南宫NG28印刷品及印刷油墨耐光老化试验及评价

　　越来越多的油墨需要耐光测试，例如：喷印油墨和包装材料用油墨。GB/T22771-2008标准

　　《印刷技术印刷品与印刷油墨用滤光氙弧灯评定耐光性》修改采用国际标准ISO12040:1997[1]耐

　　光老化测试方法，该标准也是印刷油墨耐光老化测试的第一个国家标准。应用该标准可以评定

　　老化损害主要由三个因素引起：光照、温度和湿度。这三个因素中的任一个都会引起材料

　　高分子材料的化学键对太阳光中不同波段的光线的敏感性不同，一般对应一个阈值，太阳

　　光的短波段紫外线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）键的作用阈

　　值是393nm。然而，对于某些印刷品和油墨系统来说，长波段紫外线甚至可见光也会对其产生

　　温度越高，化学反应速度越快。老化反应是一种光致化学反应，温度不影响光致化学反应

　　中的光致反应速度，却影响后续的化学反应速度。而且温度对材料老化的影响往往是非线

　　水会直接参与材料老化反应。相对湿度、露水和雨水等是自然界中水的几个主要表现形式。

　　研究表明，户外材料每天都将长时间处于潮湿状态(平均每天长达8~12个小时⑵。而露水是户外

　　潮湿的主要原因。露水造成的危害比雨水更大，因为它附着在材料上的时间更长,形成更为严重

　　作为氙灯老化试验箱⑶的光源，氙灯可产生紫外线、可见光和红外线，能够很好地模拟全

　　光谱太阳光。氙灯产生的光谱用于测试前必须经过过滤，减少不需要部分的紫外光谱。使用不

　　同类型的玻璃滤光器可以得到不同的光谱。滤光器的使用取决于被测材料和产品最终使用条件。

　　不同的过滤器过滤的紫外线的短波段的截止点不同，这将在很大程度上影响老化的速度和类型。

　　有三类经常使用的滤光器：日光过滤器、窗玻璃过滤器和紫外延展过滤器。在印刷品和印刷油

　　墨测试中一般选择窗玻璃过滤器，如图(1)所示是Q-Lab公司配备有过滤器的Q-Sun氙灯试验箱

　　最新的氙灯试验箱需装备有辐照度控制系统，如Q-Lab公司的Q-Sun氙灯老化机使用的是太

　　在氙灯测试系统内南宫NG28，辐照度控制非常重要。氙灯光谱范围从295nm延伸到3000nm，最新的

　　标准中要求，光强的控制基于点控制(如IS011341-2004[4]、ASTMG155-05a[5]、

　　IS04892-2:2003[6]等)，控制点的选择则基于模拟环境和检测材料性能的不同，对于户外环境，检

　　测材料的物理性能，一般采用340nm控制点；而对于室内环境，检测材料的变色和褪色，一般

　　采用420nm控制点。在有些标准中也采用300~400nm的TUV控制。

　　氙灯测试设备中，温度的控制也很重要，因为温度影响材料老化的速率。氙灯试验箱一般

　　是通过黑板温度计或黑标温度计来精确控制样品表面温度。一般欧洲的ISO标准大多使用黑标

　　温度计，而美国的一些标准则使用黑板温度计。有些型号的氙灯试验箱还能同时控制箱体空气

　　氙灯试验箱可以通过水喷淋或湿度控制系统来模拟潮湿对耐光性的影响。水喷淋可以模拟

　　雨水对户外产品的热冲击和应力腐蚀。湿度会影响某些物品（比如某些纺织品或油墨等）发生

　　图（1）配备有窗玻璃过滤器的Q-Sun光谱和透过玻璃的太阳光谱之间的比较

　　我们认为，GB/T22771-2008的“曝晒”一节中包含着两个曝晒方法。

　　一个是针对只有一个样品的曝晒试验，这个测试比较简单，只要按规定方法（也就是标

　　准中要求的测试条件）将测试样品在灯光下曝晒，直至发生明显变化。标准中同时指出“所谓的

　　明显变化就是等于或小于符合GB/T250规定的的评定变色用灰色样卡3级。观察者应确保在试

　　另一个是针对同一系列印刷品进行同步和系统性试验。这个测试采用连续遮盖的曝晒方法，

　　第一步:曝晒样品直至3级蓝色羊毛标准出现相应于评定变色用灰色样卡3级的明显变化；

　　第二步：将印刷品和蓝色羊毛标准的曝晒部分遮盖四分之一，继续曝晒直至5级蓝色羊毛

　　第三步：将持续曝晒的部分遮盖住四分之一，继续曝晒，直至6级蓝色羊毛标准出现相应

