在過去幾年中,有一項新技術已經進入人們的視野,并引起越來越多人的關注和討論。這項技術就是UV LED固化,它可能會對傳統(tǒng)紫外線(UV)固化油墨和上光油形成挑戰(zhàn)。UV LED是發(fā)光二極管,它的發(fā)光方式為場致發(fā)光,由半導體產生,而傳統(tǒng)UV固化是通過充入各種氣體的燈發(fā)光來實現的。UV LED光固化技術最早出現在drupa 2008印刷展上,主要用于數字噴墨墨水的固化,還可以用于柔印或其他印刷工藝的油墨。
UV LED光固化的支持者說,這是下一個時期要發(fā)生的大事,它可以取代目前廣泛使用的技術;其他人則認為其普及尚需時日。不過有幾個指標肯定有利于UV LED光固化技術的普及:能耗比傳統(tǒng)UV固化的要低,而且LED陣列具有更長的使用壽命。不過,它的固化速度有待進一步提升。
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美國Phoseon公司
美國Phoseon公司生產的UV LED燈成功應用于標簽行業(yè)。由于標簽印刷的速度越來越快,標簽材料越來越薄,而UV LED技術的優(yōu)點在于不會產生太多的熱量,因此不會損壞薄薄的標簽和對熱敏感的承印材料。
點亮LED陣列(在一個單元中有許多LED)所需的能量比點亮U V燈所需的能量明顯要低。由于這種差異,UV LED需要放在相當接近承印材料的地方,距離承印材料5~10 mm處,最遠的也只有25 mm。而UV燈使用反光板,在離承印材料約53 mm處聚焦成單一光束。LED是泛光燈,它可以向四處發(fā)光,離承印材料越遠,照到承印材料上的光線就越少。
與傳統(tǒng)UV燈相比,UV LED有兩個優(yōu)點:第一個優(yōu)點是可以隨意開關LED燈,當標簽從光束下通過時,可以在幾微秒的時間內將其關閉。它還可以閃爍發(fā)光,在需要的時候打開,在不需要的時候關閉,節(jié)省能源和成本。第二個優(yōu)點是固化速度可以提高到150 m/min。
Phoseon公司成立于2002年,專門從事UV LED燈的制作。它的主要市場在噴墨印刷行業(yè),但也快速進入黏合劑領域及涂覆、木地板等行業(yè)。LED只是Phoseon公司的部分產品,只占公司整個業(yè)務的10%。它有制作LED的能力,把LED裝在系統(tǒng)中保持冷卻,以便隨時增加其功率。LED陣列是封裝在一個有印刷電路板和冷卻裝置的系統(tǒng)中,冷卻方式可以是風冷,也可以是水冷。LED本身會產生大量的熱量,必須以某種方式把熱量排出。
從技術上講,UV固化油墨在固化后是固體而不是液體,UV激發(fā)光引發(fā)劑與混合物中的其他顆粒產生鏈接,引起聚合反應而固化,形成固體并“干燥”。傳統(tǒng)的UV固化利用了200~450 nm的整個紫外光譜,而UV LED只集中在紫外光譜中一個狹窄的范圍,通常是395~405 nm。目前UV油墨雖然有一些是在365 nm處固化的(主要是UV-A的范圍),但大多數還是集中在395 nm左右,這是固化的最佳點。
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美國太陽化學公司
美國太陽化學公司有生產UV LED油墨,主要生產噴墨墨水和絲網印刷油墨,在一般的印刷應用場合,其印刷效果還不夠完美。這家公司對UV LED固化技術非常有興趣,但從油墨制造商的角度來看,這項技術還是存在一些問題,其中一個問題就是如何獲取UV的能量。
LED光源是單色光,通常在390~400 nm的范圍內工作,這是可見能量的開始處,越接近可見光,就越容易出現不希望有的固化問題。典型的水銀蒸氣燈產生的紫外線能量效率不夠高,只有大約20%的能量產生紫外線,而有20%是可見能源,40%是熱量。LED會把所有功率都轉換到需要得到的那部分。不過標準的水銀蒸氣燈可以通入大量的能量,發(fā)射更多的能量。
標準的紫外線燈泡發(fā)出的紫外線光譜為200~400 nm,有一些不需要的輻射能,但可以被利用。讓不同的光引發(fā)劑做不同的事情,包括它們自己要做的和希望它們做的。油墨中的顏料也會傳輸能量,所以有些顏料的固化會比其他顏料會好一些。
除了油墨,還有光油。光油通常是用來實現某種表面效果的。UV LED燈產生的能源類型不能很好地固化表面。很難用UV LED燈獲得很好固化的UV光油膜層。另一個問題是,能產生表面固化的光引發(fā)劑不能很好地吸收能量。
盡管如此,這項新技術以后還是有可能會用到其他領域的,這項技術肯定會在某些地方得到提高,從而被更廣泛地接受。
至于固化速度,有人說采用UV LED的印刷速度會受到限制,UV LED的功率相對較低,但可以安置很多模塊來提高功率。在增加功率的時候就要有冷卻UV LED設備。因此,需要權衡一下總成本,增加UV LED裝置是不是真有意義?
