UV紫外線光固化技術(shù)發(fā)展歷史
UV紫外線光固化技術(shù)發(fā)展歷史
工業(yè)應(yīng)用UV固化技術(shù)始自1960年代早期,德國木業(yè)公司使用于木才表面的涂料層硬
化。全球首次使用UV平版印刷是在美國,英國隨即于公司1970年成功地使用
(Holland,1997)。和傳統(tǒng)的平版印刷相比較,只算是極為年輕的新技術(shù),但發(fā)展
至今已成為非常重要的印刷技術(shù)。
一般而言,UV并不是專應(yīng)用于平版印刷,它是一種以UV光源照射化學(xué)物,而該化
學(xué)物當(dāng)中所含垢“光啟始劑(Photoinitiator)”受到UV光源的刺激,于極短時間
內(nèi)(短于1秒)讓該化學(xué)物中所包含的“聚合單體(Polymer)”產(chǎn)生膠合硬化的
“輻射硬化技術(shù)(Radiation Curing)”,一般稱為UV固化(UV Curing)。國際上
又將上與“電子束硬化技術(shù)(Electronic Beam Curing)” 歸于同類,合稱UV/EB
Curing。
UV固化可以使用于各種傳統(tǒng)的印刷版式,包含凸版、彈性凸版(Flexo)、平版、
網(wǎng)版等印刷,只要使用UV印墨,配合UV光源即完成主要的部分。平版UV印刷即是以
平版印刷的架構(gòu),使用UV印墨,配合UV光源而成,當(dāng)然一些非常重要的配合條件亦
需同時達(dá)成方可。除了印刷外,使用透明的材料印刷物進(jìn)行UV上光亦是市場上廣為
使用的上光方式。
一、 平版UV印刷的特性
一般而言,UV印刷所具備的優(yōu)點(diǎn)為:
1. 色彩飽和度高,色彩效果好。與傳統(tǒng)平版印刷相比較,平版UV印刷可以獲得比
較高的色彩效果,對于色彩要求較嚴(yán)格的印刷品,可獲得較令人滿意的結(jié)果。
2. 印紋光澤度高,視覺艷麗。與消光的底色搭配,可獲得令人激賞的視覺對比,
對于強(qiáng)化產(chǎn)品的高品質(zhì)形象,極具助益(Tolliver,1998)。
3. 適用于物性及化性完全不同的多類被印物,包含紙、紙板、塑膠、賽路絡(luò)、
PVC、PE……等紙類與膠片類。此特性比傳統(tǒng)平版印刷能印刷更多的產(chǎn)品種類,有更
寬廣的市場未來性。
4. 于印刷同時可立即干燥,可大幅改善生產(chǎn)效率(RadTech,1998)。由于不需要
等待油墨干燥時間,所以生產(chǎn)時間可以大幅縮短,印刷公司也可以節(jié)省許多儲存待
干印件的空間,對成本節(jié)省多有助益。
5. 由于印刷時立即干燥,故不需使用噴粉,于改善因?yàn)閲姺鬯鶎?dǎo)致的品質(zhì)問題,
可以避免。
6. 由于印刷時立即干燥,故可以不會像傳統(tǒng)平版印刷一般,印下來的48小時內(nèi)會
有色彩變化情形發(fā)生(Ehrlitzer,1998)。
7. 印紋的耐光性較佳。
8. 印紋的耐磨擦性較佳。
9. 對環(huán)境較為親和(RadTech,1998)。
除了前述的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),平版UV印刷是否沒有缺點(diǎn)?答案是它當(dāng)然會有一些缺點(diǎn):
1. 平版UV印刷的機(jī)器投資成本比傳統(tǒng)的平版印刷設(shè)備高,投資決策需更小心。
2. 可以使用平版UV印刷的市場種類比傳統(tǒng)的平版印刷市場更廣,更分散,所以廠
商若要投入發(fā)展此技術(shù),應(yīng)先進(jìn)行市場的分析研究,以免投資設(shè)備后發(fā)生找不到訂
