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　　1969年，在美國(guó)首次將UV固化油墨用于卡紙（紙盒）印刷，走出了實(shí)用化的第一步。日本則于兩年之后的1971年，開始將其應(yīng)用在金屬印刷和標(biāo)簽印刷上。以后，UV油墨的快速固化性、無溶劑、免噴粉等特點(diǎn)得到發(fā)揮，UV油墨在印刷現(xiàn)場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)（作業(yè)環(huán)境的改善、短交期化、庫存減少、節(jié)省空間等）得到認(rèn)識(shí)，用途迅速擴(kuò)大。

　　然而，過去在印刷業(yè)所使用的紫外光源普遍采用高壓水銀燈和金屬鹵素?zé)舻裙庠�，因燈具及電源裝置的大型化，令使用者擔(dān)心電力消耗大和發(fā)熱量大導(dǎo)致印刷機(jī)和承印物的損壞以及使用過程中產(chǎn)生臭氧等問題。不過近年來開發(fā)出一種能發(fā)射紫外線的發(fā)光二極管（LED），與之配套使用的在LED紫外光下瞬間固化的專用膠印油墨（FD LED系列）則由日本東洋油墨制造株式會(huì)社開發(fā)出來。

　　本文從UV固化型油墨的環(huán)境方面，對(duì)傳統(tǒng)的燈式光源和LED光源的差異進(jìn)行比較，同時(shí)對(duì)LED固化型油墨的原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

　　2 UV油墨的環(huán)境協(xié)調(diào)性

　　1）非VOCS油墨

　　所謂VOCS是“Volatile Organic Compounds”之略，也即揮發(fā)性有機(jī)物的總稱。擴(kuò)散于大氣層中的VOCS，比起文中所列舉的地球變暖的物質(zhì)之——二氧化碳來講，溫室效應(yīng)更強(qiáng)，此外VOCS還能在陽光下發(fā)生反應(yīng)變成氧化劑（光化學(xué)煙幕的起因物質(zhì)），因此以發(fā)達(dá)國(guó)家為首的世界諸國(guó)，在全球?qū)ζ渑欧胖贫�了�?yán)格的法規(guī)。

　　一般的膠印油墨分為熱固著型膠輪油墨和單張紙膠印油墨，兩者均含有石油系溶劑。單張紙膠印油墨的干燥過程：當(dāng)油墨轉(zhuǎn)移至紙上時(shí)，溶劑從紙上脫離而析出樹脂成份，與此同時(shí)，油墨中的植物油成份與空氣中的氧氣發(fā)生氧化聚合反應(yīng)形成硬化墨膜。膠輪油墨的干燥過程：印刷后經(jīng)過加熱，油墨中的溶劑蒸發(fā)，析出樹脂成份，由此形成墨膜。

　　關(guān)于VOCS排放。單張紙膠印油墨具有干燥時(shí)無須耗費(fèi)能量的優(yōu)點(diǎn)，但因需要有一個(gè)較長(zhǎng)的干燥時(shí)間，嚴(yán)格地講，在這個(gè)干燥過程中，油墨中的VOCS成份要么留在了承印物上，要么逐漸地向大氣釋放。輪轉(zhuǎn)膠印油墨經(jīng)加熱蒸發(fā)干燥釋放出VOCS成份，這些VOCS氣體通過干燥箱之后，再經(jīng)復(fù)燃室處理而分解為水和二氧化碳，因此從VOCS的觀點(diǎn)看是有應(yīng)對(duì)之策的。

　　另一方面，UV固化型油墨是通過紫外線照射而使光聚合引發(fā)劑激活，進(jìn)而促使油墨中所包含的單體和低聚物（低分子成份）通過化學(xué)反應(yīng)結(jié)合，形成硬化的墨膜。由于UV油墨中不存在產(chǎn)生VOCS的溶劑，當(dāng)然也不會(huì)有VOCS排入到大氣中，因此可以說UV油墨是一種環(huán)境友好型油墨系統(tǒng)。

　　2）地環(huán)變暖

　　關(guān)于二氧化碳剛才已經(jīng)談及，這里再從其成為導(dǎo)致地環(huán)變暖的物質(zhì)之一的角度來舉例說明。膠輪印刷的干燥工程中由于有氣體燃料燃燒所以會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，特別是作為不讓油墨中的VOCS排放到大氣中的代價(jià)，就是要使用復(fù)燃室這樣的裝置，來將揮發(fā)出來的VOCS燃燒掉，這時(shí)就會(huì)有二氧化碳產(chǎn)生。

　　UV固化型油墨由于不含溶劑，無必要配置上述那樣的熱風(fēng)干燥裝置，油墨固化所需的能效比可以說是膠輪印刷的5倍以上，因此，使用UV油墨時(shí)二氧化碳總的生成量少，從地球變暖的觀點(diǎn)看可以說也是一種對(duì)環(huán)境有利的系統(tǒng)。

