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UV LED技术在印刷领域的应用
来源: 时间:2014-03-25 阅读次数:2578
内容摘要: 所谓UV LED技术是指通过专门设计使LED(Light-Emitting Diode)能发出一个完整连续紫外光带,满足不同领域对紫外线光源的需要。随着此项技术的不断发展,已有电子、印刷、医疗等多个领域开始使用该项技术。UV LED技术在印刷领域的发展...
  

所谓UV LED技术是指通过专门设计使LEDLight-Emitting Diode)能发出一个完整连续紫外光带,满足不同领域对紫外线光源的需要。随着此项技术的不断发展,已有电子、印刷、医疗等多个领域开始使用该项技术。UV LED技术在印刷领域的发展尤为突出,短短几年时间,各大知名印刷机制造商纷纷推出自己的UV LED印刷机。印刷机类型更是覆盖了从丝网印刷、凸版标签印刷、数码喷墨印刷、单张纸胶印印刷等几乎所有的印刷方式。20135月北京全印展日本利优比公司展出了UV LED单张纸胶印印刷机并现场演示印刷效果,在印速16500/小时情况下,印品固化良好,与传统UV固化相比毫不逊色。UV LED技术符合现在提倡的环保、低碳经济的理念,在印刷领域必将有更大的发展。

1.  UV LED技术在印刷领域的发展过程

2008德国杜塞尔多夫德鲁巴展会上INX数字公司展示了一套UV LED数码喷墨印刷系统引起轰动。该系统是全球首套使用UV LED技术的印刷设备,无需惰性气体固化氛围,能以超过每分钟24米的速度走纸,通过固化装置一次完成四色印刷。一年后,2009 6 三菱重工开始销售LED-UV油墨干燥系统。该系统非常适合安装在大幅面(DIAMOND V3000系列)单张纸印刷机合串联翻转胶印机上,并能显著降低印刷过程中的能源消耗量。20118月美国丝网印刷机厂商Empire Screen Printing 推出全新LED固化丝网印刷机。2012德鲁巴展会上Phoseon Technology 公司展示一台TL2024 UV LED喷墨数码印刷机,Ardeje 公司展示一台配置UV LEDA1000打印机,Atlantic Zeiser 公司演示一台配置UV LEDPersoline4C-GAMMA喷墨数码印刷机。在此期间,高宝、曼罗兰等知名印刷机制造商也纷纷推出UV LED配套方案。2013年利优比924型单张纸胶印印刷机使用UV MEGA CURE LED 油墨进行演示,固化效果良好。

2008年全球首台UV LED数码印刷机到2013年利优比924型单张纸胶印印刷机,短短5年时间UV LED技术在印刷领域蓬勃发展,这有赖于UV LED技术自身的发展。据瑞士Bern University 应用科学印刷技术学院调查1999UV LED技术有效功率小于10%,十年后有效功率超过50%。光照强度由1W/cm2提高到超过10 W/cm2。价格也是直接影响该技术能否普及的关键,十年间每瓦UV LED的售价降低了26倍。随着UV LED技术的日臻成熟必将在下游产业广泛使用。

2.  UV LED 技术的关键

UV LED 技术用于印刷领域主要应用是固化设备和与之配套的墨水、油墨。全球首款UV LED数码喷墨印刷系统也是INX数字公司与LED专业固化的Summit UV公司合作开发了EVOLVE UV第一款UV LED固化的油墨,而Summit UV公司独自研发了“黑钻365系列” UV LED固化设备。只要在原有印刷设备上加装UV LED固化装置并配合使用相适应的油墨,就完成了印刷设备UV LED的升级改造。

UV LED固化装置是整个UV LED印刷系统的关键技术。传统中压汞灯的主要波峰在365nm 313nm 303nm,而且是连续的光谱从200nm400nm之间都有紫外线发射。目前LED只有在365nm 385nm 405nm等几个很窄的波段发射紫外线,这就限制了LED的使用范围。国外一些研究人员正在研发在中紫外范围发射紫外线的LED芯片,247nm210nm波长的芯片已经研发成功,这一成果的应用使得UV LED固化设备可以在多个波长发射近似连续光谱,从而模拟中压汞灯发射的连续光谱。这对光化学研究和光固化应用具有十分重要的意义。UV LED芯片研发与制造的核心技术目前主要由日亚化学(Nichia)、台湾旭明光电(SemiLEDs)以及首尔半导体(SeoulSemiconductor)三家掌握且占有较高的市场份额。日本凭借其在蓝光LED领域的优势,UV LED方面的进展举世瞩目,尤其是日亚公司,365nm UV LED的研究上遥遥领先,美国在深紫外的研究方面领先,但是近年已经被日本超越。UV LED固化装置的设计和生产需要考虑LED在工作时会释放大量的热,需要为其加装冷却系统。目前普遍加装空冷却和水冷却系统,印刷设备的固化装置由于模块较多且结构紧凑因此加装水冷却系统,这大大增加了固化装置的设计难度。研发生产UV LED固化装置主要是美国Phoseon Technology 公司、韩国SMT公司及日本岩田IWATA公司领先。虽然国内在LED芯片方面有一些研究但没有规模化生产主要还是依赖进口。

UV LED油墨为了适应其固化装置的光谱特性也不同于普通UV油墨其中包含了许多核心技术最重要的还是光引发剂。普通UV油墨一般使用的光引发剂具有较宽泛的吸收区间,如表1所示。选择搭配时要考虑光引发剂与颜料对紫外光的争夺,因此光引发剂的吸收峰最好处于颜料吸收紫外光相对较弱的“透光窗口”。而LED固化装置只发射特定波长的紫外光且光谱较窄,这需要LED光引发剂具有更强的吸光能力和更高的反应效率,同时吸收峰要与发射波长相匹配。目前国内对光引发剂的研究取得了一些进展部分成果申请了专利。

 

光引发剂名称

吸收峰(nm

907

220-245  260-325

369

230-250   324-335

TPO

295  368  380  393

819

270-300  360-370  405

651

240-270  315-360

BP

245-265  330-370

ITX

240-270  380-430

1:常用光引发剂的吸收峰

3UV LED技术的优势与不足

UV LED技术与传统UV相比

1.  能耗更低,耗电量仅为传统汞灯固化装置的10%

2.  寿命更长,相当于传统汞灯寿命的10倍;

3.  冷光源适用于对热敏感的承印物如:热敏纸、塑料薄片上的固化;

4.  无需预热过程,可直接开关且不影响寿命;

5.  不释放臭氧,不发射UVC,环境更友好;

UV LED技术在印刷领域的应用仍有不足之处:1)单片LED的发光功率还比较低,且远距离照射衰减较高,因此固化装置需要紧挨承印物放置,造成印刷机结构更加紧凑,不利于工人操作;2)多LED芯片阵列之后辐照不均匀,影响油墨干燥的一致性;3)散热量大的问题,单片LED产生热量较少,但多LED阵列后单位内积累产生的热量要比单片的大好几倍,因此需要加装冷却系统。这样使设计制造更加复杂,同时价格更加昂贵。

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