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木制品的直接印刷是指通过印刷设备直接将各种色泽的花纹和图案印刷到木制品表面,对于人造板和纹理不佳的材种,木纹直接印刷可以大大提高其附加值[1-2]。直接印刷的木制品和其他的木制品表面装饰材料一样,在使用过程中会出现老化变色的问题[3-5]。印刷木制品的老化变色问题很大程度上是油墨的老化变色引起的,因此认为印刷油墨是木纹直接印刷工艺中的关键性因素。紫外光固化(UV)油墨由于干燥速度快,膜层硬度较高,耐磨性好,能真实再现细微的木纹纹理,被广泛用于木制品直接印刷中[6-8]。利用无机纳米材料对UV涂料进行改性是改善UV涂膜物理性能及耐光色牢度的一个重要途径,但采用无机纳米材料改性UV油墨的相关研究较少。闫小星等[9]采用二氧化硅对紫外光固化木器涂料进行改性,发现在适宜的相对质量和干燥时间下,紫外光固化木器涂层的硬度、附着力和冲击强度有明显提高。龙玲等[10]用制备的纳米二氧化钛浆料对水性木器漆进行改性,发现在不影响漆膜透明度的情况下,添加纳米二氧化钛的质量分数在1.5%时,漆膜对染色单板和素板均具有较好的紫外线屏蔽性能。杨培等[11]采用共混法,将分散后的复合纳米氧化锌-二氧化铈粉体掺杂到水性外墙涂料中,当改性纳米粉体占浆料的质量分数为1.0%~1.5%时,其紫外吸收抗老化能力最佳。本研究选取纳米二氧化钛和纳米氧化锌2种材料改性红色UV油墨和黄色UV油墨,考察改性油墨的物理性能和印刷薄木的耐光变色性能,优化印刷木制品用UV油墨的改性工艺,从而得到耐光变色性能较好的UV油墨和印刷薄木。
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油墨选用三原色中的红色UV油墨和黄色UV油墨(江苏海田技术有限公司);纳米二氧化钛(金红石型,北京德科岛金科技有限公司,固含量30%);纳米氧化锌(德国BYK公司,固含量40%);杨木薄木(3 500 mm × 1 800 mm × 1.5 mm,含水率8%);无水乙醇(工业级)。
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激光粒度仪(马尔文Mastersizer 3000E);紫外可见分光光度计(岛津UV-2700);UV固化机(江苏赫斯曼机械有限公司MXGainUP-W);紫外加速老化试验箱(常州市国立试验设备研究所LUV-1);色彩分析仪(柯尼卡美达能CR-400);数显高速搅拌机(最高转数2 000 r·min-1,金坛市医疗仪器厂)。
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采用的改性剂为纳米二氧化钛(T)和纳米氧化锌(U)。取适量的UV油墨于数显高速分散搅拌机容器中,500 r·min-1转速下预分散10 min;按比例添加称量好的纳米二氧化钛/纳米氧化锌于油墨中,转速1 000 r·min-1下搅拌20 min。分散完成后转入黑色小瓶中保存。分别添加质量分数为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的改性剂改性UV油墨。改性油墨编号如表 1所示,未改性的红色UV油墨和黄色UV油墨分别由R和Y表示。
表 1 样品编号
Table 1. Sample nunihers
颜色 样品编号 改性剂 改性剂质量分数/% 红色 RT0.5 纳米二氧化钛 0.5 RT1.0 1.0 RT1.5 1.5 RT2.0 2.0 RU0.5 纳米氧化锌 0.5 RU1.0 1.0 RU1.5 1.5 RU2.0 2.0 黄色 YT0.5 纳米二氧化钛 0.5 YT1.0 1.0 YT1.5 1.5 YT2.0 2.0 YU0.5 纳米氧化锌 0.5 YU1.0 1.0 YU1.5 1.5 YU2.0 2.0 -
采用激光粒度仪测试改性前后UV油墨样品的粒度。称取0.05 g油墨样品加入到装有500 mL无水乙醇的测试烧杯中,搅拌均匀后进行粒度测试,计算机随后输出粒度数据。最终测试溶液的质量浓度为0.10 g· L-1。
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采用UVProbe紫外分光光度计对油墨进行紫外光吸收测试。移液枪量取0.10 g· L-1的样品于比色管中,加入无水乙醇稀释,使稀释液质量浓度为0.01 g· L-1,摇匀待测。测试中参照样为乙醇。
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将UV油墨印刷至杨木薄木表面,UV固化机固化20 s。将印刷薄木制成350 mm × 850 mm × 1.5 mm的样品放入紫外加速老化实验箱中。LUV-1型老化箱是按照GB/T 14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法:荧光紫外灯》制作的,采用规定的UVB荧光紫外灯。控制黑标温度(60 ± 3)℃,持续老化168 h。用柯尼卡美达能CR-400色彩分析仪测量印刷薄木的颜色。测量时间分别为2,4,6,8,10,12,24,48,72,96,120,144和168 h。采用国际照明委员会颁布的CIELab颜色系统来评价颜色的变化。L*,a*,b*分别代表明度、红绿轴色品指数、黄蓝轴色品指数,用ΔE*表示色差。计算公式如下:
$$ \mathit{\Delta }{E^*} = \sqrt {{{\left( {\mathit{\Delta }{L^*}} \right)}^2} + {{\left( {\mathit{\Delta }{a^*}} \right)}^2} + {{\left( {\mathit{\Delta }{b^*}} \right)}^2}} 。 $$ 其中:ΔL*,Δa*,Δb*分别表示试件老化前后L*,a*,b*的差值,ΔE*越小表示颜色变化越小,印刷木制品的耐光变色性能越好。