單的風(fēng)險(xiǎn)。
3. 平版UV印刷的印墨成本為傳統(tǒng)的平版印刷的印墨成本的3~4倍左右,材料成本
高。印刷生產(chǎn)中的生產(chǎn)管理技術(shù)、制程技術(shù),及成本控管,需要更嚴(yán)謹(jǐn),否則成本
損耗的比例會比傳統(tǒng)平版印刷高。
4. 印墨儲存區(qū)需進(jìn)行較嚴(yán)格的溫度控制,需保持在20℃以下,倉儲成本較高
(HostmannSteinberg ,1992)。
5. 若紫外線外泄,對人員會產(chǎn)生健康上的影響。
6. 平版UV印刷不若傳統(tǒng)平版印刷般普及,熟悉操作技術(shù)的人力供給,需仰賴自己
培訓(xùn)。
一般而言,UV印刷會應(yīng)用到的技術(shù)種類,于下列簡單述之:
1. UV光源設(shè)備:包括燈管、反射罩、能量控制裝置、溫度控制裝置(或稱冷卻裝
置)。
(1) 燈管:UV光源所使用的燈管,最常用的種類為內(nèi)部填充水銀的水銀燈管
(Mercury Lamp),有些時候會添加其他的金屬,便如鎵(Gallium)。另外金屬鹵
素?zé)艄埽笆艄埽╭uartz lamp)也是常用的種類。目前多仰賴進(jìn)口。UV燈管所
發(fā)出的電磁波長須介于200~400nm之間。
(2) 反射罩:反射罩主要的功能為將UV電磁波反射回來,以增加UV的光源效率
(UV Tech Publications,1991),另一個重要功能為維持燈管的工作溫度。反射
罩表面通常為鋁制,反射率的要求通常需高達(dá)90%。
反射罩的基本型式有兩種,一為聚焦型,另一種為散焦型,隨制造商的發(fā)展,
又有其他的延伸型式。
(3) 能量控制裝置:此裝置的主要供能為控制UV燈管所發(fā)射出的UV能量為穩(wěn)定
的,以維持硬化的效率及穩(wěn)定,以配合不同印刷速度的需求。有電子式設(shè)計(jì),也有
使用微電腦控制。
2. 冷卻裝置:
由于UV燈管于 發(fā)出UV電磁波時,也會發(fā)出IR(紅外線波),使得UV設(shè)備會在高
溫中運(yùn)作(例如石英燈管的溫度可達(dá)600~800℃),如此除了會縮短設(shè)備的壽命外,
對印刷品也容易引起伸縮的情況,導(dǎo)致印刷時規(guī)位無法套準(zhǔn),所以冷卻裝置的重要
性可見一斑。
3. 供墨系統(tǒng):
由于UV墨比傳統(tǒng)的平版印墨有較高的粘度,及較大的摩擦力,且對印刷機(jī)的組
件(包括橡皮布、墨輥等)都會損傷,所以除了印刷時應(yīng)對墨槽中的墨應(yīng)持續(xù)地進(jìn)
行攪拌外,供墨系統(tǒng)中的墨輥及橡皮布應(yīng)使用應(yīng)為UV印刷所設(shè)計(jì)。
又為了維持UV印墨的穩(wěn)定性,以免過高的溫度影響印墨的粘度,墨輥的溫控裝
置也是重要的設(shè)備。
4. 散熱及排氣裝置:
主要的功能為將機(jī)器內(nèi)部過多的熱能及因印墨聚合硬化時產(chǎn)生的臭氧排除之用。
通常由排氣馬達(dá)及排氣管所組成。
5. 印墨:
印墨品質(zhì)良好與否是直接影響UV印刷的最關(guān)鍵性因素。它除了會影響色彩表現(xiàn)與
色域等傳統(tǒng)的品質(zhì)因素外,印墨的印刷適性更直接影響被印物印于印刷完成后印紋
的附著力、強(qiáng)度、抗摩擦力等。光啟始劑及聚合單體種類及特性為關(guān)鍵性的基礎(chǔ)材
料。
要控制UV印墨的附著力,為濕的UV墨與被印物接觸時,被印物的表面張力(單
位:dynes/cm)必須高于印墨的表面張力(Schilstra,1997),才能產(chǎn)生良好的印
