1  GB/T 22771-2008標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)《印刷技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)ISO 12040:1997[1]。耐光老化測試方法，該標(biāo)準(zhǔn)也是印刷油墨耐光老化測試的第一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)來演示如何執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，來評價(jià)印刷品及印刷油墨的耐光等級。同時(shí)指出標(biāo)準(zhǔn)存在的不足及需要繼續(xù)改進(jìn)的地方。

2 印刷品及印刷油墨耐光老化試驗(yàn)的原理

2.1 戶外老化因素

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

2.1.1 光照

高分子材料的化學(xué)鍵對太陽光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對應(yīng)一個(gè)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，對于某些印刷品和油墨系統(tǒng)來說，長波段紫外線甚至可見光也會對其產(chǎn)生破壞，造成變色或褪色。

2.1.2 溫度

溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快。老化反應(yīng)是一種光致化學(xué)反應(yīng)，溫度不影響光致化學(xué)反應(yīng)中的光致反應(yīng)速度，卻影響后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)。相對濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個(gè)主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都將長時(shí)間處于潮濕狀態(tài)(平均每天長達(dá)8~12個(gè)小時(shí)[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?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長，形成更為嚴(yán)重的潮濕侵蝕。對于戶內(nèi)用材料，一般只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(yàn)箱[3]的光源，氙燈可產(chǎn)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(chǎn)生的光譜用于測試前必須經(jīng)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。濾光器的使用取決于被測材料和產(chǎn)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(diǎn)不同，這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三類經(jīng)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(yàn)箱的光譜與透過玻璃的太陽光光譜之間的比較。

2.2.2 輻照度控制

    最新的氙燈試驗(yàn)箱需裝備有輻照度控制系統(tǒng)，如Q-Lab公司的Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱使用的是太陽眼閉環(huán)控制系統(tǒng)，來提供穩(wěn)定的光照強(qiáng)度。

在氙燈測試系統(tǒng)內(nèi)，輻照度控制非常重要。氙燈光譜范圍從295nm延伸到3000nm，最新的標(biāo)準(zhǔn)中要求，光強(qiáng)的控制基于點(diǎn)控制（如ISO11341-2004[4]、ASTM G  155-05a[5]、  ISO4892-2:2003[6]等），控制點(diǎn)的選擇則基于模擬環(huán)境和檢測材料性能的不同，對于戶外環(huán)境，檢測材料的物理性能，一般采用340nm控制點(diǎn)；而對于室內(nèi)環(huán)境，檢測材料的變色和褪色，一般采用420nm控制點(diǎn)。在有些標(biāo)準(zhǔn)中也采用300~400nm的TUV控制。

2.2.3 溫度控制

氙燈測試設(shè)備中，溫度的控制也很重要，因?yàn)闇囟扔绊懖牧侠匣乃俾?。氙燈試?yàn)箱一般是通過黑板溫度計(jì)或黑標(biāo)溫度計(jì)來精確控制樣品表面溫度。一般歐洲的ISO標(biāo)準(zhǔn)大多使用黑標(biāo)溫度計(jì)，而美國的一些標(biāo)準(zhǔn)則使用黑板溫度計(jì)。有些型號的氙燈試驗(yàn)箱還能同時(shí)控制箱體空氣溫度，以達(dá)到全面控制曝曬環(huán)境溫度的要求。

2.2.4 潮濕模擬

    氙燈試驗(yàn)箱可以通過水噴淋或濕度控制系統(tǒng)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(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕。濕度會影響某些物品(比如某些紡織品或油墨等)發(fā)生老化的類型和速度，在此類材料的測試標(biāo)準(zhǔn)中都建議控制相對濕度。

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(yàn)及評價(jià)

3.1試驗(yàn)條件及過程

    我們認(rèn)為，GB/T 22771-2008的“4.4.1曝曬”一節(jié)中包含著兩個(gè)曝曬方法。

    一個(gè)是針對只有一個(gè)樣品的曝曬試驗(yàn)，這個(gè)測試比較簡單，只要按規(guī)定方法(也就是標(biāo)準(zhǔn)中要求的測試條件)將測試樣品在燈光下曝曬，直至發(fā)生明顯變化。標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)指出“所謂的明顯變化就是等于或小于符合GB/T 250規(guī)定的的評定變色用灰色樣卡3級。觀察者應(yīng)確保在試驗(yàn)中不出現(xiàn)視覺疲勞現(xiàn)象，并且視覺觀測時(shí)應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)印刷品的觀察條件”。

    另一個(gè)是針對同一系列印刷品進(jìn)行同步和系統(tǒng)性試驗(yàn)。這個(gè)測試采用連續(xù)遮蓋的曝曬方法，可以在一次試驗(yàn)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(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于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(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)的曝曬部分遮蓋四分之一，繼續(xù)曝曬直至5級藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于評定變色用灰色樣卡3級的明顯變化；

