UV膠基礎知識

一、概述

　　紫外線固化是輻射固化的一類，利用紫外線能量引發化學聚合、交聯，迅速將低分子量物質轉變成高分子量產量。體系中幾乎不含溶劑，因而液膜幾乎100%固化，VOC（揮發性有機化合物）排放量很低。紫外線固化技術被認為是一種環境友好的綠色技術，亦稱 3E 技術，即節能（ energy ）、環保（ environment ）、經濟（ economy ）。因此，自60年代末以來，這一技術在國際上得到飛速發展。

二、紫外線

　　紫外線（簡稱UV，是英文Ultra Violet的縮寫）屬於電磁波的一段，電磁波還包括無線電波、紅外線、可見光、X射線等。如下圖所未，紫外線只是電磁波中很窄的一段，波長範圍為200-400nm（nm:納米，1nm=10-9m），可分為長波紫外線（UVA）、中波紫外線（UVB）、短波紫外線（UVC）、超短波紫外線。波長越短，能量越強，穿透能力越弱。

長波UVA，波長介於320-400nm，具有較強的穿透能力，能穿透透明玻璃，這一波段的紫外線能量與多數化學鍵能相當，容易引發光化學反應，通常用於光固化的即是UVA。
　　中波UVB，波長介於280-320nm，穿透力較弱，玻璃對它有強烈的吸收。太陽光中含有豐富的UVA和UVB。
　　短波UVC，波長介於200-280nm，臭氧層對它有強烈的吸收，所以太陽光中UVC在到地面之前就被臭氧層吸收了。UVC對生物體有很強的破坏作用，可殺死細菌、病毒，因此常用於消毒。
　　紫外線會損害皮膚和眼睛，UVA會使皮膚變黑、松馳、起皺；UVB會產生急性皮炎（即晒傷）等症，皮膚會變紅、發痛，長期照射還可能導致皮膚癌變，因此在進行光固化作業時，應注意防護。
（1）、固化設備應有屏敝，紫外線不易透出；
（2）、適當的個人防護，穿長袖衣服、戴工作手套、防紫外線眼鏡、面罩等，不要直視燈管；
（3）、注意環境通風，以防臭氧積聚。
　　一般而言，不必太過擔心，設備一般有保護裝置，只要按規定操作即可安全使用。

三、UV燈

UV燈可分為以下幾種：
1、電極式 UV 燈
2、無電極式 UV 燈
3、燈泡式 UV 燈
4、燈管式 UV 燈
5、點光源 UV 燈

UV 照度與燈管輸出強度、反射鏡的設計、照射距離等參數有關，輻射能量還與照射時間有關，請根據實際工藝選擇合適的 UV 燈

四、紫外線固化的特點：

（1）、單組分體系，無須混合，使用方便；
（2）、固化速度快，只須几秒至几十秒即可完成固化，有利於自動化生產線，提高勞動生產率；
（3）、固化溫度低，節省能源，一般為室溫下固化，可用於不宜高溫固化的材料，紫外線固化所消耗的能量與熱固化相比可節約能耗90%；
（4）、無污染，幾乎100%固化，幾乎無廢氣、廢水產生。
（5）、性能優良，耐磨、抗溶劑、抗衝擊等。

UV膠的應用範圍

UV光輻射物理性質類似于可見光，都具有直線性，其穿透力卻遠不及可見光，波長越短，穿透力越差，故此UV固化主要應用於光線能夠直接射到的表皮面或透光性較好的內層固化。
a. UＶ燈產生UV的同時會產生大量的IR輻射熱，對於溫度影響不大的工件，這一輻射熱是有益的，它可以加速光固化的反應速度，尤其對於UV＋厭氧混合型的膠料，效果更為明顯。應用範例：木製地板、金屬制品等的UV塗裝；印製線路板中UV絕緣塗層；玻璃制品的UV膠合。
b. 對於溫度的影響較敏感或耐溫性較差的光固化工件，傳統UV燈產生的UV中附帶的IR輻射熱，對其卻是一大危害甚至是致命的。降低IR輻射熱是目前世界各國製造UV固化設備的前沿課題之一，一般是採用水冷、反射、分頻過濾等方法來加以解決，但代價是必須損失部分的紫外光功。
應用範例：各種PVC(如IC卡)、塑膠片、柯式（網點）UV 油印刷、紙張類特殊印製（冰花）、計算機鍵盤的印製

UV 固化技術
UV 固化材料的物理性能實質上是受用來固化它們的烘乾系統的影響的。預期性能的獲得，不管是保護膠、油墨、還是粘合劑，將依賴於這些燈管的參數、設計和控制的方法。 UV 燈四個關鍵的參數是：

