UV-LED固化技(jì)術(shù)在鐵盒包裝行(xíng)業中的應用及前景

鐵盒包裝是我國包裝總工業的重要組成部分，主要為(wèi)食品，保健品、日用品、化妝品等行(xíng)業提供産品包裝服務，與其他包裝材料相比有(yǒu)很(hěn)多(duō)優點，如可(kě)循環利用、低(dī)遷移，對罐內(nèi)容物保護好、外觀美觀、色彩豔麗(lì)等，受到廣大(dà)消費者的認可(kě)。20 世紀90 年代，傳統的UV 光固化技(jì)術(shù)的興起，更是為(wèi)鐵盒包裝行(xíng)業的發展提供了快速通(tōng)道(dào)，并因無溶劑、幹燥速度快、節省等待時(shí)間(jiān)、顔色黃變性小(xiǎo)以及無污染物排放等諸多(duō)優點在國內(nèi)外取得(de)了巨大(dà)發展。鐵盒包裝油墨目前70%使用的是UV 油墨，而且還(hái)在逐年增加。伴随着我國人(rén)民生(shēng)活水(shuǐ)平提高(gāo)，快速消費能力逐漸遞增，鐵盒包裝行(xíng)業前景大(dà)好。

但(dàn)是，根據聯合國2013 年制定水(shuǐ)俣公約，2020 後将禁止或逐步減少(shǎo)汞燈在工業生(shēng)産應用，傳統的UV 固化方式将日益受到環保的限制，UV 油墨的發展空(kōng)間(jiān)也将會(huì)越來(lái)越小(xiǎo)。同時(shí)，國內(nèi)印鐵市場(chǎng)競争激烈，利潤空(kōng)間(jiān)大(dà)幅壓縮，非常态競争模式導緻企業生(shēng)産成本高(gāo)，銷售價格卻偏低(dī)，企業利潤稀薄，急需尋求新工藝降低(dī)生(shēng)産能耗和(hé)生(shēng)産費用。

UV-LED 光固化技(jì)術(shù)最早出現在drupa2008印刷展上(shàng)，主要用于數(shù)字噴墨墨水(shuǐ)的固化，經過幾年的發展，目前UV-LED 光固化技(jì)術(shù)已經廣泛應用于柔印、絲印及凸版印刷油墨，近2年膠印UV-LED 油墨的開(kāi)發也取得(de)了不錯的進展。例如濟南阿波羅油墨有(yǒu)限公司申報的發明(míng)專利“一種發光二極管光固化油墨”，其特征為(wèi)采用常規預聚物如聚丙二醇二丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，光引發劑為(wèi)184、369 、1173；廣州尤特新材料有(yǒu)限公司申報的發明(míng)專利“一種LED-UV 光固化的絲印無鹵玻璃油墨”，其采用的也是常規預聚物聚酯丙烯酸酯和(hé)聚氨酯丙烯酸酯，光引劑為(wèi)2-羟基-2-甲基苯丙酮（1173）等，與傳統UV 油墨中的預聚物與引發劑相同；銅陵方正塑業科技(jì)有(yǒu)限公司申報的發明(míng)專利“一種以LED 為(wèi)光源的光固化油墨及其制備方法”，其特征是通(tōng)過助劑提高(gāo)油墨韌性，使油墨分散均勻，維持油墨穩定性等；除此之外，中鈔油墨有(yǒu)限公司公開(kāi)了發明(míng)專利“以LED 為(wèi)光源的UV 固化号碼油墨”、杭華油墨化學有(yǒu)限公司公開(kāi)了發明(míng)專利“一種UV-LED 低(dī)能固化油墨”；上(shàng)海超彩油墨有(yǒu)限公司也開(kāi)發出一套UV-LED 印鐵油墨，在膠印印鐵工藝中成功應用，并取得(de)了卓越的成果。

UV-LED 光源發射波段365nm，385nm，長波段紫外線穿透能力強，特别适合于油墨層的底部幹燥，而UV 高(gāo)壓汞燈，短(duǎn)波段的穿透力不足，底部幹燥以及固化速度均不如LED 體(tǐ)系。其次，LED 光引發劑比常規的傳統光引發劑更加環保，從生(shēng)産現場(chǎng)氣味到版面光引發劑遷移，都更安全。數(shù)據見表1。

LED 燈管利用二極管芯片中電(diàn)子空(kōng)穴複合，自發輻射，産生(shēng)光源，而傳統高(gāo)壓汞燈采用汞蒸氣高(gāo)壓電(diàn)離激發光源，LED 光源避免汞的生(shēng)産制造。LED 産生(shēng)長波段單一型或者複合的365，385nm 光源，而高(gāo)壓汞燈從低(dī)于200nm 到高(gāo)于400nm 的範圍都有(yǒu)輻射，輻射範圍廣，其中小(xiǎo)于280nm 的波段是産生(shēng)臭氧的來(lái)源，LED 光源則很(hěn)好的摒棄了這個(gè)缺點，所以LED 油墨在環保上(shàng)的突出優點是UV 汞燈油墨無法媲美的。

UV-LED固化系統在生(shēng)産應用過程中，成本控制方面相比傳統UV固化設備具有(yǒu)明(míng)顯的優勢。走訪多(duō)家(jiā)印刷廠和(hé)設備廠後，我司與上(shàng)海臻輝光電(diàn)技(jì)術(shù)有(yǒu)限公司共同合作，對這兩種固化設備在硬件方面進行(xíng)工業化應用比較，具體(tǐ)結果見表2。

