uv固化干燥技术概念浅析

uv固化干燥技术概念浅析

UV固化干燥  
 
利用紫外光获得即时快速干燥效果，这种概念已经发展了许多年。时至今日，柔印和窄幅卷筒印刷行业一直对UV干燥的许多优点赞赏有加。转而应用UV固化油墨、涂料和粘胶剂之后，普遍认为受益的方面包括色彩一致性、环境因素、物理特性、印刷质量、印刷过程和加网印品效果等等。
　　UV（紫外）和EB（电子束）技术可迅速固化或干燥专门配方的油墨、涂料和粘胶剂，可提高生产速度，改善物理特性；而且与传统方法相比，几乎没有产生空气污染。
　　新泽西州费丽匹堡市的Primarc UV技术公司销售经理，杰夫·培得先生说道：“当光引发剂（photoinitiators）吸收UV能量并引发单体发生聚合形成固体即是UV固化。我们大都知道油墨或涂料是液体，当其中的水份或溶剂挥发就变得干燥；当溶剂挥发，油墨颜料就残留下来形成图像。UV可固化材料经过化学反应，即固化成了固体，留下密度更深的图像。”
　　固化干燥设备
　　上述应用中涉及到的固化设备根据其有效空间，固化速度和其它考虑因素可分为几个种类。
　　UV固化系统通常由一个高压电源，一个控制面板和一个固化头（curing head）组成；固化头包含传递UV能量所必须的元件，能量被传到介质材料的油墨或涂层上；介质从固化头的上方或下方经过。据培得先生介绍，固化头通常包括UV固化灯（UV光源），一个反光系统（用以集中UV能量至印刷介质表面）和一个冷却装置（用于保持UV灯的适当工作温度）。
　　马里兰州马尔波罗市的美洲Honle UV公司总裁，吉米·麦可库斯科先生指出，通常用于UV固化的有3种灯：水银气灯、卤化金属灯和镓灯。他说：“水银灯是UV灯的主流，有三个主要输出光谱，分别是254，312和365nm。卤化金属灯的光谱范围较宽，在350nm和450nm波长之间。水银灯最常用。但是当着色更重，墨层更厚或是阻光性油墨时，就需要卤化金属灯。镓灯主要输出稍高于400nm的光谱波长。他补充道，镓灯大都用于木材固化，而不是纸加工行业。
　　压强中等的水银气灯（电极型）为适应各种机器和应用有许多不同长度，外形为1″或25mm直径的石英管。灯内充有氩气或氙气，和少量水银；灯管两端装有电极。接通电源之后，两电极之间形成电弧，使水银汽化。最后从灯管释放出的合成能量主要是白光，红外光和紫外光。
