在去年的德魯巴展會上，單張紙膠印機的最高速度已經達到了20000張/小時，輪轉報紙印刷機的最高速度達10萬份/小時，而最青睞這些高速機的客戶當屬中國印刷業者，特別是煙包、報業印刷廠。可以說，提高印刷速度對于印刷機本身而言很有潛力，但油墨的干燥速度是發展的瓶頸。因此，近幾年對油墨的UV固化、熱干燥及速干油墨的研究很活躍。本文主要從油墨的干燥原理出發，討論目前油墨的UV固化及熱干燥光源、裝置設計的最新發展。

油墨干燥、固化原理

印刷油墨的干燥主要有氧化結膜干燥、滲透干燥、揮發干燥及輻射干燥。

1.氧化結膜干燥

油墨中含有干性油，該油分子結構中的不飽和脂肪酸與空氣中的氧發生化學反應，由小分子直鏈結構聚合成大分子網狀結構，形成固體物質，這一化學反應過程稱為氧化結膜干燥。

2.滲透干燥

油墨連結料中含有較多的礦物油，如汽油、高沸點煤油等，當油墨中的礦物油滲透到多孔隙紙張纖維中，顏料即固著在紙張表面形成固態膜層，稱為滲透干燥。

3.揮發干燥

油墨中含有大量揮發物質，如脂肪烴類松香酯、芳香烴類溶劑、醇類、酮類、酯類溶劑等。油墨轉移到承印材料表面后，溶劑揮發，顏料固著，形成固態膜層，稱為揮發干燥。

4.輻射固化

輻射固化是化學單體交聯成高分子網狀結構形成固體的化學反應，且固化速度快，形成的膜層堅硬、光亮，但附著力欠佳。目前常用的輻射固化方式有3種。

(1)紅外線輻射干燥。油墨中含有螯合劑，可采用波長3～30μm的中波紅外光照射，加速聚合反應，同時產生的熱量促進溶劑揮發，加速油墨干燥。短波、長波紅外線不利于油墨的干燥。

(2)紫外線（UV）輻射固化。油墨中含有光引發劑，如二苯甲酮（吸收波長240～340nm）、2-氯化硫雜蒽酮（吸收波長 200～400nm）等衍生物，光引發劑在波長為250～420nm范圍內的UV光照射下，不到0.1秒即可迅速打開不飽和雙鍵引發樹脂，如聚氨基甲酸乙酯、環氧丙烯酸酯等交聯固化為固體而干燥。UV固化油墨中基本不含溶劑。

(3)電子束（EB）輻射固化。熱離子陰極管發出高能量輻射電子束，通過調節陰極管發射器選擇輻射波長，因而沒有可見光和紅外線伴隨輻射，完全是冷光源。電子束有效輻射強度很高，可直接引發樹脂聚合成固體，因此，EB油墨中可不采用光引發劑。將 UV油墨中的光引發劑去除或少量添加就可作為電子束固化油墨。

通常，印刷油墨的干燥并不是單一的干燥方式，而是幾種干燥同時發生。如膠印油墨的干燥就是氧化結膜、滲透、揮發等幾種方式同時發生，以氧化結膜干燥為主；報紙印刷油墨以滲透干燥為主；凹印油墨以揮發干燥為主。

常用油墨干燥、固化設備

油墨干燥往往是復合干燥，因此用什么干燥設備，參數如何設置，使干燥效率最佳的同時還能節省能量是印刷者最為關心的問題。

1.紅外線干燥設備

(1)光源。對于油墨干燥，中波紅外線的效果最佳，常用紅外線光源有3種。

第一種是電熱絲輻射源，常見的是非封閉式電阻絲外套石英燈管。這種燈管的熱輻射強度隨光波長的分布不能控制，效率低、價格低，壽命約2000～3000小時。

第二種光源是將電阻絲置于封閉石英管內，并可在燈管內充不同氣體，以改變輻射光波長分布特性，同時將燈絲與空氣中的氧隔絕，輻射效率高。現在進口印刷機大都配這種光源，壽命達5000～10000小時，但其輻射能量中仍有很大部分是分布在可見光和遠近紅外線段，中波紅外線不是很豐富。

