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平版印刷油墨的耐光性研究第一部分

已被阅读193次 2020-11-10

佛罗里达和亚利桑那户外自然曝晒

试问怎么才能知道油墨在其使用寿命内遇到的各种照明条件下是否发生褪色?产品失效会带来什么后果?如何在消费者购买能力与产品性能之间权衡性价比?是否有一个快速简便的方法来确定(或决定)哪一种油墨是您的最佳选择?

本文首次以系列研究来为您回答这些问题,并为油墨的耐久性评估提供了一种有效的方法。该系列研究分为三个部分。其中第1部分的结论是在佛罗里达和亚利桑那玻璃框下自然太阳光曝晒所得到的。这些是国际认可的能够提供“最严苛环境”的曝晒地点,可以使油墨处于高紫外光、高温和高相对湿度的环境下。

第2部分将展示实验室加速测试如何模拟自然曝晒的结果。第3部分将为您提供指导和建议,帮助您确定哪一种油墨最适合您。此项研究工作目标明确,旨在将平版印刷油墨的自然曝晒与实验室加速测试结果关联起来。

试验程序

日光是由短波紫外线,可见光和红外线组成。而紫外线是导致油墨降解的首要因素,温度和湿度作为次要因素也会加速降解的速率。

平版印刷油墨在靠近窗玻璃的地方会被强烈的太阳光照射,而夏季在汽车仪表盘位置的油墨所处的环境则更加苛刻,这些环境中高紫外线、高温和高相对湿度。本研究的曝晒地点选在佛罗里达和亚利桑那是因为这两个地方可提供这种严酷的曝晒环境。

GATF选用了8种颜色的被广泛应用的平版印刷油墨:黄#1、黄#2、黄#3、品红、紫罗兰、橙色、红色和紫色。试验使用Little Joe印刷打样机来确保印刷品的典型胶印膜厚。油墨印在标准的、有涂层的、70磅重的纸上。每一种颜色的样品都将进行所有类型的暴露测试。

油墨试样在佛罗里达和亚利桑那的Q-Lab老化研究服务中心完成测试。所有试样都安装在带玻璃框的曝晒架上,曝晒角度为45°朝南,为的是最大限度的接收透过玻璃的太阳光。

之所以选择透过玻璃的日光光谱,是因为它可以模拟最严苛条件下的室内光照条件。

分别在曝晒前、曝晒过程中和曝晒结束后测量油墨试样的颜色变化。根据ASTM D2244标准,使用分光光度计来测量颜色。每个试样的颜色变化都以ΔE的值来表示。

油墨试样安装在位于佛罗里达和亚利桑那曝晒场的ASTM G24带玻璃框的曝晒架上。

注:认可实验室可对油墨进行视觉颜色评估或进行仪器测量颜色评估。

佛罗里达和亚利桑那曝晒

佛罗里达曝晒测试在每个季节开始:秋分(9/21/02),冬至 (12/21/02), 春分(3/21/03) 和夏至 (6/21/03)。亚利桑那曝晒测试则在秋天 (10/7/02) 开始。表1为总光照能量(即辐照量),单位为MJ/m2,该数值是在佛罗里达和亚利桑那曝晒90天之后通过各种户外曝晒试验所得的结论。

图1为8种颜色油墨在佛罗里达秋季试验中耐光性能的曲线图。

如图所示,油墨的耐久相差很大。有些颜料的耐久性很好,而有些却很差。

图1-8种不同颜色油墨的耐光性

90天曝晒之后,大多数油墨试样都严重褪色到无法用于分析。然而在暴露35天时,油墨试样的耐光性能表现开始拉开差距,有好有坏。因此,35天是用来评估油墨在各种户外曝晒试验中耐光性能。

曝晒            

天数              

MJ/m2             

佛罗里达秋季            

90天              

1926.17                   

佛罗里达冬季            

90天            

1541.13            

佛罗里达夏季      
           

90天
           

1081.73            

亚利桑那秋季            

90天                 

1611.20            

表1:户外曝晒300–3000nm波长范围内的总辐照量,单位MJ/m2

图2为佛罗里达秋季曝晒试验中3种黄色油墨试样的耐久性范围图。

此图非常明显地显示了同颜色的3种不同油墨的耐久性范围。虽然颜色相同,但它们的耐光性能却表现的完全不同。黄色A的表现明显优于黄色B和黄色C。事实上,黄色A是一种耐光性好的黄色油墨,适用于艺术品或者户外应用,而黄色B和黄色C则倾向用于一般的商业印刷。

