| [推荐]UV油墨：迅速发展的绿色环保油墨(四) |
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| （时间:2007-7-18 15:20:20 共有
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UV油墨的固化
UV固化材料的物理性能实质上是受用来固化它们的烘干系统的影响的。预期性能的获得，不管是保护胶、油墨、还是粘合剂，将依赖于这些灯管的参数、设计和控制的方法。UV灯四个关键的参数是：
1) UV辐射度(或密度)
2) 光谱分布(波长)
3) 辐射量(或UV能量)
4)红外辐射。相对于最大辐射度或辐射量，以及不同的UV光谱，油墨和保护胶将会展现出很大不同的特性。鉴别不同的UV灯管特性并使它们与可固化材料的光学特性相匹配的能力，扩展了把UV固化作为一种快速、高效的生产过程的范围。有许多固化系统的光学和物理性能（除它本身的组成之外）影响固化效果，从而导致了UV固化材料外观特性（performance）的不同。
水性UV油墨主要是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成。其干燥固化结合了UV光固化和水性油墨渗透蒸发二种干燥形式，具体说主要有两种干燥方式：水性体系的预挥发干燥和紫外光固化。
1.预挥发干燥机理
预干燥是光固化之前必须有的一道工序，不进行预干燥将导致光固化的最终结果不理想。在水性UV油墨的制造过程中，水基光固化树脂通过添加一种碱或者酸使其变成羧酸盐才能溶于水，其中通过加氨水使其成盐的反应。
2.光固化成膜机理
UV固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下，光引发剂吸收紫外光的辐射能后分裂成自由基，引发预聚物发生聚合、交联接枝反应，在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物，得到硬化膜，实质是通过形成化学键实现化学干燥。其固化过程一般可分为四个阶段：
①光与引发剂之间相互作用，它可能包括对光的吸收和光引发剂之间的相互作用；
②光引发剂分子发生重排，形成自由基中间体；
③自由基与齐聚物中的不饱和基团作用引发链或聚合反应；
④聚合反应继续，液态的组分转变为固体聚合物。
被固化材料的特性
一只UV灯管的效率，决定于发射光子进入可固化材料以启动光可触发分子的难易程度。UV固化决定于光子—分子的碰撞。光可触发分子通过材料均匀地扩散，但光子却不同。除UV光源的特质外，被固化的薄膜还有光学及热动力学特性。它们与辐射能量互相作用，对固化的过程产生了重大影响。
光谱吸收率：能量是物质在逐渐增加的厚度内吸收进波长的作用。表面附近吸收的能量越多，意味着深层得到的能量越少。但这种情况随波长的不同而不同。总的光谱吸收率包括所有来自于光触发剂，单分子物质，齐聚体以及添加剂包括颜料的影响作用。
反射和散射：相对与吸收，光能更多地是被物质（或在物质内）改变方向；这一般是由于可固化材料中的基质材料和/或色素引起的。这些因素减少了到达深层的UV能量，但却改进了在反应之处的固化效率。
光学密度：与吸收相似，它由“不透明度”和薄膜的厚度两个因素构成；包括吸收和散射的光稀释作用；用一个单独的数字来表示，而不是作为光谱的分布。
扩散性：一个热动力学特性包含特定的热量，传导性和密度；材料“扩散”、接受热量的能力；影响由表面骤然进入的红外能量而导致的薄膜和基质的温度的升高。
红外吸收率：温度对固化反应的速率有着重大的影响；尽管反应中的温升也对温度有作用，但来自于UV灯管的辐射（radiant IR）才是表面热量的根本源头（不是从周围的空气或大气中传输的热量）。过大的温度升高是影响固化过程的重要限制因素之一。
光学厚度涂层和油墨
由于不透明度或色彩强度是我们需要的特性这一事实，油墨和颜料涂层提出了特殊的问题。粘合剂通常也提供相对厚的薄膜。不同于一个薄膜的物理厚度，它的光学厚度是非常重要的。当光能穿进或穿过一种材料时，它的减少是由Beer—Lambert来描述的—在薄膜的上层没有被吸收也没有被反射的光能将穿送并到达薄膜的底层。
光谱吸收性的意义
物质的吸收性随波长的不同而不同。很显然，短的UV波长（200~300nm）会在表面被吸收而根本达不到底层。一般地说，薄膜的厚度是被限制的，对于基质，粘合力才是应具有的首要特性。
即使是光可触发剂也会吸收它所敏感的波长能量，从而阻碍该波长到达深层的光可触发分子。一种光可触发剂对于清漆涂层适用，但对于油墨也许并不是合适的选择。对于油墨，对应于较长波长的光触发剂才是较好的选择。除物理厚度外，光谱吸收性的另一个作用是光学厚度。一个薄膜不可能在一种波长下其光学厚度是厚的，而在另一种波长下是薄的。即使清漆涂层短波长（200~300nm）下的光学厚度也是倾向于较厚的。
当被固化的产品在UV可固化材料之上包含一层“透明”材料时，其吸收性便阻碍了光能。这是层压法、透镜粘合、药品装配，当然，还有DVD粘合，所常用的。
了解“透明”材料的光谱传播特性，以选择穿过它们进行固化的最有效的光谱是很重要的。一般情况下，长波长UV灯的选用，结合长波长的光触发剂，是通过象PC这样的材料进行成功固化的关键。
波长的重要作用
大多的UV固化包含了两种范围的波长同时工作（假如包含IR，3个）。短波长工作于表层，长波长工作于油墨或涂层的深层。这个定理是由于短波长在表层被吸收而不能到达深层的结果。短波曝光的不足会导致表面发粘；长波能量的不足则会导致粘附不良。每一个配方和薄膜的厚度都会从一个恰当的短、长波长能量速率中得到益处。
最基本的汞灯在这两个范围内发射能量，但它在短波长下的强烈发射使它特别适合于涂层和薄油墨层。高吸收性的材料，比如粘合剂和丝网油墨，它们的配方更适合于使用长波光触发剂的长波固化。用来固化这些材料的灯管，包含了添加剂以及汞，这种灯在长波UV下发射的UV更多一些。这些长波灯管也辐射一些短波能量，从而足以应付表层的固化。
许多极特殊的应用，比如对大量含有氧化钛这种颜料添加剂的材料进行固化，或需要穿过塑料或玻璃进行固化，就必须长波固化，因为这些材料几乎完全阻碍了短波。
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