uv固化干燥技術(shù)概念淺析

UV固化干燥  
 
利用紫外光獲得即時(shí)快速干燥效果，這種概念已經(jīng)發(fā)展了許多年。時(shí)至今日，柔印和窄幅卷筒印刷行業(yè)一直對(duì)UV干燥的許多優(yōu)點(diǎn)贊賞有加。轉(zhuǎn)而應(yīng)用UV固化油墨、涂料和粘膠劑之后，普遍認(rèn)為受益的方面包括色彩一致性、環(huán)境因素、物理特性、印刷質(zhì)量、印刷過程和加網(wǎng)印品效果等等。
　　UV（紫外）和EB（電子束）技術(shù)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(chǎn)速度，改善物理特性；而且與傳統(tǒng)方法相比，幾乎沒有產(chǎn)生空氣污染。
　　新澤西州費(fèi)麗匹堡市的Primarc UV技術(shù)公司銷售經(jīng)理，杰夫·培得先生說道：“當(dāng)光引發(fā)劑（photoinitiators）吸收UV能量并引發(fā)單體發(fā)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(dāng)其中的水份或溶劑揮發(fā)就變得干燥；當(dāng)溶劑揮發(fā)，油墨顏料就殘留下來形成圖像。UV可固化材料經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，即固化成了固體，留下密度更深的圖像。”
　　固化干燥設(shè)備
　　上述應(yīng)用中涉及到的固化設(shè)備根據(jù)其有效空間，固化速度和其它考慮因素可分為幾個(gè)種類。
　　UV固化系統(tǒng)通常由一個(gè)高壓電源，一個(gè)控制面板和一個(gè)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(zhì)材料的油墨或涂層上；介質(zhì)從固化頭的上方或下方經(jīng)過。據(jù)培得先生介紹，固化頭通常包括UV固化燈（UV光源），一個(gè)反光系統(tǒng)（用以集中UV能量至印刷介質(zhì)表面）和一個(gè)冷卻裝置（用于保持UV燈的適當(dāng)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(kù)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(gè)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(zhǎng)之間。水銀燈最常用。但是當(dāng)著色更重，墨層更厚或是阻光性油墨時(shí)，就需要鹵化金屬燈。鎵燈主要輸出稍高于400nm的光譜波長(zhǎng)。他補(bǔ)充道，鎵燈大都用于木材固化，而不是紙加工行業(yè)。
　　壓強(qiáng)中等的水銀氣燈（電極型）為適應(yīng)各種機(jī)器和應(yīng)用有許多不同長(zhǎng)度，外形為1″或25mm直徑的石英管。燈內(nèi)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(dāng)然也有無電極型燈管。這種燈管發(fā)出的光譜與電極型相同，但發(fā)生機(jī)制完全不同。無電極型燈管依靠電磁場(chǎng)發(fā)出微波而釋放能量，而不是電弧。燈管內(nèi)根據(jù)應(yīng)用要求不同可能會(huì)充有不同的其它材料。Fusion UV系統(tǒng)公司的高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Janet Geyer說：“微波能源燈從一開始就保持穩(wěn)定性，而電弧燈（指水銀燈）的輸出強(qiáng)度會(huì)隨著使用衰減。微波燈壽命可持續(xù)300至6000小時(shí)（取決于燈泡），輸出功率每天都很穩(wěn)定。”Fusion UV公司生產(chǎn)的鹵化金屬燈壽命保證達(dá)到6000小時(shí)，而大多數(shù)水銀燈只能保證有1000小時(shí)。Geyer還提到，水銀燈價(jià)格相對(duì)昂貴些，在窄幅卷筒加工行業(yè)不是很常用。他說：“電弧燈（或水銀燈）還有一個(gè)不同之處，就是你可以選擇任意長(zhǎng)度。我們公司產(chǎn)品最長(zhǎng)的可達(dá)10″。要是你的印刷機(jī)比這個(gè)尺寸還寬，你可以兩個(gè)燈管拼起來用。這樣初期設(shè)備投資可能多些，但從長(zhǎng)期產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量來看效果更好。”
