固化UV粉末涂布新技术的应用

　  【集萃网观察】目前，环保型粉末涂布已经在很宽的领域内得到应用，这项技术的开发基础是可固化UV粉末涂布技术与电磁刷技术（EMB）的结合。UV可固化涂料可快速形成一层5－10mm 
厚的均匀薄膜并与热固性材料表面结合在一起，这可使印品表面的性能大大提高。应用这种涂布的材料可以是木质、合成物、塑料及其他材料。 
　　在印刷业，给印品上光有很多原因，其中最主要的是为了使印品的外观更加美观，此外还想通过上光提高纸张、粗糙材料表面的化学性能或坚挺性。以前，经常使用溶剂型的上光材料，在速度较快的印刷过程中还使用快干型的上光溶剂。 
　　环保型上光技术要求不能挥发VOC（挥发性有机化合物），因此水性上光油和UV固化上光受到了欢迎。这两种产品当中水性上光油仍会发出一小部分VOC，而且上光后不能达到理想的光泽度，而低粘度的液态可固化UV上光涂布可以满足印刷要求。在工业中对金属进行涂布时，由于环保的要求使粉末涂布树脂快迅发展起来。这种固体涂布原料中不含任何的可溶解成分，而且，这些材料有很高的回收率，因此，更适合应用于涂布过程。当然，普及应用这种涂料还存在很多限制，主要有： 
　　?相对较高的固化温度（大于150℃）； 
　　?涂布的速度较低； 
　　?固化的时间相对较长（大于6分钟）； 
　　?涂布层相对较厚。 
　　以上几点限制了粉末状涂料的广泛应用，使之较局限于金属材料上，而其他热敏材料，如纸张、木材、木质复合物及塑料等材料不宜使用这种涂布方式。干燥固化速度限制了这种涂料不宜于在高速的情况下应用，比如金属卷的涂布。 
　　但是最近，两种新型的技术扩大了粉末涂布的应用范围，即一种是UV高速低温固化技术；另一种是电磁刷（EMB）技术使粉末涂布实现了快速薄层涂布。本篇文章将会主要针对这两种技术，谈谈其具体的情况并举例说明。 
一、UV可固化粉末涂布技术 
　　UV可固化粉末涂布技术已经不仅仅只是一个名词，目前，它已在多种不同的材料上应用。在金属材料在两年前就应用了UV固化粉末涂布技术，比如在电动马达上及小型货车上的应用。以前，有些单元部件是要后组装上的，比如一些密封部件和热敏部件，都要在进行UV固化粉末涂布后再组装在一起。在固化的温度降低之后，可以将各部件先组装起来，然后再进行整体涂布，这样，组装的费用可以大大降低了，同时减少了组装出错的频率，使废品率降低。目前在中密度纤维板（MDF）上的应用已经面市了。由于经济方面的优势，如材料浪废率的降低，涂布的及时性，低库存等优点，将来UV固化粉末涂布可能会替代传统的密胺树脂箔成为涂布的主要原料。 
　　UV可固化粉末涂布结合了传统的粉末涂布技术与液体UV固化涂布的优势。与传统的粉末涂布一样，新型的UV可固化涂料也是固体的，由于它几乎不含有溶剂，所以它不会放射出VOC，而且，也实现了喷涂材料的最大的回收利用率。使用UV灯而不是热固化的方式，使固化的温度降低了，从原来的固化温度为大于180℃降低到约100－120℃，同时，固化的速度也由原来需要10分钟变为现在的几秒钟。此外，在应用了EMB技术后，涂布的厚度也变薄了。 
　　现在已经开发出一套带有UV可固化粉末涂布设备的印后装订系统，其粉末涂布的原理是根据聚酯不饱和物与顺丁烯二酸或反丁烯二酸的不饱物与乙烯酸酯聚亚胺酯相交联而成。UV可固化粉末涂布可应用于与金属类似的、薄厚均匀的材料上。UV粉末涂料简单地说，是由顺丁烯二酸酯、乙烯酸醚以及一些光电化合物组成。UV可固化粉末状涂料的粘度点相对比较低，在这个温度，装订系统可以进行工作。如果涂布液的粘度太大，挤压设备与温控设备会进行调节，应用传统的喷涂设备就可以使UV可固化的粉末均匀地涂布在材料上。 
　　UV可固化粉末涂布通常包括两个步骤：如图一所示。 
　　在粉末喷涂到材料表面之后，粉末先在红外线的作用下熔化，形成一层膜涂布于材料表面，之后用UV光源烘烤使之固化干燥。这两个过程保证了在温度并不太高的情况下完成涂布过程，其中，有几个影响涂布的因素，即紫外光源的温度要控制在85－90℃范围内，此外，一些颜料也会影响到粉末状涂料的性能，固化的过程也会影响到涂布的效果。研究表明，当UV的含量在300mj/?2时，标准的汞灯可以很好地使100微米厚的UV膜进行固化，但前提是UV的含量较高。 
