新型LED-UV胶印油墨技术在商业印刷中的应用

■ 文/章美春

（苏州科德教育科技股份有限公司，江苏 苏州 215152）

0 引言

目前我国的商业印刷工艺，尤其是轮转印刷工艺基本上采用传统油墨进行印刷，产生大量的废气且处理相当费力，对环境造成极大的危害。针对印刷企业的挥发性有机物（VOCs）排放，我国制定了相关法令并严格实施，并不断推动基于绿色环保印刷的各相关材料与设备的研究，而通过引进新材料、改进印刷工艺替代原有做法，是当前印刷领域创新发展极为重要的环节。

UV固化胶印油墨技术于二十世纪九十年代中期引入我国，从小规模推广发展至今，经历了20多年，解决了许多难以适应当时条件的印刷难题，得到了印刷行业的认同，在印刷油墨领域占有重要地位，但其市场应用主要还是以包装印刷为主，在书报刊广告杂志印刷方面仅仅是采用单张纸印刷，且用量相对较少。近来，国外商业印刷市场上推出了一种环保型的LED-UV油墨，不仅适应我国节能减排政策的要求，而且符合我国印刷产业升级发展的需求。为此，本文对新型LED-UV型商业单张纸与轮转胶印油墨（以下简称“LED-UV油墨”）技术及应用前景作进一步介绍，供业内人士参考。

1 LED-UV油墨的特点

目前UV油墨印刷大部分依靠高压汞灯照射固化。由于商业轮转印刷都是卷筒纸印刷，纸张贯穿整个印刷机组到收纸裁切部位，中间不可断开，一旦开机转动印刷，纸张就必须同步输送。而开机时高压固化汞灯需要有一个预热增强功率过程，这样起印的产品就得不到有效固化，造成很大的浪费；如果纸张不联机输送，就可能造成纸张光照部分发热后起火燃烧，造成严重的生产安全事故。

LED-UV油墨印刷采用LED光源固化。基于LED光源的固化技术具有以下优点：冷光源，发热小，被照纸面温度升温慢，瞬间点亮，无需预热即可达到100%功率输出，满足开机同步输送纸张印刷变为印刷品的要求。到目前为止， LED固化技术是UV油墨应用于商业轮转印刷的最合理的解决方案之一。根据不同印刷工艺适应性的要求，分析现用UV油墨与传统商业轮转油墨产品性能比较，推导出新型LED油墨的产品性能指标。通过比较，逐步形成研发新型LED油墨的基本思路。

顾名思义，新型LED-UV胶印油墨具有以下特点：引发剂必须在LED光源固化有效功率范围内选择；油墨必须具有良好的身骨，黏度、黏性要低，在高速度印刷中，油墨黏度过高，容易拉纸毛，拉力过大容易造成纸张变形，套印不准；油墨流动性适中，过小会造成传墨不良或者造成印刷中断墨供应；飞墨控制良好。表1列出了LED-UV胶印油墨与传统商业轮转胶印油墨和现有UV 胶印油墨在主要性能指标上的对比分析结果。

表1 油墨产品主要指标对比

2 LED-UV油墨的组成

2.1 颜料

目前胶版印刷用油墨所采用的颜料，除了一些影响油墨成膜、贮存稳定性等的颜料以外，基本上可以直接用于UV油墨。以四色版印刷油墨为例：红墨一般采用PR57：1颜料；黄墨目前分两种情况，一般采用PY13、PY174、PY74颜料，少量采用PY12 、PY14颜料；蓝墨采用PB15：3颜料或PB15：4颜料；黑墨中使用的炭黑则相对讲究，由于黑颜料中的炭黑比其他颜料吸收更多的紫外线，透射率很差，难以保证高速印刷固化，选择时需要格外注意，应尽可能选用对UV光（包含LED光波长在内）吸收小的炭黑，同时添加红、蓝、紫等颜料以提高黑墨的黑度。

2.2 树脂、低聚物和单体

油墨的树脂、低聚物是决定整个油墨具有良好身骨及印刷适性的重要因素，选用时必须遵循胶版印刷水墨平衡的印刷原理，那些易溶于水、抗水性弱，在印刷时易引起乳化劣化的树脂应排除在外。目前在UV胶印油墨中，多采用聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯，以及一些几乎不能被紫外光固化的树脂，如氨基树脂、聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基树脂、石油树脂、醛酮树脂等。在配方设计时，选用的材料决定了墨膜的物理性能和化学性能，继而决定了LED-UV油墨的总体性能，包括印刷适性和附着性。

UV胶印油墨的主体树脂很大一部分可以应用于LED-UV油墨，但两种油墨在应用特性上存在差异，在选配LED-UV油墨的主体树脂时，必须满足更严苛的条件，这为今后研发树脂新材料指明了新的方向。

仅用颜料、树脂和低聚物配制的油墨具有相当好的身骨，但黏度很高，无法适应高速纸张印刷的基本要求，需要使用一部分单体作为稀释剂来调整油墨的黏性和黏度。使用单体而不使用挥发性溶剂（矿物油）作为稀释剂的原因是保持UV油墨的无公害特性。单体在油墨固化后成为墨膜的一部分，选用时应注意单体的以下应用特性：低黏度的单体具有高效稀释性；单体本身不会降低油墨的固化速度，不会减弱油墨的附着力；单体不能有气味，沸点、引火点要高，以确保油墨的安全性；单体对人体的危害性要小。目前多采用乙氧基或者丙氧基改性的单体，如环氧化三羟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、丙烯氧化物等改性单体。

