UV-LED油墨在软包装凹版印刷中的应用研究

黄拾中

中山市中益油墨涂料有限公司 广东 中山 528400

摘要：在包装印刷产业中，软包装凹版印刷污染最大，溶剂型凹版油墨含有大量的甲苯、甲醛、甲醇等有毒有害的挥发性有机物，对环境污染严重，危及操作者的身体健康。除溶剂挥发外，印刷生产中墨层还需红外加热才能干燥，能耗大，同时溶剂的大量挥发也会造成印刷网点的塌陷，印刷精细图案存在困难无溶剂软包装凹版印刷工艺先进，环保节能，可以取代传统溶剂型印刷，从源头上解决软包装凹印企业的VOCs治理难题，促进产业转型升级。

关键词：VOCs；软包装；凹版印刷；UV-LED油墨；环保节能

引言：

当前条件下，国内软包装凹版印刷存在的高VOCs排放、环境污染大的现状，拟制备一种适合软包装凹版印刷的环保节能UV-LED油墨，并在现有的凹版印刷机结构基础上进行改进设计，优化制版工艺，加装适配的UV-LED固化光源，构建一套采用UV-LED光源固化色墨的凹版印刷系统。通过调整工艺参数，优化油墨在承印物聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等基材上的固化速度、附着力、柔韧性、耐磨性、耐化学性和耐候性等，在保证印刷质量的前提下，实现无溶剂零VOCs排放以及节能降耗的目的。

1试验部分

1.1试验原料

原料主要包含有：联苯胺黄（12号）、洋红（PR57∶1）、酞菁蓝（PB15∶3）、无机炭黑，工业级，科莱恩化工（中国）有限公司；双酚A环氧丙烯酸酯树脂（EA）、改性聚酯丙烯酸酯树脂（PEA）、改性环氧丙烯酸酯树脂（EA）、氟改性聚氨酯丙烯酸酯树脂（PUA），工业级，广东博兴新材料科技有限公司；丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯（EOEOEA）、二乙二醇二丙烯酸酯（DEDGA），工业级，中山市千佑化学材料有限公司；2-苄基-2-二甲基氨基-1-（4-吗啉苯基）丁酮（光引发剂369）、1-羟基环己基苯基甲酮（光引发剂184）、2-异丙基硫杂蒽酮（ITX）、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化磷（TPO），工业级，天津久日新材料股份有限公司；聚酯型多链体高分子聚合物性分散剂（EFKA-7701）、氟碳改性聚丙烯酸酯（EFKA-3772），工业级，埃夫科纳助剂（江苏）有限公司；纳米碳酸钙（CaCO₃），工业级，美国美利肯化工集团有限公司；聚酯薄膜（PET）、聚丙烯薄膜（OPP/CPP）、聚乙烯薄膜（PE），工业级，广东亿盛塑料薄膜有限公司。

1.2试验仪器

LT202E型电子天平，常熟市天量仪器有限责任公司；GJ-2S型高速研磨机，青岛海通达专用仪器有限公司；UV-2501PC型紫外可见分光光度计，日本岛津公司；UPP3-114型UV-LED固化光源，依瓦塔（上海）精密光电有限公司；SAY1000C6-LEDUV型四色层叠式无溶剂凹版印刷机，中山松德印刷机械有限公司。

1.3试验制备

按照质量百分比称量树脂连接料、光引发剂、润湿分散剂放入搅拌器，混合充分得到混合物A；按照质量百分比称量颜料加入混合物A中，高速搅拌得到混合物B；在混合物B中加入流平剂、填料，继续搅拌得到混合物C；将混合物C在三辊机上进行充分研磨，研磨至规定的细度（5μm以下），制成半成品D，再加入丙烯酸酯单体，充分搅拌均匀，用200目网纱过滤，产品密封装罐，制得UV-LED油墨。

2研究结果和讨论

2.1技术方案

确定预聚物、单体和助剂的选择，进行UV-LED油墨的配方设计。确定与颜料、光引发剂匹配的UV-LED光源波长及最低光能量要求，设计UV-LED固化装置。凹印机的改进设计，包括改进制版工艺，在各色组相邻的两过渡辊之间加装UV-LED固化装置等。将制备的UV-LED油墨在凹版印刷机上进行生产试验，检测油墨的固化速度、附着力、柔韧性、光泽度、耐磨性、耐化学性及耐候性等，通过优化油墨配方和调整印刷工艺参数，使印刷质量达到批量生产要求，从而实现环保节能的软包装凹版印刷。

