印刷品上光油UV―LED固化技术及存在的问题分析.docx

印刷品上光油uv —LED固化技术及存在的问题分析【摘 要】表面上光是包装印刷品重要的印后加工技 术之一本文简述了 uv-LED 光油的基本组成，指出 uv-LED 光固化技术存在引发效率不高和固化速度慢的问题，提出： （1）选择吸收光谱和 LED 的发射光谱相匹配的光引发剂；（2） 过渡期内，上光油配方中加入多官能团单体和采用LED固化 和 uv 固化混合方式等解决办法关键词】UV-LED固化光油 光引发剂固化速度随着生活水平的提高，人们越来越追求高品质的包装 上光油又称罩光油或者上光涂料，是一种无色的、透明或半 透明的油墨［1］，在印刷品表面涂上光油会使印刷品的光泽度 耐水性、耐磨性增加，使印刷品显得更加艳丽，并能对印刷 品起到一定的保护作用，改善印刷品表面性能，便于后续加 工［2］按固化技术的不同，目前市场上上光油可被分为油性 上光油（溶剂型上光油）、水性上光油和 UV 上光油三类［3］ 从环保角度出发，溶剂型上光油将逐渐被水性上光油和 UV 上光油所取代水性上光油存在干燥慢、容易蹭脏等缺点， UV 上光油因有着快速固化、无溶剂挥发等优点得到了长足 的发展然而，传统的 UV 光固化普遍采用的是高压汞灯和 金属卤素灯等光源，会产生能耗高、发热大以及臭氧等问题， 对 UV 上光油的发展造成了一些不利影响。

随着科技的发展， 近些年来涌现出更为环保的 LED 光固化方式，使 UV-LED 光 油成为研究热点［4］1 UV-LED 固化光油概述LED 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，UV-LED是紫外线发光二极管的英文缩写oUV-LED固化光油， 顾名思义就是在 LED 光源下进行固化的光油通常由预聚物、 单体、光引发剂及助剂组成［5］预聚物，又称齐聚物，构成光油的基本骨架，是光油体 系的成膜物质，决定了光油的基本性能常用的预聚物包括 不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸 酯、聚醚丙烯酸酯等［6］单体，又称活性稀释剂，与预聚物共同组成光油的连结 料，对 UV 光油的流变性和固化膜的性能都有影响，既能够 调节光油体系的聚合程度、黏度和固化速度，又能够调节所 生成聚合物质的色度、光泽度和密度等物理性质不同单体 所含官能度不同，对其粘度、固化速度均有影响［7］一般官 能度越高，固化速度越快，但稀释效果越差常用的单体有： 单官能度单体，即甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、环三羟甲基 丙烷甲缩醛丙烯酸酯（CTFA）、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯（EOEOEA）、2-苯氧基乙基丙烯酸酯（PHEA）、二甲基丙烯酰 胺（DMAA）等；双官能度单体，即1, 6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）、三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、二丙二醇二丙烯 酸酯（DPGDA）、二乙二醇二甲基丙烯酸酯（DEGDMA）等； 三官及多官能度单体，即三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ TM PTA ） 、 乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯（PPTTA）、三羟甲基丙烷三甲基 丙烯酸酯（TMPTMA）、丙氧化三羟甲基丙烷丙烯酸酯（TMP6POTA）等。

光引发剂被光照射后，吸收能量，达到激发态，形成自 由基或离子，引发单体和预聚物中的不饱和双键发生聚合反 应聚合物分子不断交联形成网状结构，直到自由基活性完 全丧失，链增长才会结束，从而使油墨达到完全固化［8］因 此，光引发剂对光油的固化起到至关重要的作用2 UV-LED 固化光油研制中存在的问题和对策2.1 问题（ 1）固化速度慢目前，胶印机单印速达到了 18000 张/h （240m/min）,装有UV印刷系统的印刷机的实际速度依 赖于照射装置的能力（高输出功率、多灯等），速度达到 300m/min 的 UV 高速印刷系统也已达到实用水平［9］ 在这样 的高速下，如何做到 UV-LED 光油的固化速度与印刷速度的 匹配是一个研究难点另外，由于目前只有传统UV汞灯固 化胶印油墨，仅上光油为 UV-LED 固化仍不能完全实现用 UV-LED固化取代UV汞灯固化2）缺乏与UV-LED固化光源匹配的引发剂UV-LED光固化时从 UV 固化工艺发展而来的，传统 UV 固化利用了200450nm的整个紫外波长的光，UV-LED固化多数集中 在395nm-405nm,只有少数集中在365nm波长的光［10］。

目 前市面上主要有两种波长的 UV-LED 紫外光固化产品，一种 波长为365nm，—种波长为395nm同型号产品中395nm 波长的 LED-UV 的峰值光强度较大， 365nm 波长型号的峰值 光强度较小，且 365nm 波长短，能量高，可导致局部过热， 应用较少，所以市场上 UV-LED 光固化应用的主流波长仍然 是395nm因为要达到较好的固化速度，引发剂的吸收光谱 要和 LED 的发射光谱匹配，所以之前应用于 UV 固化的光引 发剂不再适用于 UV-LED 固化，即目前缺乏在 395-405nm 强 吸收引发的引发剂2.2 对策传统的 UV 光固化采用的光源大多是高压汞灯和金属卤 素灯，其发射光谱广而连续，与 LED 的发射光谱大大不同 左图是 UV-LED 与高压汞灯的光谱辐照度比较由左图可以看出［11］，高压汞灯呈连续发光光谱分布， 而对于 LED 来说，基于半导体材料的禁带光谱宽度的限制， 虽然其光谱能量高，但波长分布极端狭窄；在 LED 特定光谱 处发出的光能量强度与传统的光源在同一光谱处发出的光 能相比更大，但从发光光谱整体的积分光量来讲， LED 不如 高压汞灯；同型号产品中 395nm 波长的 LED-UV 的峰值光强 度较大，365nm波长型号的峰值光强度会较低。

