UV涂料固化技術的最新應用與發展

文/楊柳

與傳統替代品相比，UV LED 固化具有可持續性、生產率提高、可靠性更高等諸多優勢。難怪這么多的加工商都在采用它。UV LED固化技術正處于發展中，許多人說它正在成為行業的默認解決方案。能源效率、降低成本、提高生產力……這些只是在談論該技術時提到的一些優勢，但未來真的像看起來那樣光明嗎？

GEW將自己描述為該行業的領先公司，在英國和愛爾蘭擁有約90%的市場份額。同一地區的銷售經理杰米·尼爾解釋了該技術的優勢。“能源使用和成本是主要因素，目前，UV LED最受關注的好處是減少能源使用，從而降低公司的運營成本。與同類UV弧光燈相比，UV LED系統將使用最多70%的能量。這有助于減少公司的碳足跡，同時也減少UV系統的能源費用。

這種節能部分是由于LED產生UV的效率，這意味著它們以相當低的電輸入功率運行，但也有節能，因為UV LED不會進入待機狀態。目前，UV弧光燈必須使用大約20%的功率處于待機狀態，同時更換工作，UV LED會立即打開或關閉，就像電燈開關一樣。

就使用壽命而言，GEW的LED的使用壽命比UV弧光燈長得多。我們的LED的額定生產時間超過40,000小時，相當于在生產環境中使用超過10年。與建議每1000小時更換一次燈管和6000小時后更換反射器的UV弧光燈相比，LED的壽命要長得多。這樣做的好處是，首先，完全消除了燈和反射器的持續成本，降低了維護成本，而且UV輸出在其生命周期內更加一致，而UV弧光燈的UV輸出隨著時間的推移而達到峰值和下降。

隨著技術的不斷進步，UUV弧光燈和UV LED系統的價格差異也在縮小。過去，UV LED 的價格是UV弧光燈系統價格的2-3 倍，而現在GEW UV LED系統的價格比UV弧光燈系統的價格低20%，這一差異可以通過以下方式輕松彌補節省能源成本。

談到生產效益和最終產品的改進，尼爾先生說，“LED以非常特定的長波長UV（395nm 是最常見的）運行，在這個波長下可以固化某些油墨，例如不透明的白色和與UV弧燈相比，黑色得到了顯著改善。這可以讓印刷商更快地運行這些作業，但也可以減少由于未固化的油墨而造成浪費的可能性。UV LED系統的運行溫度比UV弧光燈低得多，這有助于在任何溫度敏感的基材上運行，這些基材在暴露時可能傾向于翹曲或收縮，或者可能容易燒焦的熱敏紙。”

一致的UV輸出也是一個巨大的生產優勢。一致的UV輸出至關重要的一個示例是食品接觸材料 (FCM) 印刷，因為客戶需要確保每次運行作業時油墨都已固化，無一例外。使用UV LED，印刷商可以確定UV輸出高于所需水平，幾乎所有LED油墨的開發都考慮了 FCM。

01、缺點

所以可以肯定地說，改用UV LED的優點是顯而易見的，但缺點呢？西蒙·米切爾 BPIF Labels的總經理和Industrial Print & UV的所有者。在此之前，他在IST UK擔任董事總經理超過18 年。他認為，“相對于弧形UV系統的成本，您可以預期為UV LED支付2-3倍的價格，如果您還考慮到UV LED油墨潛在的更高成本，這可能會有更多的影響。這在在查看投資回報率時要考慮。”

某些系統的維護也可能具有挑戰性，而弧光燈的更換可以通過一些基本培訓來完成，LED芯片的更換可能會稍微復雜一些，并且通常最好由合格的工程師進行。通常，弧光燈可以在幾分鐘內更換其燈泡。

“材料也可能是UV LED系統的劣勢，因為特定波長可確保在nm范圍內準確固化印刷油墨，但粘合劑和涂料等其他材料可能無法在此光譜范圍內固化。常規UV具有更廣泛的通用性，這對于某些材料是必要的；例如，在光譜范圍內包含UV-B和UV-C可以固化此類材料。大多數油墨公司現在提供一系列UV LED油墨，有些甚至采用了雙固化技術，但仍然存在普遍可用性的問題，在某些情況下，最終產品質量通常會在使用UV LED固化時使光油“變黃”。

