UV知识

在印刷和包装加工业，设备维护和印刷机停机时间的控制对提高企业的利润和增加投资回报率而言十分重要。这主要是因为企业中的大多数设备都处于轮班工作，停机几个小时，就会造成较大损失。如何解决印刷设备停机时间的问题，UV固化技术就是其解决方案之一。当然，提到UV光固化，它并不是一个陌生的字眼。因为UV光固化是一种十分可靠的、可取代热空气干燥机和其它干燥方式的固化技术，它在印刷和包装加工业中已经得到了广泛推广和应用。

第一部分UV固化的原理、组成与分类

UV是英文紫外线的缩写，UV干燥系统用于印刷主要是指通过紫外线光能，使印刷中使用的油墨干燥、固化的装置。

1.UV固化的原理：

在特殊配方的树脂中加入光引发剂（光敏剂），经过吸收光固化设备中的高强度紫外线光后，产生活性自由基或离子基，从而引发聚合、交联和接枝反应，使树脂（UV涂料、油墨、黏合剂等）在瞬间由液态转化为固态（此变化过程称之为UV固化）。即在印刷中被称为UV干燥。

2. UV干燥系统的组成

UV干燥系统主要由四部分组成：光源、光电源控制装置、反射装置、冷却装置。

2.1光源(UV灯)是由石英管, 抽真空后, 注入一定量的水银并填充定量的惰性气体, 两端各放置电极后定型，再将电极与陶瓷、金属灯头和导线与电源供应器相连接。

2.2光电源控制装置是由漏磁升压性变压器、电容器及控制装置组成。

2.3反射装置是由反光罩、反光片、灯箱三部分组成。

2.4冷却装置是由风机、风道或水循环冷却系统组成。

3 光谱分类

在工业用的UV 波长200 - 450 nm 范围之间, 我们把它分成三个区域:

UV灯波长分布

第二部分UV灯的参数特性

UV灯可以用四个特性联系起来：UV光谱分布，辐射度，辐射量和红外辐射。

1. 光谱分布

它描述作为灯管发射波长功能之一的辐射能量或到达表层的辐射能量的波长分布。它常用一个相关标准化的术语来表达，即nm。

2. UV辐射强度

辐射强度是到达表面单位面积内的辐射功率。辐射强度，以每平方厘米瓦特或毫瓦特来表示。它随灯管的输出功率、效率、反射系统的聚焦以及到表面的距离不同而不同。直接置于UV灯下的高强度、峰值聚焦功率参考为“峰值辐射度”。辐射强度包括了所有有关电源功率，效率，辐射输出，反射率，聚焦灯管的尺寸及几何形状的因素。由于UV可固化材料的吸收特性，到达表层以下的光能量要比表层的要少。在这些区域的固化条件可能有显著不同。光学厚度厚的材料可能会减少光效率，从而导致材料深层的固化不充分。在油墨或涂层里，表面较高的辐射强度会提供相对较高的光能量。固化的深度更多地是被辐射度影响而不是较长的固化时间（辐射量）。高辐射度允许使用较少的光引发剂。光子密度的增加增多了光子—光引发剂的碰撞，从而补偿了光引发剂浓度的降低。这对于较厚的涂层会有效，因为表层的光引发剂吸收和阻碍了同一波长到达深层的光引发剂分子。

3. UV辐射能量

辐射能量表示到达承印品表面单位面积的光子总量（而辐射强度则是到达的速率）。在任一指定光源下，辐射能量与固化的速度成反比而与固化的时间成正比。辐射能量是辐射强度的时间累积，以每平方厘米焦耳或毫焦耳表示，（遗憾的是，没有有关辐射强度或光谱内容换为以辐射能量测量的信息，它仅仅是被曝光表面能量的累积。）它的意义在于它是唯一包括了速度参数和固化时间参数的特性显现。

4. 红外辐射密度

红外辐射主要是由UV光源发射出来的红外能量。红外能量和UV能量一起被收集并聚焦在工作表层。这决定于IR的反射率和反射器的效率。IR能量可以被转换为辐射能量或辐射强度的单位。但通常，它所产生的表面温度才是被注意的重要之处。它所产生的热量可能有害也可能有益。结合UV灯解决温度与IR之间关系的技术有许多。可以分为减少发射，传送和控制热量转移。发射的减少通过使用小直径的灯管来实现，因为石英管壁发射几乎所有的温度。传递的减少可通过在灯管后面使用分色的石英材料反射器（反射紫外过滤红外）来实现；或在灯管与目标之间使用分色的石英材料的隔热镜（隔绝红外放射紫外）。热量移动降低了承印品的温度，在IR引起了温度升高之后方可使用冷气流或散热装置来控制热量的移动。IR能量的吸收由承印材料本身决定—油墨、涂层或基片。印速对于印品表面吸收的IR能量有重大影响。速度越快，被吸收的IR能量越少。

