新型LED-UV膠印油墨技術在商業(yè)印刷中的應用

■ 文/章美春

（蘇州科德教育科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215152）

0 引言

目前我國的商業(yè)印刷工藝，尤其是輪轉印刷工藝基本上采用傳統(tǒng)油墨進行印刷，產(chǎn)生大量的廢氣且處理相當費力，對環(huán)境造成極大的危害。針對印刷企業(yè)的揮發(fā)性有機物（VOCs）排放，我國制定了相關法令并嚴格實施，并不斷推動基于綠色環(huán)保印刷的各相關材料與設備的研究，而通過引進新材料、改進印刷工藝替代原有做法，是當前印刷領域創(chuàng)新發(fā)展極為重要的環(huán)節(jié)。

UV固化膠印油墨技術于二十世紀九十年代中期引入我國，從小規(guī)模推廣發(fā)展至今，經(jīng)歷了20多年，解決了許多難以適應當時條件的印刷難題，得到了印刷行業(yè)的認同，在印刷油墨領域占有重要地位，但其市場應用主要還是以包裝印刷為主，在書報刊廣告雜志印刷方面僅僅是采用單張紙印刷，且用量相對較少。近來，國外商業(yè)印刷市場上推出了一種環(huán)保型的LED-UV油墨，不僅適應我國節(jié)能減排政策的要求，而且符合我國印刷產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的需求。為此，本文對新型LED-UV型商業(yè)單張紙與輪轉膠印油墨（以下簡稱“LED-UV油墨”）技術及應用前景作進一步介紹，供業(yè)內(nèi)人士參考。

1 LED-UV油墨的特點

目前UV油墨印刷大部分依靠高壓汞燈照射固化。由于商業(yè)輪轉印刷都是卷筒紙印刷，紙張貫穿整個印刷機組到收紙裁切部位，中間不可斷開，一旦開機轉動印刷，紙張就必須同步輸送。而開機時高壓固化汞燈需要有一個預熱增強功率過程，這樣起印的產(chǎn)品就得不到有效固化，造成很大的浪費；如果紙張不聯(lián)機輸送，就可能造成紙張光照部分發(fā)熱后起火燃燒，造成嚴重的生產(chǎn)安全事故。

LED-UV油墨印刷采用LED光源固化?；贚ED光源的固化技術具有以下優(yōu)點：冷光源，發(fā)熱小，被照紙面溫度升溫慢，瞬間點亮，無需預熱即可達到100%功率輸出，滿足開機同步輸送紙張印刷變?yōu)橛∷⑵返囊?。到目前為止?LED固化技術是UV油墨應用于商業(yè)輪轉印刷的最合理的解決方案之一。根據(jù)不同印刷工藝適應性的要求，分析現(xiàn)用UV油墨與傳統(tǒng)商業(yè)輪轉油墨產(chǎn)品性能比較，推導出新型LED油墨的產(chǎn)品性能指標。通過比較，逐步形成研發(fā)新型LED油墨的基本思路。

顧名思義，新型LED-UV膠印油墨具有以下特點：引發(fā)劑必須在LED光源固化有效功率范圍內(nèi)選擇；油墨必須具有良好的身骨，黏度、黏性要低，在高速度印刷中，油墨黏度過高，容易拉紙毛，拉力過大容易造成紙張變形，套印不準；油墨流動性適中，過小會造成傳墨不良或者造成印刷中斷墨供應；飛墨控制良好。表1列出了LED-UV膠印油墨與傳統(tǒng)商業(yè)輪轉膠印油墨和現(xiàn)有UV 膠印油墨在主要性能指標上的對比分析結果。

表1 油墨產(chǎn)品主要指標對比

2 LED-UV油墨的組成

2.1 顏料

目前膠版印刷用油墨所采用的顏料，除了一些影響油墨成膜、貯存穩(wěn)定性等的顏料以外，基本上可以直接用于UV油墨。以四色版印刷油墨為例：紅墨一般采用PR57：1顏料；黃墨目前分兩種情況，一般采用PY13、PY174、PY74顏料，少量采用PY12 、PY14顏料；藍墨采用PB15：3顏料或PB15：4顏料；黑墨中使用的炭黑則相對講究，由于黑顏料中的炭黑比其他顏料吸收更多的紫外線，透射率很差，難以保證高速印刷固化，選擇時需要格外注意，應盡可能選用對UV光（包含LED光波長在內(nèi)）吸收小的炭黑，同時添加紅、藍、紫等顏料以提高黑墨的黑度。

