การอบด้วยแสง UV คืออะไร?
แม้ว่าบทความนี้จะพูดถึงหัวข้อของ ‘การทำให้พื้นผิวด้านด้วย Excimer UV Curing’ แต่ก่อนอื่น สิ่งสำคัญคือต้องอธิบายว่าการอบด้วย UV คืออะไร
การอบด้วย UV เป็นเทคโนโลยีอเนกประสงค์ที่ใช้กับงานพิมพ์และการเคลือบต่างๆ เหมาะสำหรับการพิมพ์อิงค์เจ็ท เฟล็กโซ กราเวียร์ สกรีน ออฟเซ็ต ไดย์สล็อต เมเยอร์ร็อด โรลเลอร์ ม่าน และสเปรย์ รวมถึงวิธีการถ่ายโอนและการสะสมอื่นๆ อีกมากมาย
ไอปรอท ไดโอดเปล่งแสง (LED) และหลอดเอกไซเมอร์ทั้งหมดส่งพลังงาน UV ไปยังชิ้นส่วนและวัสดุพิมพ์ในสภาพแวดล้อมการผลิต กระบวนการผลิตบางกระบวนการยังรวมเอาเทคโนโลยีทั้งสามอย่างเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีการอบด้วย UV เพียงเทคโนโลยีเดียว
การอบด้วย UV ช่วยให้ตัวแปลงเว็บแคบ กลาง และกว้างสามารถเซ็ตหมึก สารเคลือบ กาว และการอัดรีดได้อย่างรวดเร็วในแนวเดียวกัน ในพื้นที่ขนาดเล็ก และด้วยความเร็วสูง ในขณะเดียวกันก็ให้คุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่เหนือกว่าวัสดุที่แห้งแบบธรรมดา
การอบด้วยแสงยูวีไม่ใช่การทำให้แห้ง แต่เป็นปฏิกิริยาเคมีในระดับโมเลกุลที่เปลี่ยนวัสดุที่มีลักษณะเป็นของเหลวซึ่งเปียกเมื่อสัมผัสให้กลายเป็นพอลิเมอร์ที่เชื่อมขวางซึ่งแห้งสนิทเมื่อสัมผัส เพื่อประโยชน์ของผู้แปรรูป การเปลี่ยนแปลงวัสดุนี้เกิดขึ้นภายในเสี้ยววินาที
โดยทั่วไปแล้ว สูตร UV จะมีของแข็ง 100% ไม่มีตัวพาของเหลวที่ต้องระเหย และไม่ต้องใช้เครื่องอบความร้อนที่ใช้พลังงานซึ่งถ่ายเทความร้อนไปยังเว็บด้วย เมื่อเว็บออกจากสถานีอบด้วยแสงยูวี เว็บจะพร้อมสำหรับการประมวลผลเพิ่มเติม การรีด การกรีด การม้วนกลับ และการจัดส่งทันที
ยิ่งไปกว่านั้น พื้นผิวที่อบด้วยแสงยูวีจะไม่เกิดรอยขีดข่วน รอยบุบ หรือความเสียหายเมื่อผ่านส่วนประกอบของสายการผลิตปลายน้ำหรืออุปกรณ์ตกแต่ง ทั้งหมดนี้ทำให้สินค้าที่อยู่ระหว่างการผลิตไม่อยู่ในสต็อก ลดเศษวัสดุ และทำให้ระยะเวลาดำเนินการเร็วขึ้น
ปฏิกิริยาที่เริ่มต้นด้วยแสงยูวีจะสร้างพันธะเคมีที่แข็งแกร่งระหว่างโมเลกุลและให้การยึดเกาะที่ดีกว่ากับพื้นผิว เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว กระบวนการอบแห้งแบบแผ่นและแบบธรรมดาจะทิ้งของแข็งที่เหลือแยกจากกันไว้บนพื้นผิวของพื้นผิวที่ไม่มีรูพรุน เช่น ฟิล์มโพลิเมอร์และกระดาษเคลือบ หรือกระจายอยู่ในชั้นบนสุดของวัสดุที่มีรูพรุน เช่น กระดาษที่ไม่ได้เคลือบ ลักษณะเฉพาะอีกประการหนึ่งของกระบวนการเชื่อมขวางที่เริ่มต้นด้วยแสงยูวีคือการสร้างโซ่โมเลกุลที่ต่อเนื่องยาวนานซึ่งขับเคลื่อนคุณสมบัติการใช้งานและความสวยงามที่เป็นที่ต้องการและแข็งแกร่งอย่างยิ่ง
เนื้อแมท vs กลอส