因此选择合 适的光引发剂是开发 UV-LED 光油的关键点和难点光引发选择时必须考虑的一个因素就是光引发剂的吸 收光谱与光源的发射光谱相匹配因高压汞灯光源发射光谱 连续，传统的UV光油在宽波段的UV光源(200nm-420nm ) 下固化，可选用的光引发剂范围较广，且组合式的光引发剂 对不同波长的紫外光具有良好的吸收反应，能够达到光油表 层与深层的完全固化，而对UV-LED光源发出的紫外光发生 反应的光引发剂较少，因此需要精选出反应性能优异的光引 发剂［12］ UV-LED 光源发出特定的窄波段紫外光，这就需要UV-LED光油的光引发剂不仅需要更强的吸光能力和 反应效率，而且吸收波段要与发射波长相匹配，可以实现光 油层表面和内部同时固化⑷因此，在选择UV-LED上光油 的光引发剂时，应保证光引发剂在UV-LED光源的特定波长 下具有最佳的吸收特性，对同时还应开发出配比最佳的光引 发剂组合，以尽可能地吸收有限的紫外光能，使光油黄变性 和固化性达到平衡［13］大多数光引发剂的主要吸收范围是低于LED灯的 365/395nm峰的波长范围然而，UV-LED光源不是纯粹的单 色光谱，大多数光引发剂具有宽的吸收谱带，当只考虑最大 值时，这些经常会被忽略。

一些光引发剂在 365nm 和/或 395nm左右或以上的区域不吸收表1是各种常用UV光引 发剂的吸收峰对于 UV-LED 固化光油，要想达到较好的引发和固化效 果，就要选择吸收峰在 365nm 以上的光引发剂，例如 TPO， 819 等，784 虽然吸收峰波长较长，但其本身价格太高市场 使用较少而且，184、907、1173、MBF、ITX等光引发剂因 迁移残留量大，光解产物有味有毒，对人体和环境造成危害， 禁用在烟包、食材等包装例如， 2005 年在欧洲发生的在雀 巢奶粉中检测出微量 ITX 事件，分析其原因就是雀巢奶粉包 装材料中UV油墨所含的光引发剂ITX残留因迁移而造成对 奶粉的污染［14］目前在 UV-LED 光引发剂中有 Omnipol TX， Omnipol 910， IHT-PI 389 等环境友好型产品可供使用另外， UV-LED 固化光油大多采用丝印和胶印，为了提高 固化速度，改善固化效果，可以对丝印、胶印机进行改造， 将原来胶印机标配的三组汞灯保留一组汞灯，安装 LED 光源 固化系统，将 UV 汞灯固化和 LED 灯固化结合起来，解决目 前LED固化时固化不良的问题。

期待光油用预聚物、引发剂 和活性单体技术进步后，再完全用 LED-UV 固化取代传统 UV 固化系统材料的改进：低能量消耗的 LED 固化需要高反应活性固 化光油体系开发官能团多的活性单体，取代现用单体，提 高固化速度UV-LED固化具有高效能、无VOC、臭氧以及无汞排放、 工艺温度低等特点，将逐渐取代传统的高压汞灯固化，即 UV-LED 固化光油将取代传统的 UV 固化光油，成为今后光油 市场的发展趋势但目前 UV-LED 固化光油在研制过程中， 光引发效率不高、固化速度慢是关键问题急需在 395nm-405nm 波长有最大吸收的光引发剂，通过原材料性能 改进和配方研究，提高固化速度，改进固化膜性能，进而推 动印刷品印后装饰加工技术的发展参考文献[1] 陈希荣•试论UV上光油的技术及应用J]•中国包装， 2007，02：55-59.[2] 胡广镇，宋晓明•水性光油的发展概述[J].广东印刷， 2012， 04：57-58.[3] 陈德苍•浅析水性上光油[J].今日印刷，2006, 05： 64-66.[4] 张世范，马永胜，黄维维.UV-LED技术在号码油墨中 的应用[J]・标签技术，2015，05： 30-31.⑸郝发义•特殊效果UV上光油的研究[D].西安理工大学, 2003.[6]曹欣欣，张婷.LED光源对PCB油墨革命性的影响[J]. 信息记录材料， 2014， 04： 57-60.[7]易青.UV-LED喷墨油墨的研究[D].南京林业大学，2014.[8] 赵蕾.UV胶印油墨的研制及其印刷适性的研究[D]•北 京印刷学院，2007.[9] 杨志钢.LED固化型油墨的原理与特点J]•印刷世界， 2009，06：4-7.[10] 张蕾・UV-LED固化技术发展趋势J].电子元件与材料, 2015， 06：99-100.[11] 韦一文.LED-UV在胶印中的应用J].广东印刷，2013, 06：40-42.[12] 王锐.UV LED技术在印刷领域的应用J].今日印刷， 2013， 11：61-62.[13] 张志标.LED-UV固化技术节能环保之星[J]•印刷技术, 2014， 06：40-41.[14] 沈东旭，练鸿振，丁涛，沈崇钰.光引发剂残留分析 研究进展[J]・岩矿测试，2011，01： 104-109.。