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uv固化干燥技术概念浅析

文章出处:未知责任编辑:大奖网官方网站人气:发表时间:2015-07-28 09:12

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技术企业销售经理,杰夫·培得先生说道:“当光引发剂(photoinitiators)吸取UV能量并引发单体发生聚合形成固体即是UV固化。大家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。据培得先生先容,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企业总裁,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系统企业的高级产品经理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企业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。大家企业产品最长的可达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)企业的营销主管丹·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企业的总裁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。”诺顿说明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企业销售主管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),可吸取热量并反射UV波长。”诺顿先生进一步说明道:“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;该涂层确实可以吸取掉光线中的短波和红外波长。另外,大家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。据诺顿先生先容,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油墨企业市场开发总管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)企业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企业的营销主管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固化系统供应商先容,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市水墨技术企业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科技企业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,尤其是当印刷商们希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。大家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系统企业总经理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系统企业的销售经理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)企业就生产了这样一台设备。据销售营销主管Mark Hahn先容,“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科技企业的总裁,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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