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    印刷品及印刷油墨耐光老化試驗及評價

    來源:ag8亚游集团有限公司
    發布時間:2018/4/16 18:37:20
    越來越多的油墨需要耐光測試,例如:噴印油墨和包裝材料用油墨。GB/T 22771-2008標準《印刷技術印刷品與印刷油墨用濾光氙弧燈評定耐光性》修改采用國際標準ISO 12040:1997[1]。耐光老化測試方法,該標準也是印刷油墨耐光老化測試的第一個國家標準。應用該標準可以評定不同印刷、油墨樣品的耐光等級。

    1  GB/T 22771-2008標準的背景

        越來越多的油墨需要耐光測試,例如:噴印油墨和包裝材料用油墨。GB/T 22771-2008標準《印刷技術印刷品與印刷油墨用濾光氙弧燈評定耐光性》修改采用國際標準ISO 12040:1997[1]。耐光老化測試方法,該標準也是印刷油墨耐光老化測試的第一個國家標準。應用該標準可以評定不同印刷、油墨樣品的耐光等級。

        本文以下部分將通過具體耐光老化試驗來演示如何執行該標準,來評價印刷品及印刷油墨的耐光等級。同時指出標準存在的不足及需要繼續改進的地方。

    2 印刷品及印刷油墨耐光老化試驗的原理

    2.1 戶外老化因素

    老化損害主要由三個因素引起:光照、溫度和濕度。這三個因素中的任一個都會引起材料老化,它們的共同作用大於其中任一因素造成的危害。

    2.1.1 光照

    高分子材料的化學鍵對太陽光中不同波段的光線的敏感性不同,一般對應一個閾值,太陽光的短波段紫外線是引起大部分聚合物物理性能老化的主要原因。如C-N(碳-氮)鍵的作用閾值是393nm。然而,對於某些印刷品和油墨係統來說,長波段紫外線甚至可見光也會對其產生破壞,造成變色或褪色。

    2.1.2 溫度

    溫度越高,化學反應速度越快。老化反應是一種光致化學反應,溫度不影響光致化學反應中的光致反應速度,卻影響後續的化學反應速度。而且溫度對材料老化的影響往往是非線性的。

    2.1.3 濕度

    水會直接參與材料老化反應。相對濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個主要表現形式。研究表明,戶外材料每天都將長時間處於潮濕狀態(平均每天長達8~12個小時[2]。而露水是戶外潮濕的主要原因。露水造成的危害比雨水更大,因為它附著在材料上的時間更長,形成更為嚴重的潮濕侵蝕。對於戶內用材料,一般隻考慮相對濕度的影響。

    2.2 氙燈加速耐光測試

    2.2.1 日光模擬

    作為氙燈試驗箱[3]的光源,氙燈可產生紫外線、可見光和紅外線,能夠很好地模擬全光譜太陽光。氙燈產生的光譜用於測試前必須經過過濾,減少不需要部分的紫外光譜。使用不同類型的玻璃濾光器可以得到不同的光譜。濾光器的使用取決於被測材料和產品最終使用條件。不同的過濾器過濾的紫外線的短波段的截止點不同,這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三類經常使用的濾光器:日光過濾器、窗玻璃過濾器和紫外延展過濾器。在印刷品和印刷油墨測試中一般選擇窗玻璃過濾器,如圖(1)所示是Q-Lab公司配備有過濾器的Q-Sun氙燈試驗箱的光譜與透過玻璃的太陽光光譜之間的比較。

    2.2.2 輻照度控製

        最新的氙燈試驗箱需裝備有輻照度控製係統,如Q-Lab公司的Q-Sun氙燈試驗箱使用的是太陽眼閉環控製係統,來提供穩定的光照強度。

    在氙燈測試係統內,輻照度控製非常重要。氙燈光譜範圍從295nm延伸到3000nm,最新的標準中要求,光強的控製基於點控製(如ISO11341-2004[4]、ASTM G  155-05a[5]、  ISO4892-2:2003[6]等),控製點的選擇則基於模擬環境和檢測材料性能的不同,對於戶外環境,檢測材料的物理性能,一般采用340nm控製點;而對於室內環境,檢測材料的變色和褪色,一般采用420nm控製點。在有些標準中也采用300~400nm的TUV控製。