從表2可(kě)以看出，UV-LED固化方式明(míng)顯優于傳統UV固化方式，具體(tǐ)如下：

1.使用UV-LED 印鐵工藝，可(kě)以提高(gāo)生(shēng)産效率。傳統UV 印鐵工藝的開(kāi)關機需要預熱和(hé)降溫等待，而UV-LED 固化設備即使低(dī)溫條件下，開(kāi)啓也不困難，燈源即開(kāi)即關，生(shēng)産效率可(kě)顯著提高(gāo)10-20%。

2.LED 與UV 燈固化方式相比，隻需要UV 燈源1 /4 的電(diàn)能消耗，不僅節省了能耗，也大(dà)大(dà)減少(shǎo)了CO2 的排放量，更加環保。

3.固化過程中不産生(shēng)臭氧。UV-LED 光源不會(huì)産生(shēng)短(duǎn)波紫外光，因此在固化過程中不會(huì)産生(shēng)臭氧，無需安裝除味裝置或排風管道(dào)等輔助裝置，能夠保持清潔的工作環境，這使得(de)UV-LED 固化裝置在周圍建築物密集的工廠也可(kě)采用。

4.使用壽命長。UV-LED光源使用壽命可(kě)高(gāo)達2萬小(xiǎo)時(shí)～3萬小(xiǎo)時(shí)，是現有(yǒu)高(gāo)壓汞燈和(hé)金屬鹵素燈（1500小(xiǎo)時(shí)）的十幾倍，可(kě)大(dà)幅減少(shǎo)光源更換次數(shù)。

5.發熱量小(xiǎo)。UV-LED光源的光電(diàn)轉換效率高(gāo)，燈管表面溫度僅為(wèi)60℃左右，能有(yǒu)效防止印品因過熱而産生(shēng)收縮變形，從而達到較高(gāo)的套印精度。

UV-LED印鐵油墨在配方設計(jì)中顔料與光引發劑的選擇要想使UV-LED油墨在LED光源下能夠充分固化，在UV-LED油墨開(kāi)發過程中必須嚴格篩選原材料，注意光引發劑與顔料的合理(lǐ)搭配。

UV-LED 油墨在LED 光源照射下，光引發劑吸收能量從基态躍遷到活潑的激發單線态或繼續躍遷至激發三線态，進而引發預聚物和(hé)單體(tǐ)等發生(shēng)交聯聚合反應。各光引發劑的光譜吸收峰見表3。

UV-LED油墨的光引發劑不僅需要對UV-LED光源發出的窄波段紫外光能具有(yǒu)很(hěn)強的吸收力，而且必須實現墨層表面和(hé)內(nèi)部同時(shí)固化。因此，在選擇UV-LED油墨的光引發劑時(shí)，應保證光引發劑在UV-LED光源的特定波長下具有(yǒu)最佳的吸收特性，同時(shí)還(hái)應開(kāi)發出配比最佳的光引發劑組合，以盡可(kě)能地吸收有(yǒu)限的紫外光能。特别是對于透明(míng)類光油而言，必須在有(yǒu)限種類的光引發劑範圍內(nèi)，找到能使光油黃變性和(hé)固化性達到平衡的光引發劑。

在膠印生(shēng)産中，我們通(tōng)常采用“黑(hēi)→青→品紅→黃”的色序進行(xíng)疊印，最先印上(shàng)的黑(hēi)墨隻能通(tōng)過穿過青、品紅、黃墨之後已經變弱的紫外光進行(xíng)固化，而顔料對紫外光又有(yǒu)一定的吸收、反射和(hé)散射，因此紫外光通(tōng)常難以到達墨層內(nèi)部，從而導緻油墨固化不徹底。而多(duō)數(shù)顔料在紫外光譜範圍內(nèi)都存在一定的可(kě)透射區(qū)，即不同顔料在紫外區(qū)吸收較弱的波段，稱為(wèi)顔料的“透光窗口”，理(lǐ)論上(shàng)選擇在顔料的透光窗口範圍內(nèi)具有(yǒu)較高(gāo)吸收性的光引發劑能夠有(yǒu)效提高(gāo)油墨的固化速率。同時(shí)，使用着色能力較好的顔料，提高(gāo)油墨色濃度，減少(shǎo)印刷上(shàng)墨量（以免因墨層過厚而影(yǐng)響固化效果），也是提高(gāo)UV-LED油墨固化性能的有(yǒu)效手段。

在國外，UV-LED技(jì)術(shù)在鐵盒包裝印刷中的應用已經逐步展開(kāi)，在美國、歐盟、日本一些(xiē)發達國家(jiā)和(hé)地區(qū)，UV-LED固化技(jì)術(shù)産業的平均占有(yǒu)率每年都有(yǒu)很(hěn)大(dà)的提高(gāo)。在國內(nèi)，UV-LED油墨技(jì)術(shù)也已經成熟，且随着國産UV-LED印刷設備性能的日趨穩定，越來(lái)越多(duō)的中小(xiǎo)型鐵盒包裝印刷企業開(kāi)始采用或者考慮采用國産UV-LED設備，再加上(shàng)其巨大(dà)的成本優勢，UV-LED技(jì)術(shù)即将大(dà)放溢彩，必将成為(wèi)一種創新的節能與環保方式。相信在不遠的将來(lái)，UV-LED印鐵技(jì)術(shù)在我國鐵盒包裝行(xíng)業中必将大(dà)放異彩。