　　3）噴粉

　　單張紙膠印為了防止背面粘臟，通過噴粉將玉米粉等均勻噴于印張上，噴粉的結(jié)果導(dǎo)致印刷機(jī)和印刷品的臟污，并且還污染印刷周圍環(huán)境，給現(xiàn)場(chǎng)操作者帶來煩惱。

　　UV印刷因系瞬間固化而無需噴粉。從作業(yè)環(huán)境角度與單張紙膠印油性油墨相比，UV油墨是更好的油墨系統(tǒng)。

如上所述，UV油墨印刷系統(tǒng)與使用傳統(tǒng)的單張紙油性油墨和輪轉(zhuǎn)膠印油墨的印刷系統(tǒng)相比，具有省能耗，省空間和短時(shí)間固化的優(yōu)點(diǎn)，近年來用途迅速擴(kuò)大。

    3 UV印刷系統(tǒng)的低能耗化

　　在環(huán)境協(xié)調(diào)性方面獲得好評(píng)的UV固化油墨，由于其印刷機(jī)紫外照射裝置的使用，使印刷機(jī)的電力消耗量大幅上升，因此人們期待有一種節(jié)省能耗的UV固化系統(tǒng)誕生。

　　從1960年至1990年，黃光、綠光、藍(lán)光及白光的LED被開發(fā)出來并實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，被應(yīng)用于信號(hào)機(jī)、電子光源告示牌、顯示器的背燈、汽車車燈等各種照明用途，作為一種低電耗、長(zhǎng)壽命、節(jié)省材料的環(huán)境友好型光源而受到關(guān)注。發(fā)射紫外線的LED也被開發(fā)出來，在粘接劑及涂料的固化及干燥用途方面已達(dá)到實(shí)用化程度。特別是LED的發(fā)光光譜中不含紅外線成份，具有發(fā)熱少的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)一些不耐熱產(chǎn)品其應(yīng)用正在擴(kuò)大。

　　如果使用該紫外線LED照射裝置來進(jìn)行油墨的固化干燥，就能夠指望在印刷過程中大幅度地降低電能消耗。

　　4 印刷過程中LED固化的技術(shù)難題

　　1）瞬間固化

　　近年來，膠印機(jī)按照高效化和短交期的要求，在印刷機(jī)高速化上下功夫，單張機(jī)印速達(dá)到了18000張/ h（240m / min）。裝有UV印刷系統(tǒng)的印刷機(jī)的實(shí)際速度依賴于照射裝置的能力（高輸出功率、多燈等），速度達(dá)到300m/ min的UV高速印刷系統(tǒng)也已達(dá)到實(shí)用水平。

　　在這樣的背景下，我們著手進(jìn)行了這樣的試驗(yàn)：使用粘接劑固化用LED照射裝置和通常的UV油墨進(jìn)行油墨的固化試驗(yàn)，對(duì)油墨的固化情況進(jìn)行確認(rèn)。結(jié)果在20m/ min的低速情況下也無法滿足油墨固化的要求。

　　2）發(fā)光光譜

　　普遍使用的高壓水銀燈之類燈具的光譜，其峰值位于紫外光部分365nm處，光能量集中分布在254nm～313nm附近，尤其405nm和436nm處是水銀燈在可見光部分特有的峰值區(qū)。另外，金屬鹵素?zé)羰窃诟邏核�銀燈基礎(chǔ)上增添金屬鹵化物而制成的，與高壓水銀燈光譜相比，從254nm到436nm段呈連續(xù)發(fā)光光譜分布，特別是在350nm～450nm附近的光能量大。

　　而對(duì)于LED來說，基于元件中半導(dǎo)體材料的禁帶光譜寬度的限制，雖然其光譜能量超強(qiáng)，但波長(zhǎng)分布極端狹窄。由此看出有這樣的特點(diǎn)：在LED特定光譜處發(fā)出的光能量強(qiáng)度與傳統(tǒng)的光源在同一光譜處發(fā)出的光能相比更大，但從發(fā)光光譜整體的積分光量來講，LED不如普通放電燈，要使UV油墨瞬間固化存在困難。也即是說，使用LED的照射裝置與用于粘接劑用途的照射裝置是不一樣的，人們期望具有高輸出功率的LED問世，以便在高速情況下實(shí)現(xiàn)瞬間固化，同時(shí)在油墨方面，也必須推出能在LED照射下瞬間固化的油墨。

