徐崇桓、史習岡 / 工研院材化所
隨著包裝產業朝低VOC、低能耗與永續材料發展，LED UV油墨逐漸成為低碳包裝印刷的重要技術方向。熱縮膜常應用於瓶身套標與異形容器包覆等，油墨在印刷、收卷、套標與熱收縮過程中需同時承受張力、摩擦、熱變形與尺寸收縮，因此對附著性、柔韌性、熱收縮追隨性、抗黏連性與包裝安全性具有較高要求。相較於傳統溶劑型油墨，LED UV油墨具有快速固化、低VOC排放、低熱負荷與即時後加工等優勢，但其配方設計並非單純替換固化方式，而需整合柔韌型UV樹脂、反應型單體、LED匹配光起始劑、顏料分散與界面助劑系統。本文探討熱縮膜用LED UV油墨之材料設計與加工挑戰，並以工研院開發案例說明配方優化方向，期能推動其朝低碳製程與循環包裝應用發展。
【內文精選】
LED UV固化系統導入熱縮膜 油墨之技術挑戰
由前述加工流程可知，熱縮膜油墨需同時滿足印刷適性、固化完整性、後加工穩定性與熱收縮追隨性。當油墨系統由傳統溶劑型或汞燈UV轉向LED UV固化時，主要挑戰不在於單純提高固化速度，而在於光固化反應、薄膜界面與墨膜力學性質之間的平衡。
LED UV光源多集中於365、385、395或405 nm等特定波段，配方需使光起始劑吸收波段與LED光源匹配。若匹配不足，可能造成表面乾燥不完全或深層固化不足。此問題在高色濃度色墨與白墨中更為明顯，因顏料或TiO2會吸收或散射部分UV光，降低墨膜底層可獲得的光能量，進而影響附著性、耐摩擦性與收縮後穩定性，如圖四所示。
UV油墨需在交聯密度與墨膜延展性之間取得平衡。高交聯密度雖可提升固化速度、硬度與耐化學性，但也可能增加固化收縮應力，使墨膜變硬、變脆，降低熱收縮追隨能力；若交聯不足，則易造成表乾、耐摩擦性、抗黏連性與耐溶劑性下降。
此外，PVC、PETG、OPS及聚烯烴系收縮膜在極性、表面能與收縮行為上不同，油墨需具備良好潤濕與界面結合能力，並控制固化收縮應力，以避免附著不良、脫墨或邊緣翹起。製程上則需控制LED光照距離、照射能量與產線速度，避免薄膜預收縮、皺折或固化不足。若應用於食品、飲料與日用品包裝，亦需考量低氣味、低遷移與可回收相容性。
熱縮膜用LED UV油墨之材料設計
熱縮膜用LED UV油墨需同時滿足薄膜潤濕、快速固化、熱收縮追隨、捲對捲加工穩定性與包裝安全性。其配方設計重點不僅在於固化速度，更在於黏度、色濃度、墨膜柔韌性、收縮追隨性與抗黏連性之間的平衡。一般而言，油墨配方組成由UV樹脂、 UV單體、光起始劑、顏料、分散劑、潤濕流平助劑、附著促進劑、消泡劑、抗黏連/滑爽助劑及穩定劑等組成。其中，樹脂系統為決定墨膜柔韌性、附著性與熱收縮追隨能力的核心，需優先建立可承受熱縮加工的成膜架構，再依加工性與包裝可靠度需求進行單體、光起始劑與助劑調整，可評估之原料類型與牌號如表二所示。
配方優化與ITRI測試案例
工研院（ITRI）以熱縮膜專用柔韌型UV樹脂為核心，建立油墨優化配方，並針對樹脂主體與反應型單體搭配進行調整。測試過程中，以黏度、相容性、塗膜品質、表面滑性及熱收縮後外觀作為主要評估依據，如表三所示。
表三 熱縮膜用LED UV油墨之主要性能評估項目
由未優化配方之熱收縮測試結果可觀察到局部墨膜開裂現象，顯示固化墨膜無法有效追隨熱縮膜於高溫收縮過程中的尺寸變化。相較之下，導入ITRI柔韌型UV樹脂並調整交聯結構後，優化配方於熱收縮後仍可維持較完整之塗膜外觀，如圖五所示。此結果顯示，樹脂柔韌性與交聯密度
圖五 熱縮膜LED UV油墨導入工研院優化配方前後之熱收縮外觀比較
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★本文節錄自《工業材料雜誌》479期，更多資料請見下方附檔。