图2-相同颜色油墨的耐光性

图3-油墨耐光性能的相关性,佛罗里达:秋季vs冬季

季节变化的影响

由于自然曝晒的时间很短(35天),在每个季节进行重复测试以确定一年中各个时间段对老化的影响。结果证明在一年内的不同时间进行测试对耐光性能的排序没有影响。各个季节的曝晒试验之间的排序相同,然而老化的速度有一些不同。

为了对每个季节老化速度的不同进行定量,我们对35天曝晒的ΔE平均值进行了比较。例如佛罗里达冬季曝晒试验所有油墨的ΔE平均值为21,而佛罗里达秋季曝晒试验所有油墨的ΔE平均值为44。在这个例子中,秋季试验的严酷程度大约是冬季试验的两倍以上。由于季节导致老化速度不同,不能在一年的不同时间里比较试样的绝对值。这种不一致性在加速耐光性测试中可能不会出现。表2为佛罗里达不同季节和亚利桑那曝晒试验35天后所有油墨样品的ΔE值:

图3为佛罗里达秋季35天和冬季45天曝晒试验对比图。这两个曝晒试验结果的产品性能等级排序*相关性非常好。

图4-油墨耐光性能的相关性,佛罗里达:冬季vs夏季

图5-油墨耐光性能的相关性亚,利桑那vs佛罗里达

佛罗里达:秋季vs冬季

等级排序=1.0 *等级排序数值1.0表示等级排序相关性非常好。该数值为0则表示等级排序相关性零乱。数值为-1.0则表示等级排序相关性很差。

图4为佛罗里达冬季45天和佛罗里达夏季35天对比图。同样,两个季节曝晒试验的等级排序也很好, 等级排序数值为1.0。

佛罗里达:冬季vs夏季

等级排序=1.0

亚利桑那曝晒

亚利桑那曝晒试验与佛罗里达曝晒试验有很好的相关性。亚利桑那试验说明了快速测试结果可以在佛罗里达试验的相同周期(35天)内获得。

图5比较了亚利桑那和佛罗里达35天的数据

 

文本框: 试样佛罗里达秋季35天佛罗里达冬季35天佛罗里达春季35天佛罗里达夏季35天亚利桑那秋季35天∆E平均值黄色A3.780.940.562.032.802.02黄色B106.8286.8188.4187.36105.6595.01黄色C89.4910.9039.9438.4713.2038.40品红5.683.293.713.525.824.40橙色23.238.1911.7911.028.3712.52红色18.218.3812.6010.0611.6512.18紫罗兰73.8231.9855.1845.3328.3846.93紫色33.3620.4421.2320.0530.9425.20∆E平均值44.3021.3729.1827.2325.8529.58

表2 不同户外曝晒试验

亚利桑那vs佛罗里达

等级排序=0.96

如表3所示,所有户外曝晒试验的等级排序数值都非常好(0.90及以上)。  


佛罗里达夏季            

佛罗里达秋季            

佛罗里达冬季            

佛罗里达春季            

亚利桑那秋季            

佛罗里达夏季            

 -            

0.98            

0.93                

0.98                       

0.90                

佛罗里达秋季            

 0.98             

     –             

1.0            

0.95            

0.98                

佛罗里达春季            

 0.98            

0.95            

0.97                

                 

0.93            

亚利桑那秋季                

 0.90            

0.98            

0.96            

0.93            

             

表3 等级排序相关性列表

总结(第1部分)

1. 佛罗里达和亚利桑那玻璃框下曝晒试验提供了一种极端严酷环境,并快速区分具有良好耐光性和较差耐光性颜料的方法。

2. 所有户外曝晒之间相关性很好。

3. 所有户外曝晒都快速、有效。曝晒35天, 所有油墨试样的相关耐久性已得到确定。

4. 在此试验系列中,在一年的不同测试时间里,油墨的性能排序是一致的。季节变化仅对老化速度有影响。

5. 户外曝晒对每种油墨的耐光性测试都非常有效。因为有报道称(Tobias和Everett, 2002)油墨打印的衬底可能对油墨稳定性有影响,建议使用多种衬底对油墨进行测试。

第2部分将展示实验室加速测试如何模拟自然曝晒的结果。第3部分将为您提供建议,如何开发一种快速、方便的方法来确定哪种油墨是您所需的。