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1、UV知識與應用 第一章 的興起紫外線硬化型涂料大約在30年前就開始在工業界使用 當初主要是因應能源危機而發展出的一種較低成本的涂料 在1970年代初期 由于工業界對紫外線硬化型涂料的知識非常貧乏 因此開始没有大量被接受 但随着各種光起始劑的開發 加上許多壓克力單體 不論是單官能基 双官能基 以至于多官能基的壓克力稀釋劑種類逐漸增多 供應商無法再寡占市場 紫外線硬化型涂料才漸漸被工業界所接受 MUSASHIPAINT 第二章 的市場需求逐漸被業界瞭解與肯定下 紫外線硬化型塗料的需求量開始快速成長 以2008年為例 全球UV Visible硬化型塗料需求量超過15萬公噸 其中北美洲地區即約占8萬公
2、噸左右 同時其年成長率超過其他各類樹脂之平均成長幅度 屬成長型的產業 也因此如此最近幾年相關的各種研究開發與應用就變得多樣化 特別是最近幾年成長快速的光電行業 雖然其使用量與塗料比起來有如小巫見大巫 僅占約十分之一左右 但其年成長率卻是大許多 MUSASHIPAINT 第三章 何謂UV固化UV我們把它翻譯成紫外線固化或硬化 它是利用紫外線光源 點光源或是泛光源 產生高強度的紫外線 照射液態的UV使它快速發生交聯反應 變成固態的塑膠加工過程 我們稱它Curing 硬化Curing與傳統的乾燥Drying加工過程相似但不相同 其差別在於乾燥的加工過程有溶劑的揮發 而硬化的加工過程則無溶劑的揮發 紫
3、外線硬化的光起始反應方式也提供業界一個非常快速的硬化制程 可縮短制程時間 以及可依使用者需求進行硬化反應 再加上紫外線硬化型的配方百分之百為固成份 不含任何有機溶劑 符合現今環保的要求 MUSASHIPAINT UV硬化機理UV Visible光被光起始劑吸收 造成光起始劑引發產生自由基或陽離子反應基 這些具有高度反應性的自由基或陽離子基 與組成內的壓克力單體或環氧基單體以及相對應的寡聚物進行鏈延長反應 由於自由基反應或陽離子基反應的反應性非常快 在幾秒至幾分鐘內反應物就完成反應 形成具有物性之高分子聚合物 MUSASHIPAINT 光源UV Visible光是一種輻射線 其能量與波長成反比
4、UV C的波長在100 280nm為最短的UV光 其能量比UV B 280 315nm 以及UV A 315 380nm 為高 當然比可視光 380 780nm 更高 早期光起始劑主要的吸收在UV C 許多起始劑都需要能放出大量UV C波長的UV燈來起始反應 注意 UV Visible燈源與反射罩的選用非常重要 由於大部份的使用者對於發光源設備不瞭解 常會誤用設備造成接著硬化時 硬化不完全或硬化過度 或有局部不完全反應 MUSASHIPAINT 光譜分佈圖輻射能量從右到左不斷提升 非常低的能量 或是非常長的波長 只能構使分子旋轉 而很高的能量 或很短的波長 能激發原子內層電子運動 我們通常採用
5、可見光 UVA和UVB輻射來固化 這部分光譜能激發外層電子 也就是產生很快的化學反應 但仍然可以很安全的使用 MUSASHIPAINT 4 UV涂料的光合作用當光線穿過含有光起始劑的UV時 部份特定波長的光線會被起始劑吸收 被吸收的能量有下列的關係式 A lC Beer Lambertlaw 其中A稱為Absorbance 值愈大表示有較大的吸收 它也可以表示為A log 其中Io是光未被吸收前之lightintensity 而It為光穿過UV後剩下之lightintensity l為UV厚度 C是光起始劑的濃度 而 則為molarextinctioncoefficient 值是每一個光起始劑