　　5 LED固化型油墨的開發(fā)

　　1）與光固化引發(fā)劑的相生性

　　光固化引發(fā)劑是UV油墨中決定油墨的硬化性，耐蝕性以及油墨其它特性的重要成份。如前所述，UV油墨的固化，是油墨中所含有的光發(fā)劑吸收UV光產(chǎn)生活性成份引起的。在使用以往的放電型光源之類的多波長(zhǎng)發(fā)光光源場(chǎng)合，由于其發(fā)出的光譜中紫外線區(qū)域廣，油墨中可將吸收不同波長(zhǎng)光能的光引發(fā)劑和增感劑組合使用，從而在油墨表面和內(nèi)部均能獲得良好的硬化性。尤其是能夠設(shè)計(jì)將顏料吸收性考慮進(jìn)去的光固化引發(fā)劑。

　　但是，在使用LED之類發(fā)光光譜極窄單一波長(zhǎng)光源的場(chǎng)合下，要使用僅吸收LED發(fā)光光譜段光能的光引發(fā)劑，而且必須要同時(shí)實(shí)現(xiàn)表面和內(nèi)部的固化。因此，在選擇具有最佳吸收特性的新的光引發(fā)劑的同時(shí)，還必須開發(fā)出能將有限的光能盡可能地吸收的光引發(fā)劑組合并使其濃度達(dá)到最佳。尤其是在光油等透明類光油方面，必須在有限種類的光引發(fā)劑范圍內(nèi)，尋得光油的黃變性和固化性兩者的平衡。

　　2）顏料的相生性

　　相對(duì)于LED的發(fā)光波長(zhǎng)，由于UV油墨中含有顏料之類的物質(zhì)與光引發(fā)劑的吸收波長(zhǎng)相重合，所以與不含顏料的透明光油等相比，固化特性變得極差。特別是在膠印場(chǎng)合，通常采用黑→青→品紅→黃的色順疊印，最先印上的墨色油墨（UV油墨的穿透率最低）必須通過穿過黃、品紅、青諸色之后變?nèi)醯腢V光線來固化，因此，LED固化型與以往的UV油墨相比，必須選用一種對(duì)于所使用的特定UV光波長(zhǎng)而言穿透性最好的（吸收性�。┑念伭�，這一點(diǎn)對(duì)于開發(fā)來說是關(guān)鍵因素之一。與此同時(shí)使用著色能力特佳的顏料，而且油墨更盡可能地濃一些。印刷時(shí)減少堆墨量（避免墨膜較厚），是提高油墨固化性的有效手段。

　　6 LED-UV印刷系統(tǒng)的誕生

　　在2008年5月舉辦的Drupa 2008上，利優(yōu)比嘗試推出了一種由松下電工制作的照射裝置等組成的新的UV印刷系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上采用東洋油墨公司開發(fā)的LED固化型油墨—FD LED系列產(chǎn)品進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)演示。經(jīng)檢查確認(rèn)，在印刷速度達(dá)到15000張/ h（110m / min）情況下，油墨的固化沒有問題，可獲得良好的印刷品。

　　是對(duì)新開發(fā)的LED—UV印刷系統(tǒng)與傳統(tǒng)的UV印刷系統(tǒng)在硬件方面所作的比較。從表1可以看出，通過將此次開發(fā)的LED固化油墨與上述LED-UV印刷系統(tǒng)組合使用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　①LED與紫外燈方式相比，只需要其1 / 4的電能消耗，可節(jié)省能耗費(fèi)用，大大減少了CO2的排放量。

　�、谟捎贚ED發(fā)熱少，對(duì)于塑膜等耐熱性差的承印材料的印刷以及印刷機(jī)的熱影響小，只需對(duì)印刷精度稍作調(diào)整即可，紙張損耗隨之減少。

　�、跮ED光源元件與紫外線燈相比壽命約為其12倍，光源更換頻度大幅降低，器材耗用隨之減少。

　�、躄ED可做到瞬間開啟或關(guān)閉，無需UV燈方式所必須的預(yù)熱及降溫時(shí)間，作業(yè)效率得到提高。

　　⑤由于紫外線照射裝置與相關(guān)配套裝置非常緊湊，無需以往那種較大的機(jī)械安裝空間以及管道施工，設(shè)置簡(jiǎn)單容易。

　　由于上述各種優(yōu)勢(shì)，可以說LED-UV印刷系統(tǒng)進(jìn)一步增強(qiáng)了傳統(tǒng)UV印刷系統(tǒng)的環(huán)境協(xié)調(diào)性。

　　7 發(fā)光波長(zhǎng)區(qū)域的擴(kuò)大成為新的課題

　　目前，根據(jù)印刷廠家使用的已實(shí)用化的紫外線LED的類型，以及根據(jù)所使用的LED照射裝置發(fā)射的UV光的波長(zhǎng)，油墨廠家均須相應(yīng)地改變LED固化型油墨的光吸收特性，在油墨設(shè)計(jì)方面制約很大。今后，期望有能將數(shù)種的LED組合、發(fā)射波長(zhǎng)范圍廣的UV照射裝置在市場(chǎng)上問世。

    來源：印刷世界