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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(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,如可循環(huán)利用、低遷移,對罐內(nèi)容物保護好、外觀美觀、色彩艷麗等,受到廣大消費者的認(rèn)可。20世紀(jì)90年代,傳統(tǒng)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,并因無溶劑、干燥速度快、節(jié)省等待時間、顏色黃變性小以及無污染物排放等諸多優(yōu)點在國內(nèi)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(jù)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(yīng)用,傳統(tǒng)的UV固化方式將日益受到環(huán)保的限 制,UV油墨的發(fā)展空間也將會越來越小。同時,國內(nèi)印鐵市場競爭激烈,利潤空間大幅壓縮,非常態(tài)競爭模式導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本高,銷售價格卻偏低,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(nèi)外研究進展
UV-LED光固化技術(shù)早出現(xiàn)在drupa 2008印刷展上,主要用于數(shù)字噴墨墨水的固化,經(jīng)過幾年的發(fā)展,目前UV-LED光固化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)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(fā)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(fā)明專 利“一種發(fā)光二極管光固化油墨”,其特征為采用常規(guī)預(yù)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 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(guī)預(yù)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(tǒng)UV油墨中的預(yù)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 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(wěn)定性等;除此之外,中鈔油墨有限公司公開了發(fā)明專 利“以LED為光源的UV固化號碼油墨”、杭華油墨化學(xué)有限公司公開了發(fā)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(fā)出一套UV-LED印鐵油墨,在膠印印鐵工藝中成功應(yīng)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(yīng)用上的優(yōu)勢
UV-LED光源發(fā)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(fā)劑比常規(guī)的傳統(tǒng)光引發(fā)劑更加環(huán)保,從生產(chǎn)現(xiàn)場氣味到版面光引發(fā)劑遷移,都更安全。數(shù)據(jù)見表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(fù)合,自發(fā)輻射,產(chǎn)生光源,而傳統(tǒng)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)生長波段單一型或者復(fù)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)生臭氧的來源,LED光源則很好的摒棄了這個缺點,所以LED油墨在環(huán)保上的突出優(yōu)點是UV汞燈油墨無法媲美的。
UV-LED油墨固化設(shè)備在成本上的優(yōu)勢
UV-LED固化系統(tǒng)在生產(chǎn)應(yīng)用過程中,成本控制方面相比傳統(tǒng)UV固化設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢。走訪多家印刷廠和設(shè)備廠后,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(shè)備在硬件方面進行工業(yè)化應(yīng)用比較,具體結(jié)果見表2。
從表2可以看出,UV-LED固化方式明顯優(yōu)于傳統(tǒng)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(tǒng)UV印鐵工藝的開關(guān)機需要預(yù)熱和降溫等待,而UV-LED固化設(shè)備即使低溫條件下,開啟也不困難,燈源即開即關(guān),生產(chǎn)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(jié)省了能耗,也大大減少了CO2的排放量,更加環(huán)保。
3.固化過程中不產(chǎn)生臭氧。UV-LED光源不會產(chǎn)生短波紫外光,因此在固化過程中不會產(chǎn)生臭氧,無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(dá)2萬小時~3萬小時,是現(xiàn)有高壓汞燈和金屬鹵素?zé)簦?500小時)的十幾倍,可大幅減少光源更換次數(shù)。
5.發(fā)熱量小。UV-LED光源的光電轉(zhuǎn)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(chǎn)生收縮變形,從而達(dá)到較高的套印精度。
UV-LED印鐵油墨在配方設(shè)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油墨開發(fā)過程中必須嚴(yán)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)單線態(tài)或繼續(xù)躍遷至激發(fā)三線態(tài),進而引發(fā)預(yù)聚物和單體等發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)。各光引發(fā)劑的光譜吸收峰見表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,而且必須實現(xiàn)墨層表面和內(nèi)部同時固化。因此,在選擇UV-LED油墨的光引發(fā)劑時,應(yīng)保證光引發(fā)劑在UV-LED光源的特定波長下具有佳的吸收特性,同時還應(yīng)開發(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。特別是對于透明類光油而言,必須在有限種類的光引發(fā)劑范圍內(nèi),找到能使光油黃變性和固化性達(dá)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”的色序進行疊印,先印上的黑墨只能通過穿過青、品紅、黃墨之后已經(jīng)變?nèi)醯淖贤夤膺M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(dá)墨層內(nèi)部,從而導(dǎo)致油墨固化不徹底。而多數(shù)顏料在紫外光譜范圍內(nèi)都存在一定的可透射區(qū),即不同顏料在紫外區(qū)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(nèi)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,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(shù)在金屬包裝印刷中的應(yīng)用已經(jīng)逐步展開,在美國、歐盟、日本一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū),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(nèi),UV-LED油墨技術(shù)也已經(jīng)成熟,且隨著國產(chǎn)UV-LED印刷設(shè)備性能的日趨穩(wěn)定,越來越多的中小型金屬包裝印刷企業(yè)開始采用或者考慮采用國產(chǎn)UV-LED設(shè)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(jié)能與環(huán)保方式。相信在不遠(yuǎn)的將來,UV-LED印鐵技術(shù)在我國金屬包裝行業(yè)中必將大放異彩。