作者 | ALYSSA KERSLAKE

说到UV（紫外光） LED固化系统，其主要光源为紫外光发光二极管（UV LEDs）。紫外光固化的硬质涂层、面漆、重涂层和清漆等都有许多不同的用途。一般来说，这些涂层是透明的，但它们可以被着色或使用其他视觉效果添加剂制成。它们为所制作的东西提供了大量的物理保护和美学吸引力。物理气相沉积（PVD）、模内装饰（IMD）、模内贴标（IML）、和涂装都是塑料装饰流程中采用紫外光固化硬质涂层的一些流程。

在物理气相沉积流程中，金属蒸发、并浓缩到塑料表面，形成非常薄的、看起来近乎完美的金属化效果层。接着，清漆在阳光下固化。对于注射模塑和吹塑应用来说，将预印刷热成型片材或柔性贴花膜置入模塑机的模具中。这样就可以将预印的装饰图形模压到塑料零件的表面。一面可能已经用UV面漆打印了材料，或者在加热和成型后用UV光固化。

在涂装3D工件时，生产商直接用喷涂、浸涂、流涂、或者真空喷涂的方式将防护性UV涂料涂布到工件上，马上将其固化。它还可以帮助到上游加工，其中，紫外光固化面漆被涂布到未经加工的聚合物薄膜的卷轴表面，使用不同的网式涂料涂装技术，让薄膜更加耐用。这些紫外线固化辊或板材用于其他印刷和成型工艺，或可应用于其他已制成产品的表面。

产品设计师喜欢UV光固化涂料有好几个原因。首先，UV涂料可以使轻质塑料部件具有坚硬耐用的外部饰面，从而可以承受灌装、组装、运输、长期使用和恶劣的天气。这也意味着廉价的塑料材料可以制作成视觉上极具吸引力的物品，让人们认为这些物品的价值远远高于它们的实际价值。

由于印刷和装饰工艺已经非常完善，现在是有可能使用机器让塑料表面看起来像金属、木头或者其他自然材料，或者让塑料表面显现出多姿多彩的印刷图案、LOGO、纹理和符号。

通过UV固化涂料，你甚至可以为产品增加额外的特性，如让表面更易清洁、让表面耐摩擦、耐磨损、耐污、耐水和耐化学品；让表面更闪亮或更不刺眼；让表面更耐风化。

许多塑料品的制造都是用于汽车、房屋，和其他一些需要能在阳光下固化的硬质涂层的商品。比如你在加油站泵面板上看到的薄膜开关、触摸屏、电子签名垫，还有自然光和背光广告板、太阳能电池板、汽车内饰和汽车外部组件、硬质化妆品包装、五金装饰、采光百叶窗、极化太阳镜和电视机用的液晶显示屏等。

UV固化的聚合物涂料的涂装通常使用液态涂料，当将其接受紫外光照射时，开始变成交联固体。光聚合过程中，紫外光能量在特制的材料中驱动化学交联反应。UV固化是这些流程中的一种。

液态的聚合物树脂暴露在紫外光能量下，在不到一秒钟的时间内形成固体分子键。在使硬质涂层具备独一无二的表面特性方面，这些分子键起到了至关重要的作用。UV固化适合塑料件的加工，因为它给予涂料进行交联固化的能量，而没有过量的热量传递（过量的热量传递将导致涂层下的塑料工件融化或扭曲）。

UV固化还具备可以粘附在许多不同基材上的优势，中压汞蒸气灯，包括电极电弧灯和微波灯，已经在固化UV硬质涂料领域使用了很长时间了。UV LED固化让硬质涂料产生了巨大的变化，像结构胶粘剂和光纤涂料。

对硬质涂料有需求的人一直在密切关注着UV LED。UV LED固化的表面涂料可以用在他们的生产流程中，这一发现让塑胶制造商们很是兴奋。他们也越来越多地向原材料和设备供应商咨询关于UV LED硬化涂层的更多最新信息。

对于大多数核心应用来说，UV LED固化技术尚不完备，因为没有足够的UVC 短波LEDs，漆膜表面的氧阻聚效应、稍远工作距离时辐照强度不足等。但是，这一领域的研发正在持续推进，这会让UV LED固化技术在未来具备更多的可行性，也将更为知名。

UVC是波长最短而能量最强的紫外光，而UVV则是波长最长而能量最弱的紫外光。人们注意到油漆或涂料在表面吸收UVC波段，而UVA和UVV波段则可以穿透至涂层更深处。这种类型的灯（汞灯）的发射光谱很宽。它发射所有四个波段的紫外光，以及可见光和红外能量。如今的UV LED固化灯则可以只发射UVA和UVV在365nm和405nm波段区间的紫外光。在UVC波段最新的进展是275和285nm波段。

不管你使用哪种类型的光引发剂，它应该可以在很宽的波段区间内吸收紫外光能量。应用于高性能工业涂料的光引发剂，在最初设计时，其最有效吸收紫外线的波段区间在220nm到260nm。不过，它们也可以与稍长的UVC和UVB波段的紫外光发生反应。这些光引发剂通常不会吸收任何UVA光线。用UV LED对硬质涂层进行固化的一个大问题，就是商用LED发射的长波UVA波段和硬质涂层固化所需的短波UVC波段的兼容性不足。