    2.2.3 溫度控製

    氙燈測試設備中,溫度的控製也很重要,因為溫度影響材料老化的速率。氙燈試驗箱一般是通過黑板溫度計或黑標溫度計來精確控製樣品表麵溫度。一般歐洲的ISO標準大多使用黑標溫度計,而美國的一些標準則使用黑板溫度計。有些型號的氙燈試驗箱還能同時控製箱體空氣溫度,以達到全麵控製曝曬環境溫度的要求。

    2.2.4 潮濕模擬

        氙燈試驗箱可以通過水噴淋或濕度控製係統來模擬潮濕對耐光性的影響。水噴淋可以模擬雨水對戶外產品的熱衝擊和應力腐蝕。濕度會影響某些物品(比如某些紡織品或油墨等)發生老化的類型和速度,在此類材料的測試標準中都建議控製相對濕度。

    的Q-Sun光譜和透過玻璃的太陽光譜之間的比較

    圖(1)配備有窗玻璃過濾器的Q-Sun光譜和透過玻璃的太陽光譜之間的比較

    3 印刷品及印刷油墨氙燈老化試驗及評價

    3.1試驗條件及過程

        我們認為,GB/T 22771-2008的“4.4.1曝曬”一節中包含著兩個曝曬方法。

        一個是針對隻有一個樣品的曝曬試驗,這個測試比較簡單,隻要按規定方法(也就是標準中要求的測試條件)將測試樣品在燈光下曝曬,直至發生明顯變化。標準中同時指出“所謂的明顯變化就是等於或小於符合GB/T 250規定的的評定變色用灰色樣卡3級。觀察者應確保在試驗中不出現視覺疲勞現象,並且視覺觀測時應具備標準印刷品的觀察條件”。

        另一個是針對同一係列印刷品進行同步和係統性試驗。這個測試采用連續遮蓋的曝曬方法,可以在一次試驗中測試耐光程度不同的印刷品的耐光性。具體步驟如下:

        第一步:曝曬樣品直至3級藍色羊毛標準出現相應於評定變色用灰色樣卡3級的明顯變化;

        第二步:將印刷品和藍色羊毛標準的曝曬部分遮蓋四分之一,繼續曝曬直至5級藍色羊毛標準出現相應於評定變色用灰色樣卡3級的明顯變化;

        第三步:將持續曝曬的部分遮蓋住四分之一,繼續曝曬,直至6級藍色羊毛標準出現相應於評定變色用灰色樣卡3級的明顯變化;

        第四步:再遮蓋更多,繼續曝曬,直至7級藍色羊毛標準發生視覺剛剛能觀察到的變化(評定變色用灰色樣卡4級)。

    因為在通常情況下,油墨廠或印刷廠的測試樣品都較多,如果采用第一種曝曬方法,每次隻對一個樣品進行測試,是不太現實的。所以本次試驗我們選用第二種曝曬方法,同時對13種不同的膠印油墨樣品進行氙燈加速耐光老化測試,同時進行曝曬還有SDC1到7級藍色羊毛標準,具體試驗條件見表(1)。

    表(1)氙燈加速耐光老化測試的試驗條件

    試驗設備 

    Q-Sun B02氙燈試驗箱(美國Q-Lab公司產品)  

    試驗樣品

    13種不同的膠印油墨樣品,分別命名   樣品1、樣品2……樣品13 

    參照樣品 

    SDC 1到7級藍色羊毛標準 

    試驗標準 

    GB/T 2277 l-2008   

    輻照度  

    1.10W/m2@420nm   

    過濾器    

    Window IR過濾器  

    黑標溫度

    50℃

    箱體空氣溫度

    44℃

    相對濕度

    50%

    測試時間

    21h(第一階段);68h(第二階段);156h 

    (第三階段);203h(第四階段) 

    3.2 試驗結果及分析

    3.2.1試驗結果

    GB/T 22771-2008的“4.4.2評定”一節中也給出了評定樣品耐光等級的方法,具體是:確定在相同時間內和測試樣品發生相同的明顯變化的藍色羊毛標準樣品,用藍色羊毛標準樣品的等級編號表示測試樣品的耐光等級。

    為了驗證目測結果是否正確,我們還使用儀器測量法得到了曝曬樣品及藍色羊毛標準的顏色變化△E*。我們采用的是CIE L*a*b*顏色單位,D65光源和10°觀察角。

    表(2)給出了幾個具有代表性的樣品的試驗結果,包括它們的△E*數值。一般來說,曝曬樣品的△E*數值與SDC藍色羊毛標準的△E*。數值進行比較可以客觀給出樣品的耐光等級。

