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平版印刷油墨的耐光性研究第二部分

已被阅读249次 2020-11-11

我们整体研究的目的是:(1)对典型平版印刷油墨在处于“最严苛”环境里的耐光性能进行量化;(2)建立合理的油墨耐光性测试基准;(3)确定测试方法,提供快速、简单的方法来评估油墨的性能。

在第1部分中,我们展示了在佛罗里达和亚利桑那以“透过玻璃框下的太阳光”方式进行的户外曝晒结果。我们在这些极端气候环境中做曝晒测试的主要原因是为了研究平版印刷油墨处在一个非常严酷的室内环境中是否能保持耐光性。

在第2部分,我们将展示同一组平版印刷油墨试样的实验室氙弧暴露试验结果。我们有两个目标,想确定:

(1)通过对真实退化模式和相对等级排序的分析,研究实验室试验模拟户外真实曝晒的结果如何;

(2)与自然曝晒相比,实验室暴露究竟能快多少?为什么选择氙灯试验?在历史上,加速实验室测试在油墨行业已经得到应用,以求快速获得测试结果。其中氙灯试验箱已被广泛应用,因为它能通过加强关键环境影响因素而快速得出测试结果,比如光谱、光强、相对湿度(RH)和温度。

对大多数室内产品来说,透过窗玻璃的直射太阳光是最严酷的室内光照条件。柯达公司最近一项研究表明,即使透过窗玻璃的非直射太阳光仍在家中室内照明条件中占主导地位)。因此,此项GATF / Q-Lab研究使用配备“窗玻璃滤光器”的Q-SUN®氙灯老化试验箱来获得适当的光谱。

试验程序

GATF和Q-Lab老化研究服务中心使用Q-SUN氙灯老化试验箱对油墨试样进行测试。其中一台氙灯老化试验箱是体积较小,价格较低的台式试验箱,没有配备相对湿度控制(Xe-1机型),而另一种是全尺寸、全功能的氙灯老化实验箱,配备有精确的相对湿度控制功能 (Xe-3机型)。我们在不同的机型中进行老化试验,看能否得到相同的结果。

GATF挑选了8种广泛应用的平印油墨颜色作为试样,包括品红色、紫罗兰、橙色、红色、紫色、和三个不同的黄色。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。

佛罗里达和亚利桑那曝晒总结在第1部分中,透过玻璃框的太阳光曝晒为油墨试验提供了一个高紫外线、高温和高相对湿度(RH)的曝晒环境。我们在佛罗里达和亚利桑那标准曝晒场对油墨进行曝晒试验,该试验可广泛应用于测试油漆、塑料、纺织品和其它各种材料。

在大约一个月的时间里,这些极端的、真实测试环境可以迅速区分耐光性好的和差的油墨。不同曝晒季节或曝晒地点,测试都快速、有效,而且油墨的相对排序都非常相似。自然曝晒试验中唯一的差异是各种试样性能退化的速度。

氙灯试验条件

Q-SUN氙灯老化试验箱(Xe-1机型和Xe-3机型)ASTM D3424,方法3

窗玻璃滤光器

辐照度:0.55 W/m2/nm,波长340 nm

相对湿度:Xe-1型试验箱,有效RH = 15%

Xe-3型试验箱,RH = 50%

暴露循环:在 63 ± 3°C(145 ± 5°F)温度下持续光照

测试时间:31天

总辐照量= 1473 kJ/m2,波长340 nm

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(总颜色变化)来表示。

Q-SUN试验结果

10天之后,两台Q-SUN氙灯老化试验箱都非常好地区分了优质油墨和劣质油墨。图2为Q-SUN Xe-1 试验箱中8种颜色油墨试样的耐光性能。两台试验箱也都能挑选出耐光性好和耐光性差的黄色油墨。图3为Q-SUN Xe-1试验箱中3种黄色油墨试样的耐光范围。尽管他们最初的外观是相似的,但其中一种黄色油墨的耐光性能比其它的要好很多。这展示了各种油墨配方的耐光范围,同时说明了测试的价值。具有优良耐光性的黄色油墨专用于艺术品或户外应用,而其它的是用于一般商业印刷。

相对湿度

为了确定RH(相对湿度)的作用,同时使用相对湿度为50% (Xe-3-H机型)和有效相对湿度约为15%(Xe-1机型)的两种不同Q-SUN试验箱对油墨进行暴露测试。图4对暴露试验10天后的结果进行对比。所得数据有非常好的相关性。相对湿度对这些油墨的影响非常小。

Q-SUN与佛罗里达的对比

在第1部分中,我们为在佛罗里达和亚利桑那极端气候环境下的油墨耐光性测试建立了标准。在第2部分中,我们想将Q-SUN试验箱测试结果和户外数据进行对比。图5比较了使用Q-SUN试验箱暴露10天和佛罗里达玻璃框下曝晒35天的数据。

尽管颜色变化ΔE的绝对值不相同,但两种暴露试验显示了完美的等级排序*一致性。在这个比较中,Q-SUN试验10天大概相当于佛罗里达曝晒35天的结果。对于这组油墨试样,Q-SUN提供了将近4倍的加速系数。

如表1所示,Q-SUN试验箱测试和户外曝晒结果的等级排序具有非常高的一致性。

*等级排序数值1.0表示完美的等级排序一致性。数值0则表示等级排序一致性比较混乱。数值-1.0表示等级排序相关性为负。

即使是最小的实验室都能负担像Q-SUN氙灯老化试验箱一类的台式试验设备

结论

第1部分已确定了这些平版印刷油墨耐光性能的真实基准数据。无论在任何季节,佛罗里达和亚利桑那玻璃框下曝晒(35天)后都可迅速区分具有良好耐光性的油墨和较差耐光性的油墨。而在第2部分我们可以得出以下结论:

1.像佛罗里达、亚利桑那曝晒一样,Q-SUN氙灯老化试验箱也可分辨出表现良好的油墨与表现差的油墨。虽然没有一个加速实验室测试可以完全替代实际的真实环境,Q-SUN氙灯老化试验箱测试却与已有的户外曝晒基准数据有很好的相关性。

2.Q-SUN Xe-1台式氙灯老化试验箱和较昂贵的Q-SUN Xe-3氙灯老化试验箱作出的试验结果完全一致。在这个特定的研究中,RH(相对湿度)对测试结果没有显著的影响。Q-SUNXe-1氙灯老化试验箱操作简便。

3. Q-SUN氙灯老化试验箱能够快速得到试验结果。仅仅10天时间,Q-SUN氙灯老化试验箱就可再现佛罗里达玻璃框下35天的曝晒。根据每年的曝晒时间不同,加速系数的范围从大约4倍到将近7倍。然而需要注意的是,这些加速系数可能不适用于其它类型的油墨。