6、的特性吸收值 值愈大 表示該光起始劑對該特定波長光的吸收能力愈強 Beer Lambertlaw顯示的意義為 光線穿過UV層其光能量就逐漸減少 使得為每一層UV其光起始劑被激發引起的反應性自由基或陽離子基也逐漸變小 所以理論上每一層的硬化程度不一 物性也不一樣 這也是為什麼UV Visible厚度不能太厚的原因 一般厚度最好不要超過0 5 若為特定需要必須使用較厚涂膜 在配方調配上就要做些調整 同時燈源要能配合 MUSASHIPAINT 聚合反應變化 11 固化前的UV 122 UV光激發光起始劑 使其生成自由基 33 聚合鍵開始生長樹旨被吸引到自由基上 形成新的自由基 14 反應繼續進行 這
7、就是所謂的聚合反應 15 UV完全固化形成強而有力的立體網狀結構膜 這就是優越的的UV抗耐結構 MUSASHIPAINT 第四章UV的四大注意事項1 照射時間 隨著照光時間的增加 UV物性 如物性 附著力 因硬化反應生成而逐漸變高 但經過一段時間 因照光引起的分子老化或體積過度收縮 UV物性變差 所以使用上要特別注意 照光時間不能過短 但過長也不好 2 瞭解被涂裝材質 被涂裝材質之表面清潔 如油漬 水漬 等 表面粗糙度 以及底漆乾燥度 都會影響UV附著能力 除了表面性質外 素材材質也很重要 部份塑膠材料常加入抗紫外線吸收劑 以增加塑膠的抗老化性 但添加劑在某種程度下會被UV光吸收 造成UV硬化
8、不良或甚至沒有硬化 MUSASHIPAINT 3 瞭解使用之UV配方特性 在UV系統中厚度是一個重要的變數 有時同材質的噴涂 會有不同之結果 因UV在調配適用于不同厚度時的配方常不太一樣 有時候適用於較薄厚度的產品 不能用於較厚之接著 反之亦同 4 光能量的量測 UV燈在使用中除了放出的能量會逐漸降低外 也有可能因燈泡表面污染 以及反射罩表面被異物或揮發性單體污染而降低能量輸出 不明的原因也可能使光的能量再現性不佳 為了確保硬化條件的均一性 應隨時以光能量量測儀 Radiometer 量測 量測儀的校正也應以半年一次為佳 MUSASHIPAINT 第五章UV噴涂後常出現的狀況 一 流掛 流掛現
9、像是在噴塗後烘烤均化階段最容易出現的一類弊病 在垂直塗裝中最易流掛 它的形狀像小水珠一樣沿著邊角垂直流淌 形成的表面缺陷 原因分析 原漆的粘度太低 工件離噴槍距離太近塗膜過厚 線速度太慢是造成流掛的主要原因 解決方法 提高塗裝粘度 增加固含量 提高溶劑揮發速度 調整噴槍距離和出油量 調整線速度 降低塗裝膜厚和烘烤溫度 MUSASHIPAINT 二 針孔 面漆上的氣泡形如麻點 中間有小孔 象針紮一樣密密麻麻的凹于塗層表面 原因分析 面漆噴得太厚 特別是施工粘度偏高 更易造成面漆噴得太厚 氣溫急劇下降 助劑 或溶劑配比不合理是造成針孔的主要原因 解決方法 增加原油比例以降低粘度 降低塗裝膜厚 提高
10、紅外流平溫度或者給UV漆加熱 放慢UV流水線速度都可以解決針孔問題 MUSASHIPAINT 三 霧光 高光UV面漆固化後有一層像霧一樣的表面缺陷 這種問題在單液黑底上最容易出現 原因分析 1 溶劑揮發太快 溫度和濕度偏高是造成霧光的主要原因 溶劑揮發太快使UV表面吸水 油水不混容 如果UV漆溶解力太強或底漆耐溶劑性偏差 底漆未乾透 也易使UV漆咬底漆 也容易造成失光 解決方法 1 調整溶劑揮發速率 2 將底漆烘乾且適當降低塗膜厚度 使底漆在短時間烘烤時相對會乾得透一點 MUSASHIPAINT 四 魚眼 魚眼又稱凹陷 它一般呈現出圓形凹痕 邊緣凸起 看上去就像魚的眼睛 原因分析 工件表面和環