วัสดุที่บ่มด้วยแสงยูวีจะมีลักษณะมันวาวและแวววาวตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นผลมาจากสูตร UV ที่มีของแข็ง 100% และมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ลักษณะสองประการนี้ทำให้สูตร UV ไหลผ่านใยได้อย่างเรียบเนียนและสม่ำเสมอระหว่างการใช้งาน จากนั้นจึงบ่มในตำแหน่งนั้นทันที พื้นผิวที่เรียบจะสะท้อนแสงโดยเนื้อแท้ ซึ่งหมายความว่าแสงจะส่องออกจากพื้นผิวที่บ่มแล้วในมุมตกกระทบเดียวกัน ยิ่งพื้นผิวสะท้อนแสงมากเท่าไร ก็จะยิ่งดูมันวาวและเหมือนกระจกมากขึ้นเท่านั้น
หรืออีกทางหนึ่ง พื้นผิวแบบด้านจะขรุขระและมีพื้นผิวรวมมากกว่า ดังนั้น พื้นผิวแบบด้านจะดูดซับแสงได้มากกว่าพื้นผิวแบบมัน นอกจากนี้ พื้นผิวแบบด้านยังกระจายแสงที่สะท้อนไปในหลายทิศทางด้วย ซึ่งเรียกว่าการสะท้อนแสงแบบกระจาย และเป็นสาเหตุที่ทำให้พื้นผิวแบบด้านดูหมองและมีคุณสมบัติป้องกันแสงสะท้อนและป้องกันรอยนิ้วมือ
ผู้ผลิตสารเคลือบยูวีสร้างวัสดุแบบด้านหรือกึ่งเงาโดยเติมสารทำให้ด้าน สารทำให้ด้านคืออนุภาคแข็ง เช่น ซิลิกาฟูม แคลเซียมคาร์บอเนต และผงแว็กซ์หรือทัลค์ที่บ่มเข้ากับพื้นผิวของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงขนาดและองค์ประกอบของอนุภาคของสารเติมแต่งเหล่านี้ส่งผลต่อการกระเจิงของแสงจากพื้นผิวที่บ่มแล้ว และส่งผลต่อความด้านของวัสดุด้วย น่าเสียดายที่ปริมาณของสารทำให้ด้านที่เติมลงในสูตรและการลดความเงาที่สามารถทำได้นั้นมีจำกัด เนื่องจากความเข้มข้นของอนุภาคแข็งที่มากเกินไปจะทำให้ความโปร่งใสลดลงและเพิ่มความหนืด ซึ่งทำให้ใช้สูตรได้ยากขึ้น การนำหลอด UV เอ็กไซเมอร์มาใช้ในกระบวนการบ่มทำให้ผู้แปรรูปสามารถผลิตพื้นผิวแบบด้านได้โดยไม่ต้องใช้สารทำให้ด้าน
แหล่งบ่มด้วยแสงยูวี
แม้ว่าเทคโนโลยีไอปรอท LED และหลอดเอ็กไซเมอร์จะปล่อยพลังงานอัลตราไวโอเลต แต่กลไกที่สร้างพลังงานและคุณลักษณะของการปล่อยพลังงานอัลตราไวโอเลตนั้นแตกต่างกันมาก การทำความเข้าใจถึงความแตกต่างเหล่านี้จะช่วยให้สามารถนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ได้อย่างถูกต้องและเพิ่มมูลค่าให้สูงสุด
หลอดไฟไอปรอท
หลอดไอปรอทเป็นหลอดปล่อยก๊าซแรงดันปานกลางชนิดหนึ่ง ซึ่งปรอทธาตุจำนวนเล็กน้อยและก๊าซเฉื่อยผสมเฉพาะจะถูกทำให้กลายเป็นไอในพลาสมาภายในหลอดควอตซ์ที่ปิดสนิท เมื่อระเหยแล้ว พลาสม่าปรอทจะสร้างรังสี UV ที่มีสเปกตรัมกว้างซึ่งแผ่รังสี 360 องศาจากหลอดควอตซ์ ตัวสะท้อนแสงที่มีรูปร่างเหมาะสมที่สุดซึ่งอยู่ด้านหลังหลอดควอตซ์จะใช้ในการรวมพลังงาน UV ที่ปล่อยออกมาให้กระจายบนแผ่นหรือแผ่น ภาพของหลอดอาร์กปรอทหลายหลอดและชุดประกอบหลอดแสดงอยู่ในรูปที่ 1 (a)
คุณสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบหลอดอาร์กปรอทของ GEW ได้ที่นี่
หลอดยูวีแอลอีดี
หลอดไฟ LED เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบโซลิดสเตตที่ประกอบด้วยชิปจำนวนมากของวัสดุผลึกกึ่งตัวนำบางๆ ที่เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าในแถวเดียวหรือรวมกันเป็นแถวและคอลัมน์ เมื่ออิเล็กตรอนอิสระในบริเวณลบของ LED ข้ามไปยังบริเวณบวก อิเล็กตรอนเหล่านั้นจะเปลี่ยนไปสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำลง พลังงานที่ลดลงตามลำดับจะถูกปลดปล่อยจากเซมิคอนดักเตอร์ในรูปแบบของแสงและความร้อน ความร้อนที่ปล่อยออกมาจาก LED เกิดจากประสิทธิภาพไฟฟ้าที่ต่ำ ไม่ใช่พลังงานอินฟราเรด
