光固化技术

 在过去几年中，有一项新技术已经进入人们的视 野，但还未引起轰动，至少目前还没有，也没有太多 关于其使用情况的讨论。这项技术就是UV LED（紫外 线发光二极管）固化，它可能会对传统紫外线（UV） 固化油墨和上光油形成挑战。UV LED是发光二极管， 它的发光方式为场致发光，由半导体产生，而传统UV 固化是通过充入各种气体的灯发光来实现的。UV LED 光固化技术最早出现在drupa 2008印刷展上，主要用 于数字喷墨墨水的固化，还可以用于柔印或其他印刷 工艺的油墨。

UV LED光固化的支持者说，这是下一个时期要发 生的大事，它可以取代目前广泛使用的技术；其他人 则认为其普及尚需时日。不过有几个指标肯定有利于 UV LED光固化技术的普及：能耗比传统U V固化的要 低，而且L E D阵列具有更长的使用寿命。但是，它的 固化速度比较慢。

美国Phoseon公司生产的UV LED灯成功应用于标签 行业。由于标签印刷的速度越来越快，标签材料越来 越薄，而UV LED技术的优点在于不会产生太多的热量， 因此不会损坏薄薄的标签和对热敏感的承印材料。点亮LED阵列（在一个单元中有许多LED）所需的 能量比点亮U V灯所需的能量明显要低。由于这种差 异，UV LED需要放在相当接近承印材料的地方，距离 承印材料5～10 m m处，最远的也只有25 m m。而U V灯使用反光板，在离承印材料约53 m m处聚焦成单一光 束。L E D是泛光灯，它可以向四处发光，离承印材料 越远，照到承印材料上的光线就越少。

与传统UV灯相比，UV LED有两个优点：第一个优 点是可以随意开关L E D灯，当标签从光束下通过时， 可以在几微秒的时间内将其关闭。它还可以闪烁发 光，在需要的时候打开，在不需要的时候关闭，节 省能源和成本。第二个优点是固化速度可以提高到 150 m/min。

Phoseon公司成立于2002年，专门从事UV LED灯 的制作。其他很多公司既有L E D灯也有传统灯具，因 为有很多不适用LED的应用场合。Phoseon公司的主要 市场在喷墨印刷行业，但也正在快速进入黏合剂领域 及涂覆、木地板等行业。LED只是Phoseon公司的部分 产品，只占公司整个业务的10%。其他还有制作LED的 能力，把L E D装在系统中保持冷却，以便随时增加其 功率。L E D阵列是封装在一个有印刷电路板和冷却装 置的系统中，冷却方式可以是风冷，也可以是水冷。 L E D本身会产生大量的热量，必须以某种方式把热量 排出。

从技术上讲，UV固化油墨在固化后是固体而不是 液体，UV激发光引发剂与混合物中的其他颗粒产生链 接，引起聚合反应而固化，形成固体并“干燥”。传 统的U V固化利用了200～450 n m的整个紫外光谱，而U V L E D只集中在紫外光谱中一个狭窄的范围，通常 是395～405 nm。目前UV油墨虽然有一些是在365 nm处 固化的（主要是UV-A的范围），但大多数还是集中在 395 nm左右，这是固化的最佳点。

美国太阳化学公司有生产UV LED油墨，但还没有 产生太大的效益，目前主要生产喷墨墨水和丝网印刷 油墨，在一般的印刷应用场合，其印刷效果还不够完 美。这家公司对UV LED固化技术非常有兴趣，但从油 墨制造商的角度来看，这项技术还是存在一些问题， 其中一个问题就是如何获取U V的能量。L E D光源是单 色光，通常在390～400 n m的范围内工作，这是可见 能量的开始处，越接近可见光，就越容易出现不希望 有的固化问题。典型的水银蒸气灯产生的紫外线能量 效率不够高，只有大约20%的能量产生紫外线，而有 20%是可见能源，40%是热量。L E D会把所有功率都转 换到需要得到的那部分。不过标准的水银蒸气灯可以 通入大量的能量，发射更多的能量。

标准的紫外线灯泡发出的紫外线光谱为200～ 400 n m，有一些不需要的辐射能，但可以被利用。让 不同的光引发剂做不同的事情，包括它们自己要做的 和希望它们做的。油墨中的颜料也会传输能量，所以 有些颜料的固化会比其他颜料会好一些。

除了油墨，还有光油。光油通常是用来实现某种 表面效果的。U V L E D灯产生的能源类型不能很好地 固化表面。很难用UV LED灯获得很好固化的UV光油膜 层。另一个问题是，能产生表面固化的光引发剂不能 很好地吸收能量。

尽管如此，这项新技术以后还是有可能会用到其 他领域的，这项技术肯定会在某些地方得到提高，从 而被更广泛地接受。

至于固化速度，有人说采用UV LED的印刷速度会 受到限制，U V LED的功率相对较低，但可以安置很 多模块来提高功率。在增加功率的时候就要有冷却 UV LED的设备。因此，需要权衡一下总成本，增加UV LED装置是不是真有意义？

