試問怎么才能知道油墨在其使用壽命內(nèi)遇到的各種照明條件下是否發(fā)生褪色？產(chǎn)品失效會(huì)帶來什么后果？如何在消費(fèi)者購買能力與產(chǎn)品性能之間權(quán)衡性價(jià)比？是否有一個(gè)快速簡便的方法來確定（或決定）哪一種油墨是您的較佳選擇？
本文首次以系列研究來為您回答這些問題，并為油墨的耐久性評(píng)估提供了一種有效的方法。該系列研究分為三個(gè)部分。其中第1部分的結(jié)論是在佛羅里達(dá)和亞利桑那玻璃框下自然太陽光曝曬所得到的。這些是國際認(rèn)可的能夠提供“最嚴(yán)苛環(huán)境”的曝曬地點(diǎn)，可以使油墨處于高紫外光、高溫和高相對(duì)濕度的環(huán)境下。
第2部分將展示實(shí)驗(yàn)室加速測試如何模擬自然曝曬的結(jié)果。第3部分將為您提供指導(dǎo)和建議，幫助您確定哪一種油墨最適合您。此項(xiàng)研究工作目標(biāo)明確，旨在將平版印刷油墨的自然曝曬與實(shí)驗(yàn)室加速測試結(jié)果關(guān)聯(lián)起來。
日光是由短波紫外線，可見光和紅外線組成。而紫外線是導(dǎo)致油墨降解的首要因素，溫度和濕度作為次要因素也會(huì)加速降解的速率。
平版印刷油墨在靠近窗玻璃的地方會(huì)被強(qiáng)烈的太陽光照射，而夏季在汽車儀表盤位置的油墨所處的環(huán)境則更加苛刻，這些環(huán)境中高紫外線、高溫和高相對(duì)濕度。本研究的曝曬地點(diǎn)選在佛羅里達(dá)和亞利桑那是因?yàn)檫@兩個(gè)地方可提供這種嚴(yán)酷的曝曬環(huán)境。
GATF選用了8種顏色的被廣泛應(yīng)用的平版印刷油墨：黃#1、黃#2、黃#3、品紅、紫羅蘭、橙色、紅色和紫色。試驗(yàn)使用Little Joe印刷打樣機(jī)來確保印刷品的典型膠印膜厚。油墨印在標(biāo)準(zhǔn)的、有涂層的、70磅重的紙上。每一種顏色的樣品都將進(jìn)行所有類型的暴露測試。
油墨試樣在佛羅里達(dá)和亞利桑那的Q-Lab老化研究服務(wù)中心完成測試。所有試樣都安裝在帶玻璃框的曝曬架上，曝曬角度為45°朝南，為的是最大限度的接收透過玻璃的太陽光。
之所以選擇透過玻璃的日光光譜，是因?yàn)樗梢阅M最嚴(yán)苛條件下的室內(nèi)光照條件。分別在曝曬前、曝曬過程中和曝曬結(jié)束后測量油墨試樣的顏色變化。根據(jù)ASTM D2244標(biāo)準(zhǔn)，使用分光光度計(jì)來測量顏色。每個(gè)試樣的顏色變化都以?E的值來表示。
注：認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室可對(duì)油墨進(jìn)行視覺顏色評(píng)估或進(jìn)行儀器測量顏色評(píng)估。
佛羅里達(dá)曝曬測試在每個(gè)季節(jié)開始：秋分 (9/21/02),冬至 (12/21/02), 春分 (3/21/03) 和夏至 (6/21/03)。亞利桑那曝曬測試則在秋天 (10/7/02) 開始。表1為總光照能量（即輻照量），單位為MJ/m2，該數(shù)值是在佛羅里達(dá)和亞利桑那曝曬90天之后通過各種戶外曝曬試驗(yàn)所得的結(jié)論。
圖1為8種顏色油墨在佛羅里達(dá)秋季試驗(yàn)中耐光性能的曲線圖。如圖所示，油墨的耐久相差很大。有些顏料的耐久性很好，而有些卻很差。
90天曝曬之后，大多數(shù)油墨試樣都嚴(yán)重褪色到無法用于分析。然而在暴露35天時(shí)，油墨試樣的耐光性能表現(xiàn)開始拉開差距，有好有壞。因此，35天是用來評(píng)估油墨在各種戶外曝曬試驗(yàn)中耐光性能。
圖2為佛羅里達(dá)秋季曝曬試驗(yàn)中3種黃色油墨試樣的耐久性范圍圖。此圖非常明顯地顯示了同顏色的3種不同油墨的耐久性范圍。雖然顏色相同，但它們的耐光性能卻表現(xiàn)的完全不同。黃色A的表現(xiàn)明顯優(yōu)于黃色B和黃色C。事實(shí)上，黃色A是一種耐光性好的黃色油墨，適用于藝術(shù)品或者戶外應(yīng)用，而黃色B和黃色C則傾向用于一般的商業(yè)印刷。
由于自然曝曬的時(shí)間很短（35天），在每個(gè)季節(jié)進(jìn)行重復(fù)測試以確定一年中各個(gè)時(shí)間段對(duì)老化的影響。結(jié)果證明在一年內(nèi)的不同時(shí)間進(jìn)行測試對(duì)耐光性能的排序沒有影響。各個(gè)季節(jié)的曝曬試驗(yàn)之間的排序相同，然而老化的速度有一些不同。
