UV固化的分析
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發(fā)表時(shí)間：2017-03-22
UV固化材料的物理性能實(shí)質(zhì)上是受用來固化它們的烘干系統(tǒng)的影響的。預(yù)期性能的獲得，不管是保護(hù)膠、油墨、還是粘合劑，將依賴于這些燈管的參數(shù)、設(shè)計(jì)和控制的方法。UV燈四個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是：
1.UV輻射度(或密度)
2.光譜分布(波長(zhǎng))
3.輻射量(或UV能量)
4.紅外輻射。相對(duì)于最大輻射度或輻射量，以及不同的UV光譜，油墨和保護(hù)膠將會(huì)展現(xiàn)出很大不同的特性。鑒別不同的UV燈管特性并使它們與可固化材料的光學(xué)特性相匹配的能力，擴(kuò)展了把UV固化作為一種快速、高效的生產(chǎn)過程的范圍。有許多固化系統(tǒng)的光學(xué)和物理性能（除它本身的組成之外）影響固化效果，從而導(dǎo)致了UV固化材料外觀特性（performance）的不同。
被固化材料的特性
一只UV燈管的效率，決定于發(fā)射光子進(jìn)入可固化材料以啟動(dòng)光可觸發(fā)分子的難易程度。UV固化決定于光子—分子的碰撞。光可觸發(fā)分子通過材料均勻地?cái)U(kuò)散，但光子卻不同。除UV光源的特質(zhì)外，被固化的薄膜還有光學(xué)及熱動(dòng)力學(xué)特性。它們與輻射能量互相作用，對(duì)固化的過程產(chǎn)生了重大影響。
光譜吸收率：能量是物質(zhì)在逐漸增加的厚度內(nèi)吸收進(jìn)波長(zhǎng)的作用。表面附近吸收的能量越多，意味著深層得到的能量越少。但這種情況隨波長(zhǎng)的不同而不同?？偟墓庾V吸收率包括所有來自于光觸發(fā)劑，單分子物質(zhì)，齊聚體以及添加劑包括顏料的影響作用。
反射和散射：相對(duì)與吸收，光能更多地是被物質(zhì)（或在物質(zhì)內(nèi)）改變方向；這一般是由于可固化材料中的基質(zhì)材料和/或色素引起的。這些因素減少了到達(dá)深層的UV能量，但卻改進(jìn)了在反應(yīng)之處的固化效率。
光學(xué)密度：與吸收相似，它由“不透明度”和薄膜的厚度兩個(gè)因素構(gòu)成；包括吸收和散射的光稀釋作用；用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字來表示，而不是作為光譜的分布。
擴(kuò)散性：一個(gè)熱動(dòng)力學(xué)特性包含特定的熱量，傳導(dǎo)性和密度；材料“擴(kuò)散”、接受熱量的能力；影響由表面驟然進(jìn)入的紅外能量而導(dǎo)致的薄膜和基質(zhì)的溫度的升高。
紅外吸收率：溫度對(duì)固化反應(yīng)的速率有著重大的影響；盡管反應(yīng)中的溫升也對(duì)溫度有作用，但來自于UV燈管的輻射（radiant IR）才是表面熱量的根本源頭（不是從周圍的空氣或大氣中傳輸?shù)臒崃浚?。過大的溫度升高是影響固化過程的重要限制因素之一。
光學(xué)厚度涂層和油墨
由于不透明度或色彩強(qiáng)度是我們需要的特性這一事實(shí)，油墨和顏料涂層提出了特殊的問題。粘合劑通常也提供相對(duì)厚的薄膜。不同于一個(gè)薄膜的物理厚度，它的光學(xué)厚度是非常重要的。當(dāng)光能穿進(jìn)或穿過一種材料時(shí)，它的減少是由Beer—Lambert來描述的—在薄膜的上層沒有被吸收也沒有被反射的光能將穿送并到達(dá)薄膜的底層。
光譜吸收性的意義
物質(zhì)的吸收性隨波長(zhǎng)的不同而不同。很顯然，短的UV波長(zhǎng)（200~300nm）會(huì)在表面被吸收而根本達(dá)不到底層。一般地說，薄膜的厚度是被限制的，對(duì)于基質(zhì)，粘合力才是應(yīng)具有的首要特性。
即使是光可觸發(fā)劑也會(huì)吸收它所敏感的波長(zhǎng)能量，從而阻礙該波長(zhǎng)到達(dá)深層的光可觸發(fā)分子。一種光可觸發(fā)劑對(duì)于清漆涂層適用，但對(duì)于油墨也許并不是合適的選擇。對(duì)于油墨，對(duì)應(yīng)于較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光觸發(fā)劑才是較好的選擇。除物理厚度外，光譜吸收性的另一個(gè)作用是光學(xué)厚度。一個(gè)薄膜不可能在一種波長(zhǎng)下其光學(xué)厚度是厚的，而在另一種波長(zhǎng)下是薄的。即使清漆涂層短波長(zhǎng)（200~300nm）下的光學(xué)厚度也是傾向于較厚的。
當(dāng)被固化的產(chǎn)品在UV可固化材料之上包含一層“透明”材料時(shí)，其吸收性便阻礙了光能。這是層壓法、透鏡粘合、藥品裝配，當(dāng)然，還有DVD粘合，所常用的。
了解“透明”材料的光譜傳播特性，以選擇穿過它們進(jìn)行固化的最有效的光譜是很重要的。一般情況下，長(zhǎng)波長(zhǎng)UV燈的選用，結(jié)合長(zhǎng)波長(zhǎng)的光觸發(fā)劑，是通過象PC這樣的材料進(jìn)行成功固化的關(guān)鍵。
波長(zhǎng)的重要作用
大多的UV固化包含了兩種范圍的波長(zhǎng)同時(shí)工作（假如包含IR，3個(gè)）。短波長(zhǎng)工作于表層，長(zhǎng)波長(zhǎng)工作于油墨或涂層的深層。這個(gè)定理是由于短波長(zhǎng)在表層被吸收而不能到達(dá)深層的結(jié)果。短波曝光的不足會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)粘；長(zhǎng)波能量的不足則會(huì)導(dǎo)致粘附不良。每一個(gè)配方和薄膜的厚度都會(huì)從一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩?、長(zhǎng)波長(zhǎng)能量速率中得到益處。
最基本的汞燈在這兩個(gè)范圍內(nèi)發(fā)射能量，但它在短波長(zhǎng)下的強(qiáng)烈發(fā)射使它特別適合于涂層和薄油墨層。高吸收性的材料，比如粘合劑和絲網(wǎng)油墨，它們的配方更適合于使用長(zhǎng)波光觸發(fā)劑的長(zhǎng)波固化。用來固化這些材料的燈管，包含了添加劑以及汞，這種燈在長(zhǎng)波UV下發(fā)射的UV更多一些。這些長(zhǎng)波燈管也輻射一些短波能量，從而足以應(yīng)付表層的固化。
許多極特殊的應(yīng)用，比如對(duì)大量含有氧化鈦這種顏料添加劑的材料進(jìn)行固化，或需要穿過塑料或玻璃進(jìn)行固化，就必須長(zhǎng)波固化，因?yàn)檫@些材料幾乎完全阻礙了短波。