1.UV輻射度(或密度)
2.光譜分布(波長)
3.輻射量(或UV能量)
4.紅外輻射。
相對於最大輻射度或輻射量，以及不同的 UV 光譜，油墨和保護膠將會展現出很大不同的特性。鑑別不同的 UV 燈管特性並使它們與可固化材料的光學特性相匹配的能力，擴展了把 UV 固化作為一種快速、高效的生產過程的範圍。

有許多固化系統的光學和物理性能（除它本身的組成之外）影響固化效果，從而導致了 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，決定于發射光子進入可固化材料以啟動光可觸發分子的難易程度。 UV 固化決定于光子—分子的碰撞。光可觸發分子通過材料均勻地擴散，但光子卻不同。除 UV 光源的特質外，被固化的薄膜還有光學及熱動力學特性。它們與輻射能量互相作用，對固化的過程產生了重大影響。
光譜吸收率：能量是物質在逐漸增加的厚度內吸收進波長的作用。表面附近吸收的能量越多，意味著深層得到的能量越少。但這種情況隨波長的不同而不同。總的光譜吸收率包括所有來自于光觸發劑，單分子物質，齊聚體以及添加劑包括顏料的影響作用。

反射和散射：相對與吸收，光能更多地是被物質（或在物質內）改變方向；這一般是由於可固化材料中的基質材料和 / 或色素引起的。這些因素減少了到達深層的 UV 能量，但卻改進了在反應之處的固化效率。

光學密度：與吸收相似，它由“不透明度”和薄膜的厚度兩個因素構成；包括吸收和散射的光稀釋作用；用一個單獨的數字來表示，而不是作為光譜的分布。

擴散性：一個熱動力學特性包含特定的熱量，傳導性和密度；材料“擴散”、接受熱量的能力；影響由表面驟然進入的紅外能量而導致的薄膜和基質的溫度的升高。

紅外吸收率：溫度對固化反應的速率有著重大的影響；儘管反應中的溫升也對溫度有作用，但來自于 UV 燈管的輻射（ radiant IR ）纔是表面熱量的根本源頭（不是從週圍的空氣或大氣中傳輸的熱量）。過大的溫度升高是影響固化過程的重要限制因素之一。

光學厚度塗層和油墨
由於不透明度或色彩強度是我們需要的特性這一事實，油墨和顏料塗層提出了特殊的問題。粘合劑通常也提供相對厚的薄膜。不同于一個薄膜的物理厚度，它的光學厚度是非常重要的。當光能穿進或穿過一植牧鮮保募跎偈怯葿 eer — 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並到達薄膜的底層。

光譜吸收性的意義
物質的吸收性隨波長的不同而不同。很顯然，短的 UV 波長（ 200~300nm ）會在表面被吸收而根本達不到底層。一般地說，薄膜的厚度是被限制的，對於基質，粘合力纔是應具有的首要特性。
即使是光可觸發劑也會吸收它所敏感的波長能量，從而阻礙該波長到達深層的光可觸發分子。一種光可觸發劑對於清漆塗層適用，但對於油墨也許並不是合適的選擇。對於油墨，對應于較長波長的光觸發劑纔是較好的選擇。除物理厚度外，光譜吸收性的另一個作用是光學厚度。一個薄膜不可能在一種波長下其光學厚度是厚的，而在另一種波長下是薄的。即使清漆塗層短波長（ 200~300nm ）下的光學厚度也是傾向于較厚的。

當被固化的產品在 UV 可固化材料之上包含一層“透明”材料時，其吸收性便阻礙了光能。這是層壓法、透鏡粘合、藥品裝配，當然，還有 DVD 粘合，所常用的。瞭解“透明”材料的光譜傳播特性，以選擇穿過它們進行固化的最有效的光譜是很重要的。一般情況下，長波長 UV 燈的選用，結合長波長的光觸發劑，是通過象 PC 這樣的材料進行成功固化的關鍵。

波長的重要作用
大多的 UV 固化包含了兩種範圍的波長同時工作（假如包含 IR ， 3 個）。短波長工作于表層，長波長工作于油墨或塗層的深層。這個定理是由於短波長在表層被吸收而不能到達深層的結果。短波曝光的不足會導致表面發粘；長波能量的不足則會導致粘附不良。每一個配方和薄膜的厚度都會從一個恰當的短、長波長能量速率中得到益處。最基本的汞燈在這兩個範圍內發射能量，但它在短波長下的強烈發射使它特別適合於塗層和薄油墨層。高吸收性的材料，比如粘合劑和絲網油墨，它們的配方更適合於使用長波光觸發劑的長波固化。用來固化這些材料的燈管，包含了添加劑以及汞，這種燈在長波 UV 下發射的 UV 更多一些。這些長波燈管也輻射一些短波能量，從而足以應付表層的固化。許多極特殊的應用，比如對大量含有氧化鈦這種顏料添加劑的材料進行固化，或需要穿過塑料或玻璃進行固化，就必須長波固化，因為這些材料幾乎完全阻礙了短波。