　　加州Brea市UV Research（研究）公司的營(yíng)銷主管丹·諾頓先生認(rèn)為，燈管只是UV固化系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。“真正使UV系統(tǒng)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(dān)乒鼙匭胩杏〔牧?/4英寸高，很有可能會(huì)燒著。這就是為什么要時(shí)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(shù)UV系統(tǒng)要具備聚焦良好的反光系統(tǒng)。她說：“反光鏡將UV能量集中到卷幅的一個(gè)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(shè)計(jì)。“有拋物面形、橢圓形（最常用）和聚焦橢圓形（即反光設(shè)計(jì)內(nèi)有橢圓鏡，以取得更大強(qiáng)度）。燈管的直徑越小，內(nèi)建在聚焦反光鏡中的小橢圓鏡就會(huì)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(qiáng)度就會(huì)減弱，”他說。“在拋物面反光鏡中，UV光線在到達(dá)聚焦點(diǎn)之前在鏡中折射達(dá)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(yè)界開始聽說“冷UV”的說法。俄亥俄州GEW公司銷售主管David Horton認(rèn)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(zhǎng)。”諾頓先生進(jìn)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(guó)航空航天局）認(rèn)可的一種二向性涂層（diachronic coating）來完成；該涂層確實(shí)可以吸收掉光線中的短波和紅外波長(zhǎng)。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(jìn)無輻射空間（the irradiator housing），最后由排風(fēng)扇將熱量排出，從而不會(huì)傳遞到承印材料上。”冷UV主要用于對(duì)熱量敏感的薄膜加工上，通常比較昂貴。據(jù)諾頓先生介紹，通常每個(gè)裝置價(jià)格貴10%左右。
 
 
UV油墨
　　經(jīng)過幾年的發(fā)展，在UV固化產(chǎn)品的特性改善方面人們做了許多研究工作。大量時(shí)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(shù)已經(jīng)先進(jìn)到難以區(qū)分兩種油墨的程度。在前不久的時(shí)候，UV固化油墨的粘度還相當(dāng)高；但油墨制造商們已經(jīng)做了大量改進(jìn)，降低了它的粘度。然而還是有一點(diǎn)區(qū)別。Akzo Nobel油墨公司市場(chǎng)開發(fā)總管Mike Buystedt認(rèn)為，主要區(qū)別的一點(diǎn)是，UV油墨是固化，而不是干燥。他說：“這是基于反應(yīng)化學(xué)的化學(xué)過程。當(dāng)光引發(fā)劑接觸到特定波長(zhǎng)的紫外光，它就發(fā)生聚合反應(yīng)或鏈索反應(yīng)。UV墨受UV光照射而固化。”只有油墨接觸到機(jī)器上UV燈產(chǎn)生的UV能量，才會(huì)在基材上固化。
　　太陽(yáng)化工（Sun Chemical）公司能量固化油墨營(yíng)銷經(jīng)理Tony Bean也說道：“最為普遍采用的技術(shù)是i于丙稀酸酯化合物，并通過自由基聚酯化反應(yīng)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(guān)的危險(xiǎn)及環(huán)保問題。最后，自由基聚酯化過程是由光能量引發(fā)的，意味著固化極其迅速地開始并結(jié)束。也意味著較暗或阻光性較強(qiáng)的油墨或涂層固化速度沒有淺色調(diào)、透明材料迅速。”
　　新澤西州Hanovia公司的營(yíng)銷主管Jeff Andrews也認(rèn)為，由于UV墨是即時(shí)固化，沒有使用傳統(tǒng)油墨釋放出的異味或VOC揮發(fā)產(chǎn)生險(xiǎn)情的顧慮。油墨或涂層是固化而不是干燥會(huì)帶來什么呢？據(jù)UV固化系統(tǒng)供應(yīng)商介紹，這使整個(gè)過程變得更快，為加工商節(jié)省資金。
