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UV紫外线光固化技术发展历史

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紫外线光固化技术发展历史

工业应用UV固化技术始自1960年代早期,德国木业企业使用于木才表面的涂料层硬
化。全球首次使用UV平版印刷是在美国,英国随即于企业1970年成功地使用
(Holland,1997)。和传统的平版印刷相比较,只算是极为年轻的新技术,但发展
至今已成为非常重要的印刷技术。

一般而言,UV并不是专应用于平版印刷,它是一种以UV光源照射化学物,而该化
学物当中所含垢“光启始剂(Photoinitiator)”受到UV光源的刺激,于极短时间
内(短于1秒)让该化学物中所包含的“聚合单体(Polymer)”产生胶合硬化的
“辐射硬化技术(Radiation Curing)”,一般称为UV固化(UV Curing)。国际上
又将上与“电子束硬化技术(Electronic Beam Curing)” 归于同类,合称UV/EB
Curing。

UV固化可以使用于各种传统的印刷版式,包含凸版、弹性凸版(Flexo)、平版、
网版等印刷,只要使用UV印墨,配合UV光源即完成主要的部分。平版UV印刷即是以
平版印刷的架构,使用UV印墨,配合UV光源而成,当然一些非常重要的配合条件亦
需同时达成方可。除了印刷外,使用透明的材料印刷物进行UV上光亦是市场上广为
使用的上光方式。

一、 平版UV印刷的特性
一般而言,UV印刷所具备的优点为:
1. 色彩饱和度高,色彩效果好。与传统平版印刷相比较,平版UV印刷可以获得比
较高的色彩效果,对于色彩要求较严格的印刷品,可获得较令人满意的结果。
2. 印纹光泽度高,视觉艳丽。与消光的底色搭配,可获得令人激赏的视觉对比,
对于强化产品的高品质形象,极具助益(Tolliver,1998)。
3. 适用于物性及化性完全不同的多类被印物,包含纸、纸板、塑胶、赛路络、
PVC、PE……等纸类与胶片类。此特性比传统平版印刷能印刷更多的产品种类,有更
宽广的市场未来性。
4. 于印刷同时可马上干燥,可大幅改善生产效率(RadTech,1998)。由于不需要
等待油墨干燥时间,所以生产时间可以大幅缩短,印刷企业也可以节省许多储存待
干印件的空间,对成本节省多有助益。
5. 由于印刷时马上干燥,故不需使用喷粉,于改善因为喷粉所导致的品质问题,
可以避免。
6. 由于印刷时马上干燥,故可以不会像传统平版印刷一般,印下来的48小时内会
有色彩变化情形发生(Ehrlitzer,1998)。
7. 印纹的耐光性较佳。
8. 印纹的耐磨擦性较佳。
9. 对环境较为亲和(RadTech,1998)。

除了前述的各项优点,平版UV印刷是否没有缺点?答案是它当然会有一些缺点:

1. 平版UV印刷的机器投资成本比传统的平版印刷设备高,投资决策需更小心。

2. 可以使用平版UV印刷的市场种类比传统的平版印刷市场更广,更分散,所以厂
商若要投入发展此技术,应先进行市场的分析研究,以免投资设备后发生找不到订
单的风险。

3. 平版UV印刷的印墨成本为传统的平版印刷的印墨成本的3~4倍左右,材料成本
高。印刷生产中的生产管理技术、制程技术,及成本控管,需要更严谨,否则成本
损耗的比例会比传统平版印刷高。

4. 印墨储存区需进行较严格的温度控制,需保持在20℃以下,仓储成本较高
(HostmannSteinberg ,1992)。

5. 若紫外线外泄,对人员会产生健康上的影响。

6. 平版UV印刷不若传统平版印刷般普及,熟悉操作技术的人力供给,需仰赖自己
培训。

一般而言,UV印刷会应用到的技术种类,于下列简单述之:

1. UV光源设备:包括灯管、反射罩、能量控制装置、温度控制装置(或称冷却装
置)。

(1) 灯管:UV光源所使用的灯管,最常用的种类为内部填充水银的水银灯管
(Mercury Lamp),有些时候会添加其他的金属,便如镓(Gallium)。另外金属卤
素灯管,及石英灯管(quartz lamp)也是常用的种类。目前多仰赖进口。UV灯管
发出的电磁波长须介于200~400nm之间。