　　将UV粉末状涂料应用在MDF后有较好的流动性、粘性和坚固性。 
二、电磁刷技术 
　　最新发展起来的电磁刷技术（EMB）来源于复印机和激光打印机的应用。
　　电磁刷的工作过程就是将粉末喷涂在材料上的过程，粉末微粒会在电磁刷的作用下进入到自动的分配容器中，粉末微粒会与载电粒子结合，在磁的作用下，粒子会喷到材料表面。喷到材料表面的粉末的厚度取决于电的强度。在这个过程中，只有当粉末微粒克服了电子间的引力后，才能吸到材料的表面如图三所示，所以，粉末微粒是可以通过电量控制的。 
　　为了测试EMB技术在粉末涂布应用于平滑材料的过程，已经开发了EMB试验设备。设备的示意图如图四所示。粉末微粒进入到固定的容器内，涂布从右侧开始，被涂布材料会贴在滚筒表面上。当材料通过了电磁刷之后，材料表面带电的部分在吸引力的作用下，吸引粉末微粒通过滚筒与磁刷之间涂在材料表面上。这种涂布对于如纸张或纸板这样的无磁性的材料的涂布效果非常好。对于有磁性的材料，如卷筒纸，就要防止磁性对微粒的干扰。在测试过程中，不同的材料都可以在生产线速度大于130米／分钟的情况下，进行厚度为5－100微米的涂布。 
三、在类纸张材料上进行涂布 
　　使用了EMB技术，可以在不同的与纸张很相似的材料上进行涂布。为了达到这个目的，在进行UV可固化粉末涂布的时候，一般选用的是MDF材料，在进行了研磨分类后，粉末的大小从5－20微米，平均的尺寸是11微米，将粉末与承载物混合后送入到EMB设备之中。 
四、OPV在卡纸及上的印刷 
　　卡纸是指厚度约为0.3?的纸板，它在包装及装饰中经常用到，因此也需要有较高的光泽度。在卡纸上进行的是可固化粉末上光涂布的实验中，使用的是胶印机，印刷速度约为30米／分钟， 在涂布时，使用了红外线使粉末溶融进行涂布，然后用紫外光源使之固化，得到的涂层厚度约为7－10微米。涂布效果非常好，有较高的亮度和抗划擦性。 
　　在第二个实验中，使用的是Xeikon DCP-1数字印刷机进行的全彩色印刷，在相同的环境及条件下，进行同样的可固化粉末涂布，涂布厚度也为7－10微米，在涂布后的效果也非常好。这个实验表明，粉末涂布同样也可用于一些上光的过程，比如给杂志封面的上光。 
　　使用EMB技术进行UV可固化粉末状涂布，然后再使用IR红外线及紫外线进行加热及固化的过程可适用于多种的印刷方式，比如胶印、凹印或是柔印，可以脱机进行，同时也可以联机进行，适用的材料可以是用于包装中的卡纸或是书封等。这个过程也可以覆膜。较好的化学性能及涂布效果使UV可固化粉末涂布在未来的工业中前景广阔。 
五、在墙纸上的应用 
　　高级的墙纸可以有多个涂层，以提高其耐久度。UV可固化粉末涂布可以取代传统的清漆，而使用含固体量为16％的UV可固化涂布液进行用辊子涂布。它的主要的优点就是在进行了UV可固化粉末涂布之后可挥发物更少，因为传统的油漆含有可挥发的溶剂较多。因此 ，使用一个约17英寸宽的EMB设备在墙纸上进行UV可固化粉末涂布，速度约为1米／秒。在进行完墙的涂布之后，涂布辊可以切成6″×20″尺寸，涂料可以在IR光下溶化并在UV光源下迅速固化。涂层的厚度约为5－7微米层。 
六、局部印刷与上光 
　　除了用于整体上光之外，UV可固化粉末涂布也可应用于局部的上光或印刷。在这样的过程中，UV可固化的色粉与传统的热塑性的材料并不相同。为了测试这样的印刷过程，我们使用了一个小的传统的原稿，使用的是蓝色的UV可固化的色粉，在印刷过程中，色粉被加热辊融化，完成图文的转移过程，为了固化色粉，一个纸张的翻转装置使纸张从印刷单元中被翻转，如图五。为了使翻转过程中热量不损失，还在翻转装置的上面装了一个附加的IR单元，之后印刷品上的色粉被UV固化。试验品经过了纸张测试、耐磨测试及及弯曲测试，表明了它具有非常好的性能。与传统的印刷相比，UV可固化的色粉分子具有更强的凝聚力。 
七、结论 
　　因为MDF及热熔材料的应用，使UV可固化粉末涂布已经在新的领域得到了应用，它已经可以在整体涂布及局部涂布中成功应用，材料可以是纸板、墙纸及数字印刷应用材料等，因为其固化的相对较低的温度，使纸张的变形及褪色等缺陷被很好地弥补了。UV可固化涂布已经可以应用到类似纸张这样的较薄或小孔的材料之上，在合适的设备上，UV可固化涂布也可以应用到印刷之中。 
 
    来源：中国UV网