　　当然也有无电极型灯管。这种灯管发出的光谱与电极型相同，但发生机制完全不同。无电极型灯管依靠电磁场发出微波而释放能量，而不是电弧。灯管内根据应用要求不同可能会充有不同的其它材料。Fusion UV系统公司的高级产品经理Janet Geyer说：“微波能源灯从一开始就保持稳定性，而电弧灯（指水银灯）的输出强度会随着使用衰减。微波灯寿命可持续300至6000小时（取决于灯泡），输出功率每天都很稳定。”Fusion UV公司生产的卤化金属灯寿命保证达到6000小时，而大多数水银灯只能保证有1000小时。Geyer还提到，水银灯价格相对昂贵些，在窄幅卷筒加工行业不是很常用。他说：“电弧灯（或水银灯）还有一个不同之处，就是你可以选择任意长度。我们公司产品最长的可达10″。要是你的印刷机比这个尺寸还宽，你可以两个灯管拼起来用。这样初期设备投资可能多些，但从长期产品生产的质量来看效果更好。”
　　加州Brea市UV Research（研究）公司的营销主管丹·诺顿先生认为，灯管只是UV固化系统的关键元件之一。“真正使UV系统生效的是反光镜的图疲庖徊糠植攀歉涸鸾芰考械焦袒闵稀Ｃ挥蟹垂饩担乒鼙匦胩杏〔牧?/4英寸高，很有可能会烧着。这就是为什么要时刻保持反光镜清洁的道理，”他说道。
　　伊利诺伊州Carol Stream市的 Prime UV Systems公司的总裁Eleanor Midlik也同意，大多数UV系统要具备聚焦良好的反光系统。她说：“反光镜将UV能量集中到卷幅的一个窄道上，这正是提高UV固化速度的原因。”
　　诺顿先生称反光镜有3种设计。“有抛物面形、椭圆形（最常用）和聚焦椭圆形（即反光设计内有椭圆镜，以取得更大强度）。灯管的直径越小，内建在聚焦反光镜中的小椭圆镜就会提供更多的直射光线（direct rays），而不是反射光。UV光线每被反射一次，强度就会减弱，”他说。“在抛物面反光镜中，UV光线在到达聚焦点之前在镜中折射达3或4次，因此能量损失最大。”诺顿解释抛物面反光镜主要用于速度要求不是很高，而固化面积较大的情况。
　　冷UV
　　几年以前业界开始听说“冷UV”的说法。俄亥俄州GEW公司销售主管David Horton认为冷UV的说法不合常理，他说：“它并不真是冷的，而是‘致冷’反光镜上涂有二向性涂层（一种特殊分光涂层），可吸收热量并反射UV波长。”诺顿先生进一步解释道：“致冷UV就是从卷材或承印物上去除IR（红外线）的过程。这是由NASA（美国航空航天局）认可的一种二向性涂层（diachronic coating）来完成；该涂层确实可以吸收掉光线中的短波和红外波长。另外，我们也可以使用双层隔离玻璃。玻璃位于灯管和承印物之间；玻璃中的一层是热镜线涂层（hot mirror cords coating），可将红外线或热量反射进无辐射空间（the irradiator housing），最后由排风扇将热量排出，从而不会传递到承印材料上。”冷UV主要用于对热量敏感的薄膜加工上，通常比较昂贵。据诺顿先生介绍，通常每个装置价格贵10%左右。
 