    表(2)代表性樣品的試驗結果

    樣品

    曝曬時間

    △E*

     各階段耐光等級  

     綜合耐光等級  

    樣品1

    21小時

    0.42

    7級

    大於7級

    68小時

    0.7l

    大於7級

    156小時

    l.36

    大於7級

    203小時

    1.34

    大於7級

    樣品2

    2l小時

    1.22

    5級

    1級

    68小時

    2.12

    6級

    156小時

    64.14

    l級

    203小時

    75.58

    小於1級

    樣品7

    2l小時

    1.83

    4級

    2級

    68小時

    28.17

    2級

    156小時

    73.06

    小於l級

    203小時

    73.27

    小於l級

    樣品10

    2l小時

    1.69

    4級

    5級

    68小時

    2.79

    6級

    156小時

    8.97

    5級

    203小時

    13.59

    5級

    3.2.2 試驗結果分析

    在進行加速耐光試驗之前,我們已經大概知道,這13個樣品中有的耐光性很好,有的很差,有的一般,各樣品之間的差異性很大。試驗結果顯示,確實如預測的一樣,這就說明,使用Q-SunB02氙燈試驗箱可以區分樣品的不同耐光性。如表2中的樣品l就是耐光性很好的樣品,而樣品2和樣品7是耐光性很差的樣品,樣品10是耐光性一般的樣品。

    對於表(2)中的評級,其實GB/T 22771-2008標準中沒有具體的說明。我們是按照自己對標準的理解進行評級。先是在不同曝曬階段分別對樣品進行評級,最後再給出一個綜合耐光等級。這個所謂的“綜合耐光等級”是在樣品出現明顯變化的那個階段評定的耐光等級。如樣品2,它在第一階段(曝曬2l小時)和第二階段(曝曬68小時)未出現明顯變化,而在第三階段(曝曬156小時)出現了明顯變化,所以我們把在第三階段評定的耐光等級作為綜合耐光等級。

    3.2.3 GB/T 22771-2008評定方法存在的問題

    從表(2)的試驗數據,我們可以看出,應用GB/T 22771-2008中的第二種曝曬方法對樣品進行耐光等級評定時,有時會不準確。例如:表(2)中的樣品2和樣品7,在每個曝曬階段進行評級時,樣品2在前三階段好於樣品7,在最後階段與樣品7相當,但是最終的綜合評級卻是樣品2為1級,樣品7為2級。為了形象地解釋這種奇怪的情況,我們作出了兩個樣品的△E*與曝曬時間之間的關係圖,如圖(2)所示。

    從圖(2)中我們發現,樣品的△E*隨時間的變化並不是線性的。有的樣品,如樣品2,一開始顏色變化比較緩慢,而曝曬到了一定時間,顏色則開始發生快速變化。而有的樣品,如樣品7,則在曝曬開始階段就顯示快速的顏色變化,相反,等曝曬了一段時間之後,顏色變化趨於平緩。樣品2的耐光等級比樣品7差的原因在於:樣品2在前兩個曝曬階段(分別曝曬21小時和68小時)未出現明顯變化,所以隻能將發生明顯變化的第三個曝曬階段的耐光等級作為最終的綜合耐光等級;而對於樣品7,它在第二個曝曬階段就出現了明顯變化,所以在這個時候就可以評定樣品的綜合耐光等級。

    樣品2(方形)和樣品7(圓點)的△E*與曝曬時間之間的關係

    圖(2)樣品2(方形)和樣品7(圓點)的△E*與曝曬時間之間的關係

    所以確定合適的曝曬終點尤為重要。GB/T2277l-2008標準中確定的這四個曝曬階段能大體評定樣品的耐光等級,但是有時也是存在上述問題。

    4結論及建議

    我們通過具體試驗分析了13種不同膠印油墨樣品的耐光老化性能,同時也分析解讀了GB/T2277l-2008的部分內容,尤其是曝曬、耐光等級評定等章節。試驗結果顯示,按照GB/T2277l-2008標準,可以區分曝曬樣品耐光性的好、中、差。

    雖然GB/T 2277l-2008標準是評定印刷品及印刷油墨耐光老化性能的一個普遍應用的標準,整體上的評定結果是真實客觀的,但是有時也會給出存在爭議的試驗結果。當試驗結果存在爭議時,我們建議應用標準中第一種曝曬方法,即對每個樣品和一套藍色羊毛標準進行單獨曝曬,當樣品發生明顯變化時,與藍色羊毛標準進行比較,用與樣品發生相同的明顯變化的藍色羊毛的等級編號來表示測試樣品的耐光等級。

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