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試問怎麼才能知道油墨在其使用壽命內遇到的各種照明條件下是否發生褪色？產品失效會帶來什麼後果？如何在消費者購買能力與產品性能之間權衡性價比？是否有一個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？
本文首次以係列研究來為您回答這些問題，並為油墨的耐久性評估提供了一種有效的方法。該係列研究分為三個部分。其中第1部分的結論是在佛羅裏達和亞利桑那玻璃框下自然太陽光曝曬所得到的。這些是國際認可的能夠提供“最嚴苛環境”的曝曬地點，可以使油墨處於高紫外光、高溫和高相對濕度的環境下。
第2部分將展示實驗室加速測試如何模擬自然曝曬的結果。第3部分將為您提供指導和建議，幫助您確定哪一種油墨最適合您。此項研究工作目標明確，旨在將平版印刷油墨的自然曝曬與實驗室加速測試結果關聯起來。
日光是由短波紫外線，可見光和紅外線組成。而紫外線是導致油墨降解的首要因素，溫度和濕度作為次要因素也會加速降解的速率。
平版印刷油墨在靠近窗玻璃的地方會被強烈的太陽光照射，而夏季在汽車儀表盤位置的油墨所處的環境則更加苛刻，這些環境中高紫外線、高溫和高相對濕度。本研究的曝曬地點選在佛羅裏達和亞利桑那是因為這兩個地方可提供這種嚴酷的曝曬環境。
GATF選用了8種顏色的被廣泛應用的平版印刷油墨：黃#1、黃#2、黃#3、品紅、紫羅蘭、橙色、紅色和紫色。試驗使用Little Joe印刷打樣機來確保印刷品的典型膠印膜厚。油墨印在標準的、有塗層的、70磅重的紙上。每一種顏色的樣品都將進行所有類型的暴露測試。
油墨試樣在佛羅裏達和亞利桑那的Q-Lab老化研究服務中心完成測試。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，是因為它可以模擬最嚴苛條件下的室內光照條件。分別在曝曬前、曝曬過程中和曝曬結束後測量油墨試樣的顏色變化。根據ASTM D2244標準，使用分光光度計來測量顏色。每個試樣的顏色變化都以?E的值來表示。
注：認可實驗室可對油墨進行視覺顏色評估或進行儀器測量顏色評估。
佛羅裏達曝曬測試在每個季節開始：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，該數值是在佛羅裏達和亞利桑那曝曬90天之後通過各種戶外曝曬試驗所得的結論。
圖1為8種顏色油墨在佛羅裏達秋季試驗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天曝曬之後，大多數油墨試樣都嚴重褪色到無法用於分析。然而在暴露35天時，油墨試樣的耐光性能表現開始拉開差距，有好有壞。因此，35天是用來評估油墨在各種戶外曝曬試驗中耐光性能。
圖2為佛羅裏達秋季曝曬試驗中3種黃色油墨試樣的耐久性範圍圖。此圖非常明顯地顯示了同顏色的3種不同油墨的耐久性範圍。雖然顏色相同，但它們的耐光性能卻表現的完全不同。黃色A的表現明顯優於黃色B和黃色C。事實上，黃色A是一種耐光性好的黃色油墨，適用於藝術品或者戶外應用，而黃色B和黃色C則傾向用於一般的商業印刷。
由於自然曝曬的時間很短（35天），在每個季節進行重複測試以確定一年中各個時間段對老化的影響。結果證明在一年內的不同時間進行測試對耐光性能的排序沒有影響。各個季節的曝曬試驗之間的排序相同，然而老化的速度有一些不同。
為了對每個季節老化速度的不同進行定量，我們對35天曝曬的∆E平均值進行了比較。例如佛羅裏達冬季曝曬試驗所有油墨的∆E平均值為21，而佛羅裏達秋季曝曬試驗所有油墨的∆E平均值為44。在這個例子中，秋季試驗的嚴酷程度大約是冬季試驗的兩倍以上。由於季節導致老化速度不同，不能在一年的不同時間裏比較試樣的絕對值。這種不一致性在加速耐光性測試中可能不會出現。表2為佛羅裏達不同季節和亞利桑那曝曬試驗35天後所有油墨樣品的∆E值：