(2) 反射罩:反射罩主要的功能为将UV电磁波反射回来,以增加UV的光源效率
(UV Tech Publications,1991),另一个重要功能为维持灯管的工作温度。反射
罩表面通常为铝制,反射率的要求通常需高达90%。

反射罩的基本型式有两种,一为聚焦型,另一种为散焦型,随制造商的发展,
又有其他的延伸型式。

(3) 能量控制装置:此装置的主要供能为控制UV灯管所发射出的UV能量为稳定
的,以维持硬化的效率及稳定,以配合不同印刷速度的需求。有电子式设计,也有
使用微电脑控制。

2. 冷却装置:
由于UV灯管于 发出UV电磁波时,也会发出IR(红外线波),使得UV设备会在高
温中运作(例如石英灯管的温度可达600~800℃),如此除了会缩短设备的寿命外,
对印刷品也容易引起伸缩的情况,导致印刷时规位无法套准,所以冷却装置的重要
性可见一斑。

3. 供墨系统:
由于UV墨比传统的平版印墨有较高的粘度,及较大的摩擦力,且对印刷机的组
件(包括橡皮布、墨辊等)都会损伤,所以除了印刷时应对墨槽中的墨应持续地进
行搅拌外,供墨系统中的墨辊及橡皮布应使用应为UV印刷所设计。

又为了维持UV印墨的稳定性,以免过高的温度影响印墨的粘度,墨辊的温控装
置也是重要的设备。

4. 散热及排气装置:
主要的功能为将机器内部过多的热能及因印墨聚合硬化时产生的臭氧排除之用。
通常由排气马达及排气管所组成。

5. 印墨:
印墨品质良好与否是直接影响UV印刷的最关键性因素。它除了会影响色彩表现与
色域等传统的品质因素外,印墨的印刷适性更直接影响被印物印于印刷完成后印纹
的附着力、强度、抗摩擦力等。光启始剂及聚合单体种类及特性为关键性的基础材
料。

要控制UV印墨的附着力,为湿的UV墨与被印物接触时,被印物的表面张力(单
位:dynes/cm)必须高于印墨的表面张力(Schilstra,1997),才能产生良好的印
墨附着,因此控制印墨及被印物的表面张力为UV印刷的重要技术。

6. UV能量量测设备:
于UV印刷当中,因为UV灯管老化、电源、印刷机速度等因素,需要控制UV能量保
持稳定,故量测UV能量的技术成为极重要的一环。

7. 国外的技术发展趋势:

(1) 市场稳定的成长。

(2) 应用多色印刷及高精细表现的分色技术。包括Hi-Fi Color,及随机网点过
网技术 (Stochastic Screening Technology)。

(3) 冷UV固化技术(Cold UV Curing)(Holland,1997):

Heraeus企业发展Excimer Lamp,不会产生红外线,所以不会发热,对于薄膜
印刷或易生收缩效应的被印物,有效佳的规位控制成果,其他的优点为:省能源、
不会侵蚀印刷机零件、不发出臭味……等。然而到目前为止其效率尚无法取代水银
灯管,未来发展极具潜力。

我国目前使用下版UV印刷的情况,与传统平版印刷相比较,属于极少数的技术
种类。至目前为止,安装专门为平版UV印刷的特性所设计的平版印刷机的厂商极
少,多数使用于生产磁卡、胶片、及高品质的化妆品包装盒等。

国内印刷企业使用较多的平版UV应用,大部分应用在上光的用途,它们大多为
离线型UV上光。当传统平版印刷印刷完成的纸张印刷品需要高光泽的上光处理时
(包括全面上光及局部上光),多数采用此种方式。它的投资额较小,且多数为上
光厂所投资,如此印刷企业不必投资,而上光厂因为设备可以发挥效率而较划算。
缺点为生产过程长,且品质不稳定。又因传统平版印刷使用喷粉,故上光效果会受
影响。此种组合多应用于商业广告印刷及包装盒等。

目前关于平版UV印刷技术在国内使用上的现况,设备上已无大的问题存在。由
于国际上的领导厂商(印刷机如:海德堡、罗兰;UV设备:IST METZ、Eltossch、
Spectral;UV灯管:OSRAM……等)都有专业的完整设备,这些设备也已经经历过国
外印刷企业的严格考验,其使用效率与稳定性已无大问题,除了设备投资额高这个
财务上的问题外。目前国内平版UV印刷技术应用上的问题,主要集中于材料供应及
印刷适性等相关问题之上。

