環(huán)保部在2016年12月13日印發(fā)的《國(guó)家先進(jìn)污染防治技術(shù)目錄（VOCs防治領(lǐng)域）》中，篩選了一批VOCs污染防治的先進(jìn)技術(shù)。今天要給大家介紹的就是其中包裝印刷行業(yè)的氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)。

什么是UV固化技術(shù)

UV固化是指在UV燈的輻射光波照射下，UV油墨和UV光油發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，進(jìn)而使印品干燥的過(guò)程。使用UV油墨和UV光油時(shí)，需要配置UV固化裝置。在印刷墨層較厚時(shí)，各印刷機(jī)組之間需要安裝內(nèi)置UV固化裝置。目前在行業(yè)里常用的UV固化技術(shù)主要分為傳統(tǒng)UV固化技術(shù)與氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)兩種。


傳統(tǒng)UV固化技術(shù)

傳統(tǒng)UV固化技術(shù)是在固化裝置內(nèi)安裝了一個(gè)或數(shù)個(gè)水銀燈，波長(zhǎng)范圍是100～380nm。常用的水銀燈工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫和臭氧，因此UV固化裝置還配有冷卻和排除臭氧的裝置。為充分利用水銀燈的能量并保護(hù)人身安全及環(huán)境，整個(gè)UV固化裝置都是封閉在一個(gè)反射室中的。

在單張紙膠印機(jī)的UV固化裝置中，通常會(huì)采用輸出功率為100～120W/cm的氣體水銀燈，這種水銀燈的能量有效利用率只有25%，其余50%將轉(zhuǎn)化為紅外光，25%轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光。為防止承印材料（紙張）過(guò)熱或與輻射裝置接觸，需要安裝冷卻裝置并在UV固化裝置的下方安裝防護(hù)板（通常是采用涂布石英玻璃的紅外濾鏡）。

傳統(tǒng)UV固化技術(shù)的熱利用率低，電耗大；UV燈產(chǎn)生臭氧且散發(fā)熱量，需要配置排氣裝置；總體運(yùn)行成本高。

氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)

氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)是指在UV固化系統(tǒng)中建立相對(duì)密閉的空間，使用惰性氣體（主要是氮?dú)猓拭麨椤暗Ｗo(hù)”）充斥其中，從而極大的降低了空氣中的氧氣和水蒸汽對(duì)UV固化反應(yīng)的影響——氧氣和水蒸汽會(huì)參與UV固化反應(yīng)：損耗UV能量，產(chǎn)生臭氧和影響光敏劑化學(xué)反應(yīng)等。

“氮保護(hù)系統(tǒng)”使得UV固化效果極大的提高，從而極大的改善了傳統(tǒng)UV固化系統(tǒng)所固有的一系列問(wèn)題。此外，使得印刷工藝的可變性也得到了提高，即可以印刷更多豐富多彩的新設(shè)計(jì)、新效果，而不必?fù)?dān)心固化效果的影響。另一方面，正由于傳統(tǒng)UV固化系統(tǒng)的上述局限性，使得其無(wú)法突破目前的UV膠印速度上限，或應(yīng)用于卷筒紙高速凹印的UV固化。但這都可以由“氮保護(hù)系統(tǒng)”來(lái)解決。目前，“氮保護(hù)系統(tǒng)”主要應(yīng)用于卷筒紙的印刷（凹印或柔印），而針對(duì)膠印設(shè)備的全新“氮保護(hù)系統(tǒng)”也已由德國(guó)著名UV固化系統(tǒng)制造商IST公司開(kāi)發(fā)成功。而在印刷市場(chǎng)中，已被眾多歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的知名印刷企業(yè)采用（主要為凹印），并絕大部分用于煙包和食品包裝的印刷，而國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。


當(dāng)然，此新技術(shù)目前也有著設(shè)備改造成本和增加氮?dú)夤庀到y(tǒng)的局限性。但其“高效，低能耗，低排放”等的技術(shù)優(yōu)勢(shì)具有時(shí)代趨勢(shì)，并符合印刷工藝發(fā)展的世界潮流。

氮?dú)夤?yīng)技術(shù)

在阻隔氧氣的惰性氣體保護(hù)UV固化系統(tǒng)中，有兩種提供氮?dú)獾目赡芊椒ǎ簩⒌獨(dú)庋b在氣罐里，或使用氮生成劑。多數(shù)情況下，這由氧氣比例的需求量決定。從經(jīng)濟(jì)因素考慮，氮?dú)夤奘亲畛Ｓ玫难b備。投資氮?dú)馍善鞅仨毧紤]每小時(shí)產(chǎn)氣體積、每小時(shí)消耗的氣體體積、氣體的純度（如95%～99.999%的氮?dú)饧兌龋┑龋獨(dú)馍善鞯耐顿Y與消耗成本需要計(jì)算。因此，一個(gè)現(xiàn)成的氮?dú)夤蘅赡芨?jīng)濟(jì)。