與標準的UV固化油墨相比,UV LED固化油墨的價格會高一些。在油墨中要加入更多的光引發(fā)劑,這些成分通常都比較貴。
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美國EFI Jetrion公司
美國好樂UV公司是德國好樂股份公司的分公司,也制造UV固化系統(tǒng)、傳統(tǒng)的產品以及UV LED產品。這家公司為EFI Jetrion公司的數字噴墨標簽印刷機提供UV固化設備。EFI公司自己制造墨水,既可以用傳統(tǒng)的紫外線固化,也可以用UV LED固化。Jetrion使用UV LED固化白色油墨、傳統(tǒng)的其他顏色的UV油墨。
Jetrion系統(tǒng)先印白墨,然后印CMYK印刷色。白墨是由二氧化鈦制成的,二氧化鈦是大分子,和黑墨一樣都是用其他能源輻射系統(tǒng)進行固化時會產生問題的油墨。Jetrion采用UV LED對白墨進行固化的過程被稱為固定(pinning),其中輻射能使油墨的黏度提高,但不能完全使其固化。經過固定,后續(xù)在白墨上印刷就容易很多。
UV LED系統(tǒng)所產生的熱量從LED陣列的背面排出,因此需要通過風冷或水冷裝置,冷卻需要的功率也要算在LED的賬上。有業(yè)內人士推測,由于使用冷卻系統(tǒng)的能量可能會削弱UV LED固化使用較少能源的說法。但系統(tǒng)制造商認為,冷卻系統(tǒng)的功耗再大也不會大到接近傳統(tǒng)UV系統(tǒng)所需的功率。
大多數油墨制造商正在或已經開始研發(fā)UV LED墨水系統(tǒng),并在市場上推出了一些產品,如盛威科和INX國際公司。在2009年芝加哥的全美印藝展上,INX國際公司展示了一臺短版的窄幅輪轉UV LED印刷機,以20 m/min的固化速度一次走紙輸出。最近,該公司展出了LED-INX墨水,這是一種UV固化的顏料型噴墨墨水,正處于開發(fā)階段。
EFI除了Jetrion的數字噴墨印刷機,還制造威特寬幅UV噴墨系統(tǒng)。該公司曾經宣布,已經選擇Phoseon公司為威特噴墨打印機提供固化設備。推出的EFI威特GS3250LX UV固化打印機重新定義了性能和功能標準,UV LED燈提供了以前用傳統(tǒng)的水銀燈無法向用戶提供的獨特功能。Phoseon公司的FireJet產品在超寬幅面打印機產品的成功應用,說明UV LED系統(tǒng)供應商已經能夠應對嚴格的技術、可靠性和性能的挑戰(zhàn)。
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日本羅蘭公司
寬幅噴墨打印機制造商日本羅蘭公司也推出了64 in的VersaUV LEJ-640 UV LED組合式噴墨打印機。LEJ-640利用該公司的Ver saUV技術,能夠在大多數承印材料上打印C、M、Y、K、白色和透明色,從卷筒材料到0.5 in厚的板材,打印具有特殊效果和整飾效果的圖形。
作為該公司最新的VersaUV系列中的產品,LEJ-640可以在包括瓦楞紙板、泡沫板和其他硬質材料上制作包裝模型和特種印刷。LEJ-640也可以在各種軟包裝材質上打印和模擬壓凸效果,可以在各種用作印刷機打樣樣張、模板、寬幅標示牌、銷售點廣告、櫥窗顯示和室內裝飾項目所用的材料上打印。安全使用的UV-LED燈,既高效又節(jié)能,還無需預熱時間。