 

墨辊、橡皮布或树脂版材
使用UV油墨或UV上光油可能导致一般的印刷墨辊、橡皮布或树脂版材肿大, 肿大更严重会产生脱皮或

表面碎裂,选择适当的或采用指定UV专用橡皮布和树脂版是很重要的。

许多UV油墨供货商会推荐一个标准范围,如橡皮布采用硝化或丁碁硝化处理的材质可能可以配合油性、

UV油墨或上光油。而天然橡胶和聚合乙烷材质的会肿大,不能适用于UV油墨和上光油。

采用EPDM材质的橡皮布特别适合UV油墨和上光油,但也可能不适合一般Oil-based的油墨。EPDM橡皮布

特别不能使用石油提炼的洗剂,应购买专用的洗剂。同样的,选择印刷机的墨辊也是根据这个原理。不

能常常变换交替使用UV油墨和一般油性油墨,如果需要变换油墨必需清理非常干净,去除一切可能残留

的化学品。

UV灯管

UV灯的机组间的排列及每支设定的工作强度,使印刷品的UV油墨或上光油充分且恰当的固化,必需看印

刷速度、墨膜厚薄程度和油墨颜色的明暗而定。一般只有印刷业专门UV技术供应商,才会仔细考虑印刷

机的型式和印刷的各种成品需求,推荐适合的UV系统。

BEST-UV在UV印刷和上光油应用上,使用适合的标准为“工业用中压力水银灯”或“金属卤素灯”。如

第1色(如青色),印刷标准墨膜厚度(1.20-1.40g/m2),速度100m/min时,使用2支120W/cm的中压力水

银灯实行固化。如改为色浓度高、较暗的颜色印在1-2个叠色,整体固化的困难度就大大增加,这是由

于UV光很快被深重的油墨的色素所吸取了。

一般4色UV油墨固化的困难度依序为洋红、黄、青、黑色,因此UV彩色印刷时的色序应为黑色、青、黄

色、洋红。有些调配色/专色也是非常难于固化,如黄色和青色调配而成的绿色、可把UV光反射回去的

不透明色等。

同样的,金色、银色等金属色也有同样问题。
UV灯工作中温度的精确、稳定控制,对发射功率也有直接的不可低估的影响。目前强排气冷却方式,面

对UV印刷高变数(色彩、材料、速度等)的应用状况,很难完整符合具体需求。BEST-UV系统采用水循环

冷却系统,结合空冷、强排气装置,可比较理想的实现各种形式UV固化。并可防止灯管、辐射器、线路

过热而短路。

UV灯的石英管壁工作中温度一般约800℃(据功率调节有一定变化),纸张粉屑、空中尘粒、灯管上的

指纹、污迹一旦经过高温工作过程,就将变为永久性残留,影响UV光的发射。所以,经常性进行灯管的

日常保养非常重要(软布蘸适量无水酒精全周檫拭)。功率衰减的灯管会造成印刷上困扰,所以必需及

时更换,以免影响整体作业。

UV灯的寿命有限的,通常辐射强度75% 时,输出效率降低,就较难实现有效固化。BEST-UV系统对灯管

的使用时间、状态、是否需要更换均有清晰指示。

反射罩

如果没有安装反射罩,约有80%的UV光线,因漫射而没有作用到印刷物上。因此UV灯必需装设灯罩反射

并集中焦点于印刷物的方向,反射罩的重要性是不容忽视的。

BEST-UV灯盒的反射罩以水循环冷却系统,保证工作中精确的温度控制。反射罩必需清洁及保养,纸张

的粉屑或是喷粉的灰尘附着于反射罩,都会影响UV灯反射的的功效。通常在不使用UV时,BEST-UV灯罩

气动式自动关闭灯盒以防止灰尘。

UV油墨比较贵,好象是印塑料一类材料用的,为了增加附着力,因此粘性比较大,塑料当然不会被拉毛

。轮转机印用的是UV油墨还是轮转胶印油墨?用贵的油墨代替不是很贵的胶印油墨你说划不划算。

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