หลอดไฟ UV จะปล่อยแถบพลังงานที่มีความยาวคลื่นเกือบเท่ากันเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC แสงที่ปล่อยออกมาจะฉายไปข้างหน้าจากแต่ละ LED ในมุม 180 องศาโดยไม่ต้องใช้ตัวสะท้อนแสง สามารถเปิดและปิดได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย และปรับกำลังไฟได้แบบเชิงเส้นเต็มรูปแบบ รูปที่ 1 (b) แสดงภาพประกอบของโมดูล LED สามโมดูลที่รวมเข้ากับอาร์เรย์ที่ยาวขึ้นมาก โดยมีโมดูลเพิ่มเติมอีกมากมาย รวมถึงหลอดไฟ LED ที่เกี่ยวข้อง สี่เหลี่ยมสีม่วงแต่ละอันในกราฟิกแสดงถึง LED หนึ่งตัว
คุณสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบการบ่มด้วย LED UV ของ GEW ได้ที่นี่
โคมไฟเอ็กไซเมอร์
เช่นเดียวกับหลอดไอปรอท หลอดเอ็กไซเมอร์เป็นหลอดปล่อยก๊าซชนิดหนึ่ง หลอดเอ็กไซเมอร์ประกอบด้วยหลอดควอตซ์ซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า หลอดบรรจุก๊าซหายากที่สามารถสร้างโมเลกุลเอ็กไซเมอร์หรือเอกซิเพล็กซ์ได้ ก๊าซต่างชนิดจะผลิตโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นต่างกัน และกำหนดความยาวคลื่นเฉพาะที่เปล่งออกมาจากหลอด
อิเล็กโทรดแบบขดจะวิ่งไปตามความยาวด้านในของหลอดควอตซ์ ในขณะที่อิเล็กโทรดกราวด์วิ่งไปตามความยาวด้านนอก แรงดันไฟฟ้าจะพุ่งเป็นพัลส์เข้าไปในหลอดด้วยความถี่สูง ส่งผลให้อิเล็กตรอนไหลภายในอิเล็กโทรดภายในและปล่อยประจุผ่านส่วนผสมของก๊าซไปยังอิเล็กโทรดกราวด์ภายนอก ปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์นี้เรียกว่าการปลดปล่อยฉนวนไฟฟ้า (DBD)
ขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านก๊าซ อิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากับอะตอมและสร้างสปีชีส์ที่มีพลังงานหรือแตกตัวเป็นไอออน ซึ่งผลิตโมเลกุลเอ็กไซเมอร์หรือเอกซิเพล็กซ์ โมเลกุลเอกไซเมอร์และเอกไซเพล็กซ์มีอายุสั้นอย่างไม่น่าเชื่อ และเมื่อโมเลกุลเหล่านี้สลายตัวจากสถานะกระตุ้นไปเป็นสถานะพื้นฐาน โฟตอนของการกระจายแบบเกือบเป็นสีเดียวจะถูกปล่อยออกมา ภาพของหลอดไฟเอกไซเมอร์และหลอดไฟที่เกี่ยวข้องแสดงอยู่ในรูปที่ 1 (c)
คุณสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบบ่มด้วยเอ็กไซเมอร์ของ GEW ได้ที่นี่
ความแตกต่างที่สำคัญในความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา
ปัจจัยที่แยกความแตกต่างที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของหลอดอิเล็กโทรดอาร์ก LED และหลอดเอ็กไซเมอร์คือการกระจายสเปกตรัม หลอดไอปรอทมีแถบกว้างโดยปล่อยแสงผสมของ VUV (100 ถึง 200 นาโนเมตร), UVC (200 ถึง 285 นาโนเมตร), UVB (285 ถึง 315 นาโนเมตร), UVA (315 ถึง 400 นาโนเมตร), UVV (400 ถึง 450 นาโนเมตร), แสงที่มองเห็นได้ (400 ถึง 700 นาโนเมตร) และอินฟราเรด (700 นาโนเมตรถึง 1 มม.)