圖3為佛羅裏達秋季35天和冬季45天曝曬試驗對比圖。這兩個曝曬試驗結果的產品性能等級排序*相關性非常好。
佛羅裏達：秋季vs冬季
等級排序=1.0 *等級排序數值1.0表示等級排序相關性非常好。該數值為0則表示等級排序相關性零亂。數值為-1.0則表示等級排序相關性很差。圖4為佛羅裏達冬季45天和佛羅裏達夏季35天對比圖。同樣，兩個季節曝曬試驗的等級排序也很好，等級排序數值為1.0。
佛羅裏達：冬季vs夏季
等級排序=1.0
亞利桑那曝曬
亞利桑那曝曬試驗與佛羅裏達曝曬試驗有很好的相關性。亞利桑那試驗說明了快速測試結果可以在佛羅裏達試驗的相同周期（35天）內獲得。圖5比較了亞利桑那和佛羅裏達35天的數據。
亞利桑那vs佛羅裏達
等級排序=0.96
如表3所示，所有戶外曝曬試驗的等級排序數值都非常好（0.90及以上）。
1.佛羅裏達和亞利桑那玻璃框下曝曬試驗提供了一種極端嚴酷環境，並快速區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耐久性已得到確定。
4.在此試驗係列中，在一年的不同測試時間裏，油墨的性能排序是一致的。季節變化僅對老化速度有影響。
5.戶外曝曬對每種油墨的耐光性測試都非常有效。因為有報道稱（Tobias和Everett, 2002）油墨打印的襯底可能對油墨穩定性有影響，建議使用多種襯底對油墨進行測試。
第2部分將展示實驗室加速測試如何模擬自然曝曬的結果。第3部分將為您提供建議，如何開發一種快速、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）對典型平版印刷油墨在處於“最嚴苛”環境裏的耐光性能進行量化；（2）建立合理的油墨耐光性測試基準；（3）確定測試方法，提供快速、簡單的方法來評估油墨的性能。
在第1部分中（GATFWorld, 2004年4月），我們展示了在佛羅裏達和亞利桑那以“透過玻璃框下的太陽光”方式進行的戶外曝曬結果。我們在這些極端氣候環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非常嚴酷的室內環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驗室氙弧暴露試驗結果。我們有兩個目標，想確定：（1）通過對真實退化模式和相對等級排序的分析，研究實驗室試驗模擬戶外真實曝曬的結果如何；（2）與自然曝曬相比，實驗室暴露究竟能快多少？
在曆史上，加速實驗室測試在油墨行業已經得到應用，以求快速獲得測試結果。其中氙燈試驗箱已被廣泛應用，因為它能通過加強關鍵環境影響因素而快速得出測試結果，比如光譜、光強、相對濕度（RH）和溫度。
對大多數室內產品來說，透過窗玻璃的直射太陽光是最嚴酷的室內光照條件。柯達公司最近一項研究表明，即使透過窗玻璃的非直射太陽光仍在家中室內照明條件中占主導地位（Bugner, LaBarca等，2003）。因此，此項GATF / Q-Lab研究使用配備“窗玻璃濾光器”的Q-SUN®氙燈老化試驗箱來獲得適當的光譜。
試驗程序 - 使用Q-SUN氙燈老化實驗箱對油墨進行測試
GATF和Q-Lab老化研究服務中心使用Q-SUN氙燈老化試驗箱對油墨試樣進行測試。其中一台氙燈老化試驗箱是體積較小，價格較低的台式試驗箱，沒有配備相對濕度控製（Xe-1機型），而另一種是全尺寸、全功能的氙燈老化實驗箱，配備有精確的相對濕度控製功能 （Xe-3機型）。我們在不同的機型中進行老化試驗，看能否得到相同的結果。
GATF挑選了8種廣泛應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、和三個不同的黃色。試驗使用Little Joe印刷打樣機來確保印刷品的典型膠印膜厚。油墨印在標準的、有塗層的、70磅重的紙上。每一種顏色的樣品都將進行所有類型的暴露測試。
佛羅裏達和亞利桑那曝曬總結
