UV油墨的固化過(guò)程

1、UV油墨的固化過(guò)程文章發(fā)布時(shí)間：2005-11-1716:42:39固化后的UV油墨的物理特性完全取決于固化光源。使固化后的UV油墨具備某種物理特性，無(wú)論是四色油墨還是專色油墨，都決定于固化設(shè)備的設(shè)計(jì)與固化過(guò)程。讓我們先了解一下UV固化曝光設(shè)備中可調(diào)控且影響固化效果的主要變量這些變量包括UV光強(qiáng)度、UV光譜范圍、UV光能量和紅外線輻射量。UV光的作用與UV油墨的物理特性，二者之間的相互影響，如光譜吸收、光學(xué)厚度和分散性使固化過(guò)程受到了限制。具體地說(shuō)，由于不正確的固化操作，使固化后UV油墨層失去了主要的物理特性，如附著性。耐溶劑性和耐刻劃性。固化光源的特性與UV固化油墨的物理特性相配合將使UV油

2、墨的固化過(guò)程更穩(wěn)定，更有效。UV固化油墨在光化學(xué)作用下其化學(xué)組分產(chǎn)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，油墨由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。UV油墨中的光引發(fā)劑是起決定作用的化學(xué)組分，UV油墨在紫外光源的照射下，首先是光引發(fā)劑吸收光能量發(fā)生反應(yīng)。在UV油墨中，液態(tài)的單體和低聚物取代了樹(shù)脂連接料，使顏料分子可以分散在其中，這個(gè)印刷油墨層完全反應(yīng)，由于沒(méi)有任何溶劑的揮發(fā)，固化后的油墨層厚度同固化前的厚度完全一樣，因此我們通常稱UV油墨為“100固體”油墨。在使用UV固化油墨時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行考慮：1、UV油墨的應(yīng)用，特別是根據(jù)UV油墨的印刷產(chǎn)品，確定固化后UV油墨的物理特性，一般要求的物理特性有油墨的遮蓋性、油墨膜層厚度和柔軟性

3、、墨膜耐磨損或耐刻劃的能力以及油墨的附著牢度，這些物理特性與最后印刷品的涂布、表面裝飾有關(guān)。2、光化學(xué)性，是指油墨在一定的光能量照射下固化所呈現(xiàn)的物理特性。這里所涉及的油墨變量包括單體、低聚物、光引發(fā)劑和一些功能性添加劑，確定這些化學(xué)組分的光化學(xué)特點(diǎn)對(duì)于UV油墨的成功固化非常重要。3、UV固化光源，含有主要的曝光變量，對(duì)UV油墨的固化有很重要的影響，主要的變量包括輻射光波范圍、UV光源到達(dá)油墨層表面時(shí)的光能量、曝光時(shí)間和到達(dá)油墨層表面的紅外光源能量。要對(duì)這些變量進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的UV固化效果。UV固化油墨中各個(gè)化學(xué)組分的作用為：低聚物分子量大，對(duì)油墨的物理特性起主要作用；單體分子量小，對(duì)油

4、墨（液態(tài)）的黏度和分子的交聯(lián)反應(yīng)起作用；光引發(fā)劑促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)，其在油墨中的含量不高，為12；添加劑包括顏料、表面活性劑、消泡劑等，它們不參與分子之間的交聯(lián)固化反應(yīng)。除了UV油墨中各個(gè)化學(xué)組分的作用，UV固化光源也起著同樣重要的作用。UV油墨的固化是從各個(gè)光子的相互碰撞開(kāi)始的，光子之間碰撞的難易影響光子進(jìn)入油墨分子中激活光引發(fā)劑的效果，從而決定了UV油墨最終固化的結(jié)果。因此油墨的光學(xué)特性需要與固化光源的光學(xué)特性相匹配才能達(dá)到最佳的固化效果?，F(xiàn)在光引發(fā)劑的種類很多，每一類型的光引發(fā)劑都有不同的光學(xué)特性，來(lái)適應(yīng)某種波長(zhǎng)范圍的UV光。在檢查光子與光引發(fā)劑發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的事實(shí)：光