所以雖然有一些缺點，但顯然還有更多的積極因素。這一切聽起來好得令人難以置信嗎？Phoseon Technology 的斯泰西·霍格不這么認為，他說，“我們沒有看到LED固化技術本身有任何特定的缺點，但升級到LED的加工商的一些常見挑戰包括固化不充分的油墨和光油變黃。然而，這些挑戰是可以克服的。經常被忽視的是對LED固化系統產生的能量密度（或劑量）的考慮。在大多數情況下，提高能量密度將解決這些常見挑戰。“

“找到輻照度、停留時間和能量密度的理想組合將因基材、油墨/涂料/粘合劑、環境條件和生產線速度而異。與UV化學品供應商以及LED燈供應商密切合作，將產生完美匹配的整體解決方案。

02、可持續性

當然，與印刷的幾乎任何其他方面一樣，我們不能在不考慮環境的情況下談論UV LED。來自IST Metz的凱瑟琳娜·弗雷托斯分享了她對UV LED如何融入可持續發展理念的看法。“它們不會產生臭氧，也不需要汞。更少的熱量產生，意味著更少的印刷機和涂布機，以及涂布單元的冷卻。與汞弧系統相比，固化速度更快，有助于提高機器生產率。環保、節能且可立即使用——這些只是該技術的一些核心特性。“
此外，LED模塊向基材散發的熱量非常少。這意味著即使是熱敏基材也可以進行高質量加工。緊湊型LED模塊具有較長的使用壽命，并且還可以根據基材上需要光的位置進行區域控制。在單個產品之間觸發暫停切換可以進一步節省成本。適當的測量技術可用于確定干燥過程中單位面積的強度，也具有節約潛力。

GEW的尼爾先生評論說，“可持續性是UV LED最大的話題。對于希望減少碳足跡或以可持續或凈零銷售產品的公司而言，您根本不能忽視改用UV LED所帶來的積極影響。如上所述，UV LED可以節省高達70%的能源使用量，從而大大減少公司的碳足跡。隨著越來越多的公司尋求實現凈零排放，碳抵消能源使用的減少使這變得容易得多。UV LED產生零臭氧。目前，臭氧直接從工廠輸送到環境中。這在使用UV LED時完全停止。另一個因素是在UV弧光燈中使用汞，汞是一種有毒的受控材料，因此必須妥善處理，而UV LED則根本不使用汞。“

03、展望未來

“UV LED將在柔印市場繼續增長，”米切爾先生總結道，“越來越多的公司投資于它。一些OEM現在完全專注于印刷機的UV LED技術，證明了從一種技術到另一種技術的明確轉變，一些UV系統制造商現在只生產UV LED。這種轉變發生的速度仍然值得關注，隨著LED芯片的成本隨著時間的推移而下降，UV LED的投資成本可能會趨于平穩，從而使決策過程變得更加容易。”

“毫無疑問，UV LED固化將成為未來，”尼爾先生補充道，“隨著能源價格預計將繼續上漲，企業將別無選擇，只能尋求減少能源使用量，UV LED是減少能源成本導致的管理費用的最便捷的解決方案。將此與生產和環境效益相結合，這是不言而喻的。像我們這樣的UV系統制造商和油墨制造商的所有研發投資都在UV LED技術上，這只會使其更廣泛地可用和負擔得起。汞的使用受到監管，未來我們行業中汞的使用很可能會被禁止采用UV LED固化。制造過程中的汞禁令正在全球范圍內增長。所有主要品牌都要求印刷商、加工商和其他制造商提供環境可持續的工藝。“

”現在LED已成為汞的有效替代品，許多大型全球公司正在從其所有工廠中消除汞。一個UV燈通常含有高達250毫克的汞，每盞燈需要每1500-3000小時更換一次。汞中毒會對中樞神經系統、腎臟和許多其他器官造成損害。“弗雷托斯女士最后說，“LED已經在照明技術中確立了地位。其他工業領域的應用正處于突破的邊緣，但也在等待更短波長的LED的發展。資源的可持續處理將對制造工藝和材料產生影響，并將在未來幾年成為包裝行業的挑戰。我們希望通過靈活、節能的干燥技術來滿足要求。”