第三部分UV系统的优缺点

1.优点

1.1 UV固化技术开始体现的一个主要优点是UV固化系统初期的资金投入较少，与热空气干燥设备的投资相比，UV固化系统在设备投资方面可以节约80%的资金。

1.2 UV光固化的另一优点是增加了生产效率，改善了印品质量，使印品多样化。

1.3 最突出的优点当属UV光固化不会在印刷车间和周围环境排放有机挥发物，利于环保。

2.缺点

2.1 灯管放射强度容易衰减，灯管属于易耗品。

2.2 由于灯管直径原因，故聚焦设计不容易，光反射强度较少。

2.3 冷却系统为上吸式，容易造成灯管及反射镜罩污染。

2.4灯管所放射出之UV 光与IR光比率较低为3比7。

第四部分应用与维护

1. 应用

在我们的生活中，印刷产品无处不在。印刷也在不断地发展，在人们进行物质消费的同时提升人们的视觉享受。提醒一下，有多少人在被绚丽色彩吸引的同时，想过这个包装印刷品是否会对人体有害？那么，在提倡环境保护的21世纪，印刷的环保问题也逐渐被人们重视。产品的印刷包装过程涉及到许多材料，如承印材料、油墨、润版液、清洗剂、上光材料等。这些材料的安全问题直接关系到环境与健康。胶印中相对安全的油墨是能量固化型油墨。如UV油墨和EB（电子束）墨，它们比普通胶印油墨安全的主要原因在于不含挥发性物质（voc），目前在国内使用UV墨的厂家增加很快，所以UV墨及UV灯普及与应用势在必行。

2. UV系统的维护

维护好UV系统的关键是制定出一个预防性的维护计划，并按照该计划来维护UV光固化系统。这意味需要经常全面检查UV光固化系统，包括从上到下的彻底检查。检查事项包括UV灯、灯罩和反射镜，以及检查变压器、电容器和其他电子部件等。

2.1 UV灯的维护

UV灯是任何一套UV系统的核心。正确维护和拿放UV灯，不仅可以增加UV灯的使用寿命，而且还能够保证UV灯在最大发光强度状态下工作。每周要进行一次UV灯的检查，主要是查找有无下列不良征兆：UV灯管末端发生膨胀

UV灯管末端发生卷曲

UV灯管末端发白

灰尘、废屑沉积在石英玻璃之上

UV灯管的末端发黑

假若出现前三项中之一项，说明UV系统需要进行风冷调节或水冷却调节（UV固化系统的冷却不正常）。另外，UV灯拿放正确也是必要的。不应该手拿UV灯的玻璃本身，而是只能拿住陶瓷末端，或者戴非麻布手套。皮肤上的油脂会黏附在石英玻璃之上，灯点燃后，在热量的作用下，油脂会燃烧到UV灯表面。需要接触到UV灯时，接触之后可以用醇类清洗溶剂擦洗UV灯就可以除去灯上的油脂。

2.2 UV灯罩的维护

UV灯罩本身也需要每周一次的清洗和检查。要仔细检查UV光屏蔽装置，在保证空气能够流进UV光固化系统的同时要确保没有多余的UV光发生泄漏。假如在UV光固化过程中用到了石英材料，那么应该对石英材料进行周期性的清洗，以保证透射UV光的性质仍然有效。

2.3 UV反射镜的维护

UV反射镜的检查和维护是保证UV光固化系统发挥最大效率的重要途径。对于印刷和印后加工应用来说，UV反射镜主要是用来聚焦，以及使承印品处于最大UV光的照射之下。由于到达印品表面75%的UV光是反射UV光，所以保持反射镜的洁净很重要，当反射镜镜面变污或扭曲时要立刻更换。

2.4 UV供电装置的维护

UV供电装置形状、大小和结构配置有很多。大多数供电装置都带有变压器和电容器，目的是控制电源功率的输出，应定期检查。

第五部分与UV相关联的几个方面

1. 被固化材料的特性

UV灯管的工作效率，决定于灯管发射的光子进入可固化材料以引发光引发分子的难易程度。UV固化决定于光子与分子的碰撞。光可引发分子通过材料均匀地扩散。除UV光源的特性外，被固化的承印物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。

2. 光谱吸收率

光能量是油墨在逐渐增加的厚度内吸收进波长的多少。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引发剂，单分子物质，齐聚体以及添加剂包括颜料的影响作用。

3. 反射和散射

相对与吸收，光能更多地是被油墨改变方向，产生反射和散射，这一般是由于可固化材料中的基质材料或色素引起的。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。

4. 红外吸收率

温度对固化反应的速率有着重大的影响；尽管反应过程中的温升也相对有作用，但来自于UV灯管的辐射才是表面热量的根本源头，过大的温度升高是影响固化过程的重要限制因素之一。