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              UV-LED固化技術在印鐵行業中的應用及前景
              發布時間:2023-10-08   瀏覽:562次

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                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提供包裝服務,與其他包裝材料相比有很多優點,如可循環利用、低遷移,對罐內容物保護好、外觀美觀、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光固化技術的興起,更是為金屬包裝行業的發展提供了快速通道,并因無溶劑、干燥速度快、節省等待時間、顏色黃變性小以及無污染物排放等諸多優點在國內外取得了巨大發展。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,金屬包裝行業前景大好。

                但是,根據聯合國2013年制定水俁公約,2020后將禁止或逐步減少汞燈在工業生產應用,傳統的UV固化方式將日益受到環保的限 制,UV油墨的發展空間也將會越來越小。同時,國內印鐵市場競爭激烈,利潤空間大幅壓縮,非常態競爭模式導致企業生產成本高,銷售價格卻偏低,企業利潤稀薄,急需尋求新工藝降低生產能耗和生產費用。

                UV-LED光固化技術國內外研究進展

                UV-LED光固化技術早出現在drupa 2008印刷展上,主要用于數字噴墨墨水的固化,經過幾年的發展,目前UV-LED光固化技術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油墨的開發也取得了不錯的進展。例如濟南阿波羅油墨有限公司申報的發明專 利“一種發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,光引發劑為184、369、1173;廣州尤特新材料有限公司申報的發明專 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劑相同;銅陵方正塑業科技有限公司申報的發明專 利“一種以LED為光源的光固化油墨及其制備方法”,其特征是通過助劑提高油墨韌性,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了發明專 利“以LED為光源的UV固化號碼油墨”、杭華油墨化學有限公司公開了發明專 利“一種UV-LED低能固化油墨”;上海超彩油墨有限公司也開發出一套UV-LED印鐵油墨,在膠印印鐵工藝中成功應用,并取得了成果。

                UV-LED印鐵工藝的優勢

                UV-LED油墨在技術及產品應用上的優勢

                UV-LED光源發射波段365nm,385nm,長波段紫外線穿透能力強,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光引發劑比常規的傳統光引發劑更加環保,從生產現場氣味到版面光引發劑遷移,都更安全。數據見表1。

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                UV-LED油墨在環保上的優勢

                LED燈管利用二極管芯片中電子空穴復合,自發輻射,產生光源,而傳統高壓汞燈采用汞蒸氣高壓電離激發光源,LED光源避免汞的生產制造。LED產生長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的波段是產生臭氧的來源,LED光源則很好的摒棄了這個缺點,所以LED油墨在環保上的突出優點是UV汞燈油墨無法媲美的。

                UV-LED油墨固化設備在成本上的優勢

                UV-LED固化系統在生產應用過程中,成本控制方面相比傳統UV固化設備具有明顯的優勢。走訪多家印刷廠和設備廠后,我司與上海臻輝光電技術有限公司共同合作,對這兩種固化設備在硬件方面進行工業化應用比較,具體結果見表2。

              640 (2)

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

                1.使用UV-LED印鐵工藝,可以提高生產效率。傳統UV印鐵工藝的開關機需要預熱和降溫等待,而UV-LED固化設備即使低溫條件下,開啟也不困難,燈源即開即關,生產效率可顯著提高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,更加環保。

                3.固化過程中不產生臭氧。UV-LED光源不會產生短波紫外光,因此在固化過程中不會產生臭氧,無需安裝除味裝置或排風管道等輔助裝置,能夠保持清潔的工作環境,這使得UV-LED固化裝置在周圍建筑物密集的工廠也可采用。

                4.使用壽命長。UV-LED光源使用壽命可高達2萬小時~3萬小時,是現有高壓汞燈和金屬鹵素燈(1500小時)的十幾倍,可大幅減少光源更換次數。

                5.發熱量小。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熱而產生收縮變形,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油墨開發過程中必須嚴格篩選原材料,注意光引發劑與顏料的合理搭配。

                光引發劑

                UV-LED油墨在LED光源照射下,光引發劑吸收能量從基態躍遷到活潑的激發單線態或繼續躍遷至激發三線態,進而引發預聚物和單體等發生交聯聚合反應。各光引發劑的光譜吸收峰見表3。

              640 (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很強的吸收力,而且必須實現墨層表面和內部同時固化。因此,在選擇UV-LED油墨的光引發劑時,應保證光引發劑在UV-LED光源的特定波長下具有佳的吸收特性,同時還應開發出配比佳的光引發劑組合,以盡可能地吸收有限的紫外光能。特別是對于透明類光油而言,必須在有限種類的光引發劑范圍內,找到能使光油黃變性和固化性達到平衡的光引發劑。

                顏料

                在膠印生產中,我們通常采用“黑→青→品紅→黃”的色序進行疊印,先印上的黑墨只能通過穿過青、品紅、黃墨之后已經變弱的紫外光進行固化,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劑能夠有效提高油墨的固化速率。同時,使用著色能力較好的顏料,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技術在金屬包裝印刷中的應用已經逐步展開,在美國、歐盟、日本一些發達國家和地區,UV-LED固化技術產業的平均占有率每年都有很大的提高。在國內,UV-LED油墨技術也已經成熟,且隨著國產UV-LED印刷設備性能的日趨穩定,越來越多的中小型金屬包裝印刷企業開始采用或者考慮采用國產UV-LED設備,再加上其巨大的成本優勢,UV-LED技術即將大放溢彩,必將成為一種創新的節能與環保方式。相信在不遠的將來,UV-LED印鐵技術在我國金屬包裝行業中必將大放異彩。


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