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，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(tǒng)的UV光固化技術的興起，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(yè)生產應用，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)競爭模式導致企業(yè)生產成本高，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(fā)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(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用，并取得了成果。

　　UV-LED印鐵工藝的優(yōu)勢

　　UV-LED油墨在技術及產品應用上的優(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，從生產現場氣味到版面光引發(fā)劑遷移，都更安全。數據見表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合，自發(fā)輻射，產生光源，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(huán)保上的突出優(yōu)點是UV汞燈油墨無法媲美的。

　　UV-LED油墨固化設備在成本上的優(yōu)勢

　　UV-LED固化系統(tǒng)在生產應用過程中，成本控制方面相比傳統(tǒng)UV固化設備具有明顯的優(yōu)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(yè)化應用比較，具體結果見表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，可以提高生產效率。傳統(tǒng)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(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(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(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(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)預聚物和單體等發(fā)生交聯聚合反應。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，而且必須實現墨層表面和內部同時固化。因此，在選擇UV-LED油墨的光引發(fā)劑時，應保證光引發(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，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(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(fā)達國家和地區(qū)，UV-LED固化技術產業(yè)的平均占有率每年都有很大的提高。在國內，UV-LED油墨技術也已經成熟，且隨著國產UV-LED印刷設備性能的日趨穩(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UV-LED設備，再加上其巨大的成本優(yōu)勢，UV-LED技術即將大放溢彩，必將成為一種創(chuàng)新的節(jié)能與環(huán)保方式。相信在不遠的將來，UV-LED印鐵技術在我國金屬包裝行業(yè)中必將大放異彩。