2.2 樹脂、低聚物和單體

油墨的樹脂、低聚物是決定整個油墨具有良好身骨及印刷適性的重要因素，選用時必須遵循膠版印刷水墨平衡的印刷原理，那些易溶于水、抗水性弱，在印刷時易引起乳化劣化的樹脂應排除在外。目前在UV膠印油墨中，多采用聚酯丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯，以及一些幾乎不能被紫外光固化的樹脂，如氨基樹脂、聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙基樹脂、石油樹脂、醛酮樹脂等。在配方設計時，選用的材料決定了墨膜的物理性能和化學性能，繼而決定了LED-UV油墨的總體性能，包括印刷適性和附著性。

UV膠印油墨的主體樹脂很大一部分可以應用于LED-UV油墨，但兩種油墨在應用特性上存在差異，在選配LED-UV油墨的主體樹脂時，必須滿足更嚴苛的條件，這為今后研發(fā)樹脂新材料指明了新的方向。

僅用顏料、樹脂和低聚物配制的油墨具有相當好的身骨，但黏度很高，無法適應高速紙張印刷的基本要求，需要使用一部分單體作為稀釋劑來調(diào)整油墨的黏性和黏度。使用單體而不使用揮發(fā)性溶劑（礦物油）作為稀釋劑的原因是保持UV油墨的無公害特性。單體在油墨固化后成為墨膜的一部分，選用時應注意單體的以下應用特性：低黏度的單體具有高效稀釋性；單體本身不會降低油墨的固化速度，不會減弱油墨的附著力；單體不能有氣味，沸點、引火點要高，以確保油墨的安全性；單體對人體的危害性要小。目前多采用乙氧基或者丙氧基改性的單體，如環(huán)氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯等乙烷氧化物、丙烯氧化物等改性單體。

2.3 引發(fā)劑

引發(fā)劑是通過吸收輻射能，經(jīng)過化學變化產(chǎn)生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體的物質(zhì)。目前可用于UV油墨的光引發(fā)劑有很多品種，只要在UV光源波長范圍內(nèi)具有較強吸收性能的都可被應用，但對于LED-UV油墨而言，情況所不同。一方面，目前市場上主流LEDUV固化光源的波長單一，主要是385 nm和395 nm，或者新型研究組合的光源采用385/395 nm混用光源；另一方面，許多引發(fā)劑對紫外線的吸收有其固有的特定的波長范圍，一些低波段的引發(fā)劑不能吸收波長為385 nm或395 nm的紫外光，也就無法在LED-UV體系中起到引發(fā)固化反應的作用。因此，在選配LED-UV油墨用引發(fā)劑時，類似這樣的引發(fā)劑品種就受到了很大的限制。

目前LED-UV油墨使用的常規(guī)引發(fā)劑主要有：?；趸TPO、XBPO(819)]、苯偶酰衍生物、安息香醚類、（磺酸）肟脂類、二苯甲酮衍生物、蒽醌類合硫雜蒽酮類別（DETX、ITX）、嗪類等。在實際配方中，設計者應混合使用對LED波長范圍的光量吸收效率高得多的引發(fā)劑品種，以達到最快固化效率。

2.4 輔助劑及填料

從油墨技術角度看，要想達到印刷品所需要的各項指標，就必須在油墨中添加不同用途的輔助劑及填料。例如：添加阻聚劑，能有效防止油墨膠化，提高貯存穩(wěn)定性和延長油墨有效期，常用的材料有對苯二酚、對甲氧基苯酚、對苯醌、2,6-二叔丁基甲苯酚、N-亞硝基-N苯基羥胺鋁等；添加蠟類、硅油等助劑，能提高油墨的耐磨性能，在印刷品使用時不易被刮擦掉，其添加量則根據(jù)印刷和最終用途而定；添加填料，可以適當改良油墨的身骨，減少飛墨，降低成本，如油墨用超細碳酸鈣、滑石粉等。