5、引發(fā)劑分子可以很均勻地分散到油墨分子中，而光子卻相對(duì)獨(dú)立地存在著。UV固化過(guò)程UV固化過(guò)程與UV油墨的配制一樣重要，UV固化過(guò)程中的各個(gè)變量要符合固化要求，而固化要求是根據(jù)固化后UV油墨的物理性能確定的。UV固化過(guò)程中將涉及四個(gè)可控變量：1、UV光輻射強(qiáng)度；2、UV光源的光波范圍；3、曝光時(shí)間（或固化速度）；4、紅外線曝光強(qiáng)度（或表面溫度）。在UV油墨固化的整個(gè)過(guò)程中，以上變量都從不同方面對(duì)固化結(jié)果產(chǎn)生影響，它們的正確調(diào)控決定了固化方式是否可達(dá)最佳結(jié)果。當(dāng)然為了獲得最好的生產(chǎn)效率，我們可以對(duì)這四個(gè)變量進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)。要想獲得理想的油墨遮蓋力或顏色強(qiáng)度，還要考慮油墨及顏料涂層的光學(xué)厚度，它與油墨

6、及涂層的物理厚度概念完全不同，光學(xué)厚度起著非常重要的作用。BeerLambert法則中描述UV光能量在通過(guò)任何材料時(shí)其能量是要減弱的。光能量穿過(guò)油墨層時(shí)，并沒(méi)有被最上層的油墨層吸收及反射，而是穿過(guò)材料并到達(dá)最底層，我們可以用下面的公式描述光能量的減弱。公式中Io表示波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能量，Ia表示吸收的光能量，A表示波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光率，d為油墨膜層厚度。通過(guò)以上公式可以看到油墨膜最上層（1厚度）和最底層（1厚度）吸收的相對(duì)光能量大小，它們?cè)趦蓚€(gè)區(qū)域內(nèi)吸收的光能量完全不同，如圖1。圖1BeerLambert法則中油墨膜上層及底層的吸光率在對(duì)光引發(fā)劑、顏料和預(yù)聚物的光譜吸收率進(jìn)行檢查時(shí)，我們可以明顯地

7、看到波長(zhǎng)短的UV光能（200300nm）到達(dá)油墨層表面時(shí)即被全部吸收，完全不能到達(dá)膜層的最底部。通常，油墨膜層厚度是一定的，因此油墨對(duì)于承印材料的附著強(qiáng)度是首先要考慮的問(wèn)題。甚至光引發(fā)劑將其敏感的光譜范圍內(nèi)的光能量全部吸收，使這部分波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能量不能被更深層的光引發(fā)劑吸收，如圖2、圖3所示。由此可看到光引發(fā)劑非常適于很薄的透明涂層，而不適于有一定厚度的油墨，對(duì)于油墨，應(yīng)選擇波長(zhǎng)范圍長(zhǎng)的光引發(fā)劑。圖2透明涂層可使用波長(zhǎng)短的光引發(fā)劑圖3波長(zhǎng)長(zhǎng)的光引發(fā)劑適于油墨的固化大多數(shù)UV固化光源包含兩種波長(zhǎng)的UV光能量（如果加上紅外線能量，則為三種波長(zhǎng)光能量）。波長(zhǎng)短的UV光能量適于墨膜表面的固化，波長(zhǎng)長(zhǎng)