2.3 引发剂

引发剂是通过吸收辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体的物质。目前可用于UV油墨的光引发剂有很多品种，只要在UV光源波长范围内具有较强吸收性能的都可被应用，但对于LED-UV油墨而言，情况所不同。一方面，目前市场上主流LEDUV固化光源的波长单一，主要是385 nm和395 nm，或者新型研究组合的光源采用385/395 nm混用光源；另一方面，许多引发剂对紫外线的吸收有其固有的特定的波长范围，一些低波段的引发剂不能吸收波长为385 nm或395 nm的紫外光，也就无法在LED-UV体系中起到引发固化反应的作用。因此，在选配LED-UV油墨用引发剂时，类似这样的引发剂品种就受到了很大的限制。

目前LED-UV油墨使用的常规引发剂主要有：酰基氧化膦[TPO、XBPO(819)]、苯偶酰衍生物、安息香醚类、（磺酸）肟脂类、二苯甲酮衍生物、蒽醌类合硫杂蒽酮类别（DETX、ITX）、嗪类等。在实际配方中，设计者应混合使用对LED波长范围的光量吸收效率高得多的引发剂品种，以达到最快固化效率。

2.4 辅助剂及填料

从油墨技术角度看，要想达到印刷品所需要的各项指标，就必须在油墨中添加不同用途的辅助剂及填料。例如：添加阻聚剂，能有效防止油墨胶化，提高贮存稳定性和延长油墨有效期，常用的材料有对苯二酚、对甲氧基苯酚、对苯醌、2,6-二叔丁基甲苯酚、N-亚硝基-N苯基羟胺铝等；添加蜡类、硅油等助剂，能提高油墨的耐磨性能，在印刷品使用时不易被刮擦掉，其添加量则根据印刷和最终用途而定；添加填料，可以适当改良油墨的身骨，减少飞墨，降低成本，如油墨用超细碳酸钙、滑石粉等。

3 LED-UV油墨的印刷机配套与改造思路

利用LED光源瞬间干燥的UV油墨和利用溶剂挥发、渗透干燥的传统油性油墨，除着色颜料外，其余成分几乎不同，为满足LED-UV油墨的印刷条件，必须要对相关的印刷配套设备及器材进行改造和调整，具体思路如下。

（1）给高速商业轮转印刷机增加功率极高的LED组装光源。目前我国采用LED固化技术的印刷厂越来越多，基本上应用于单张纸印刷。虽然最新研发的油墨能满足单张纸印刷的要求，但广泛应用于高速商业轮转印刷仍面临巨大的挑战。同时，对于该类设备的改造我国还处于探索阶段，在试机中时常会出现一些常规性问题，产品质量无法保持正常稳定。不同厂家在油墨试机中都出现相同的问题：随着印刷速度的增加，油墨能保持良好的印刷适性，但印刷品固化不彻底，印刷品表面粘手的情况始终无法改变。经过多方面分析，发现所用LED光源的功率不够大，需要采用更大功率的LED组装光源，或者采用两组LED光源连续辐照固化。这就要求光源生产厂家改进固化装置以解决LED光源能量输出不够的问题。

（2）采用适合UV油墨印刷的胶辊、高耐印力PS版合橡皮布，使用UV洗车水，合理选用适用于UV油墨印刷的润版液等。

4 LED-UV油墨在商业单张纸印刷和商业轮转印刷中的应用前景

近几年来，一部分单张纸印刷企业相继引进了LEDUV印刷设备，或者将原有的UV印刷设备改造成LEDUV印刷设备，实现了LED-UV油墨印刷。LED-UV印刷不仅保持了原有商业印刷品的色彩饱和度，还增加了耐摩擦、耐腐蚀、耐剐蹭等的优点，大幅度提升了印刷品质。同时，适印的印刷基材从普通的印刷纸张，扩展到了塑料薄膜、激光卡纸、特殊复合纸、玻璃纸等，选用范围更加广泛，不仅在书刊、旅游小册子、广告和期刊等高质量印品上取得了创新成就，有效拓宽了商业印刷市场，而且印刷效率显著提升，油墨使用量日益增多。

基于LED-UV胶印油墨和LED瞬间固化方式的商业轮转印刷，理论上不发生VOCs排放，无需保留为原有传统热固轮转印刷机配备的热固化通道装置，也无需为印刷车间配置除味设备或排风管道等辅助装置。从能耗方面看，LED固化灯的耗电功率约为高压UV固化汞灯的10%～30%，可节约70%～90%电量。从安全环保方面看，LED灯既不含汞，也不会产生臭氧，比高压汞灯安全环保；由于无需天然气燃烧，印刷企业不必重新考虑尾气的无害化处理，使其更容易达到国家政策要求，也更有利于今后持续获得良好的经济效益和社会效益。

5 结语

随着新一代LED光源固化技术的发展与应用，LEDUV胶印油墨研发人员逐步突破技术瓶颈，创新性地将传统油墨中热固（或冷固）轮转油墨和UV油墨的各自优点结合在一起，促进UV油墨性能的不断完善及其应用范围的进一步扩大；将印刷效果和环保概念有机地结合在一起，真正走在绿色环保印刷的前沿。