3 LED-UV油墨的印刷機配套與改造思路

利用LED光源瞬間干燥的UV油墨和利用溶劑揮發(fā)、滲透干燥的傳統(tǒng)油性油墨，除著色顏料外，其余成分幾乎不同，為滿足LED-UV油墨的印刷條件，必須要對相關的印刷配套設備及器材進行改造和調(diào)整，具體思路如下。

（1）給高速商業(yè)輪轉印刷機增加功率極高的LED組裝光源。目前我國采用LED固化技術的印刷廠越來越多，基本上應用于單張紙印刷。雖然最新研發(fā)的油墨能滿足單張紙印刷的要求，但廣泛應用于高速商業(yè)輪轉印刷仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。同時，對于該類設備的改造我國還處于探索階段，在試機中時常會出現(xiàn)一些常規(guī)性問題，產(chǎn)品質(zhì)量無法保持正常穩(wěn)定。不同廠家在油墨試機中都出現(xiàn)相同的問題：隨著印刷速度的增加，油墨能保持良好的印刷適性，但印刷品固化不徹底，印刷品表面粘手的情況始終無法改變。經(jīng)過多方面分析，發(fā)現(xiàn)所用LED光源的功率不夠大，需要采用更大功率的LED組裝光源，或者采用兩組LED光源連續(xù)輻照固化。這就要求光源生產(chǎn)廠家改進固化裝置以解決LED光源能量輸出不夠的問題。

（2）采用適合UV油墨印刷的膠輥、高耐印力PS版合橡皮布，使用UV洗車水，合理選用適用于UV油墨印刷的潤版液等。

4 LED-UV油墨在商業(yè)單張紙印刷和商業(yè)輪轉印刷中的應用前景

近幾年來，一部分單張紙印刷企業(yè)相繼引進了LEDUV印刷設備，或者將原有的UV印刷設備改造成LEDUV印刷設備，實現(xiàn)了LED-UV油墨印刷。LED-UV印刷不僅保持了原有商業(yè)印刷品的色彩飽和度，還增加了耐摩擦、耐腐蝕、耐剮蹭等的優(yōu)點，大幅度提升了印刷品質(zhì)。同時，適印的印刷基材從普通的印刷紙張，擴展到了塑料薄膜、激光卡紙、特殊復合紙、玻璃紙等，選用范圍更加廣泛，不僅在書刊、旅游小冊子、廣告和期刊等高質(zhì)量印品上取得了創(chuàng)新成就，有效拓寬了商業(yè)印刷市場，而且印刷效率顯著提升，油墨使用量日益增多。

基于LED-UV膠印油墨和LED瞬間固化方式的商業(yè)輪轉印刷，理論上不發(fā)生VOCs排放，無需保留為原有傳統(tǒng)熱固輪轉印刷機配備的熱固化通道裝置，也無需為印刷車間配置除味設備或排風管道等輔助裝置。從能耗方面看，LED固化燈的耗電功率約為高壓UV固化汞燈的10%～30%，可節(jié)約70%～90%電量。從安全環(huán)保方面看，LED燈既不含汞，也不會產(chǎn)生臭氧，比高壓汞燈安全環(huán)保；由于無需天然氣燃燒，印刷企業(yè)不必重新考慮尾氣的無害化處理，使其更容易達到國家政策要求，也更有利于今后持續(xù)獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

5 結語

隨著新一代LED光源固化技術的發(fā)展與應用，LEDUV膠印油墨研發(fā)人員逐步突破技術瓶頸，創(chuàng)新性地將傳統(tǒng)油墨中熱固（或冷固）輪轉油墨和UV油墨的各自優(yōu)點結合在一起，促進UV油墨性能的不斷完善及其應用范圍的進一步擴大；將印刷效果和環(huán)保概念有機地結合在一起，真正走在綠色環(huán)保印刷的前沿。