2.2配方设计

2.2.1颜料和光引发剂的光谱吸收特性分析

UV-LED油墨中的颜料对辐射的紫外光存在一定的吸收和反射现象，从而减少光引发剂的吸光量，降低油墨体系的固化速度。但颜料在光源辐射光谱范围内存在吸光能力相对较弱的区域，被称为颜料的“透光窗口”。因此在光引发剂的选择上，要充分利用颜料的透光窗口，使颜料的吸光波长范围与光引发剂的光谱吸收峰不相重叠。由于UV-LED光源的波峰狭窄，选择与颜料透光窗口匹配的光引发剂至关重要，光引发剂的光谱吸收峰在颜料透光窗口范围内越多，对紫外光的吸收能力就越强，UV-LED油墨的固化速度就越快。

2.2.2预聚物的选择

预聚物属于感光类树脂，构成油墨的基本骨架，是油墨体系中的成膜物质，油墨的基本性能主要是由预聚物树脂所决定。油墨的主要性能，如固化速度、附着力、柔韧性、硬度、耐化学性和耐候性等都与预聚物的光聚合反应程度有关。可供UV-LED油墨选用的预聚物树脂的种类很多，主要有双酚A环氧丙烯酸酯树脂、改性聚酯丙烯酸酯树脂、改性环氧丙稀酸酯树脂、氟改性聚氨酯丙烯酸酯树脂等，不同丙烯酸酯树脂的结构和基本性能有所差异，可以通过添加稀释单体或其他助剂对其性能进行调整。

2.2.3单体的选择

单体和预聚物共同组成UV-LED油墨的连接料。单体用来调节油墨体系的黏度，还要参与油墨体系的光固化反应，影响到油墨的聚合程度、光固化性能以及所生成聚合物的性质等。单体的选择上要考虑固化速度、黏度和安全性能，一般要求黏度低、固化速度快、毒性小，对承印材料有良好的附着性等^[1]。丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯（EOEOEA）、二乙二醇二丙烯酸酯（DEDGA）等丙烯酸基单体由于具有较快的光固化速度，现已广泛应用于辐射光固化类油墨的制备，适合作为UV-LED油墨的单体。

2.2.4助剂的选择

助剂包括润湿分散剂、填料、流平剂等，主要用来改善UV-LED油墨的印刷适性，达到最佳的印刷效果。润湿分散剂可选用聚酯型多链体高分子聚合物分散剂，填料可选用纳米碳酸钙，流平剂可选用氟碳改性聚丙烯酸酯等^[2]。

2.3凹印机改进设计

2.3.1优化制版工艺

传统凹版印刷油墨由于含有大量的有机溶剂，为了保证油墨的色浓度，印版的雕刻深度在35~60μm，为此需要使用较多的油墨，而且有机溶剂挥发严重，造成环境污染及承印物表面VOCs残留超标^[3]。UV-LED油墨由于不含有机溶剂，在同等色浓度条件下，印版的雕刻深度可降低到18~30μm，不仅可以节约油墨的使用量，还因油墨层的减薄，固化时间明显缩短。

2.3.2加装UV-LED固化装置

在现有凹版印刷机结构基础上，通过在各色组相邻的两过渡辊之间加装UV-LED固化装置4，来实现对承印物的干燥。

结语：

UV-LED油墨不含有机溶剂，无VOCs排放，采用UV-LED冷光源固化，省去了传统的电、气、油等加热烘干方式，可节能70%以上。无溶剂凹版印刷机由于取消了烘道设计，机器长度降低了50%，减少走料长度30%，印刷路径短，承印物运行稳定不变形，印刷精度高，网点清晰，印刷质量经检测已达到批量生产要求。UV-LED软包装凹版印刷工艺先进，环保节能。

参考文献：

[1]王学林,聂勇,岳长德,李国伟.食品软包装塑料凹版印刷聚氨酯油墨的研制[J].广州化工,2018,46(02):69-71.

[2]王学林,聂勇,岳长德,李国伟.用于食品软包装塑料凹版印刷聚氨酯油墨连接料的研制[J].河南科技,2018(02):73-74.

[3]林畅茂.软包装印刷发展引发的冷思考[J].中国印刷,2016(11):50-52.