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，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)ISO12040:1997，是印刷、油墨行業(yè)比較通用的一個耐光老化測試方法，也是印刷油墨耐光老化測試的第一個國家標(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來演示如何執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，來評價印刷品及印刷油墨的耐光等級。同時指出標(biāo)準(zhǔn)存在的不足及需要繼續(xù)改進的地方。

2. 印刷品及印刷油墨耐光老化試驗的原理

2.1 戶外老化因素

老化損害主要由三個因素引起：光照，溫度和濕度。這三個因素中的任一個都會引起材料老化，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，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，卻影響后繼的化學(xué)反應(yīng)速度。因此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主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都將長時間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長達(dá)8-12個小時）。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，因為它附著在材料上的時間更長，形成更為嚴(yán)酷的潮濕侵蝕。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

作為氙燈試驗箱的光源，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，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，下圖1所示是Q-Lab公司配備有過濾器的Q-Sun氙燈試驗箱的光譜與透過玻璃的太陽光光譜之間的比較。

 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

2.2.2輻照度控制

最新的氙燈試驗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，光強的控制基于點控制（如ISO11341-2004, ASTM G 155-05a,ISO 4892-2:2003等），控制點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；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。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，溫度的控制很也重要，因為溫度影響材料老化的速率。氙燈試驗箱一般是通過黑板溫度計或黑標(biāo)溫度計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，而美國的一些標(biāo)準(zhǔn)則使用黑板溫度計。有些型號的氙燈試驗箱還能同時控制箱體空氣溫度，以達(dá)到全面的曝曬環(huán)境溫度控制。

2.2.4潮濕模擬

氙燈試驗箱可以通過水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來模擬潮濕的影響。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。

3. 印刷品及印刷油墨氙燈老化試驗及評價

3.1 試驗條件及過程

我們認(rèn)為GB/T22771-2008的“4.4.1曝曬”一節(jié)中包含著兩個曝曬方法。一個是針對只有一個樣品的曝曬試驗，這個測試比較簡單，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)確保在試驗中不出現(xiàn)視覺疲勞現(xiàn)象，并且視覺觀測時應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)印刷品的觀察條件”。

另一個是針對同一系列印刷品進行同步和系統(tǒng)性試驗。這個測試采用連續(xù)遮蓋的曝曬方法，可以在一次試驗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）。

因為通常情況下，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，每次只對一個樣品進行測試，是不太現(xiàn)實的。所以本次試驗我們選用第二種曝曬方法，同時對13種不同的膠印油墨樣品進行氙燈加速耐光老化測試，同時進行曝曬還有SDC 1到7級藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗條件見表1。

表1

3.2 試驗結(jié)果及分析

3.2.1試驗結(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。

下面的表2給出了幾個有代表性的樣品的試驗結(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)值進行比較可以客觀給出樣品的耐光等級。

表2

3.2.2試驗結(jié)果分析

在進行加速耐光試驗之前，我們已經(jīng)大概知道，這13個樣品中有的耐光性很好，有的很差，有的一般，差異性很大。試驗結(jié)果顯示，確實如預(yù)測的一樣，這就說明，使用Q-Sun B02氙燈試驗箱可以區(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。

對于表2中的評級，其實GB/T22771-2008標(biāo)準(zhǔn)中沒有具體的說明。我們是按照自己對標(biāo)準(zhǔn)的理解進行評級。先是在不同曝曬階段分別對樣品進行評級，最后再給出一個綜合耐光等級。這個所謂的“綜合耐光等級”是在樣品出現(xiàn)明顯變化的那個階段評定的耐光等級。如樣品2，它在第一階段（曝曬21小時）和第二階段（曝曬68小時）未出現(xiàn)明顯變化，而在第三階段（曝曬156小時）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/T22771-2008評定方法存在的問題

從表2的試驗數(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行耐光等級評定時，有時會不準(zhǔn)確。例如表2中的樣品2和樣品7，在每個曝曬階段進行評級時，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，我們作出了兩個樣品的△E*與曝曬時間之間的關(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，等曝曬了一段時間之后，顏色變化趨于平緩。之所以會出現(xiàn)樣品2的耐光等級比樣品7的差的原因是：樣品2在前兩個曝曬階段（分別曝曬21小時和68小時）未出現(xiàn)明顯變化，所以只能將發(fā)生明顯變化的第三個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，它在第二個曝曬階段就出現(xiàn)了明顯變化，所以在這個時候就可以評定樣品的綜合耐光等級。

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

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

4. 結(jié)論及建議

我們通過具體試驗分析了13種不同膠印油墨樣品的耐光老化性能，同時也分析解讀了GB/T 22771-2008的部分內(nèi)容，尤其是曝曬、耐光等級評定等章節(jié)。試驗結(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)是評定印刷品及印刷油墨耐光老化性能的一個普遍應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，整體上的評定結(jié)果是真實客觀的，但是有時也會給出存在爭議的試驗結(jié)果。當(dāng)試驗結(jié)果存在爭議時，我們建議應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中第一種曝曬方法，即對每個樣品和一套藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)進行單獨曝曬，當(dāng)樣品發(fā)生明顯變化時，與藍(lán)色羊毛標(biāo)準(zhǔn)進行比較，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。

參考文獻：

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4. ISO11341:2004《色漆和清漆—人工老化和暴露－濾過的氙弧輻射》

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

6. ISO 4892-2:2003《塑料—實驗室光源下的暴露方法第2部分:氙弧燈光源》