UV 燈的參數特性
影響固化的 UV 燈性能，可以完全準確地用四個特性聯繫起來： UV 光譜分布，輻射度，輻射量和紅外輻射。

1 .光譜分布 它描述作為燈管發射波長功能之一的相輻射能量或到達表層的輻射能量的波長分布。它常用一個相關標準化的朮語來表達。為了顯示 UV 能量的分布，可以把光譜能量合併為 10nm 的頻譜帶以形成一個分布表。這樣便允許不同 UV 燈之間的對比以及更易於光譜能量和功率的計算。燈管生產商們公佈它們產品的光譜分布數據。
在線檢測使用多譜帶射線探測儀來使光譜輻射度或輻射量特性化。他們通過對在相對狹窄（ 20~60nm ）的頻帶中的輻射能量的采樣以獲得對光譜分布有用的相對信息。由於不同廠商的射線探測儀的構造不同，對它們做相互比較是有可能的，但很困難。現在還沒有這樣的標準以使型號、廠家之間進行比較。

2 ． UV 輻射度（ Irradiance ）：輻射度是到達表面單位面積內的輻射功率。輻射度，以每平方釐米瓦特或豪瓦來表示。它隨燈管的輸出功率、效率、反射系統的聚焦以及到表面的距離不同而不同。（它是燈管及幾何形狀的特性，故與速度無關。）直接置於 UV 燈下的高強度、峰值聚焦功率參考為“峰值輻射度”。輻射度包括了所有有關電源功率，效率，輻射輸出，反射率，聚焦燈泡尺寸及幾何形狀的因素。
由於 UV 可固化材料的吸收特性，到達表層以下的光能量要比表層的要少。在這些區域的固化條件可能有顯著不同。光學厚度厚的材料（或者高吸收性，或者物理結構厚，或者兩者有之）可能會減少光效率，從而導致材料深層的固化不充分。在油墨或塗層里，表面較高的輻射度會提供相對覺高的光能量。固化的深度更多地是被輻射度影響而不是較長的曝光時間（輻射量）。輻射度的影響對於高吸收性（高不透明度）的薄膜更重要。高輻射度允許使用較少的光觸發劑。光子密度的增加增多了光子—光觸發劑的碰撞，從而補償了光觸發劑濃度的減少。這對於較厚的塗層會有效，因為表層的光觸發劑吸收和阻礙了同一波長到達深層的光觸發劑分子。

3 ． UV 輻射量
到達表面單位面積的輻射能量。輻射量表示到達表面的光子總量（而輻射度則是到達的速率）。在任一給定光源下，輻射量與速度成反比而與曝光的數量成正比。輻射量是輻射度的時間累積，以每平方釐米 Joules 或轉 miliJoules 表示，（遺憾的是，沒有有關輻射度或光譜內容換為以輻射量測量的信息，它僅僅是被曝光表面能量的累積。）它的意義在於它是唯一包括了速度參數和曝光時間參數的特性顯現。

4 ．紅外輻射密度：紅外輻射主要是由 UV 源的石英泡發射出來的紅外能量。紅外能量和 UV 能量一起被收集並聚焦在工作表層。這決定于 IR 的反射率和反射器的效率。 IR 能量可以被轉換為輻射量或輻射度單位。但通常，它所產生的表面溫度纔是被注意的重要之處。它所產生的熱量可能有害也可能有益。
結合 UV 燈解決溫度與 IR 之間關係的技術有許多。可以分為減少發射，傳送和控制熱量移動。發射的減少通過使用小直徑的燈泡來實現，因為正是 hot quartz 的表面區域發射幾乎所有的 IR 。傳遞的減少可通過在燈管後面使用分色的反射器（ cold mirror ）來實現；或在燈管與目標之間使用分色窗（ hot mirror ）。熱量移動降低了目標的溫度—但僅僅是在 IR 已引起了溫度升高之後—可使用冷氣流或散熱裝置來控制熱量的移動。 IR 能量的吸收由材料本身決定—油墨、塗層或基片。速度對由入射的 IR 能量及工作表面吸收的能量引起的溫度有重大影響。過程越快，被吸收的 IR 能量越少，引起溫度升高。可通過改進效率來加快生產的過程。

UV膠使用注意事項