用准分子紫外线固化技术使表面哑光
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什么是UV固化？
虽然本文将讨论‘用准分子紫外线固化技术使表面哑光’这个话题，但首先重要的是解释什么是紫外线固化。
UV固化是一种多功能技术，广泛应用于各种印刷和涂层应用。它适用于喷墨、柔印、凹印、丝印、胶印、刮涂、涂层滚涂、滚涂、幕涂和喷涂等多种转移和沉积方法。
水银蒸汽、发光二极管（LED）和准分子灯在生产环境中向零件和基板提供紫外线能量。一些制造过程甚至结合了这三种技术的组合，以实现单靠一种紫外线固化技术无法实现的特定性能。
UV固化使窄幅、中幅和宽幅转换者能够在线快速设定油墨、涂层、胶粘剂和挤出物，占用空间小，速度高，同时产生的性能特性优于传统干燥材料所能达到的。
UV固化并不是干燥。它是一种分子水平的化学反应，将触摸起来潮湿的液体状材料转变为触摸起来完全干燥的交联聚合物。这对印刷商有利，这种材料转变发生在不到一秒的时间内。
UV配方通常是100%固体的，不含必须蒸发的液体载体，并且不需要消耗能量的热干燥机，这些热干燥机也会将热量传递到纸张上。一旦纸张离开UV固化站，它就立即准备好进行进一步加工、分切、卷取和运输。
此外，UV固化表面在通过下游制造线组件或精加工设备时不会刮伤、划痕或受到损坏。所有这些都使在制品不进入库存，减少废料，并使交货时间更短。
UV引发的反应在分子之间形成强大的化学键，并且提供卓越的基底附着力。相比之下，传统的网状和片材干燥过程会在聚合物薄膜和涂布纸上等非多孔基底的表面上留下断开的残余固体，或者在未涂布纸等多孔材料的顶层中分散。UV引发的交联过程的另一个特点是生成长的连续分子链，这驱动了高度可取和强大的功能和美学性能。
哑光 vs 光泽
UV固化材料自然呈现光泽和光亮。这是由于UV配方是100%固体并且具有低分子量。这两个特性使UV配方在涂布过程中能够顺畅且均匀地流动在网页上，然后立即在原地固化。光滑的表面本身具有反射性，这意味着光线以相同的入射角从固化的表面上反射出去。表面的反射性越强，看起来就越光泽且更像镜子。
或者，哑光表面粗糙，具有更大的总表面积。因此，哑光表面吸收的光比光滑表面更多。哑光表面还会将反射光向多个方向散射。这被称为漫反射，也是哑光表面显得无光泽并具有抗眩光和抗指纹特性的原因。
UV 成型剂通过添加消光剂来制造哑光或半光泽材料。消光剂是如气相法二氧化硅、碳酸钙、蜡或滑石粉等固体颗粒，它们固化后附着在材料表面。这些添加剂的颗粒大小和成分的差异会影响固化表面的光散射情况，从而影响哑光效果的显现。
不幸的是，配方中可以添加的消光剂的量是有一定限制的，而且随后可以实现的光泽度降低也有一定限制。这是因为固体颗粒的浓度过高会降低透明度并增加粘度，从而使配方更难涂抹。将 Excimer UV 灯整合到固化过程中，使转换器能够在不使用消光剂的情况下生产哑光表面。
UV固化光源
虽然汞蒸汽、LED和准分子灯技术都会发出紫外线能量，但产生这些能量的机制以及相应的紫外线输出特性非常不同。理解这些差异对于正确应用技术并最大化其价值至关重要。
水银蒸汽灯
水银蒸汽灯是一种中压气体放电灯，其中在密封的石英管内少量的纯汞和特定比例的惰性气体被汽化成等离子体。一旦汽化，水银等离子体会产生广谱的紫外线输出，从石英管周围360°辐射。位于石英管后面的优化形状的反射器被用来将发出的紫外线能量集中到纸张或板料上。图1(a)中提供了几个水银弧灯和灯头组件的图像。
UV LED 灯
LED灯是由许多薄的、半导电的、结晶材料的芯片组成，这些芯片通过单一排或排和列的组合电性连接在一起。当LED的负极区域中的自由电子跨越到正极区域时，它们会转换到能量较低的状态。相应的能量下降会以光和热的组合形式从半导体中释放出来。LED发出的任何热都是由于电效率低，而不是红外能量。
当连接到直流电源时，UV LED发出准单色波长能量的光谱。发出的光从每个LED向前投影180°，不使用反射器，可以快速轻松地开关，并且具有完全线性的功率调节。图1（b）提供了将三个LED模块集成到更长的阵列中，并且有更多模块以及相应的LED灯头的示例。图形中的每个紫色方块代表一个LED。
准分子灯
与水银蒸汽灯类似，准分子灯是一种气体放电灯。准分子灯由一个作为电介质障碍的石英管组成。该管充满了能够形成准分子或准三重态分子的稀有气体。不同的气体产生不同的激发分子，并决定灯发出的具体波长。