在非硬质涂层市场上，UV LED灯可以用于固化油墨、涂料和粘合剂，配方设计师们只能使用那些可以与更长波长的UVA波段配伍的光引发剂。与颜料配伍的光引发剂所导致的黄变是很难遮盖的，或者可以与其他化学性质不同的非黄变光引发剂混合。

新的研究已经开发出可以用LED固化，具有竞争性的线速度，用于图片涂层的透明罩光清漆（OPVs），这种罩光清漆具有可接受的非黄变性，可用于保护许多印刷标签和包装品。不幸的是，这种罩光清漆不能使用可与UVC反应的更好的光引发剂，这就意味着，我们不可能使用现在的长波LED灯来得到更具耐久性的硬质涂层。

当光引发剂吸收紫外光，它们将产生自由基（R自由基与树脂分子进行键合，形成连续的聚合物长链）。

当空气中的氧气分子（O₂）进入到UV交联过程时，会发生一个被称为“氧阻聚”的过程。在大多数情况下，氧阻聚只是发生在涂层表面，会削弱自由基并降低了自由基的总体浓度。对氧阻聚敏感的配方往往表面聚合反应不完全，从而使其表面发粘、黏连或油腻。

如果有足够的UVC波段来去除空气中的氧气，许多采用汞蒸气灯固化的涂装应用都可以隔绝氧阻聚的影响。人们经常使用UVC光源，因为它蕴含大量能量，能很容易在涂层表面，就被光引发剂产生的自由基所吸收。这就可以让引发剂产生足够多的自由基来置换哪些被氧气猝灭的（淬灭）或被氧气所削弱的（清扫）的自由基。如果没有UVC波段或者能量太低，那么改变涂装环境、调整配方或灯头的配置都可以改善涂层的表面固化。

例如，假如你用非反应性的气体，如氮气，淹没涂层表面。这种情况下，非反应性的气体就将氧气从该区域移除，进而阻止了氧气对反应的阻碍。或者，将涂层增厚或让涂层更粘稠，使氧气更难进入涂层，从而使自由基更易搭建涂层内部的结构。这就可以实现涂层从底部到最上表面的完全固化。也可以提高光敏剂和其他反应性化学品的浓度来得到更多的自由基。紫外光系统的辐照度和光密度的提升也可以产生更多的自由基。

通常UV led比汞灯更容易提高辐照度。表面硬质涂层也必须处理带有很陡峭或很深轮廓的立体部件；这是它本身的另一个问题。在灯头和所有的工件之间必须是视线可直达，才能固化；对于网状和平面轮廓部件，这不是大问题，但在某些情况下，就不同了。

由于工件的形状变得越来越复杂，灯头必须从工件表面搬离一定距离以提供足够的间隙。这时候，就需要在不同角度的多灯头设置来对3D部件进行全面的UV覆盖。在固化灯之前的、具有网式抖动与反弹的部件涂装和网式涂装，通常有50毫米（2英寸）的焦距。通过这种方式，灯头前的紫外光能量就集聚到你所设置的焦距上。

UV LED固化系统组成了一个发光二极管的平面矩阵，所有二极管的最强光照都在灯具发射窗附近。对于web应用中使用的传统系统，卷筒纸的张力和对滚轮的固化消除了颤振，GEW电极弧光灯系统使用3毫米（0.12英寸）的焦距。

UV LED灯产生的光线以一个120°的波束角从平面发射窗射出。当光线离开LED灯头时，它们会分裂。射线的扩散降低了紫外线的浓度，从而降低了到达需要固化的表面的辐照度。

该配方需要一定的辐照度才能产生自由基并引起交联。市售的UV LED灯和汞蒸气灯相比，具有高得多的辐照峰值。不过，随着距离增加，辐照量级迅速降低。一般来说，市售UV LED灯具生产时，都要保证灯头尽可能地接近网或工件表面，就是由于这个原因。在某些情况下，一些制造的化学品需要较少的光以得到更好的效果，或者采用反射镜和光学组件来在更远的距离上对光线进行校准。

从电子学的角度看，在UVC范围内，最好的LED波长在275-285nm之间。如果你想要使用硬质涂层化学品，你就应该远离220nm到260nm的波段。但是原型固化系统的辐射已经达到了4瓦/cm²。

我们应该考虑到，虽然UV LED具有比汞灯更高的UVC辐射。但如果离开灯头25到100mm，其辐照峰值将会降低到非常低的水平（1-4英寸）。

因此，短波的UVC LED灯并不能满足所有的成本、可靠性和生活需要。许多人没有意识到UVA LED灯在15年之前也有同样的问题，但随着人们的努力和创新，这些问题都解决了。再过5到10年，UVC LED有望将会沿着与UVA LED过去15年相似的道路前进。

随着UV LED固化系统和UV LED化学品的持续创优，它们将会与表面硬质涂层和塑料装饰涂层越来越兼容。这就意味着现在使用硬质涂层的人们，很快就可以享受到UV LED固化技术的许多好处，如更长的光源寿命、更好的过程控制，以及更少的热量转移到工件。

在那之前，汞蒸气灯和弧光/LED的杂化混合方案仍然是固化UV硬质涂层的最佳方式，因为它们运作得最好。另一方面，现有的用户应该持续与供应商谈论他们对UV LED技术的兴趣，因为，市场需求是影响管理团队将资金放在研究和开发上的一个重要因素。

文章转自：PCI可名文化