8、的UV光能量適于墨膜深層的固化。這主要是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短的UV光能量完全被墨膜表面所吸收，而不能達(dá)到墨膜的深層。如果波長(zhǎng)短的UV光能量輻射不足，油墨表面會(huì)發(fā)黏；如果波長(zhǎng)長(zhǎng)的UV光能輻射不足，將影響油墨對(duì)于承印材料表面的輔助力。油墨膜層的厚度受益于長(zhǎng)、短波長(zhǎng)光能量的恰當(dāng)配比。普通的水銀燈輻射兩種波長(zhǎng)的光能量，但是它輻射的短波長(zhǎng)的光能量很強(qiáng)，因此比較適于墨層薄的涂層固化。吸光率高的材料，如各種添加劑和網(wǎng)版印刷油墨，它們含有波長(zhǎng)范圍長(zhǎng)的光引發(fā)劑，因此需要波長(zhǎng)長(zhǎng)的光能量進(jìn)行固化。水銀燈中加上一些其他成份可以使光源輻射大量的波長(zhǎng)長(zhǎng)的UV光能量，當(dāng)然同時(shí)還輻射波長(zhǎng)短的光能量，從而使油墨表面得到很好的固化，如圖4

9、。圖4水銀燈中加入添加劑以控制光譜輸出范圍在UV燈管中添加一定量的金屬鹵素可以改進(jìn)燈管的光譜范圍，金屬鹵素添加量是經(jīng)過(guò)精確計(jì)算的。固化設(shè)備的光學(xué)因素對(duì)于固化過(guò)程的影響除去油墨本身，有很多因素可以影響油墨的固化效果。這些因素就是固化設(shè)備的光學(xué)特性和物理特性，而UV曝光設(shè)備是主要因素。1、UV光強(qiáng)度表示在指定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)單位面積內(nèi)得到UV光能量的多少。UV光強(qiáng)度說(shuō)明了光子的流量，計(jì)量單位為W/cm2或mW/cm2。光強(qiáng)度因光源的輸出功率以及其與照射物體表面的距離不同而不同。與光源垂直的正下方，其光強(qiáng)度最強(qiáng)。光強(qiáng)度是電源功率、光源輻射量、反射率、焦點(diǎn)、燈管尺寸和幾何形狀綜合性能的體現(xiàn)。在一定波長(zhǎng)范圍

10、內(nèi)測(cè)定的光強(qiáng)度稱為有效光強(qiáng)度。表面得到的光強(qiáng)度強(qiáng)，油墨和涂層受到的UV光能量就強(qiáng)，固化的深度主要受輻射的光強(qiáng)度影響，而與曝光時(shí)間的長(zhǎng)短關(guān)系不大。光強(qiáng)度對(duì)于吸光率高（遮蓋性好）的油墨的固化起著重要的作用。2、光譜分布它描述的是燈管放射出的波長(zhǎng)的相對(duì)輻射能量或是到達(dá)油墨表面的光能量的波長(zhǎng)分布范圍。為了描述UV能量的分布情況，通常是根據(jù)10nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射光能量做出光能分布圖。這樣可以很方便地對(duì)每一種不同的電光源的光譜分布進(jìn)行比較。一般地，電光源的制造商會(huì)提供每一類型電光源的光譜分布圖。3、UV光源的有效能量是指在給定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)UV光到達(dá)單位面積上的輻射強(qiáng)度。它表示到達(dá)物體表面上的全部光子的數(shù)

11、量。光能量同光子的速度成反比，同曝光光源的數(shù)量（固化通道的數(shù)量或光源排列的數(shù)量）成正比。UV光源的有效能量是承印材料表面得到輻射能量的一個(gè)時(shí)間積累，因?yàn)槌杏〔牧弦ㄟ^(guò)一個(gè)光源或另一個(gè)光源進(jìn)行干燥固化，有效能量通常用J/cm2或mJ/cm2來(lái)表示。4、紅外線輻射強(qiáng)度紅外線輻射強(qiáng)度，表示UV光源中石英體放射出的紅外線能量，它的測(cè)量單位與光強(qiáng)度的單位相同，它產(chǎn)生的表面溫度有可能有益，也有可能帶來(lái)麻煩。多數(shù)UV固化油墨都有“光學(xué)厚度”，油墨表面會(huì)吸收很多輻射的光能量，根據(jù)油墨中顏料的不同和油墨層厚度的不同，對(duì)某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能量的吸收率也將不同。在固化過(guò)程中油墨的光譜吸收率是非常重要的參數(shù)。對(duì)UV光源的吸收率將影響油