ในขณะที่แสงที่แผ่ออกมาในความยาวคลื่นใดๆ ก็ตามจะมีพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ แต่ความยาวคลื่นอินฟราเรดเป็นแถบกำเนิดความร้อนหลัก หลอดไฟ LED สำหรับการบ่มจะปล่อยแถบ UV แคบๆ เป็นหลัก โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ UVA (365, 385, 395 นาโนเมตร) หรือ UVV (405 นาโนเมตร) ในขณะที่หลอดไฟเอ็กไซเมอร์จะปล่อยแถบ UV แคบๆ โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ VUV (172 นาโนเมตร), UVC (222 นาโนเมตร) หรือ UVA (308, 351 นาโนเมตร)
ความยาวคลื่นที่สั้นกว่า เช่น VUV และ UVC มีการทะลุผ่านฟิล์มน้อยมาก โดยมีพลังงานต่อโฟตอนค่อนข้างมากกว่า ในทางตรงกันข้าม ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า เช่น UVA และ UVV มีการทะลุผ่านฟิล์มค่อนข้างมากกว่า แต่มีพลังงานต่อโฟตอนน้อยกว่า ความสัมพันธ์ระหว่างการดูดซับความยาวคลื่นและความลึกของการส่งผ่านสำหรับแถบพลังงานอัลตราไวโอเลตแต่ละแถบแสดงอยู่ในรูปที่ 2
การเคลือบพื้นผิวด้วยหลอดไฟ Excimer
โฟตอนของ UV สูญญากาศ (100 ถึง 200 นาโนเมตร) มีพลังงานมากที่สุดในบรรดาความยาวคลื่น UV ทั้งหมด แต่ถูกดูดซับไว้ได้อย่างสมบูรณ์ภายใน 10 ถึง 200 นาโนเมตรบนสุดของฟิล์ม ดังนั้น หลอดไฟเอ็กไซเมอร์ 172 นาโนเมตรจะเชื่อมขวางเฉพาะพื้นผิวด้านนอกสุดของสูตร UV เท่านั้น และต้องรวมเข้ากับระบบปรอทหรือ LED เสมอเพื่อให้บ่มได้ลึกเต็มที่
เมื่อใดก็ตามที่ฟิล์ม UV ที่ใช้สัมผัสกับความยาวคลื่นประมาณ 172 นาโนเมตรในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนเฉื่อย ด้านบนของฟิล์มจะย่นทันทีและดึงออกจากวัสดุที่ยังไม่บ่มด้านล่าง รอยย่นนี้จะทำให้เกิดรอยพับเล็กๆ และเพิ่มพื้นที่ผิวรวมของหมึกหรือสารเคลือบ ทำให้เอ็กไซเมอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำให้ด้าน และไม่จำเป็นต้องใช้สารทำให้ด้าน
กระบวนการบ่มสองขั้นตอนใช้เอ็กไซเมอร์เพื่อบ่มพื้นผิว และใช้ปรอทหรือ LED เพื่อบ่มขั้นสุดท้าย กระบวนการบ่มสามขั้นตอนประกอบด้วยหลอดไฟ LED กำลังต่ำหรือหลอดไฟอาร์กปรอทเจือปนแกเลียมก่อนถึงหลอดไฟเอ็กไซเมอร์ หลอดไฟ “ก่อนเจล” นี้จะเพิ่มความหนืดของหมึกหรือสารเคลือบเพื่อจำกัดการไหลออกและปรับปรุงความสม่ำเสมอของการทำให้ด้านทั่วทั้งเว็บ นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมระดับความเงาได้ในระดับหนึ่งด้วย ภาพประกอบกระบวนการบ่มด้วยแสงยูวีของเอ็กไซเมอร์แบบขั้นบันไดแสดงไว้ในรูปที่ 3