為了對(duì)每個(gè)季節(jié)老化速度的不同進(jìn)行定量，我們對(duì)35天曝曬的?E平均值進(jìn)行了比較。例如佛羅里達(dá)冬季曝曬試驗(yàn)所有油墨的?E平均值為21，而佛羅里達(dá)秋季曝曬試驗(yàn)所有油墨的?E平均值為44。在這個(gè)例子中，秋季試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度大約是冬季試驗(yàn)的兩倍以上。由于季節(jié)導(dǎo)致老化速度不同，不能在一年的不同時(shí)間里比較試樣的絕對(duì)值。這種不一致性在加速耐光性測試中可能不會(huì)出現(xiàn)。表2為佛羅里達(dá)不同季節(jié)和亞利桑那曝曬試驗(yàn)35天后所有油墨樣品的?E值：
圖3為佛羅里達(dá)秋季35天和冬季45天曝曬試驗(yàn)對(duì)比圖。這兩個(gè)曝曬試驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)品性能等級(jí)排序*相關(guān)性非常好。
佛羅里達(dá)：秋季vs冬季
等級(jí)排序=1.0 *等級(jí)排序數(shù)值1.0表示等級(jí)排序相關(guān)性非常好。該數(shù)值為0則表示等級(jí)排序相關(guān)性零亂。數(shù)值為-1.0則表示等級(jí)排序相關(guān)性很差。圖4為佛羅里達(dá)冬季45天和佛羅里達(dá)夏季35天對(duì)比圖。同樣，兩個(gè)季節(jié)曝曬試驗(yàn)的等級(jí)排序也很好，等級(jí)排序數(shù)值為1.0。
佛羅里達(dá)：冬季vs夏季
等級(jí)排序=1.0
亞利桑那曝曬
亞利桑那曝曬試驗(yàn)與佛羅里達(dá)曝曬試驗(yàn)有很好的相關(guān)性。亞利桑那試驗(yàn)說明了快速測試結(jié)果可以在佛羅里達(dá)試驗(yàn)的相同周期（35天）內(nèi)獲得。圖5比較了亞利桑那和佛羅里達(dá)35天的數(shù)據(jù)。
亞利桑那vs佛羅里達(dá)
等級(jí)排序=0.96
如表3所示，所有戶外曝曬試驗(yàn)的等級(jí)排序數(shù)值都非常好（0.90及以上）。
1.佛羅里達(dá)和亞利桑那玻璃框下曝曬試驗(yàn)提供了一種極端嚴(yán)酷環(huán)境，并快速區(qū)分具有良好耐光性和較差耐光性顏料的方法。
2.所有戶外曝曬之間相關(guān)性很好。
3.所有戶外曝曬都快速、有效。曝曬35天，所有油墨試樣的相關(guān)耐久性已得到確定。
4.在此試驗(yàn)系列中，在一年的不同測試時(shí)間里，油墨的性能排序是一致的。季節(jié)變化僅對(duì)老化速度有影響。
5.戶外曝曬對(duì)每種油墨的耐光性測試都非常有效。因?yàn)橛袌?bào)道稱（Tobias和Everett, 2002）油墨打印的襯底可能對(duì)油墨穩(wěn)定性有影響，建議使用多種襯底對(duì)油墨進(jìn)行測試。
第2部分將展示實(shí)驗(yàn)室加速測試如何模擬自然曝曬的結(jié)果。第3部分將為您提供建議，如何開發(fā)一種快速、方便的方法來確定哪種油墨是您所需的。
第2部分
我們整體研究的目的是：（1）對(duì)典型平版印刷油墨在處于“最嚴(yán)苛”環(huán)境里的耐光性能進(jìn)行量化；（2）建立合理的油墨耐光性測試基準(zhǔn)；（3）確定測試方法，提供快速、簡單的方法來評(píng)估油墨的性能。
在第1部分中（GATFWorld, 2004年4月），我們展示了在佛羅里達(dá)和亞利桑那以“透過玻璃框下的太陽光”方式進(jìn)行的戶外曝曬結(jié)果。我們?cè)谶@些極端氣候環(huán)境中做曝曬測試的主要原因是為了研究平版印刷油墨處在一個(gè)非常嚴(yán)酷的室內(nèi)環(huán)境中是否能保持耐光性。
在第2部分，我們將展示同一組平版印刷油墨試樣的實(shí)驗(yàn)室氙弧暴露試驗(yàn)結(jié)果。我們有兩個(gè)目標(biāo)，想確定：（1）通過對(duì)真實(shí)退化模式和相對(duì)等級(jí)排序的分析，研究實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)M戶外真實(shí)曝曬的結(jié)果如何；（2）與自然曝曬相比，實(shí)驗(yàn)室暴露究竟能快多少？