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德國賀利氏特種光源公司
德國賀利氏特種光源公司也推出了UV LED系統(tǒng),稱為NobleCure。這個系統(tǒng)的波長為395 nm,輻射功率至少為4 W/cm2。由于照射的窗口面積近40 cm2,產生的總能量大約為200 W。
這有效的輻射能力因采用最先進的微透鏡技術而得以實現。這種鏡頭能夠形成光束,增加UV LED系統(tǒng)的解偶聯效率達50%以上。輻射基本保持穩(wěn)定,甚至在要固化材料處在不同距離時也只有輕微的下降。因此,NobleCure可以在與承印材料不同的距離上工作,而不需要重新調整系統(tǒng)的位置。它可以實現365~405 nm的波長范圍,因此可以用于各種膠黏劑的固化和數字印刷的應用。
與傳統(tǒng)的UV燈相比,UV LED燈具有較長的使用壽命。從使用壽命長的角度說,LED表現極佳。有幾家公司在連續(xù)不停運行的情況下,LED使用已經達到2萬h以上,而且還在繼續(xù)使用。以前LED燈具生產廠家都聲稱燈具的壽命為1萬h,現在都說是1.5萬h。
UV LED市場的發(fā)展相當不錯,它在一些市場中還是有優(yōu)勢的。隨著時間的推移,會有越來越多的人了解它,會有很多人愿意嘗試新的東西。
很多人推測UV LED固化技術會取代傳統(tǒng)的UV固化技術。它具有更高的能源效率、降低維護需求的優(yōu)勢,這等同于節(jié)約了成本,加上其符合環(huán)保要求,這就宣告了效率較低的水銀紫外線燈具技術的結束。至于這個系統(tǒng)會不會用在窄幅印刷機領域?業(yè)內人士似乎都很樂觀。柔性版印刷機可以用它進行可變信息印刷。UV LED在以后也會在數字印刷、柔性版印刷等領域中使用。
隨著世界范圍內對環(huán)境保護的日益重視和綠色科技的蓬勃發(fā)展,特別是最近國家對日益突出的環(huán)保問題嚴打落實; UV光固化和EB固化壓敏膠技術因實現“可持續(xù)發(fā)展的零排放”,屬于典型的新材料,有可能完全替代傳統(tǒng)的溶劑型和水性壓敏膠,是壓敏膠行業(yè)創(chuàng)新的主要方向。其體系的高效性和產品的優(yōu)良性也是該技術得以快速發(fā)展的重要原因。
君子之膠網特邀請了UV光固化和EB固化壓敏膠行業(yè)專家:包括楊玉昆博士、呂鳳亭博士、洪嘯吟博士、傅和青教授、蔡展彰教授等專家;聯合各大行業(yè)平臺、協會、企業(yè)等在“2017年第31屆中國國際塑料橡膠展覽會(5月16-18日)”期間同步舉辦“UV光固化及EB固化壓敏膠發(fā)展峰會”,旨在為中國綠色壓敏膠行業(yè)上中下游企業(yè)搭建一個垂直化交流平臺,為行業(yè)帶來最前沿的政治方向、技術工藝以及發(fā)展模式探討,促進壓敏膠行業(yè)的良性發(fā)展。
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