新技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

采用阻隔氧氣的氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于生產(chǎn)速度高、節(jié)約成本、提高質(zhì)量、減少臭氧與VOCs。應(yīng)用這種技術(shù)可以獲得明顯優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域有：包裝印刷業(yè)（特別是使用鋁箔、紙張、卡紙、箔、鍍錫板的食品包裝）、家具工業(yè)（裝飾箔、木器涂層、模壓板材等）以及金屬涂布業(yè)。但應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，需要工作人員加強(qiáng)紫外線防護(hù)。這種技術(shù)也可用于膠印紙張傳送系統(tǒng)或立體部件涂布的固化。許多專(zhuān)家預(yù)測(cè)，基于阻隔氧氣的氮?dú)獗Ｗo(hù)UV固化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V。

視野拓展

據(jù)德國(guó)伊斯特-美茨公司的專(zhuān)家介紹，傳統(tǒng)UV固化技術(shù)由于需要冷卻水蒸氣，紫外燈裝置需要使用一個(gè)石英屏將其與印刷滾筒隔離開(kāi)來(lái)。隔離屏的存在，使固化燈的能量損失達(dá)25%～30%。伊斯特-美茨集團(tuán)研發(fā)的BLK-U系統(tǒng)對(duì)隔離屏作了改進(jìn)，大大提高了光輻射的能量。

傳統(tǒng)的UV技術(shù)和帶有阻隔氧氣氣體的UV固化技術(shù)并不難區(qū)分，主要看固化反應(yīng)周?chē)鷼怏w的組分是否發(fā)生了改變。傳統(tǒng)的UV固化反應(yīng)使用約20%的氧氣，約79%的氮?dú)狻⒊粞跖c水蒸氣的氣體組分。使用氮?dú)庾韪粞鯕獾募夹g(shù)，是小于1%的氧氣，多于99%的氮?dú)猓瑳](méi)有臭氧和水蒸氣。

氧分子通常分布在氧氣、臭氧和水蒸氣中。氧分子與紫外光油、紫外油墨和紫外黏合劑中的光引發(fā)劑及固化劑反應(yīng)相當(dāng)快。這將導(dǎo)致暴露于紫外光下的交聯(lián)反應(yīng)不徹底，從而出現(xiàn)小分子鏈或微小分子。只有使用過(guò)量的光引發(fā)劑和所謂的氧捕獲劑或合成引發(fā)劑，交聯(lián)反應(yīng)才能充分完成。如果空氣中水蒸氣與氧氣被替代或者減少，交聯(lián)反應(yīng)將更徹底，從而改進(jìn)印刷質(zhì)量。同時(shí)，光引發(fā)劑用量的減少，使得UV印刷油墨的配方更成熟。光引發(fā)劑會(huì)引發(fā)材料的收縮與起皺，光引發(fā)劑用量從10%減少至1%，將極大地減少材料收縮與起皺的狀況。伊斯特-美茨集團(tuán)推出的阻隔氧氣BLK燈，最重要的優(yōu)勢(shì)是取消將紫外輻射單元與承印材料表面分隔的石英屏裝置，紫外輻射裝置可以直接位于固化單元的中間。

相對(duì)于帶有石英屏的裝置，阻隔氧氣BLK燈的輻射功率有了顯著的提升。該系統(tǒng)裝備一個(gè)完整的水冷系統(tǒng)，不需要任何氣體的萃取，也沒(méi)有臭氧形成。氮?dú)夥乐沽顺粞醯男纬桑⑻峁┯欣诠袒沫h(huán)境。由于內(nèi)部通暢，不需要附加管道。連綿的過(guò)濾器可以延長(zhǎng)紫外燈和反應(yīng)器的使用壽命。將氮?dú)庋h(huán)器安裝在燈室內(nèi)部，也極大地縮小了燈組模塊的體積，相對(duì)之前通過(guò)附加盒安裝的形式更節(jié)省空間。體積縮小，使得這種技術(shù)可以應(yīng)用于更多類(lèi)型的印刷系統(tǒng)。阻隔氧氣實(shí)現(xiàn)了許多UV固化的革新，實(shí)現(xiàn)了使用UV輻射實(shí)現(xiàn)固化油墨、涂布與黏合的構(gòu)想。減少光引發(fā)劑的比例也為固化、顏料和添加劑提供了更多空間，并改善了材料收縮、底基的黏性，阻止了臭氧的形成。