在歷史上，加速實(shí)驗(yàn)室測試在油墨行業(yè)已經(jīng)得到應(yīng)用，以求快速獲得測試結(jié)果。其中氙燈試驗(yàn)箱已被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗芡ㄟ^加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)境影響因素而快速得出測試結(jié)果，比如光譜、光強(qiáng)、相對(duì)濕度（RH）和溫度。
對(duì)大多數(shù)室內(nèi)產(chǎn)品來說，透過窗玻璃的直射太陽光是最嚴(yán)酷的室內(nèi)光照條件?？逻_(dá)公司最近一項(xiàng)研究表明，即使透過窗玻璃的非直射太陽光仍在家中室內(nèi)照明條件中占主導(dǎo)地位（Bugner, LaBarca等，2003）。因此，此項(xiàng)GATF / Q-Lab研究使用配備“窗玻璃濾光器”的Q-SUN®氙燈老化試驗(yàn)箱來獲得適當(dāng)?shù)墓庾V。
試驗(yàn)程序 - 使用Q-SUN氙燈老化實(shí)驗(yàn)箱對(duì)油墨進(jìn)行測試
GATF和Q-Lab老化研究服務(wù)中心使用Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱對(duì)油墨試樣進(jìn)行測試。其中一臺(tái)氙燈老化試驗(yàn)箱是體積較小，價(jià)格較低的臺(tái)式試驗(yàn)箱，沒有配備相對(duì)濕度控制（Xe-1機(jī)型），而另一種是全尺寸、全功能的氙燈老化實(shí)驗(yàn)箱，配備有精確的相對(duì)濕度控制功能 （Xe-3機(jī)型）。我們?cè)诓煌臋C(jī)型中進(jìn)行老化試驗(yàn)，看能否得到相同的結(jié)果。
GATF挑選了8種廣泛應(yīng)用的平印油墨顏色作為試樣，包括品紅色、紫羅蘭、橙色、紅色、紫色、和三個(gè)不同的黃色。試驗(yàn)使用Little Joe印刷打樣機(jī)來確保印刷品的典型膠印膜厚。油墨印在標(biāo)準(zhǔn)的、有涂層的、70磅重的紙上。每一種顏色的樣品都將進(jìn)行所有類型的暴露測試。
佛羅里達(dá)和亞利桑那曝曬總結(jié)
在第1部分中，透過玻璃框的太陽光曝曬為油墨試驗(yàn)提供了一個(gè)高紫外線、高溫和高相對(duì)濕度（RH）的曝曬環(huán)境。我們?cè)诜鹆_里達(dá)和亞利桑那
標(biāo)準(zhǔn)曝曬場對(duì)油墨進(jìn)行曝曬試驗(yàn)，該試驗(yàn)可廣泛應(yīng)用于測試油漆、塑料、紡織品和其它各種材料。
在大約一個(gè)月的時(shí)間里，這些極端的、真實(shí)測試環(huán)境可以迅速區(qū)分耐光性好的和差的油墨。不同曝曬季節(jié)或曝曬地點(diǎn)，測試都快速、有效，而且油墨的相對(duì)排序都非常相似。自然曝曬試驗(yàn)中先進(jìn)的差異是各種試樣性能退化的速度。
氙燈試驗(yàn)條件
Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱（Xe-1機(jī)型和Xe-3機(jī)型）
ASTM D3424,方法3
窗玻璃濾光器
輻照度：0.55 W/m2/nm，波長340 nm
相對(duì)濕度：Xe-1型試驗(yàn)箱，有效RH = 15% ；Xe-3型試驗(yàn)箱，RH = 50%
暴露循環(huán)：在 63 ± 3°C(145 ± 5°F)溫度下持續(xù)光照
測試時(shí)間：31天
總輻照量= 1473 kJ/m2，波長340 nm
分別在曝曬前、曝曬過程中和曝曬結(jié)束后測量油墨試樣的顏色變化。根據(jù)ASTM D2244標(biāo)準(zhǔn)，使用分光光度計(jì)來測量顏色。每個(gè)試樣的顏色變化都以?E的值（總顏色變化）來表示。
Q-SUN試驗(yàn)結(jié)果
10天之后，兩臺(tái)Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱都非常好地區(qū)分了優(yōu)質(zhì)油墨和劣質(zhì)油墨。圖2為Q-SUN Xe-1試驗(yàn)箱中8種顏色油墨試樣的耐光性能。兩臺(tái)試驗(yàn)箱也都能挑選出耐光性好和耐光性差的黃色油墨。圖3為Q-SUN Xe-1試驗(yàn)箱中3種黃色油墨試樣的耐光范圍。
