jìn)而比較出哪種納米材料對提高戶外廣告油墨的抗紫外線老化的更為優(yōu)異。</p><p><b>　　3.2 實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p>　　3.2.1 氙弧燈試驗(yàn)箱</p>

26、<p>　　氙弧燈發(fā)出的光譜接近包括紫外光、紅外光在內(nèi)的整個(gè)可見光譜[14]，配合以日光過濾器，可以模擬出與實(shí)際環(huán)境條件下的日光極為接近的日光照射。將所要進(jìn)行老化的樣品放入其中，控制以合適的的溫度（通常為55±2℃，根據(jù)相關(guān)材料的規(guī)定時(shí)間來進(jìn)行老化[12]。</p><p>　　3.2.2 色密度儀</p><p>　　通過色密度儀測量出色塊試樣的反射密度值，通過該

27、密度值的變化來體現(xiàn)油墨在經(jīng)過紫外線照射后的變化程度，從而表征紫外線照射時(shí)間對油墨的色相以及密度的改變。</p><p><b>　　3.2.3 色差儀</b></p><p>　　色差儀是一種通過模擬人眼對紅、綠、藍(lán)光感應(yīng)的的光學(xué)測量儀器[15]，它根據(jù)CIE色度空間的Lab、Lch原理，以ΔL*，Δa*,Δb*位標(biāo)識符來表征色差ΔE的大小。在本實(shí)驗(yàn)中，色差越大，則加

28、入納米材料后的油墨抗紫外線老化能力越弱；色差越小，則油墨的抗紫外線老化能力越強(qiáng)。</p><p>　　3.2.4 紅外光譜儀</p><p>　　紅外光譜儀主要是來測定物質(zhì)的紅外光譜數(shù)據(jù)，紅外光譜是以波長或波數(shù)作為橫坐標(biāo)，以強(qiáng)度或其他隨波長變化的性質(zhì)作為縱坐標(biāo)繪制物質(zhì)在紅外射線作用下的光譜曲線。對于所測量物質(zhì)自發(fā)發(fā)射或受激發(fā)射的紅外射線進(jìn)行分光處理后，即可得到紅外發(fā)射光譜，物質(zhì)的溫度和化學(xué)

29、組成決定影響紅外發(fā)射光譜；對被物質(zhì)所吸收的紅外射線進(jìn)行分光處理后，即可得到紅外吸收光譜。</p><p>　　不同物質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成有其獨(dú)特的紅外吸收光譜，從而可以根據(jù)紅外吸收光譜來判斷物質(zhì)所含的特定結(jié)構(gòu)，或者對物質(zhì)結(jié)構(gòu)或者化學(xué)組分的變化進(jìn)行分析。以此來判斷原油墨和加入納米材料后的油墨的組成變化。</p><p><b>　　3.3 數(shù)據(jù)處理</b></p>

30、;<p>　　由色差儀測得的色差計(jì)算：</p><p>　　ΔE=[(ΔL*)²+(Δa*)²+(Δb*)²]1/2</p><p>　　其中，ΔE為兩種顏色的色差值，ΔL*、Δa*、Δb*為兩種顏色相應(yīng)量的差值。</p><p>　　通過以上實(shí)驗(yàn)，可以研究當(dāng)戶外廣告油墨加入納米材料后，是否可以提升油墨的抗紫外線老化能力。

31、對比是否加入納米材料，油墨的抗紫外線老化能力也有差異，通過比較試驗(yàn)中試樣的色密度差異以、色差值和紅外數(shù)據(jù)圖即可分析得出納米材料能否更好地對戶外廣告油墨進(jìn)行改性，優(yōu)化油墨中顏料分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高其抗紫外老化的能力，進(jìn)而加強(qiáng)油墨分子的耐光性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　鄭德海. 現(xiàn)代絲網(wǎng)印刷應(yīng)用實(shí)例集錦[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版

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