简介

根据UV喷墨打印的未来到2018年根据PIRA最近发布的一份市场报告，全球紫外(UV)喷墨打印市场将以每年超过10%的速度增长，预计到2018年将达到159亿美元。该报告还指出，软包装和标签应用目前正以20%的复合年增长率增长，到2018年将累计占所有UV喷墨打印应用的近60%。使用喷墨打印更短的运行时间的能力非常适合较短的产品生命周期和向区域化和个性化发展的行业趋势。但是，数字技术的采用存在一些障碍，包括溶剂型油墨中的挥发性有机化合物，水性油墨解决的基材有限，以及食品包装中紫外线固化油墨的安全性。

本文比较了紫外光固化和低能电子束固化对喷墨食品包装的影响。UV固化的特点是通过UV弧光灯传递到基材表面的光波长曝光(单位面积的能量，单位为焦耳/cm2)。电子束固化的特征是通过电子沉积在衬底上的剂量(单位质量的能量，单位为千克)。电子束固化不需要光引发剂。代替光引发剂，电子束电子产生足够的能量瞬间打破化学键，使光聚合物固化。Ebeam已经作为固化清漆、粘合剂和卷筒纸胶印的一种选择而闻名。

低粘度光聚合物化学与喷墨印刷“，

通常，低粘度树脂(25°C下低于40 cPs)主导了大多数UV喷墨墨水配方。单体如四氢呋喃丙烯酸酯、异丙酯丙烯酸酯和丙基化新戊二醇二丙烯酸酯被用于改性粘度、促进基材粘附和携带颜料。在有限的基础上使用聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯低聚物来赋予基材附着力，抗刮擦性和灵活性。当暴露于紫外线或可见辐射时，产生反应性物种(自由基)的光引发剂是UV喷墨配方的关键成分。不能与光聚合物树脂反应的光引发剂在固化发生后仍然是任何给定UV喷墨墨水配方的一部分。根据打印基板的结构，未反应的光引发剂碎片以及单体和低聚物可以迁移到基板中。如果UV喷墨表面印刷没有得到适当的保护——无论是通过反向印刷、叠层或套印——在堆叠、缠绕或最终产品处理过程中，通过未反应油墨的偏移或转移，都可能发生整理迁移。对于喷墨印刷的食品包装，与UV固化相反，ebeam提供了一种一致、安全的方法，以满足低迁移要求。紫外线灯的波长输出随着时间的推移而降低。如果不定期维护，紫外线灯泡和反射器也会随着变脏而降低性能。

低聚物的金字塔

电子束表面穿透取决于被固化材料的质量、密度和厚度。与紫外线穿透能力相比，电子在低密度和高密度材料中都能穿透得更深。正是由于这个原因，ebeam是固化不透明度高的白色、黑色和金属油墨层的理想选择，而不需要光引发剂。二氧化钛(Ti02)第一羽绒白色是紫外线的强吸收剂。取决于第一层白色的厚度，紫外线的固化能力减弱，因为它穿过薄膜基材到它的界面。未能获得足够的紫外线通过表面密度较高的Ti02油性油墨不能完全固化，导致承印物附着力差。它也可以导致显著的光引发剂的使用，以实现更充分的固化。

但是，由于其相对较低的粘度，喷墨墨水与传统印刷系统相比具有较低的颜料含量。较低的颜料水平是必要的，以允许喷墨墨水在低于20 cPs的粘度下正常喷射，并防止喷嘴堵塞和损坏。如下表1所示，UV固化柔版印刷油墨通常薄至4微米，颜料负荷大于50%。UV固化喷墨墨水厚度可达14-15微米，通常不存在不透明度(光密度)的挑战。然而，不透明的UV固化喷墨墨水仍然含有部分未反应的光引发剂和单体，这在印刷食品包装应用中仍然是一个迁移问题。

表1

来源:用于单次标签应用的UV喷墨油墨，Xaar PLC

第一个电子喷墨商业化

在IMI喷墨打印2016年会议期间，柯林斯喷墨公司公开确认了其采用电子光束作为固化技术的承诺。在加州阿纳海姆会议前的采访中，柯林斯透露，在过去的几年里，它一直在制定和验证电子光束喷墨墨水作为低迁移的利基解决方案，目前的UV/LED固化喷墨墨水无法提供。Collins的市场经理Kristin Adams表示:“对于材料可变性、潜在迁移、印刷完整性、完整和一致的固化，EB技术已经过时了。”

