uv固化干燥技術概念淺析

UV固化干燥  
 
利用紫外光獲得即時快速干燥效果，這種概念已經發展了許多年。時至今日，柔印和窄幅卷筒印刷行業一直對UV干燥的許多優點贊賞有加。轉而應用UV固化油墨、涂料和粘膠劑之后，普遍認為受益的方面包括色彩一致性、環境因素、物理特性、印刷質量、印刷過程和加網印品效果等等。
　　UV（紫外）和EB（電子束）技術可迅速固化或干燥專門配方的油墨、涂料和粘膠劑，可提高生產速度，改善物理特性；而且與傳統方法相比，幾乎沒有產生空氣污染。
　　新澤西州費麗匹堡市的Primarc UV技術公司銷售經理，杰夫·培得先生說道：“當光引發劑（photoinitiators）吸收UV能量并引發單體發生聚合形成固體即是UV固化。我們大都知道油墨或涂料是液體，當其中的水份或溶劑揮發就變得干燥；當溶劑揮發，油墨顏料就殘留下來形成圖像。UV可固化材料經過化學反應，即固化成了固體，留下密度更深的圖像。”
　　固化干燥設備
　　上述應用中涉及到的固化設備根據其有效空間，固化速度和其它考慮因素可分為幾個種類。
　　UV固化系統通常由一個高壓電源，一個控制面板和一個固化頭（curing head）組成；固化頭包含傳遞UV能量所必須的元件，能量被傳到介質材料的油墨或涂層上；介質從固化頭的上方或下方經過。據培得先生介紹，固化頭通常包括UV固化燈（UV光源），一個反光系統（用以集中UV能量至印刷介質表面）和一個冷卻裝置（用于保持UV燈的適當工作溫度）。
　　馬里蘭州馬爾波羅市的美洲Honle UV公司總裁，吉米·麥可庫斯科先生指出，通常用于UV固化的有3種燈：水銀氣燈、鹵化金屬燈和鎵燈。他說：“水銀燈是UV燈的主流，有三個主要輸出光譜，分別是254，312和365nm。鹵化金屬燈的光譜范圍較寬，在350nm和450nm波長之間。水銀燈最常用。但是當著色更重，墨層更厚或是阻光性油墨時，就需要鹵化金屬燈。鎵燈主要輸出稍高于400nm的光譜波長。他補充道，鎵燈大都用于木材固化，而不是紙加工行業。
　　壓強中等的水銀氣燈（電極型）為適應各種機器和應用有許多不同長度，外形為1″或25mm直徑的石英管。燈內充有氬氣或氙氣，和少量水銀；燈管兩端裝有電極。接通電源之后，兩電極之間形成電弧，使水銀汽化。最后從燈管釋放出的合成能量主要是白光，紅外光和紫外光。
　　當然也有無電極型燈管。這種燈管發出的光譜與電極型相同，但發生機制完全不同。無電極型燈管依靠電磁場發出微波而釋放能量，而不是電弧。燈管內根據應用要求不同可能會充有不同的其它材料。Fusion UV系統公司的高級產品經理Janet Geyer說：“微波能源燈從一開始就保持穩定性，而電弧燈（指水銀燈）的輸出強度會隨著使用衰減。微波燈壽命可持續300至6000小時（取決于燈泡），輸出功率每天都很穩定。”Fusion UV公司生產的鹵化金屬燈壽命保證達到6000小時，而大多數水銀燈只能保證有1000小時。Geyer還提到，水銀燈價格相對昂貴些，在窄幅卷筒加工行業不是很常用。他說：“電弧燈（或水銀燈）還有一個不同之處，就是你可以選擇任意長度。我們公司產品最長的可達10″。要是你的印刷機比這個尺寸還寬，你可以兩個燈管拼起來用。這樣初期設備投資可能多些，但從長期產品生產的質量來看效果更好。”
　　加州Brea市UV Research（研究）公司的營銷主管丹·諾頓先生認為，燈管只是UV固化系統的關鍵元件之一。“真正使UV系統生效的是反光鏡的圖疲庖徊糠植攀歉涸鸞芰考械焦袒閔稀Ｃ揮蟹垂餼擔乒鼙匭胩杏〔牧?/4英寸高，很有可能會燒著。這就是為什么要時刻保持反光鏡清潔的道理，”他說道。