11、境不乾淨 壓縮空氣不乾淨所造成 解決方法 重新清潔待塗裝的工件和環境 檢查壓縮空氣過濾系統是否正常 MUSASHIPAINT 第六章UV八大問題解決方案 一 附著力不佳 可能原因 底漆硬度高 塗裝後放置時間太長 乾得太透 鋁粉漆的鋁粉含量偏高都是影響層間附著力的重要因素 解決方案 1 調整底漆的硬度 提高底漆烘烤溫度延長烘烤時間 鋁粉含量要控制在合理的範圍 2 調整溶劑的溶解力和揮發速率 調整膜厚和UV燈功率 MUSASHIPAINT 二 硬度 可能原因 1 底漆硬度和塗膜厚度太厚 單體官能度越高硬度越高體積收縮越大 厚塗時附著力越差 2 UV固化轉化率要求UV固化時能量小於500mj cm2
12、或大於1000mj cm2 3 UV線紅外流平溫度和時間不足 稀釋劑未揮發 UV曝光能量過高或低以及乾噴底漆方式 解決方案 1 整底漆硬度或烘烤時間縮短 2 增加塗膜厚度 控制在30 40um 3 增加UV燈光強度 但不宜太高 否則官能團太多 交聯點太多 體積收縮太大 厚塗時附著力會變差 4 調整紅外流平溫度和時間 使UV漆中溶劑在紅外流平時要充分釋放後再進行紫外光固化 但紅外流平溫度過高或時間太長也會造成UV漆咬底漆而降低整個塗層硬度 MUSASHIPAINT 三 針孔和麻點的形成 外界可能因素 環境中灰塵太多 物件表面沒有處理乾淨 灰塵 油污 靜電等 底漆塗裝工藝缺陷 細度不夠或反粗 塗裝
13、可能因素 UV過濾不乾淨或塗裝時的濕潤舖展性不夠 銀粉及珍珠最容易出現 易形成局部團聚 導致麻點產生 噴塗粘度過高 一次塗膜太厚引起的針孔 底面的微小氣泡上升而沒有破裂 解決方案 1 檢驗噴房內的落塵量2 素材除油除靜電3 銀粉漆控制在30微米以下 平衡底漆的膜厚 平整性和遮蓋力 4 控制稀釋劑的溶解力和揮發速度 做到溶解力 揮發速率和咬底性的三方 MUSASHIPAINT 四 塗膜發白 可能原因 1 固化塗裝環境溼度太高 曝光時表面凝結有水份 2 底漆線溫度太高 底漆線稀釋劑揮發太快 揮發時水份落在底漆表面而泛白 解決方案 1 塗裝環境的溼度盡量控制在不高於80 應在40 70 溫度20 3
14、0 2 降低溶劑的揮發速度 降低塗膜厚度 MUSASHIPAINT 五 縮孔 形成原因與分析 1 被塗物表面有油污或表面有蠟和灰塵 塗裝時局部表面張力過低容易產生縮孔 2 塗裝時空壓機有油或水混進了油漆中 引起縮孔 3 塗料的表面張力過高 被塗物的表面能過低在塗裝時也容易引起縮孔 解決方案 1 檢查空壓機中的油水是否長時間未放 2 檢查油水過濾系統是否運轉正常 最好加裝空氣乾燥過濾器 3 塗裝前用IPA清潔被塗物的表面 除去表面油質 蠟和其他污漬 MUSASHIPAINT 六 流平不良 原因分析 1 稀釋劑溶解力不夠或揮發速率過快 2 原油比例偏低 塗裝粘度偏高導致流平不佳 3 前置烘烤流平時
15、間不足 解決方案 1 調整溶劑溶解力或揮發速率 2 控制好原油稀釋比例和塗裝粘度3 前置時間拉長 MUSASHIPAINT 七 開裂 原因分析 1 配套底漆乾燥時間不夠 2 曝光能量太高硬化收縮率太大 3 塗膜太厚或曝光過程的溫度偏高 解決方案 1 底漆噴塗後要有足夠的溫度和乾燥時間 2 面漆稀釋劑不能太強和揮發太慢 3 控制塗膜厚度和曝光過程的溫度 MUSASHIPAINT 八 橘皮 主要原因 1 底漆烘烤時間過短 UV膜噴的過厚 2 底漆乾燥速度太慢 3 涂裝黏度太低 解決方案 1 提高烘烤溫度或者延長烘烤時間 控制膜厚 2 提高底漆乾燥速度 3 更改慢乾型稀釋劑 MUSASHIPAINT