การย่นพื้นผิวฟิล์มโดยใช้หลอดไฟเอ็กไซเมอร์ทำให้พื้นผิวหยาบกว่าเมื่อเทียบกับสูตรที่บ่มด้วยไอปรอทหรือ LED พื้นผิวที่หยาบกว่าทำให้แสงสามารถดูดซับเข้าไปในวัสดุที่บ่มได้มากขึ้น ในขณะเดียวกันก็กระจายแสงสะท้อนไปในหลายทิศทาง ผลลัพธ์ที่ได้คือรูปลักษณ์ด้านที่สวยงามซึ่งป้องกันแสงสะท้อนและป้องกันรอยนิ้วมือ พร้อมทั้งทนต่อการเสียดสี สารเคมี และการสึกหรอทางกายภาพ ซึ่งมักจะเกิดขึ้นจากการบ่มด้วยแสงยูวี การเคลือบด้านจะทำให้ได้ค่าความเงาต่ำมากที่ประมาณ 2 GU แต่สามารถทำได้ง่ายด้วยการบ่มด้วยแสงยูวีด้วยหลอดไฟเอ็กไซเมอร์ นอกจากนี้ แม้จะมีพื้นผิวที่หยาบกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุที่บ่มด้วยไอปรอทล้วนหรือ LED แต่พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากหลอดไฟเอ็กไซเมอร์ยังทำให้พื้นผิวที่บ่มแล้วนุ่มเมื่อสัมผัสอีกด้วย
แอพพลิเคชั่น Excimer
การอบด้วยแสงยูวีของเอ็กไซเมอร์บนแผ่นและแผ่นที่มีความกว้างถึง 2.3 เมตรนั้นถูกนำไปใช้ในงานแปรรูปในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย กระบวนการและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการการเคลือบด้านแบบสม่ำเสมอและควบคุมได้นั้นเหมาะสมที่สุดสำหรับเทคโนโลยีนี้ ตัวอย่างเช่น ฟอยล์เคลือบและห่อหุ้ม ตลอดจนกระดาษตกแต่ง ซึ่งล้วนใช้หลอดไฟเอ็กไซเมอร์เพื่อสร้างพื้นผิวคุณภาพสูงบนเฟอร์นิเจอร์และผลิตภัณฑ์ออกแบบภายใน นอกจากนี้ ยังนิยมใช้พื้นไม้ลามิเนตและพีวีซีในห้องที่มีคนเดินผ่านไปมาจำนวนมากและทางเดิน ตลอดจนโรงพยาบาลและห้องปฏิบัติการที่ต้องการพื้นผิวที่ปลอดเชื้อและทนต่อคราบสกปรกมากขึ้น นอกจากนี้ ยังรวมถึงชิ้นส่วนและชุดประกอบกระจกและพลาสติกที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ยานยนต์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ต้องการพื้นผิวป้องกันแสงสะท้อนและป้องกันรอยนิ้วมือ แม้ว่าเทคโนโลยีเอ็กไซเมอร์จะไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ก็ได้รับความสนใจจากผู้แปรรูปและผู้ผลิตผลิตภัณฑ์เพิ่มมากขึ้นอย่างแน่นอน เนื่องมาจากการอบด้วยแสงยูวีของเอ็กไซเมอร์นั้นให้ประสิทธิภาพการทำงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เหลือเชื่อ ซึ่งไม่สามารถทำได้โดยใช้วิธีการอื่นใด
หากต้องการดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ExciRay ซึ่งเป็นเทคโนโลยี Excimer ของ GEW ที่ใช้ในการปรับพื้นผิวให้ด้านด้วย Excimer โปรดไปที่หน้า ExciRay ของเรา