　　伊利諾伊州Carol Stream市的 Prime UV Systems公司的總裁Eleanor Midlik也同意，大多數UV系統要具備聚焦良好的反光系統。她說：“反光鏡將UV能量集中到卷幅的一個窄道上，這正是提高UV固化速度的原因。”
　　諾頓先生稱反光鏡有3種設計。“有拋物面形、橢圓形（最常用）和聚焦橢圓形（即反光設計內有橢圓鏡，以取得更大強度）。燈管的直徑越小，內建在聚焦反光鏡中的小橢圓鏡就會提供更多的直射光線（direct rays），而不是反射光。UV光線每被反射一次，強度就會減弱，”他說。“在拋物面反光鏡中，UV光線在到達聚焦點之前在鏡中折射達3或4次，因此能量損失最大。”諾頓解釋拋物面反光鏡主要用于速度要求不是很高，而固化面積較大的情況。
　　冷UV
　　幾年以前業界開始聽說“冷UV”的說法。俄亥俄州GEW公司銷售主管David Horton認為冷UV的說法不合常理，他說：“它并不真是冷的，而是‘致冷’反光鏡上涂有二向性涂層（一種特殊分光涂層），可吸收熱量并反射UV波長。”諾頓先生進一步解釋道：“致冷UV就是從卷材或承印物上去除IR（紅外線）的過程。這是由NASA（美國航空航天局）認可的一種二向性涂層（diachronic coating）來完成；該涂層確實可以吸收掉光線中的短波和紅外波長。另外，我們也可以使用雙層隔離玻璃。玻璃位于燈管和承印物之間；玻璃中的一層是熱鏡線涂層（hot mirror cords coating），可將紅外線或熱量反射進無輻射空間（the irradiator housing），最后由排風扇將熱量排出，從而不會傳遞到承印材料上。”冷UV主要用于對熱量敏感的薄膜加工上，通常比較昂貴。據諾頓先生介紹，通常每個裝置價格貴10%左右。
 
 
UV油墨
　　經過幾年的發展，在UV固化產品的特性改善方面人們做了許多研究工作。大量時間和精力的投入使UV油墨的性能與水基油墨更為相似。技術已經先進到難以區分兩種油墨的程度。在前不久的時候，UV固化油墨的粘度還相當高；但油墨制造商們已經做了大量改進，降低了它的粘度。然而還是有一點區別。Akzo Nobel油墨公司市場開發總管Mike Buystedt認為，主要區別的一點是，UV油墨是固化，而不是干燥。他說：“這是基于反應化學的化學過程。當光引發劑接觸到特定波長的紫外光，它就發生聚合反應或鏈索反應。UV墨受UV光照射而固化。”只有油墨接觸到機器上UV燈產生的UV能量，才會在基材上固化。
　　太陽化工（Sun Chemical）公司能量固化油墨營銷經理Tony Bean也說道：“最為普遍采用的技術是i于丙稀酸酯化合物，并通過自由基聚酯化反應而固化。其次，UV化合物通常不含任何溶劑，因此沒有與溶劑相關的危險及環保問題。最后，自由基聚酯化過程是由光能量引發的，意味著固化極其迅速地開始并結束。也意味著較暗或阻光性較強的油墨或涂層固化速度沒有淺色調、透明材料迅速。”
　　新澤西州Hanovia公司的營銷主管Jeff Andrews也認為，由于UV墨是即時固化，沒有使用傳統油墨釋放出的異味或VOC揮發產生險情的顧慮。油墨或涂層是固化而不是干燥會帶來什么呢？據UV固化系統供應商介紹，這使整個過程變得更快，為加工商節省資金。