在第1部分中，透過玻璃框的太陽光曝曬為油墨試驗提供了一個高紫外線、高溫和高相對濕度（RH）的曝曬環境。我們在佛羅裏達和亞利桑那
標準曝曬場對油墨進行曝曬試驗，該試驗可廣泛應用於測試油漆、塑料、紡織品和其它各種材料。
在大約一個月的時間裏，這些極端的、真實測試環境可以迅速區分耐光性好的和差的油墨。不同曝曬季節或曝曬地點，測試都快速、有效，而且油墨的相對排序都非常相似。自然曝曬試驗中先進的差異是各種試樣性能退化的速度。
氙燈試驗條件
Q-SUN氙燈老化試驗箱（Xe-1機型和Xe-3機型）
ASTM D3424,方法3
窗玻璃濾光器
輻照度：0.55 W/m2/nm，波長340 nm
相對濕度：Xe-1型試驗箱，有效RH = 15% ；Xe-3型試驗箱，RH = 50%
暴露循環：在 63 ± 3°C(145 ± 5°F)溫度下持續光照
測試時間：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束後測量油墨試樣的顏色變化。根據ASTM D2244標準，使用分光光度計來測量顏色。每個試樣的顏色變化都以∆E的值（總顏色變化）來表示。
Q-SUN試驗結果
10天之後，兩台Q-SUN氙燈老化試驗箱都非常好地區分了優質油墨和劣質油墨。圖2為Q-SUN Xe-1試驗箱中8種顏色油墨試樣的耐光性能。兩台試驗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試驗箱中3種黃色油墨試樣的耐光範圍。
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範圍，同時說明了測試的價值。具有優良耐光性的黃色油墨專用於藝術品或戶外應用，而其它的是用於一般商業印刷。
相對濕度
為了確定RH（相對濕度）的作用，同時使用相對濕度為50% （Xe-3-H機型）和有效相對濕度約為15%（Xe-1機型）的兩種不同Q-SUN試驗箱對油墨進行暴露測試。圖4對暴露試驗10天後的結果進行對比。所得數據有非常好的相關性。相對濕度對這些油墨的影響非常小。
Q-SUN與佛羅裏達的對比
在第1部分中，我們為在佛羅裏達和亞利桑那極端氣候環境下的油墨耐光性測試建立了標準。在第2部分中，我們想將Q-SUN試驗箱測試結果和戶外數據進行對比。圖5比較了使用Q-SUN試驗箱暴露10天和佛羅裏達玻璃框下曝曬35天的數據。
盡管顏色變化∆E的絕對值不相同，但兩種暴露試驗顯示了全麵的等級排序*一致性。在這個比較中，Q-SUN試驗10天大概相當於佛羅裏達曝曬35天的結果。對於這組油墨試樣，Q-SUN提供了將近4倍的加速係數。
如表1所示，Q-SUN試驗箱測試和戶外曝曬結果的等級排序具有非常高的一致性。*等級排序數值1.0表示全麵的等級排序一致性。數值0則表示等級排序一致性比較混亂。數值-1.0表示等級排序相關性為負。
第1部分已確定了這些平版印刷油墨耐光性能的真實基準數據。無論在任何季節，佛羅裏達和亞利桑那玻璃框下曝曬（35天）後都可迅速區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論：
1. 像佛羅裏達、亞利桑那曝曬一樣，Q-SUN氙燈老化試驗箱也可分辨出表現良好的油墨與表現差的油墨。雖然沒有一個加速實驗室測試可以完全替代實際的真實環境，Q-SUN氙燈老化試驗箱測試卻與已有的戶外曝曬基準數據有很好的相關性。
2. Q-SUN Xe-1台式氙燈老化試驗箱和較昂貴的Q-SUN Xe-3氙燈老化試驗箱作出的試驗結果完全一致。在這個特定的研究中，RH（相對濕度）對測試結果沒有顯著的影響。Q-SUN Xe-1氙燈老化試驗箱操作簡便。
3. Q-SUN氙燈老化試驗箱能夠快速得到試驗結果。僅僅10天時間，Q-SUN氙燈老化試驗箱就可再現佛羅裏達玻璃框下35天的曝曬。根據每年的曝曬時間不同，加速係數的範圍從大約4倍到將近7倍。然而需要注意的是，這些加速係數可能不適用於其它類型的油墨。