1. GB/T 22771-2008標(biāo)準(zhǔn)的背景

越來(lái)越多的油墨需要耐光測(cè)試，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(píng)定耐光性》修改采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12040:1997，是印刷、油墨行業(yè)比較通用的一個(gè)耐光老化測(cè)試方法，也是印刷油墨耐光老化測(cè)試的第一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)可以評(píng)定不同印刷、油墨樣品的耐光等級(jí)。

本文以下部分將通過(guò)具體耐光老化試驗(yàn)來(lái)演示如何執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)評(píng)價(jià)印刷品及印刷油墨的耐光等級(jí)。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(huì)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(duì)太陽(yáng)光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值，太陽(yáng)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(duì)于某些印刷品和油墨，長(zhǎng)波段紫外線甚至可見(jiàn)光也會(huì)對(duì)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，卻影響后繼的化學(xué)反應(yīng)速度。因此溫度對(duì)材料老化的影響往往是非線性的。

2.1.3濕度

水會(huì)直接參與材料老化反應(yīng)。相對(duì)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(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長(zhǎng)達(dá)8-12個(gè)小時(shí)）。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(zhǎng)，形成更為嚴(yán)酷的潮濕侵蝕。對(duì)于戶內(nèi)用材料，一般只考慮相對(duì)濕度的影響。

2.2 氙燈加速耐光測(cè)試

2.2.1日光模擬

作為氙燈試驗(yàn)箱的光源，氙燈可產(chǎn)生紫外線、可見(jiàn)光和紅外線，能夠很好地模擬全光譜太陽(yáng)光。

氙燈產(chǎn)生的光譜用于測(cè)試前必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾，減少不需要的部分紫外光譜。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(cè)材料和產(chǎn)品最終使用條件。不同的過(guò)濾器過(guò)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(guò)濾器，窗玻璃過(guò)濾器，紫外延展過(guò)濾器。在印刷品和印刷油墨測(cè)試中一般選擇窗玻璃過(guò)濾器，下圖1所示是Q-Lab公司配備有過(guò)濾器的Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱的光譜與透過(guò)玻璃的太陽(yáng)光光譜之間的比較。

 圖1 配備有窗玻璃過(guò)濾器的Q-Sun光譜和透過(guò)玻璃的太陽(yáng)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(yáng)眼閉環(huán)控制系統(tǒng)，來(lái)提供穩(wěn)定的光照強(qiáng)度。

在氙燈測(cè)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, ASTM G 155-05a,ISO 4892-2:2003等），控制點(diǎn)的選擇則基于模擬環(huán)境和檢測(cè)材料性能的不同，對(duì)于戶外環(huán)境，檢測(cè)材料的物理性能，一般采用340nm控制點(diǎn)；而對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，檢測(cè)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(cè)試設(shè)備中，溫度的控制很也重要，因?yàn)闇囟扔绊懖牧侠匣乃俾?。氙燈試?yàn)箱一般是通過(guò)黑板溫度計(jì)或黑標(biāo)溫度計(jì)來(lái)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(guó)的一些標(biāo)準(zhǔn)則使用黑板溫度計(jì)。有些型號(hào)的氙燈試驗(yàn)箱還能同時(shí)控制箱體空氣溫度，以達(dá)到全面的曝曬環(huán)境溫度控制。

2.2.4潮濕模擬

氙燈試驗(yàn)箱可以通過(guò)水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來(lái)模擬潮濕的影響。水噴淋可以模擬雨水對(duì)戶外產(chǎn)品的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕。濕度會(huì)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中都建議控制相對(duì)濕度。

3. 印刷品及印刷油墨氙燈老化試驗(yàn)及評(píng)價(jià)

3.1 試驗(yàn)條件及過(guò)程

我們認(rèn)為GB/T22771-2008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(duì)只有一個(gè)樣品的曝曬試驗(yàn)，這個(gè)測(cè)試比較簡(jiǎn)單，只要按規(guī)定方法（也就是標(biāo)準(zhǔn)中要求的測(cè)試條件）將測(cè)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(píng)定變色用灰色樣卡3級(jí)。觀察者應(yīng)確保在試驗(yàn)中不出現(xiàn)視覺(jué)疲勞現(xiàn)象，并且視覺(jué)觀測(cè)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(duì)同一系列印刷品進(jìn)行同步和系統(tǒng)性試驗(yàn)。這個(gè)測(cè)試采用連續(xù)遮蓋的曝曬方法，可以在一次試驗(yàn)中測(cè)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(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于評(píng)定變色用灰色樣卡3級(jí)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(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于評(píng)定變色用灰色樣卡3級(jí)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(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)相應(yīng)于評(píng)定變色用灰色樣卡3級(jí)的明顯變化；