墨附著,因此控制印墨及被印物的表面張力為UV印刷的重要技術(shù)。
6. UV能量量測設(shè)備:
于UV印刷當(dāng)中,因?yàn)閁V燈管老化、電源、印刷機(jī)速度等因素,需要控制UV能量保
持穩(wěn)定,故量測UV能量的技術(shù)成為極重要的一環(huán)。
7. 國外的技術(shù)發(fā)展趨勢:
(1) 市場穩(wěn)定的成長。
(2) 應(yīng)用多色印刷及高精細(xì)表現(xiàn)的分色技術(shù)。包括Hi-Fi Color,及隨機(jī)網(wǎng)點(diǎn)過
網(wǎng)技術(shù) (Stochastic Screening Technology)。
(3) 冷UV固化技術(shù)(Cold UV Curing)(Holland,1997):
Heraeus公司發(fā)展Excimer Lamp,不會產(chǎn)生紅外線,所以不會發(fā)熱,對于薄膜
印刷或易生收縮效應(yīng)的被印物,有效佳的規(guī)位控制成果,其他的優(yōu)點(diǎn)為:省能源、
不會侵蝕印刷機(jī)零件、不發(fā)出臭味……等。然而到目前為止其效率尚無法取代水銀
燈管,未來發(fā)展極具潛力。
我國目前使用下版UV印刷的情況,與傳統(tǒng)平版印刷相比較,屬于極少數(shù)的技術(shù)
種類。至目前為止,安裝專門為平版UV印刷的特性所設(shè)計(jì)的平版印刷機(jī)的廠商極
少,多數(shù)使用于生產(chǎn)磁卡、膠片、及高品質(zhì)的化妝品包裝盒等。
國內(nèi)印刷公司使用較多的平版UV應(yīng)用,大部分應(yīng)用在上光的用途,它們大多為
離線型UV上光。當(dāng)傳統(tǒng)平版印刷印刷完成的紙張印刷品需要高光澤的上光處理時
(包括全面上光及局部上光),多數(shù)采用此種方式。它的投資額較小,且多數(shù)為上
光廠所投資,如此印刷公司不必投資,而上光廠因?yàn)樵O(shè)備可以發(fā)揮效率而較劃算。
缺點(diǎn)為生產(chǎn)過程長,且品質(zhì)不穩(wěn)定。又因傳統(tǒng)平版印刷使用噴粉,故上光效果會受
影響。此種組合多應(yīng)用于商業(yè)廣告印刷及包裝盒等。
目前關(guān)于平版UV印刷技術(shù)在國內(nèi)使用上的現(xiàn)況,設(shè)備上已無大的問題存在。由
于國際上的領(lǐng)導(dǎo)廠商(印刷機(jī)如:海德堡、羅蘭;UV設(shè)備:IST METZ、Eltossch、
Spectral;UV燈管:OSRAM……等)都有專業(yè)的完整設(shè)備,這些設(shè)備也已經(jīng)經(jīng)歷過國
外印刷公司的嚴(yán)格考驗(yàn),其使用效率與穩(wěn)定性已無大問題,除了設(shè)備投資額高這個
財(cái)務(wù)上的問題外。目前國內(nèi)平版UV印刷技術(shù)應(yīng)用上的問題,主要集中于材料供應(yīng)及
印刷適性等相關(guān)問題之上。
墨輥、橡皮布或樹脂版材
使用UV油墨或UV上光油可能導(dǎo)致一般的印刷墨輥、橡皮布或樹脂版材腫大, 腫大更嚴(yán)重會產(chǎn)生脫皮或
表面碎裂,選擇適當(dāng)?shù)幕虿捎弥付║V專用橡皮布和樹脂版是很重要的。
許多UV油墨供貨商會推薦一個標(biāo)準(zhǔn)范圍,如橡皮布采用硝化或丁碁硝化處理的材質(zhì)可能可以配合油性、
UV油墨或上光油。而天然橡膠和聚合乙烷材質(zhì)的會腫大,不能適用于UV油墨和上光油。
采用EPDM材質(zhì)的橡皮布特別適合UV油墨和上光油,但也可能不適合一般Oil-based的油墨。EPDM橡皮布