　　Buystedt先生認(rèn)為，雖然UV油墨要貴些，但整個(gè)UV固化過程節(jié)省了資金；因?yàn)?ldquo;印刷機(jī)的停機(jī)時(shí)間更少，對(duì)柔印來說，運(yùn)行更清潔，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)”，他列舉出優(yōu)點(diǎn)，“你可以整晚將油墨留在印刷機(jī)上，兩次停機(jī)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(zhǎng)版活確實(shí)可以減少材料浪費(fèi)，降低成本，印刷機(jī)效率也就更高。”Buystedt還說，跟油墨供應(yīng)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(dāng)匹配。Bean先生也說：“在任何工藝中適當(dāng)選擇油墨都是重要的。應(yīng)用過程中的所有要求和終端產(chǎn)品的用途都必須得到滿足，以使最端產(chǎn)品完美且令人接受。‘可口可樂紅’印出來后不能象‘百事藍(lán)’，油墨不能掉色沾到讀者的手上，油墨及涂料不應(yīng)改變巧克力的味道等。如果印刷機(jī)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(shù)公司UV產(chǎn)品部總經(jīng)理Curt Hudson先生則談到，區(qū)分透明涂層（clear coatings）和顏料油墨（pigmented inks）對(duì)于UV固化系統(tǒng)的不同需求十分重要。他說：“當(dāng)高峰輻射（peak radiance）較為集中而突出，再配合適當(dāng)?shù)恼丈鋾r(shí)間（dwell time），顏料油墨的反應(yīng)效果就更佳；當(dāng)然總體能量（total energy）也很重要。你必須設(shè)定總體能量最小量、總峰值能量（peak energy）最小量、總體照射時(shí)間最小量、最低溫度，而且這些設(shè)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(shí)間，第三是總體能量等；涂層反應(yīng)則最先照射時(shí)間，隨后是總體能量，隨后是高峰輻射。當(dāng)然所有這些都有一個(gè)最小量。對(duì)于透明涂層效果很好的固化設(shè)備，對(duì)于顏料油墨卻未必是好的。”“總的來說，是有一些設(shè)備能同時(shí)滿足透明涂層和顏料油墨的需求，但大多數(shù)設(shè)備只專其一，不像加工商們要求的那樣兩全其美。”
　　發(fā)展
　　辛辛那提市UV科技公司UV產(chǎn)品經(jīng)理Dave McDowell先生談道：“UV技術(shù)在標(biāo)簽和窄幅卷材行業(yè)應(yīng)用相對(duì)較廣，尤其是當(dāng)印刷商們期望突破水基油墨印刷生產(chǎn)能力，提高市場(chǎng)地位時(shí)，UV應(yīng)用增長(zhǎng)得更快。終端正期盼更高質(zhì)量和更完美的整飾效果。我們看到越來越多的標(biāo)簽制造商開始應(yīng)用UV技術(shù)，以使自身具備適應(yīng)更寬生產(chǎn)范圍的優(yōu)勢(shì)，特別是在當(dāng)今市場(chǎng)上。”伊利諾伊州Romeoville市Aetek UV系統(tǒng)公司總經(jīng)理Tom Becker認(rèn)為，大多數(shù)人是由于缺乏認(rèn)識(shí)，在轉(zhuǎn)向UV技術(shù)過程中有些起伏不定，但是用戶的增長(zhǎng)還是相當(dāng)明顯，他說：“問題僅僅在于印機(jī)操作工要學(xué)習(xí)并了解如何使用UV油墨。它粘性更高，反應(yīng)也有點(diǎn)不同，但優(yōu)勢(shì)是明顯的。使用過的人都證實(shí)，這項(xiàng)工藝能帶來巨大收益。”
　　Aetek UV系統(tǒng)公司的銷售經(jīng)理Frank Simonetti說，油墨的發(fā)展使標(biāo)簽行業(yè)轉(zhuǎn)向UV技術(shù)相當(dāng)容易。UV用戶同樣還可以轉(zhuǎn)回水基油墨，印機(jī)上還可保留熱風(fēng)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(shù)。現(xiàn)在窄幅卷筒加工商們可以把UV固化裝置從一個(gè)印刷機(jī)組上換到另一個(gè)機(jī)組。伊利諾伊州Arington Heights市的AAA Press International（國(guó)際印刷）公司就生產(chǎn)了這樣一臺(tái)設(shè)備。據(jù)銷售營(yíng)銷主管Mark Hahn介紹，“大多數(shù)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(tái)8色印刷機(jī)只需購(gòu)買4盞燈，就可將它們移動(dòng)到印機(jī)的各個(gè)位置。
　　明尼波利斯市Nicollet科技公司的總裁，Jon Wilkie總結(jié)道：“一旦印刷商達(dá)到了綜合應(yīng)用的程度，UV的整體成本就會(huì)降低。如果一個(gè)加工商能夠綜合各種因素，形成高效的應(yīng)用方式，那么他的操作成本會(huì)比未使用UV技術(shù)者還要低。”

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