第四步：再遮蓋更多，繼續(xù)曝曬，直至7級(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生視覺(jué)剛剛能觀察到的變化（評(píng)定變色用灰色樣卡4級(jí)）。

因?yàn)橥ǔＧ闆r下，油墨廠或印刷廠的測(cè)試樣品都較多，如果采用第一種曝曬方法，每次只對(duì)一個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)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(duì)13種不同的膠印油墨樣品進(jìn)行氙燈加速耐光老化測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行曝曬還有SDC 1到7級(jí)藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

表1

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(píng)定”一節(jié)中也給出了評(píng)定樣品耐光等級(jí)的方法，具體是：確定在相同時(shí)間內(nèi)和測(cè)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(jí)編號(hào)表示測(cè)試樣品的耐光等級(jí)。

為了驗(yàn)證目測(cè)結(jié)果是否正確，我們還使用儀器測(cè)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。

下面的表2給出了幾個(gè)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(lái)說(shuō)，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(jí)。

表2

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，差異性很大。試驗(yàn)結(jié)果顯示，確實(shí)如預(yù)測(cè)的一樣，這就說(shuō)明，使用Q-Sun B02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1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(duì)于表2中的評(píng)級(jí)，其實(shí)GB/T22771-2008標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有具體的說(shuō)明。我們是按照自己對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解進(jìn)行評(píng)級(jí)。先是在不同曝曬階段分別對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)級(jí)，最后再給出一個(gè)綜合耐光等級(jí)。這個(gè)所謂的“綜合耐光等級(jí)”是在樣品出現(xiàn)明顯變化的那個(gè)階段評(píng)定的耐光等級(jí)。如樣品2，它在第一階段（曝曬21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(píng)定的耐光等級(jí)作為綜合耐光等級(jí)。

3.2.3 GB/T22771-2008評(píng)定方法存在的問(wèn)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(duì)樣品進(jìn)行耐光等級(jí)評(píng)定時(shí)，有時(shí)會(huì)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(píng)級(jí)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(píng)級(jí)卻是樣品2為1級(jí)，樣品7為2級(jí)。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(kāi)始顏色變化比較緩慢，而曝曬到了一定時(shí)間，顏色則開(kāi)始發(fā)生快速變化。而有的樣品，如樣品7，則在曝曬開(kāi)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。之所以會(huì)出現(xiàn)樣品2的耐光等級(jí)比樣品7的差的原因是：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(jí)作為最終的綜合耐光等級(jí)，而對(duì)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(píng)定樣品的綜合耐光等級(jí)。

所以確定合適的曝曬終點(diǎn)尤為重要。GB/T 22771-2008標(biāo)準(zhǔn)中確定的這四個(gè)曝曬階段能大體評(píng)定樣品的耐光等級(jí)，但是有時(shí)也是存在上述問(wèn)題。

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

4. 結(jié)論及建議

我們通過(guò)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/T 22771-2008的部分內(nèi)容，尤其是曝曬、耐光等級(jí)評(píng)定等章節(jié)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，按照GB/T22771-2008標(biāo)準(zhǔn)，可以區(qū)分曝曬樣品耐光性的好、中、差。

雖然GB/T22771-2008標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)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(píng)定結(jié)果是真實(shí)客觀的，但是有時(shí)也會(huì)給出存在爭(zhēng)議的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果存在爭(zhēng)議時(shí)，我們建議應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中第一種曝曬方法，即對(duì)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(jí)編號(hào)來(lái)表示測(cè)試樣品的耐光等級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

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5. ASTM G155-05a《用于非金屬材料暴露的氙燈測(cè)試設(shè)備》

6. ISO 4892-2:2003《塑料—實(shí)驗(yàn)室光源下的暴露方法第2部分:氙弧燈光源》