Effect of modified UV-curing ink on the light-induced discoloration of printed veneer
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摘要: 利用纳米二氧化钛和纳米氧化锌作为改性剂改性红色紫外光固化(UV)油墨和黄色UV油墨,并使用改性后的UV油墨印刷杨木薄木,采用激光粒度仪、紫外可见分光光度计和色彩分析仪表征了改性UV油墨的物理性能和老化前后印刷薄木的颜色变化。结果表明:改性后的UV油墨粒径变化较小;纳米二氧化钛和纳米氧化锌均能提高UV油墨在紫外区的吸光度,随着添加量的增加而增强;采用适量的纳米二氧化钛或纳米氧化锌改性UV油墨能够改善印刷薄木的耐光变色性能,但纳米氧化锌改性UV油墨印刷薄木的耐光变色性能优于纳米二氧化钛。纳米氧化锌在红色UV油墨中添加的较优质量分数为1.5%,印刷薄木的色差(ΔE*)为0.41,比未改性红色UV油墨印刷薄木降低了78.1%;纳米氧化锌在黄色UV油墨中添加的较优质量分数为0.5%,印刷薄木的ΔE*为3.12,比未改性黄色UV油墨印刷薄木降低了66.9%。Abstract: To reduce the light-induced discoloration of printed veneer, nano-TiO2 and nano-ZnO were chosen to modify red UV ink and yellow UV ink. Relative ink quality of 0.5%, 1.0%, 1.5% and 2.0% of modifier was added to UV ink by stirring. Then the modified UV ink was printed on the surface of poplar veneer. Using a laser particle sizer, UV-Vis spectrophotometer, and colorimeter, physical properties of the modified ink and color differences printed on poplar veneer were studied. Results showed that the average particle size of the UV inks modified by nano-TiO2 decreased a little while the UV inks modified by nano-ZnO had no change. Absorbance of UV ink in the ultraviolet region was increased with the addition of nano-TiO2 or nano-ZnO. Both of nano-TiO2 and nano-ZnO could prevent light-induced discoloration of printed veneer. But when UV ink modified by nano-ZnO was printed on a veneer surface, the color difference was lower than those modified by nano-TiO2. The optimum amount of nano-ZnO in red UV ink was 1.5%, and the ΔE* of the printed veneer was 0.41. Compared with the veneer printed by unmodified red UV ink, ΔE* decreased 78.1%. The optimum amount in yellow UV ink was 0.5%, and the ΔE* of the printed veneer was 3.12. Compared with veneer printed by unmodified yellow UV ink, ΔE* decreased 66.9%.
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Key words:
- wood science and technology /
- veneer /
- UV ink /
- nano-TiO2 /
- nano-ZnO /
- color fastness
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表 1 样品编号
Table 1. Sample nunihers
颜色 样品编号 改性剂 改性剂质量分数/% 红色 RT0.5 纳米二氧化钛 0.5 RT1.0 1.0 RT1.5 1.5 RT2.0 2.0 RU0.5 纳米氧化锌 0.5 RU1.0 1.0 RU1.5 1.5 RU2.0 2.0 黄色 YT0.5 纳米二氧化钛 0.5 YT1.0 1.0 YT1.5 1.5 YT2.0 2.0 YU0.5 纳米氧化锌 0.5 YU1.0 1.0 YU1.5 1.5 YU2.0 2.0 -
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2018.02.021