    第三步：將持續(xù)曝曬的部分遮蓋住四分之一，繼續(xù)曝曬，直至6級藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于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(xù)曝曬，直至7級藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生視覺剛剛能觀察到的變化(評定變色用灰色樣卡4級)。

因?yàn)樵谕ǔＧ闆r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，每次只對一個(gè)樣品進(jìn)行測試，是不太現(xiàn)實(shí)的。所以本次試驗(yàn)我們選用第二種曝曬方法，同時(shí)對13種不同的膠印油墨樣品進(jìn)行氙燈加速耐光老化測試，同時(shí)進(jìn)行曝曬還有SDC1到7級藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗(yàn)條件見表(1)。

表(1)氙燈加速耐光老化測試的試驗(yàn)條件

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1試驗(yàn)結(jié)果

GB/T 22771-2008的“4.4.2評定”一節(jié)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(shí)間內(nèi)和測試樣品發(fā)生相同的明顯變化的藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)樣品，用藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)樣品的等級編號表示測試樣品的耐光等級。

為了驗(yàn)證目測結(jié)果是否正確，我們還使用儀器測量法得到了曝曬樣品及藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)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(gè)具有代表性的樣品的試驗(yàn)結(jié)果，包括它們的△E*數(shù)值。一般來說，曝曬樣品的△E*數(shù)值與SDC藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)的△E*。數(shù)值進(jìn)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(yàn)結(jié)果

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在進(jìn)行加速耐光試驗(yàn)之前，我們已經(jīng)大概知道，這13個(gè)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(yàn)結(jié)果顯示，確實(shí)如預(yù)測的一樣，這就說明，使用Q-SunB02氙燈試驗(yàn)箱可以區(qū)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。

對于表(2)中的評級，其實(shí)GB/T 22771-2008標(biāo)準(zhǔn)中沒有具體的說明。我們是按照自己對標(biāo)準(zhǔn)的理解進(jìn)行評級。先是在不同曝曬階段分別對樣品進(jìn)行評級，最后再給出一個(gè)綜合耐光等級。這個(gè)所謂的“綜合耐光等級”是在樣品出現(xiàn)明顯變化的那個(gè)階段評定的耐光等級。如樣品2，它在第一階段(曝曬2l小時(shí))和第二階段(曝曬68小時(shí))未出現(xiàn)明顯變化，而在第三階段(曝曬156小時(shí))出現(xiàn)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(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以看出，應(yīng)用GB/T 22771-2008中的第二種曝曬方法對樣品進(jìn)行耐光等級評定時(shí)，有時(shí)會不準(zhǔn)確。例如：表(2)中的樣品2和樣品7，在每個(gè)曝曬階段進(jìn)行評級時(shí)，樣品2在前三階段好于樣品7，在最后階段與樣品7相當(dāng)，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(gè)樣品的△E*與曝曬時(shí)間之間的關(guān)系圖，如圖(2)所示。

從圖(2)中我們發(fā)現(xiàn)，樣品的△E*隨時(shí)間的變化并不是線性的。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(shí)間，顏色則開始發(fā)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(shí)間之后，顏色變化趨于平緩。樣品2的耐光等級比樣品7差的原因在于：樣品2在前兩個(gè)曝曬階段(分別曝曬21小時(shí)和68小時(shí))未出現(xiàn)明顯變化，所以只能將發(fā)生明顯變化的第三個(gè)曝曬階段的耐光等級作為最終的綜合耐光等級；而對于樣品7，它在第二個(gè)曝曬階段就出現(xiàn)了明顯變化，所以在這個(gè)時(shí)候就可以評定樣品的綜合耐光等級。

圖(2)樣品2(方形)和樣品7(圓點(diǎn))的△E*與曝曬時(shí)間之間的關(guān)系

所以確定合適的曝曬終點(diǎn)尤為重要。GB/T2277l-2008標(biāo)準(zhǔn)中確定的這四個(gè)曝曬階段能大體評定樣品的耐光等級，但是有時(shí)也是存在上述問題。

4結(jié)論及建議

我們通過具體試驗(yàn)分析了13種不同膠印油墨樣品的耐光老化性能，同時(shí)也分析解讀了GB/T2277l-2008的部分內(nèi)容，尤其是曝曬、耐光等級評定等章節(jié)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，按照GB/T2277l-2008標(biāo)準(zhǔn)，可以區(qū)分曝曬樣品耐光性的好、中、差。

雖然GB/T 2277l-2008標(biāo)準(zhǔn)是評定印刷品及印刷油墨耐光老化性能的一個(gè)普遍應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，整體上的評定結(jié)果是真實(shí)客觀的，但是有時(shí)也會給出存在爭議的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果存在爭議時(shí)，我們建議應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中第一種曝曬方法，即對每個(gè)樣品和一套藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單獨(dú)曝曬，當(dāng)樣品發(fā)生明顯變化時(shí)，與藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，用與樣品發(fā)生相同的明顯變化的藍(lán)色羊毛的等級編號來表示測試樣品的耐光等級。