第三種是電熱半導體發光燈管。外形是陶瓷管外涂紅色或灰色無光半導體材料，管內壁繞電阻絲。依靠電熱引發半導體材料輻射發光，燈管點燃時光呈暗紅或黑色，通過選擇半導體材料可改變輻射能量的波長分布，而且輻射效率極高。

(2)紅外線燈反光罩。目前常見的有2種，一種是鍍金反光罩，在燈管周圍180°范圍涂有金屬膜，金屬膜反射紅外線效率高達90%；另一種是鍍鋁板或鋁板壓成的橢圓或八字形反光罩，如圖2所示，燈管距燈罩越近，反射效率越高，最高反射率可達85%。

(3)紅外線燈的散熱問題。紅外線燈管表面散熱可用吹風法，且風量大小不影響燈紅外線功率輸出。由于紅外線燈輻射的能量只有1%左右被紙張和油墨吸收，而其余的能量完全轉化成熱量，造成機器周圍升溫，需要用吸風裝置將其排到室外或循環利用。

(4)適用范圍。紅外線燈應用于紅外線油墨干燥，對非專用紅外線油墨的干燥效率很低，對某些墨甚至不起作用。紅外線具有穿透力，能同時干燥墨膜上下層，加速油墨滲透，促進氧化結膜，尤其是應用在厚墨層印刷和上光油的干燥上效果更佳。對溶劑含量較低的膠印、凸印、網印、印報油墨、柔性版印刷油墨和水性光油的干燥效果都很好。

2.熱風干燥設備

(1)熱源。產生熱空氣的熱源有3種：電熱風管，如不銹鋼、石英玻璃、陶瓷外殼的熱風管；高溫油管，高溫機油通過管道加熱空氣產生熱風；高溫汽管，通過鍋爐產生高溫蒸汽而產生熱風。

(2)熱風裝置。通過風機將熱源周圍的空氣加熱，吹到油墨表面，調節熱風方向與紙張運行的角度可改善熱風干燥的效率。

熱風相對于紙張的速度越高，越有利于降低紙張表面的蒸汽壓，提高溶劑揮發速度；調節風向使風向對紙張運行速度形成相加效果，更有利于干燥。熱風管風速不能低于要求的速度，否則，風管表面散熱不佳會燒壞燈管。風速也不宜過高，因為風循環過程中會損失一些能量，適當選擇風機壓力和風量才可達到最佳干燥效果。

(3)適用范圍。適用于塑料凹版及柔性版印刷油墨、溶劑型光油的干燥，還可加速水性油墨、光油的干燥。

3.UV固化設備

(1)光源。常用高壓汞燈和金屬鹵素燈，高壓汞燈是汞原子受激發形成連續光譜，調節燈管內的汞含量，使輻射波長在固化段254～420nm，紫外線較豐富。金屬鹵素燈是在汞燈內添加如鎵、鐵等金屬鹵化物，在汞激發條件下激發其產生輻射，可根據油墨吸收光譜的差別適量添加不同金屬，使UV燈輻射更多油墨所吸收的光波，提高固化效率。

金屬鹵素燈管內雜質含量極小，電極材料純度高，因此制造工藝復雜、難度高、價格高，目前國內尚不能生產高質量、高功率金屬鹵素燈，市場上現有的是美國Fusion、德國IST、日本研琦等公司的產品。功率密度160W/cm的燈管壽命可達2000小時而燈頭不黑，4000小時后仍可達50%輻射率。

(2)冷UV光源。UV燈點燃時其內部溫度要達到600～1000℃。燈內溫度過低或風速過大燈會熄滅，因此“冷光源”實際是不存在的，只是可采用燈具冷卻系統。

(3)微波UV燈。這是Fusion公司的新產品，燈管長6英寸，兩端無金屬電極，靠微波激發燈管內吸收微波的物質分子高速運動產生熱量，再激發汞、金屬鹵化物等物質發光。鋁是反射微波的良好材料，微波源發射微波到橢圓鋁燈罩上，聚焦在無極燈管內激發汞或金屬鹵化物發光。

