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紫外光固化技术介绍

http://www.cra.gov.cn 2005年01月12日 文章源自:《记录媒体技术》

紫外光固化油墨和固化技术的应用领域非常广泛。紫外光固化对于丝网印刷来说，其优点是速度快捷并不需使用溶剂，因此得到了广泛应用。对于光盘行业，自诞生之日起就使用紫外固化保护胶涂层和紫外光固化油墨印刷。作为100％的“固态”油墨，紫外光固化油墨不会排放VOC（即挥发性有机化合物，易于适应环保法规），也不会像挥发性（溶剂和水基）油墨或涂层因变干或发生粘度变化而堵塞丝网。而它的缺点则在于紫外光油墨不能像常规油墨那样被印刷或固化。常规油墨如果第一遍印刷时油墨没有完全干燥，你可能是重印一遍或降低印刷速度。不幸的是，这些对于传统挥发性油墨非常适用的想法却对紫外光固化不利，这种作法很可能会烤坏承印物。请注意紫外光具有一定的光学特性，也就是说得注意焦距和波长的对承印物的影响。这就是紫外光固化具有一些神秘感的原因。也是将在此文中讨论的主要内容，以及如何有效利用光达到附着性和极好的表面固化效果。

1．紫外光固化物质

任何紫外光固化物质都由低聚体和单体这样的成分构成——简单地说，就是大分子和小分子构成其基本配方。大体上可以把它们比喻成传统油墨中的树脂和溶剂，区别在于前者在固化过程中发生交联，形成一种固态物质。这些混合物还可包含许多添加剂。对于丝网印刷来说，最明显的添加剂当然是颜料。

只有在油墨中添加了关键的成分“光引发剂”后，这种化学混合物才能进行紫外光固化。当光引发剂暴露在紫外光下时，必须要使用正确的紫外光源，才能使这种混合物从液态转化为固态。许多人不清楚，但是又相当重要的是：必须使用正确的与光引发剂匹配的紫外光源。

光引发剂是唯一直接受紫外光影响的成分。当光引发剂吸收紫外光后，反应被触发了。光引发剂敏感性非常高，这解释了为什么紫外光固化速度如此之快。事实上，只需一个紫外光光子（是正确的紫外光源）击中光引发剂分子，就足以“激发”这个分子开始固化反应。光引发剂分子均匀稀薄地分布于整个混合物中，

让紫外光穿透混合物，而抵达表层之下的光引发剂分子，尤其是位于油墨和基材之间粘着点的光引发剂分子，这并不是很容易做到的。

2．紫外光固化机理

当我们想让油墨提供很好的“遮盖力”或“覆盖力”以达到不透明性、明亮性或鲜明性时，意思是说不想看到底材。紫外固化时，光线必须经过油墨中的颜料粒子，这些粒子就像岩石一样。因此，让光线穿透不透明油墨进行固化，这似乎是矛盾的。那末如何进行固化呢？

l）紫外光的特性

先来看看紫外光的特性。最好的理解方式是从我们更为熟悉的事物着手，即我们感知为色彩的可见光。丝网印刷人员天天与色彩打交道，非常清楚我们所看见的不同色彩实际上是由某些波长的光线生成的。

图1：各种辐射的电磁波频谱

大多数人都熟悉色谱，知道它是所谓电磁波频谱的一部分（参见图1）。所有的光线——红外线、可见光和紫外线——在物理上是类似的，差别在于波长。波长通常用纳米（nm）来表示。在可见光中（大约450～750nm），红光与蓝光的差别仅在于波长，然而人眼的感受却相当不同。因此当讨论紫外光的范围时（200～450nm），得放弃我们将紫外光看成是一种“不可见的但又像蓝色之类”的模糊概念。虽然我们看不到紫外光，在整个紫外光波长范围内，也有类似于可见光那样的蓝、绿、黄、橙和红之分。正如可见光谱一样，紫外光光谱也有一系列的波长。当不同的紫外光引发剂暴露于紫外光之下时，它们对不同波长的紫外光产生反应，这一点是非常非常重要的。

2）紫外光源

紫外光灯包括一个灯管和一个反射罩——实际上灯管是一个透明石英管并含有少量的水银。尽管灯管激发方式不同（参见本文后面的弧光或微波部分），总的工作方式是相同的：给水银施加能量令其加热并迅速蒸发。当灯管达到它的工作温度时，水银蒸汽变成等离子体并发散出离子化水银特有的波长光线——即有紫外光也有可见光。

此时，要让这些光子穿透紫外光固化材料并进行充分的固化，需要生产大量的光子。的确，我们也发现抵达油墨表面的光量取决于紫外灯的许多因素。

首先，灯管的输出功率是很重要的。通常用瓦特／英寸（W／in）来表示。不幸的是，尽管W／in能显示灯管的能量级，它却一点也说明不了灯的实际性能怎么样。我们需要知道的是灯的效率如何。在图2中，注意三个6KW灯管的电力输入是一样的，但D灯（图2b）的输出优于其他灯。从实际角度来说，选择那种将输入电力转换成输出最大有效紫外光能的灯管——以最有效的波长方式——在进行紫外光固化时是最有效的。

图2a，H灯管的光谱分布

3）水银——紫外固化的信使

电功率并不是唯一要考虑的问题。图2a中的H灯柱状图显示的是汞灯发射的紫外光谱。

这些柱状图显示了紫外光范围内（450～200nm）每10nm为一个波段的能量输出值。这种表征灯管输出光谱的分布“图”，简单地切分出每一波段内所发射的