　　Buystedt先生認為，雖然UV油墨要貴些，但整個UV固化過程節省了資金；因為“印刷機的停機時間更少，對柔印來說，運行更清潔，持續時間更長”，他列舉出優點，“你可以整晚將油墨留在印刷機上，兩次停機之間不用清潔印片。幾趟下來就能印出良品，色彩一致恒定。長版活確實可以減少材料浪費，降低成本，印刷機效率也就更高。”Buystedt還說，跟油墨供應商溝通非常重要，商討使用材料的類型以使UV墨與材料適當匹配。Bean先生也說：“在任何工藝中適當選擇油墨都是重要的。應用過程中的所有要求和終端產品的用途都必須得到滿足，以使最端產品完美且令人接受。‘可口可樂紅’印出來后不能象‘百事藍’，油墨不能掉色沾到讀者的手上，油墨及涂料不應改變巧克力的味道等。如果印刷機的速度是1000英尺/分，而油墨固化速度只有800英尺/分就無法接受。”
　　北卡羅來州Lincolnton市水墨技術公司UV產品部總經理Curt Hudson先生則談到，區分透明涂層（clear coatings）和顏料油墨（pigmented inks）對于UV固化系統的不同需求十分重要。他說：“當高峰輻射（peak radiance）較為集中而突出，再配合適當的照射時間（dwell time），顏料油墨的反應效果就更佳；當然總體能量（total energy）也很重要。你必須設定總體能量最小量、總峰值能量（peak energy）最小量、總體照射時間最小量、最低溫度，而且這些設定要與油墨或涂層相匹配。但在通常情況下，如果要排序的話，油墨最先取決于高峰輻射，其次是照射時間，第三是總體能量等；涂層反應則最先照射時間，隨后是總體能量，隨后是高峰輻射。當然所有這些都有一個最小量。對于透明涂層效果很好的固化設備，對于顏料油墨卻未必是好的。”“總的來說，是有一些設備能同時滿足透明涂層和顏料油墨的需求，但大多數設備只專其一，不像加工商們要求的那樣兩全其美。”
　　發展
　　辛辛那提市UV科技公司UV產品經理Dave McDowell先生談道：“UV技術在標簽和窄幅卷材行業應用相對較廣，尤其是當印刷商們期望突破水基油墨印刷生產能力，提高市場地位時，UV應用增長得更快。終端正期盼更高質量和更完美的整飾效果。我們看到越來越多的標簽制造商開始應用UV技術，以使自身具備適應更寬生產范圍的優勢，特別是在當今市場上。”伊利諾伊州Romeoville市Aetek UV系統公司總經理Tom Becker認為，大多數人是由于缺乏認識，在轉向UV技術過程中有些起伏不定，但是用戶的增長還是相當明顯，他說：“問題僅僅在于印機操作工要學習并了解如何使用UV油墨。它粘性更高，反應也有點不同，但優勢是明顯的。使用過的人都證實，這項工藝能帶來巨大收益。”
　　Aetek UV系統公司的銷售經理Frank Simonetti說，油墨的發展使標簽行業轉向UV技術相當容易。UV用戶同樣還可以轉回水基油墨，印機上還可保留熱風干燥裝置。這給他們帶來雙方面的靈活性，有助于他們加深了解UV技術。現在窄幅卷筒加工商們可以把UV固化裝置從一個印刷機組上換到另一個機組。伊利諾伊州Arington Heights市的AAA Press International（國際印刷）公司就生產了這樣一臺設備。據銷售營銷主管Mark Hahn介紹，“大多數印刷商都在做短版活，因此快速固化是必不可少的。例如，這種裝置可讓印刷商一臺8色印刷機只需購買4盞燈，就可將它們移動到印機的各個位置。
　　明尼波利斯市Nicollet科技公司的總裁，Jon Wilkie總結道：“一旦印刷商達到了綜合應用的程度，UV的整體成本就會降低。如果一個加工商能夠綜合各種因素，形成高效的應用方式，那么他的操作成本會比未使用UV技術者還要低。”

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