 
UV油墨
　　经过几年的发展，在UV固化产品的特性改善方面人们做了许多研究工作。大量时间和精力的投入使UV油墨的性能与水基油墨更为相似。技术已经先进到难以区分两种油墨的程度。在前不久的时候，UV固化油墨的粘度还相当高；但油墨制造商们已经做了大量改进，降低了它的粘度。然而还是有一点区别。Akzo Nobel油墨公司市场开发总管Mike Buystedt认为，主要区别的一点是，UV油墨是固化，而不是干燥。他说：“这是基于反应化学的化学过程。当光引发剂接触到特定波长的紫外光，它就发生聚合反应或链索反应。UV墨受UV光照射而固化。”只有油墨接触到机器上UV灯产生的UV能量，才会在基材上固化。
　　太阳化工（Sun Chemical）公司能量固化油墨营销经理Tony Bean也说道：“最为普遍采用的技术是i于丙稀酸酯化合物，并通过自由基聚酯化反应而固化。其次，UV化合物通常不含任何溶剂，因此没有与溶剂相关的危险及环保问题。最后，自由基聚酯化过程是由光能量引发的，意味着固化极其迅速地开始并结束。也意味着较暗或阻光性较强的油墨或涂层固化速度没有浅色调、透明材料迅速。”
　　新泽西州Hanovia公司的营销主管Jeff Andrews也认为，由于UV墨是即时固化，没有使用传统油墨释放出的异味或VOC挥发产生险情的顾虑。油墨或涂层是固化而不是干燥会带来什么呢？据UV固化系统供应商介绍，这使整个过程变得更快，为加工商节省资金。
　　Buystedt先生认为，虽然UV油墨要贵些，但整个UV固化过程节省了资金；因为“印刷机的停机时间更少，对柔印来说，运行更清洁，持续时间更长”，他列举出优点，“你可以整晚将油墨留在印刷机上，两次停机之间不用清洁印片。几趟下来就能印出良品，色彩一致恒定。长版活确实可以减少材料浪费，降低成本，印刷机效率也就更高。”Buystedt还说，跟油墨供应商沟通非常重要，商讨使用材料的类型以使UV墨与材料适当匹配。Bean先生也说：“在任何工艺中适当选择油墨都是重要的。应用过程中的所有要求和终端产品的用途都必须得到满足，以使最端产品完美且令人接受。‘可口可乐红’印出来后不能象‘百事蓝’，油墨不能掉色沾到读者的手上，油墨及涂料不应改变巧克力的味道等。如果印刷机的速度是1000英尺/分，而油墨固化速度只有800英尺/分就无法接受。”
　　北卡罗来州Lincolnton市水墨技术公司UV产品部总经理Curt Hudson先生则谈到，区分透明涂层（clear coatings）和颜料油墨（pigmented inks）对于UV固化系统的不同需求十分重要。他说：“当高峰辐射（peak radiance）较为集中而突出，再配合适当的照射时间（dwell time），颜料油墨的反应效果就更佳；当然总体能量（total energy）也很重要。你必须设定总体能量最小量、总峰值能量（peak energy）最小量、总体照射时间最小量、最低温度，而且这些设定要与油墨或涂层相匹配。但在通常情况下，如果要排序的话，油墨最先取决于高峰辐射，其次是照射时间，第三是总体能量等；涂层反应则最先照射时间，随后是总体能量，随后是高峰辐射。当然所有这些都有一个最小量。对于透明涂层效果很好的固化设备，对于颜料油墨却未必是好的。”“总的来说，是有一些设备能同时满足透明涂层和颜料油墨的需求，但大多数设备只专其一，不像加工商们要求的那样两全其美。”
　　发展
　　辛辛那提市UV科技公司UV产品经理Dave McDowell先生谈道：“UV技术在标签和窄幅卷材行业应用相对较广，尤其是当印刷商们期望突破水基油墨印刷生产能力，提高市场地位时，UV应用增长得更快。终端正期盼更高质量和更完美的整饰效果。我们看到越来越多的标签制造商开始应用UV技术，以使自身具备适应更宽生产范围的优势，特别是在当今市场上。”伊利诺伊州Romeoville市Aetek UV系统公司总经理Tom Becker认为，大多数人是由于缺乏认识，在转向UV技术过程中有些起伏不定，但是用户的增长还是相当明显，他说：“问题仅仅在于印机操作工要学习并了解如何使用UV油墨。它粘性更高，反应也有点不同，但优势是明显的。使用过的人都证实，这项工艺能带来巨大收益。”
　　Aetek UV系统公司的销售经理Frank Simonetti说，油墨的发展使标签行业转向UV技术相当容易。UV用户同样还可以转回水基油墨，印机上还可保留热风干燥装置。这给他们带来双方面的灵活性，有助于他们加深了解UV技术。现在窄幅卷筒加工商们可以把UV固化装置从一个印刷机组上换到另一个机组。伊利诺伊州Arington Heights市的AAA Press International（国际印刷）公司就生产了这样一台设备。据销售营销主管Mark Hahn介绍，“大多数印刷商都在做短版活，因此快速固化是必不可少的。例如，这种装置可让印刷商一台8色印刷机只需购买4盏灯，就可将它们移动到印机的各个位置。
　　明尼波利斯市Nicollet科技公司的总裁，Jon Wilkie总结道：“一旦印刷商达到了综合应用的程度，UV的整体成本就会降低。如果一个加工商能够综合各种因素，形成高效的应用方式，那么他的操作成本会比未使用UV技术者还要低。”

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