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UV光固化系统的工作原理和优缺点介绍

发布时间:2023-03-01 人气:514

UV光固化系统的工作原理和优缺点介绍

LED-UV光固化油墨与系统

传统水银灯型UV的光谱与结构原理UV是紫外线英文Ultraviolet的缩写。紫外线是电磁波谱中的一个波段,波长100~400nm的波均称为紫外线,而波长从200~400nm为固化波段。

目前市场上常用的UV固化灯一般是水银弧灯,也叫水银蒸气灯,简称水银灯,水银弧灯是封装有水银的,两端有钨电极的透明石英管,内充惰性气体,当通电加热灯丝时,温度升高,液体水银蒸发气化,石英管内基态的水银原子受到激发后跃迁到激发态,再由激发态回到基态时便释放出光子,即发射紫外线。

UV灯的结构原理简图与外形图

传统的UV灯的光谱范围一般是连续的光谱,其光谱示意图如下图所示:

UV水银灯的光谱示意图

传统水银灯型UV光固化的原理与优缺点:

UV固化是指在紫外光的照射下,光引发剂吸收特定波长的光子,激发到激发状态,形成自由基或阳离子,然后通过分子间能量的传递,使聚合性预聚物和感旋光性单体等变成激发态,产生电荷转移络合体,这些络合体不断交联聚合,在极短的时间里产生固化成三维网状结构的高分子聚合物,固化原理的示意图如下图所示。(引发单体聚合、交联和接支化学反应)

UV固化原理示意图

其中,吸收辐射能,引发单体、低聚物的不饱和双键交联固化,是UV固化体系的关键部分。

UV光固化技术是一项绿色工业的新技术,曾被北美辐射固化委员会评为具有“5E”特点的工业技术,充分展现出了该技术的特点。所谓5E,即Efficient,高效,UV固化可以在数秒之内实现完全的固化,生产效率更高;Energysaving,节省能源,UV产品是常温快速固化,其能耗一般只有热固化的1/10~1/5;Environmentalfriendly,环境友好,紫外光固化材料中不含或只含少量溶剂,同时紫外固化所用能源为电能,不燃油或燃气,无CO2产生,故紫外光固化被誉为“绿色技术”;Economy,经济,紫外固化装置紧凑,流水线生产,加工速度快,因而节省场地空间,劳动生产率高,紫外固化工艺保证膜层更薄,并有优良的性能从而减少原材料消耗,有利于降低经济成本;Enabling,适应性广,该UV产品可适应于多种印刷材料,如纸张、木材、塑料、金属、皮革、石材、玻璃、陶瓷等几乎所有的硬质材料和软质材料。

即便UV光固化技术具有如此多的优点,但也存在一些不可回避的缺点:

UV水银灯的使用寿命有限;

UV水银灯的能源消耗较大,但有效利用的能量却不高,输入能量中只有大约20%的能量产生紫外线,而有20%是可见能源,40%是热量,从图4的光谱图上我们也可以看出,除了常用的起有效固化作用的300~400nm波段以外,还有许多其他的波段,其中发射出的红外线将会使基材的温度升高,这也可以较好地解释传统的UV水银灯不太适应于热敏感材料的原因;

虽然UV水银灯相对于溶剂型油墨来说,由于没有VOC的排放而具有环保、环境友好的特点,但UV水银灯也存在一些隐性的污染,例如由于水银灯的高压、高温和强辐射,很容易使周围的氧气分子发生化学反应而生产臭氧,而臭氧不但对大气层有不利影响,而且对身体健康也具有较大的影响。

   

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