微波燈的特點有：

①可調整輻射光強度隨波長分布特性，選擇最佳輻射波長,使油墨達到理想的固化效果。

②由于燈管無電極，功率密度為300W/cm時的壽命可達5000小時，并且多次開關不影響燈管壽命。

③由于微波源易控制，因此微波燈可快速頻繁啟動，但微波也有待機狀態（維持工作狀態），只有在這種狀態下才能快啟動。這一功能適合光盤和不干膠印刷機配套使用，因為網印光盤和不干膠印刷多為間歇式印刷。

④微波燈UV固化段光譜豐富，紅外線波段較少，因此微波輻射溫度較低。

⑤由于微波燈無電極，換燈管很方便，且不用接線。

⑥因為無電極釋放，燈管兩端永遠不會發黑。

⑦由于微波傳輸方式的局限，微波燈管最長為6英寸，將燈管連接放置可增加固化寬度，由于燈管間隙很小，對接處不會影響固化效果。

⑧微波燈價格較高，一套6英寸的固化裝置約5萬元人民幣。目前國內市場主要用于與光盤印刷、電纜、管材、軟包裝等噴碼機配套的UV油墨的固化。

⑨微波燈發光材料和普通UV燈相同，輻射波長分布也相同，因此無須特殊油墨。

(4)UV燈反光罩設計。科學地選擇反光材料，合理設計反光罩結構，能成倍提高固化效果，節省能量。純鋁經酸氧化形成的鋁晶體對UV光反射率達 90%，而未經氧化處理的鋁板反射UV光效率小于60%；不銹鋼對UV光反射率小于60%；半導體鍍膜對UV光的反射率達94%，但成本較高。同時，紅外線、可見光可透過鍍層達到反光罩表面，并經冷卻裝置后散出。

反光罩設計的發展趨勢是開口和高度的變化，即截面積變小，以縮短反射光程，減少由于長光程產生的光強度損失。另外，反射罩頂端加反射板改變了原來頂端開通風孔的設計，使燈管頂端的輻射能反射到紙面，如圖4所示。由于燈罩截面積小，燈管壁到反光面距離近，因而反射板溫度過高，頂端反射板阻風會影響燈罩散熱。解決方法是用水冷燈罩或加大散熱風量，合理設計散熱風路。

　　先進固化設備簡介

1.微波UV固化設備

該設備的特點是，由于微波傳送通道的需要，燈具體積較大，不宜安裝在單張紙膠印機收紙通道內，一般與機組式柔性版印刷機、凹印機、表格及不干膠印刷機配套使用，光盤和噴墨印刷系統也適合配裝該設備，但由于價格高，目前印刷廠極少使用。

2.高功率密度UV固化設備

日本生產的有電極UV燈管的功率密度可達240～300 W/cm，可用于表格印刷機組中輪轉網印遮蓋UV銀漿的固化；美國麥安迪柔性版印刷機配備的UV燈功率密度已達400W/cm，固化速度150m/min；Fusion公司的微波燈功率密度達400W/cm。

高功率密度UV固化設備不但加快了固化速度，而且利于厚UV油墨層和粗糙紙張上UV油墨底層的完全固化。另外，提高UV燈功率密度可相應降低UV油墨的感光性，減少光引發劑的含量，從而利于提高UV油墨穩定性和敏感度，易于儲運，同時還降低了價格。

3.水冷卻UV固化系統

由于印刷設備結構設計理念的發展，印刷機結構更加緊湊、美觀，較大的UV固化風冷卻通道已無法滿足要求，因此這類印刷機普遍使用水冷卻UV固化設備。如進口多色膠印機配置的UV干燥系統均為水冷卻式，衛星式不干膠印刷機也都配置水冷卻UV系統。

筆者在印刷廠經常發現，在油墨干燥、固化工藝中存在很多不合理現象，造成電能浪費較大。例如，一些固化設備由于設計不科學，雖然價格便宜，但效率很低，一臺對開上光機速度不到3000張/小時，要用3支10kW的UV燈管，若合理設計，僅用1支12kW的燈管即可。又如，機組式印刷機前后機組固化系統的功率配備不合理，導致印刷速度上不去。且很多廠家只考慮設備成本，忽略了電費的開支。針對以上問題，建議印刷廠在選擇固化設備時要多方面考慮。