DRUPA 2016电子光束合作

在2016年DRUPA期间，Collins Inkjet与Prototype and Production Systems Inc. (PPSI)和COMET ebeam Technologies合作，展示了一种单道次电子束喷墨打印技2022世界杯八强水位分析术，使用280mm COMET电子束固化灯安装在六色DICElab™测试台上，该测试台集成了DIMATIX Star-Fire 400 dpi头。电子束固化灯的穿透电压为80kV，能够以100米/分钟的速度提供30 kGy的剂量，这足以满足大多数在线喷墨固化应用。PPSI的DICE™技术用于单道高速打印的优势在于，它能够使墨水在打印头中连续循环，并自动清洗打印头，从而最大限度地减少“喷射”和相关打印缺陷的发生。

PPSI具有电子束固化能力的喷墨试验台是为有兴趣开发电子束固化的油墨公司和打印机开发的，以满足印刷食品包装的低迁移要求。下面DICElab上使用的280mm宽电子束灯是几种宽度可达1.5米的系统配置之一，可用于实现喷墨电子束固化性能。测试台上显示的电子束固化系统(下图2)包括一个8英寸的屏蔽辊，它也可以作为热敏基板的冷却系统，氮惰性能力可以取代氧气，抑制自由基聚合。用eb固化油墨进行喷墨印刷的早期测试表明，对白色多层膜具有良好的润湿性和附着力，并且油墨组分迁移率低。

图1

80千伏电子束固化装置

图2

带有电子束固化单元的DICElab系统

结论

对于正在考虑使用UV喷墨技术并寻求防止食品间接接触和迁移的软包装打印机和转换器，应考虑使用电子光束固化。Ebeam不含光引发剂，适用于固化不透明度高的白色、黑色和金属喷墨油墨和涂料。UV和电子束喷墨配方共享相同的树脂，颜料和特殊添加剂成分。对于窄到中间的卷筒纸喷墨应用，紧凑的280mm和400mm密封80kV灯和762毫米真空电子束系统是汞蒸气灯的可接受的替代品。Ebeam已被成功证明是用于柔性食品包装的100%固体体系UV固化的替代品。

Anthony Carignano是COMET ebeam技术公司的销售和营销专家。2022世界杯八强水位分析Carignano是北美RadTech国际公司的活跃成员，曾在全球范围内就从关注的化学品到消费品包装应用的生物可再生积木化学等问题发表过演讲。通过awcarignano@teampct.com联系Carignano。

确认:

作者要感谢原型和生产系统公司的顾问Chris Lynn, COMET ebeam技术的Steve Lapin博士，以及Collins Inkjet在本文中的贡献。2022世界杯八强水位分析

参考文档

  1. 卡希尔，v.j.(未注明)。喷墨印刷用uv固化技术的历史与发展(出版)。摘自2016年3月31日VCE Solutions网站:http://www.vcesolutions.com/wp-content/uploads/2014/09/A-Short-History-and-Current-Development-of-UV-Curing-for-Ink-Jet-Printing.pdf
  2. 柯林斯喷墨创新与EB油墨http://whattheythink.com/news/74969-collins-inkjet-innovating-eb-inks/
  3. 柯林斯EB固化喷墨油墨https://www.youtube.com/watch?v=CEB9J95wqXY
  4. De Mondt, R.博士。(2012)。低迁移，紫外光固化喷墨印刷油墨包装应用。科技报道，(3)，32-39。检索自2016年3月31日http://www.radtech.org/images/sustainability_pdfs/LowMigration.pdf
  5. De Mondt, R.， PhD， & Graindourze, M.， PhD。(2015)。uv喷墨印刷在食品包装:现状和展望。UV EB技术，(3)，12-20。检索自2016年3月31日http://www.uvebtech.com/stories/091115/uv-inkjet-printing-food-packaging.shtml#.Vv3Za3rcBXU
  6. 里奇，M.(未注明)。用于单次标签应用的UV白色喷墨油墨(第4版，2015年1月，技术)。Xaar。检索自2016年3月31日http://www.xaar.com/en/MediaDocuments/UV-inks-white-paper.pdf
  7. Savastano, D.(2015, 5月1日).喷墨墨水制造商看到了更多的机会:数字印刷继续扩大，在商业、纺织、陶瓷和标签领域取得了进展。水墨世界，24-26。
  8. 沙德策，麦戈文，P. T. &凯格尔，N.(2004)。uv喷墨油墨:价值传递系统与技术演进。RadTech报道，34-40。检索于2016年3月31日。
  9. 史密斯,肖恩。UV喷墨打印的未来到2018年。出版。萨里，英国:Smithers Pira, 2013。打印。
  10. Lapin, S.(2008年9月)印刷和包装应用中UV和EB技术的比较。RadTech报告。检索2015年12月15日，从www.radtech.org/images/pdf_upload/compareuvebpkgsepoct2008.pdf