　　第四步：再遮盖更多，继续曝晒，直至7级蓝色羊毛标准发生视觉刚刚能观察到的变化(评

　　因为在通常情况下，油墨厂或印刷厂的测试样品都较多，如果采用第一种曝晒方法，每次

　　只对一个样品进行测试，是不太现实的。所以本次试验我们选用第二种曝晒方法，同时对13种

　　不同的胶印油墨样品进行氙灯加速耐光老化测试，同时进行曝晒还有SDC1到7级蓝色羊毛标

　　GB/T 22771-2008 的“评定”一节中也给出了评定样品耐光等级的方法，具体是：确定 在相

　　同时间内和测试样品发生相同的明显变化的蓝色羊毛标准样品，用蓝色羊毛标准样品的 等级编

　　为了验证目测结果是否正确，我们还使用仪器测量法得到了曝晒样品及蓝色羊毛标准的 颜

　　色变化△ £*。我们采用的是CIE L*a*b*颜色单位，D65 光源和10。观察角。

　　表（2）给出了几个具有代表性的样品的试验结果，包括它们的△ ?*数值。一般来说，曝 晒

　　样品的△ £*数值与SDC 蓝色羊毛标准的AE*。数值进行比较可以客观给出样品的耐光等 级。

　　在进行加速耐光试验之前，我们已经大概知道，这13个样品中有的耐光性很好，有的 很差，

　　有的一般，各样品之间的差异性很大。试验结果显示，确实如预测的一样，这就说明， 使用

　　Q-SunB02 氙灯测试箱可以区分样品的不同耐光性。如表2 中的样品l 就是耐光性很好 的样品，

　　而样品2 和样品7 是耐光性很差的样品，样品10 是耐光性一般的样品。

　　对于表（2）中的评级，其实GB/T 22771-2008 标准中没有具体的说明。我们是按照自己 对

　　标准的理解进行评级。先是在不同曝晒阶段分别对样品进行评级，最后再给出一个综合耐 光等

　　级。这个所谓的“综合耐光等级”是在样品出现明显变化的那个阶段评定的耐光等级。 如样品 2,

　　它在第一阶段（曝晒2l 小时）和第二阶段（曝晒68 小时）未出现明显变化，而在第 三阶段（曝

　　晒156 小时）出现了明显变化，所以我们把在第三阶段评定的耐光等级作为综合耐 光等级。

　　从表（2）的试验数据，我们可以看出，应用GB/T 22771-2008 中的第二种曝晒方法对样

　　品进行耐光等级评定时，有时会不准确。例如：表⑵中的样品2 和样品7,在每个曝晒阶

　　段进行评级时，样品2 在前三阶段好于样品7,在最后阶段与样品 7 相当，但是最终的综合 评级

　　却是样品 2 为 1 级，样品 7 为 2 级。为了形象地解释这种奇怪的情况，我们作出了两个 样品的

　　从图⑵中我们发现，样品的△ £*随时间的变化并不是线性的。有的样品，如样品 2, 一开始

　　颜色变化比较缓慢，而曝晒到了一定时间，颜色则开始发生快速变化。而有的样品， 如样品 7,

　　则在曝晒开始阶段就显示快速的颜色变化，相反，等曝晒了一段时间之后，颜色 变化趋于平缓。

　　样品2 的耐光等级比样品7 差的原因在于：样品2 在前两个曝晒阶段（分别 曝晒21 小时和68 小

　　时）未出现明显变化，所以只能将发生明显变化的第三个曝晒阶段的耐 光等级作为最终的综合耐

　　光等级；而对于样品 7,它在第二个曝晒阶段就出现了明显变化， 所以在这个时候就可以评定样

　　所以确定合适的曝晒终点尤为重要。GB/T2277l-2008 标准中确定的这四个曝晒阶段能 大体

　　我们通过具体试验分析了 13 种不同胶印油墨样品的耐光老化性能，同时也分析解读了

　　GB/T2277l-2008 的部分内容，尤其是曝晒、耐光等级评定等章节。试验结果显示，按照

　　GB/T2277l-2008 标准，可以区分曝晒样品耐光性的好、中、差。

　　虽然GB/T 2277l-2008 标准是评定印刷品及印刷油墨耐光老化性能的一个普遍应用的标 准，

　　整体上的评定结果是真实客观的，但是有时也会给出存在争议的试验结果。当试验结果 存在争

　　议时，我们建议应用标准中第一种曝晒方法，即对每个样品和一套蓝色羊毛标准进行 单独曝晒，

　　当样品发生明显变化时，与蓝色羊毛标准进行比较，用与样品发生相同的明显变 化的蓝色羊毛