特別不能使用石油提煉的洗劑,應(yīng)購買專用的洗劑。同樣的,選擇印刷機(jī)的墨輥也是根據(jù)這個原理。不
能常常變換交替使用UV油墨和一般油性油墨,如果需要變換油墨必需清理非常干凈,去除一切可能殘留
的化學(xué)品。
UV燈管
UV燈的機(jī)組間的排列及每支設(shè)定的工作強(qiáng)度,使印刷品的UV油墨或上光油充分且恰當(dāng)?shù)墓袒?,必需看?/p>
刷速度、墨膜厚薄程度和油墨顏色的明暗而定。一般只有印刷業(yè)專門UV技術(shù)供應(yīng)商,才會仔細(xì)考慮印刷
機(jī)的型式和印刷的各種成品需求,推薦適合的UV系統(tǒng)。
BEST-UV在UV印刷和上光油應(yīng)用上,使用適合的標(biāo)準(zhǔn)為“工業(yè)用中壓力水銀燈”或“金屬鹵素?zé)?rdquo;。如
第1色(如青色),印刷標(biāo)準(zhǔn)墨膜厚度(1.20-1.40g/m2),速度100m/min時,使用2支120W/cm的中壓力水
銀燈實(shí)行固化。如改為色濃度高、較暗的顏色印在1-2個疊色,整體固化的困難度就大大增加,這是由
于UV光很快被深重的油墨的色素所吸收了。
一般4色UV油墨固化的困難度依序?yàn)檠蠹t、黃、青、黑色,因此UV彩色印刷時的色序應(yīng)為黑色、青、黃
色、洋紅。有些調(diào)配色/專色也是非常難于固化,如黃色和青色調(diào)配而成的綠色、可把UV光反射回去的
不透明色等。
同樣的,金色、銀色等金屬色也有同樣問題。
UV燈工作中溫度的精確、穩(wěn)定控制,對發(fā)射功率也有直接的不可低估的影響。目前強(qiáng)排氣冷卻方式,面
對UV印刷高變數(shù)(色彩、材料、速度等)的應(yīng)用狀況,很難完整符合具體需求。BEST-UV系統(tǒng)采用水循環(huán)
冷卻系統(tǒng),結(jié)合空冷、強(qiáng)排氣裝置,可比較理想的實(shí)現(xiàn)各種形式UV固化。并可防止燈管、輻射器、線路
過熱而短路。
UV燈的石英管壁工作中溫度一般約800℃(據(jù)功率調(diào)節(jié)有一定變化),紙張粉屑、空中塵粒、燈管上的
指紋、污跡一旦經(jīng)過高溫工作過程,就將變?yōu)橛谰眯詺埩?,影響UV光的發(fā)射。所以,經(jīng)常性進(jìn)行燈管的
日常保養(yǎng)非常重要(軟布蘸適量無水酒精全周檫拭)。功率衰減的燈管會造成印刷上困擾,所以必需及
時更換,以免影響整體作業(yè)。
UV燈的壽命有限的,通常輻射強(qiáng)度75% 時,輸出效率降低,就較難實(shí)現(xiàn)有效固化。BEST-UV系統(tǒng)對燈管
的使用時間、狀態(tài)、是否需要更換均有清晰指示。
反射罩
如果沒有安裝反射罩,約有80%的UV光線,因漫射而沒有作用到印刷物上。因此UV燈必需裝設(shè)燈罩反射
并集中焦點(diǎn)于印刷物的方向,反射罩的重要性是不容忽視的。
BEST-UV燈盒的反射罩以水循環(huán)冷卻系統(tǒng),保證工作中精確的溫度控制。反射罩必需清潔及保養(yǎng),紙張
的粉屑或是噴粉的灰塵附著于反射罩,都會影響UV燈反射的的功效。通常在不使用UV時,BEST-UV燈罩
氣動式自動關(guān)閉燈盒以防止灰塵。
UV油墨比較貴,好象是印塑料一類材料用的,為了增加附著力,因此粘性比較大,塑料當(dāng)然不會被拉毛
。輪轉(zhuǎn)機(jī)印用的是UV油墨還是輪轉(zhuǎn)膠印油墨?用貴的油墨代替不是很貴的膠印油墨你說劃不劃算。
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