与标准的UV固化油墨相比，UV LED固化油墨的价格会高一些。在油墨中要加入更多的光引发剂，这些 成分通常都比较贵。

美国好乐UV公司是德国好乐股份公司的分公司， 也制造UV固化系统、传统的产品以及UV LED产品。这 家公司为EFI Jetrion公司的数字喷墨标签印刷机提 供U V固化设备。E F I公司自己制造墨水，既可以用传 统的紫外线固化，也可以用UV LED固化。Jetrion使 用UV LED固化白色油墨、传统的其他颜色的UV油墨。 Jetrion系统先印白墨，然后印CMYK印刷色。白墨是 由二氧化钛制成的，二氧化钛是大分子，和黑墨一样 都是用其他能源辐射系统进行固化时会产生问题的 油墨。Jetrion采用UV LED对白墨进行固化的过程被 称为固定（pinning），其中辐射能使油墨的黏度提 高，但不能完全使其固化。经过固定，后续在白墨上 印刷就容易很多。

U V L E D系统所产生的热量从LED阵列的背面排 出，因此需要通过风冷或水冷装置，冷却需要的功率 也要算在L E D的账上。有业内人士推测，由于使用冷 却系统的能量可能会削弱UV LED固化使用较少能源的 说法。但系统制造商认为，冷却系统的功耗再大也不 会大到接近传统UV系统所需的功率。

大多数油墨制造商正在或已经开始研发UV LED墨 水系统，并在市场上推出了一些产品，如盛威科和 INX国际公司。在2009年芝加哥的全美印艺展上，INX 国际公司展示了一台短版的窄幅轮转UV LED印刷机， 以20 m/min的固化速度一次走纸输出。最近，该公司 展出了LED-INX墨水，这是一种UV固化的颜料型喷墨 墨水，正处于开发阶段。

EFI除了Jetrion的数字喷墨印刷机，还制造威 特宽幅U V喷墨系统。该公司最近宣布，已经选择 Phoseon公司为威特喷墨打印机提供固化设备。推出 的EFI威特GS3250LX UV固化打印机重新定义了性能和 功能标准，UV LED灯提供了以前用传统的水银灯无法 向用户提供的独特功能。Phoseon公司的FireJet产品 在超宽幅面打印机产品的成功应用，说明UV LED系统 供应商已经能够应对严格的技术、可靠性和性能的挑战。作为EFI威特的一个技术供应商，Phoseon公司需 要提供专门按EFI的规格定制的解决方案。

另一家宽幅喷墨打印机制造商日本罗兰公司也推 出了64 in的VersaUV LEJ-640 UV LED组合式喷墨打印 机。LEJ-640利用该公司的VersaUV技术，能够在大多 数承印材料上打印C、M、Y、K、白色和透明色，从卷筒 材料到0.5 i n厚的板材，打印具有特殊效果和整饰效 果的图形。作为该公司最新的VersaUV系列中的产品， LEJ-640可以在包括瓦楞纸板、泡沫板和其他硬质材料 上制作包装模型和特种印刷。LEJ-640也可以在各种软 包装材质上打印和模拟压凸效果，可以在各种用作印 刷机打样样张、模板、宽幅标示牌、销售点广告、橱窗 显示和室内装饰项目所用的材料上打印。安全使用的 UV-LED灯，既高效又节能，还无需预热时间。

德国贺利氏特种光源公司也推出了UV LED系统， 称为NobleCure。这个系统的波长为395 nm，辐射功 率至少为4 W/c m2。由于照射的窗口面积近40 c m2，产 生的总能量大约为200 W。这有效的辐射能力因采用 最先进的微透镜技术而得以实现。这种镜头能够形成 光束，增加UV LED系统的解偶联效率达50%以上。辐 射基本保持稳定，甚至在要固化材料处在不同距离时 也只有轻微的下降。因此，NobleCure可以在与承印 材料不同的距离上工作，而不需要重新调整系统的位 置。它可以实现365～405 n m的波长范围，因此可以 用于各种胶黏剂的固化和数字印刷的应用。与传统的UV灯相比，UV LED灯具有较长的使用寿 命。从使用寿命长的角度说，L E D表现极佳。有几家 公司在连续不停运行的情况下，LED使用已经达到2万 h以上，而且还在继续使用。以前LED灯具生产厂家都 声称灯具的寿命为1万h，现在都说是1.5万h。

UV LED市场的发展相当不错，它在一些市场中还 是有优势的，但是这个优势目前并不大。随着时间的 推移，会有越来越多的人了解它，会有很多人愿意尝 试新的东西。很多人推测UV LED固化技术会取代传统 的UV固化技术。它具有更高的能源效率、降低维护需 求的优势，这等同于节约了成本，加上其符合环保要 求，这就宣告了效率较低的水银紫外线灯具技术的结 束。至于这个系统会不会用在窄幅印刷机领域？业内 人士似乎都很乐观。柔性版印刷机可以用它进行可变 信息印刷。UV LED在以后也会在数字印刷、柔性版印 刷等领域中使用。