上海超彩油墨有限公司 陸云  陳文冉  張龍斌

　　金屬包裝是我國包裝總工業(yè)的重要組成部分，主要為食品，罐頭，飲料，藥品，化工，油脂以及化妝品等行業(yè)提供包裝服務(wù)，與其他包裝材料相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如可循環(huán)利用、低遷移，對罐內容物保護好、外觀(guān)美觀(guān)、色彩艷麗等，受到廣大消費者的認可。20世紀90年代，傳統的UV光固化技術(shù)的興起，更是為金屬包裝行業(yè)的發(fā)展提供了快速通道，并因無(wú)溶劑、干燥速度快、節省等待時(shí)間、顏色黃變性小以及無(wú)污染物排放等諸多優(yōu)點(diǎn)在國內外取得了巨大發(fā)展。金屬包裝油墨目前70%使用的是UV油墨，而且還在逐年增加。伴隨著(zhù)我國人民生活水平提高，快速消費能力逐漸遞增，金屬包裝行業(yè)前景大好。

　　但是，根據聯(lián)合國2013年制定水俁公約，2020后將禁止或逐步減少汞燈在工業(yè)生產(chǎn)應用，傳統的UV固化方式將日益受到環(huán)保的限 制，UV油墨的發(fā)展空間也將會(huì )越來(lái)越小。同時(shí)，國內印鐵市場(chǎng)競爭激烈，利潤空間大幅壓縮，非常態(tài)競爭模式導致企業(yè)生產(chǎn)成本高，銷(xiāo)售價(jià)格卻偏低，企業(yè)利潤稀薄，急需尋求新工藝降低生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)費用。

　　UV-LED光固化技術(shù)國內外研究進(jìn)展

　　UV-LED光固化技術(shù)早出現在drupa 2008印刷展上，主要用于數字噴墨墨水的固化，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，目前UV-LED光固化技術(shù)已經(jīng)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(fā)也取得了不錯的進(jìn)展。例如濟南阿波羅油墨有限公司申報的發(fā)明專(zhuān) 利“一種發(fā)光二極管光固化油墨”，其特征為采用常規預聚物如聚丙二醇二丙烯酸酯或三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，光引發(fā)劑為184、369、1173；廣州尤特新材料有限公司申報的發(fā)明專(zhuān) 利“一種LED-UV光固化的絲印無(wú)鹵玻璃油墨”，其采用的也是常規預聚物聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯，光引劑為2-羥基-2-甲基苯丙酮（1173）等，與傳統UV油墨中的預聚物與引發(fā)劑相同；銅陵方正塑業(yè)科技有限公司申報的發(fā)明專(zhuān) 利“一種以L(fǎng)ED為光源的光固化油墨及其制備方法”，其特征是通過(guò)助劑提高油墨韌性，使油墨分散均勻，維持油墨穩定性等；除此之外，中鈔油墨有限公司公開(kāi)了發(fā)明專(zhuān) 利“以L(fǎng)ED為光源的UV固化號碼油墨”、杭華油墨化學(xué)有限公司公開(kāi)了發(fā)明專(zhuān) 利“一種UV-LED低能固化油墨”；上海超彩油墨有限公司也開(kāi)發(fā)出一套UV-LED印鐵油墨，在膠印印鐵工藝中成功應用，并取得了成果。

　　UV-LED印鐵工藝的優(yōu)勢

　　UV-LED油墨在技術(shù)及產(chǎn)品應用上的優(yōu)勢

　　UV-LED光源發(fā)射波段365nm，385nm，長(cháng)波段紫外線(xiàn)穿透能力強，特別適合于油墨層的底部干燥，而UV高壓汞燈，短波段的穿透力不足，底部干燥以及固化速度均不如LED體系。其次，LED光引發(fā)劑比常規的傳統光引發(fā)劑更加環(huán)保，從生產(chǎn)現場(chǎng)氣味到版面光引發(fā)劑遷移，都更安全。數據見(jiàn)表1。

　　UV-LED油墨在環(huán)保上的優(yōu)勢

　　LED燈管利用二極管芯片中電子空穴復合，自發(fā)輻射，產(chǎn)生光源，而傳統高壓汞燈采用汞蒸氣高壓電離激發(fā)光源，LED光源避免汞的生產(chǎn)制造。LED產(chǎn)生長(cháng)波段單一型或者復合的365，385nm光源，而高壓汞燈從低于200nm到高于400nm的范圍都有輻射，輻射范圍廣，其中小于280nm的波段是產(chǎn)生臭氧的來(lái)源，LED光源則很好的摒棄了這個(gè)缺點(diǎn)，所以L(fǎng)ED油墨在環(huán)保上的突出優(yōu)點(diǎn)是UV汞燈油墨無(wú)法媲美的。

　　UV-LED油墨固化設備在成本上的優(yōu)勢

　　UV-LED固化系統在生產(chǎn)應用過(guò)程中，成本控制方面相比傳統UV固化設備具有明顯的優(yōu)勢。走訪(fǎng)多家印刷廠(chǎng)和設備廠(chǎng)后，我司與上海臻輝光電技術(shù)有限公司共同合作，對這兩種固化設備在硬件方面進(jìn)行工業(yè)化應用比較，具體結果見(jiàn)表2。

