徐崇桓、張信貞／工研院材料與化工研究所
因應環保節能要求，數位噴印技術崛起，工業應用數位噴印主流走向LED UV型油墨。油墨配方設計除受噴印黏度及表面張力限制外，更需根據產品物性需求，選用單體、樹脂、助劑與光起始劑。其中光起始劑更需搭配光源及油墨應用特性篩選及設計複方，量身打造各別應用的噴印墨水。本文介紹LED UV噴印墨水的組成材料及其應用。
【內文精選】
前言
因應環保節能要求，印刷製程走向數位化，其擁有製程簡化、節能與省材等優點，且非接觸性製程，不需模板（光罩）或顯影，同時可快速自動更新日期、時間與批碼等。在數位印刷產業應用中，LED UV交聯型噴印墨水更具有製程環保（低VOC）、快速、節能及適用各種基材的優勢，應用於不同領域之需求量日益增加，如包裝噴印、室內/外裝潢、ICT元件/產品、LCD導光板、其他各種應用領域等，如圖一所示。
圖一、LED UV數位墨水應用領域
LED UV數位噴印墨水的組成設計及其材料（單體、樹脂等）
在研製LED UV噴印墨水(LED UV Inkjet Ink)時，其原料選擇與傳統印刷墨水不同，除須考量對應各領域之應用特性需求，更要克服在黏度與表面張力的限制（黏度約8~12 cP @噴頭工作溫度，表面張力約20~42 dyne）。在開發數位噴印LED UV墨水時，必要條件是配方材料組成設計調配、調控達成所需物性、噴墨適性與分散安定性。一般而言，在研製UV噴印墨水時，可先由以下的材料基本組成來調整，如樹脂約添加5~40 wt%、單體10~60 wt%、光起始劑1~13 wt%、助劑0.1~5 wt%與功能性分散粉體0~12 wt%，如表一所述。
2. LED UV墨水樹脂
針對軟/硬兩種特性之樹枝狀樹脂進行比較，若要墨水具有低黏度與堅硬等特性，可選用聚酯鏈結(Polyester)的多官單體或樹脂；若要具有柔韌等特性，則可選用材化所開發的MCL-SD16A樹脂，如表四所述。
表四、軟/硬UV單體及樹脂架構
目前市面販售的樹脂狀樹脂多為聚酯鏈結，由於鏈結類型導致柔韌性較差，雖能具有低黏度與高反應性等特性，但要應用於對於柔韌性有高要求的噴印墨水時，則難達目標規格。因此根據目前市售樹脂無法通盤滿足現今多元應用廣泛的LED UV噴印墨水的物性需求，本研究室投入軟核樹枝狀結構壓克力樹脂的研發，研製出樹枝狀型壓克力樹脂(MCL-SD16A)，其與市售的樹枝狀聚酯型壓克力樹脂相比，一樣具有低黏度、低收縮、高反應性、高相容性等特點，且可大幅提升墨膜層的柔韌性。
同時將三種原料導入配方塗料中再塗佈於PU皮革上進行物性驗證，由表五得知，使用柔軟多官單體者，附著性僅有2B，耐撓曲性達3萬次，但所需固化能量較高；使用樹枝狀聚酯型多官壓克力樹脂（國內商品）者，附著性較佳可達3B，但耐撓曲性較差且材料黏度較高；使用樹枝狀聚醚型壓克力樹脂(MCL-SD16A)者，墨水黏度、固化能量、附著性與耐撓曲性皆最佳，驗證MCL-SD16A不但具有低黏度的優勢，亦兼具高柔韌性與良好的反應性，在研製柔韌型LED UV墨水中是相當不可或缺的多官樹脂。
UV數位噴印墨水應用案例
LED UV噴印墨水種類相當多元，依照不同的軟/硬物性需求，墨水組成分也大相逕庭，在此舉例介紹高硬度與高柔韌兩種物性需求的噴印墨水應用案例。
2. 高柔韌、3DP噴印墨水
高柔韌墨水的市場應用相當廣泛，應用基材如PU皮革、網格布與TPU等，產品如鞋面、手環/錶帶、背包、腳踏車轉印貼等，其需具有耐撓曲性>9萬次與耐彎折、耐磨等規格。在研製這類的高柔韌墨水時，可優先選用軟核樹枝狀樹脂，如工研院創新性軟核樹枝狀聚醚壓克力樹脂(MCLSD16A)，具6-16官能基，提供兼具軟、韌特性，再透過光起始劑與其他成分彼此搭配調整後，研製出可應用墨水，如工研院研製出LED UV高柔韌噴印墨水，相關應用如圖九所示…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料》雜誌397期，更多資料請見下方附檔。