一个卷曲的电极沿着石英管的内部长度运行，而接地电极沿着外部长度运行。高频率的电压被脉冲到灯中。这导致内部电极内电子流动，并向气体混合物中的外部接地电极放电。这种科学现象被称为电介质阻挡放电（DBD）。
当电子通过气体时，它们与原子相互作用，生成激发态或离子态的粒子，从而产生激发态或激发复合物分子。激发态和激发复合物分子的寿命非常短，并且在从激发态分解到基态的过程中，会发射出准单色分布的光子。图1（c）提供了激发态灯和相应灯头的图像。
图1：用于在线转换的紫外线固化灯的类型。
发出的波长的关键差异
电弧电极、LED和准分子灯之间最重要的区别之一是光谱分布。水银蒸汽灯是宽带的，因为它们发出的光是VUV（100到200纳米）、UVC（200到285纳米）、UVB（285到315纳米）、UVA（315到400纳米）、UVV（400到450纳米）、可见光（400到700纳米）和红外光（700纳米到1毫米）的混合。
虽然任何波长的辐射光都包含可以转换为热能的能量，但红外波长是主要的热产生波段。LED固化灯主要发射以以下之一为中心的窄UV波段：UVA（365、385、395 nm）或UVV（405 nm），而准分子灯发射以VUV（172 nm）、UVC（222 nm）或UVA（308、351 nm）为中心的窄UV波段。
较短波长的VUV和UVC在通过薄膜时穿透性相对较小，但每个紫外线能量带的每光子能量相对较大。相比之下，较长波长的UVA和UVV在通过薄膜时穿透性相对较大，但每光子能量较少。波长吸收与传输深度之间的关系如图2所示。
图2：VUV和UVC的波长在膜表面被吸收，而UVA和UVV的波长在膜的整个厚度内被吸收。
用准分子灯使表面哑光
真空紫外线（100到200纳米）的光子包含所有紫外线波长中最多的能量，但在薄膜的顶部10到200纳米内完全被吸收。因此，172纳米的准分子灯只能交联紫外线配方的最外表面，必须始终与汞灯或LED系统串联集成以实现完全的固化深度。
当在氮气惰性环境中将涂有UV膜的材料暴露于约172纳米的波长下时，膜的顶部会立即起皱并从下面未固化的材料上拉离。这种起皱引入了微褶皱，并增加了油墨或涂层的总表面积。这使得准分子激光器非常适合用于消光，并消除了使用消光剂的需要。
一种用于使表面哑光的两阶段固化过程使用准分子灯对表面进行固化，然后使用汞或LED进行最终固化。一种三阶段固化过程在准分子灯之前使用低功率LED或掺镓汞弧灯。 这个“预凝胶”灯增加墨水或涂层的粘度，以限制流挂并提高哑光效果的均匀性；也可以实现对光泽度的有限控制。图3提供了准分子UV固化使表面哑光的逐步过程的示例。
图3：使用准分子与汞蒸汽或LED组合进行哑光处理的固化过程。
使用准分子灯对薄膜表面进行处理，与汞蒸汽或LED固化配方相比，会生成更粗糙的表面。更粗糙的表面允许更多的光被吸收进固化材料中，同时在许多方向散射反射光。结果是产生一种美丽的哑光外观，提供抗眩光和抗指纹保护，同时具有与UV固化总是相关的耐污、耐化学和物理磨损。哑光剂无法实现2 GU左右的极低光泽度，但使用准分子UV固化很容易实现。此外，尽管与严格使用汞蒸汽或LED固化材料相比，使用准分子灯处理的材料表面更粗糙，但增加了表面面积，使固化表面触摸起来也很柔软。
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准分子应用
准分子紫外线固化技术在各种工业转换应用中被广泛应用于宽度达2.55米的网页和纸张。需要一致且可控制的哑光表面的工艺和产品最适合这种技术。例子包括用于家具和室内设计产品的装饰箔和装饰纸，它们使用准分子灯来创造高质量的表面。将层压板和PVC地板应用于高人流量的房间和走道，以及希望更无菌和抗污的医院和实验室也是常见用途。其他应用包括用于电子设备、汽车和其他行业中需要抗眩光和抗指纹表面的玻璃和塑料零件和组件。尽管准分子技术不是新的，这无疑引起了转换器和产品制造商的更多关注。因为准分子紫外线固化提供了难以置信的最终产品性能和功能，而其他任何方法都无法实现。
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本文由GEW, Inc.的商务发展副总裁詹妮弗·希思科特撰写。
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