　　從表2可以看出，UV-LED固化方式明顯優(yōu)于傳統UV固化方式，具體如下：

　　1.使用UV-LED印鐵工藝，可以提高生產(chǎn)效率。傳統UV印鐵工藝的開(kāi)關(guān)機需要預熱和降溫等待，而UV-LED固化設備即使低溫條件下，開(kāi)啟也不困難，燈源即開(kāi)即關(guān)，生產(chǎn)效率可顯著(zhù)提高10-20%。

　　2.LED與UV燈固化方式相比，只需要UV燈源1/4的電能消耗，不僅節省了能耗，也大大減少了CO2的排放量，更加環(huán)保。

　　3.固化過(guò)程中不產(chǎn)生臭氧。UV-LED光源不會(huì )產(chǎn)生短波紫外光，因此在固化過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生臭氧，無(wú)需安裝除味裝置或排風(fēng)管道等輔助裝置，能夠保持清潔的工作環(huán)境，這使得UV-LED固化裝置在周?chē)ㄖ锩芗墓S(chǎng)也可采用。

　　4.使用壽命長(cháng)。UV-LED光源使用壽命可高達2萬(wàn)小時(shí)～3萬(wàn)小時(shí)，是現有高壓汞燈和金屬鹵素燈（1500小時(shí)）的十幾倍，可大幅減少光源更換次數。

　　5.發(fā)熱量小。UV-LED光源的光電轉換效率高，燈管表面溫度僅為60℃左右，能有效防止印品因過(guò)熱而產(chǎn)生收縮變形，從而達到較高的套印精度。

　　UV-LED印鐵油墨在配方設計中顏料與光引發(fā)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(fā)過(guò)程中必須嚴格篩選原材料，注意光引發(fā)劑與顏料的合理搭配。

　　光引發(fā)劑

　　UV-LED油墨在LED光源照射下，光引發(fā)劑吸收能量從基態(tài)躍遷到活潑的激發(fā)單線(xiàn)態(tài)或繼續躍遷至激發(fā)三線(xiàn)態(tài)，進(jìn)而引發(fā)預聚物和單體等發(fā)生交聯(lián)聚合反應。各光引發(fā)劑的光譜吸收峰見(jiàn)表3。

　　UV-LED油墨的光引發(fā)劑不僅需要對UV-LED光源發(fā)出的窄波段紫外光能具有很強的吸收力，而且必須實(shí)現墨層表面和內部同時(shí)固化。因此，在選擇UV-LED油墨的光引發(fā)劑時(shí)，應保證光引發(fā)劑在UV-LED光源的特定波長(cháng)下具有佳的吸收特性，同時(shí)還應開(kāi)發(fā)出配比佳的光引發(fā)劑組合，以盡可能地吸收有限的紫外光能。特別是對于透明類(lèi)光油而言，必須在有限種類(lèi)的光引發(fā)劑范圍內，找到能使光油黃變性和固化性達到平衡的光引發(fā)劑。

　　顏料

　　在膠印生產(chǎn)中，我們通常采用“黑→青→品紅→黃”的色序進(jìn)行疊印，先印上的黑墨只能通過(guò)穿過(guò)青、品紅、黃墨之后已經(jīng)變弱的紫外光進(jìn)行固化，而顏料對紫外光又有一定的吸收、反射和散射，因此紫外光通常難以到達墨層內部，從而導致油墨固化不徹底。而多數顏料在紫外光譜范圍內都存在一定的可透射區，即不同顏料在紫外區吸收較弱的波段，稱(chēng)為顏料的“透光窗口”，理論上選擇在顏料的透光窗口范圍內具有較高吸收性的光引發(fā)劑能夠有效提高油墨的固化速率。同時(shí)，使用著(zhù)色能力較好的顏料，提高油墨色濃度，減少印刷上墨量（以免因墨層過(guò)厚而影響固化效果），也是提高UV-LED油墨固化性能的有效手段。

　　在國外，UV-LED技術(shù)在金屬包裝印刷中的應用已經(jīng)逐步展開(kāi)，在美國、歐盟、日本一些發(fā)達國家和地區，UV-LED固化技術(shù)產(chǎn)業(yè)的平均占有率每年都有很大的提高。在國內，UV-LED油墨技術(shù)也已經(jīng)成熟，且隨著(zhù)國產(chǎn)UV-LED印刷設備性能的日趨穩定，越來(lái)越多的中小型金屬包裝印刷企業(yè)開(kāi)始采用或者考慮采用國產(chǎn)UV-LED設備，再加上其巨大的成本優(yōu)勢，UV-LED技術(shù)即將大放溢彩，必將成為一種創(chuàng )新的節能與環(huán)保方式。相信在不遠的將來(lái)，UV-LED印鐵技術(shù)在我國金屬包裝行業(yè)中必將大放異彩。