盡管他們最初的外觀是相似的，但其中一種黃色油墨的耐光性能比其它的要好很多。這展示了各種油墨配方的耐光范圍，同時(shí)說明了測試的價(jià)值。具有優(yōu)良耐光性的黃色油墨專用于藝術(shù)品或戶外應(yīng)用，而其它的是用于一般商業(yè)印刷。
相對(duì)濕度
為了確定RH（相對(duì)濕度）的作用，同時(shí)使用相對(duì)濕度為50% （Xe-3-H機(jī)型）和有效相對(duì)濕度約為15%（Xe-1機(jī)型）的兩種不同Q-SUN試驗(yàn)箱對(duì)油墨進(jìn)行暴露測試。圖4對(duì)暴露試驗(yàn)10天后的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。所得數(shù)據(jù)有非常好的相關(guān)性。相對(duì)濕度對(duì)這些油墨的影響非常小。
Q-SUN與佛羅里達(dá)的對(duì)比
在第1部分中，我們?yōu)樵诜鹆_里達(dá)和亞利桑那極端氣候環(huán)境下的油墨耐光性測試建立了標(biāo)準(zhǔn)。在第2部分中，我們想將Q-SUN試驗(yàn)箱測試結(jié)果和戶外數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。圖5比較了使用Q-SUN試驗(yàn)箱暴露10天和佛羅里達(dá)玻璃框下曝曬35天的數(shù)據(jù)。
盡管顏色變化?E的絕對(duì)值不相同，但兩種暴露試驗(yàn)顯示了全面的等級(jí)排序*一致性。在這個(gè)比較中，Q-SUN試驗(yàn)10天大概相當(dāng)于佛羅里達(dá)曝曬35天的結(jié)果。對(duì)于這組油墨試樣，Q-SUN提供了將近4倍的加速系數(shù)。
如表1所示，Q-SUN試驗(yàn)箱測試和戶外曝曬結(jié)果的等級(jí)排序具有非常高的一致性。*等級(jí)排序數(shù)值1.0表示全面的等級(jí)排序一致性。數(shù)值0則表示等級(jí)排序一致性比較混亂。數(shù)值-1.0表示等級(jí)排序相關(guān)性為負(fù)。
第1部分已確定了這些平版印刷油墨耐光性能的真實(shí)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。無論在任何季節(jié)，佛羅里達(dá)和亞利桑那玻璃框下曝曬（35天）后都可迅速區(qū)分具有良好耐光性的油墨和較差耐光性的油墨。而在第2部分我們可以得出以下結(jié)論：
1. 像佛羅里達(dá)、亞利桑那曝曬一樣，Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱也可分辨出表現(xiàn)良好的油墨與表現(xiàn)差的油墨。雖然沒有一個(gè)加速實(shí)驗(yàn)室測試可以完全替代實(shí)際的真實(shí)環(huán)境，Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱測試卻與已有的戶外曝曬基準(zhǔn)數(shù)據(jù)有很好的相關(guān)性。
2. Q-SUN Xe-1臺(tái)式氙燈老化試驗(yàn)箱和較昂貴的Q-SUN Xe-3氙燈老化試驗(yàn)箱作出的試驗(yàn)結(jié)果完全一致。在這個(gè)特定的研究中，RH（相對(duì)濕度）對(duì)測試結(jié)果沒有顯著的影響。Q-SUN Xe-1氙燈老化試驗(yàn)箱操作簡便。
3. Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱能夠快速得到試驗(yàn)結(jié)果。僅僅10天時(shí)間，Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱就可再現(xiàn)佛羅里達(dá)玻璃框下35天的曝曬。根據(jù)每年的曝曬時(shí)間不同，加速系數(shù)的范圍從大約4倍到將近7倍。然而需要注意的是，這些加速系數(shù)可能不適用于其它類型的油墨。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品: