UV 경화과학

UV 경화 과학

경화는 중합 과정 중에 발생하는 화학 반응을 말합니다. 중합 과정은 분리된 분자와 짧은 고분자 사슬을 결합 또는 가교시켜 훨씬 더 길고 단단하며 단단한 고분자 사슬을 형성하는 과정을 포함합니다. 많은 물질이 고분자 구조를 가지고 있지만, 고분자 화학과 고분자 공학은 주로 플라스틱과 고무와 관련된 재료 및 공정에 중점을 둡니다.

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UV 광중합(UV photopolymerisation)은 방사선 경화 또는 간단히 UV 경화라고도 하며, 자외선 에너지가 잉크, 코팅, 접착제, 압출 성형품과 같은 UV 경화 소재 내에서 가교를 유도하는 특정 중합 방식입니다. 이 기술은 거의 75년 동안 다양한 산업 분야의 다양한 제조 공정에서 성공적으로 활용되어 왔습니다. UV 경화는 고속, 소형 설치 공간을 통해 매우 바람직한 재료 특성을 생성하여, 촉감이 젖은 재료를 촉감이 건조한 고체 구조로 즉각적이고 효율적으로 변환하기 때문입니다.

많은 응용 분야에서 UV 경화는 액체 캐리어를 포함하지 않는 고형분 또는 고형분 함량의 재료로 만들어집니다. 고체 입자는 작고 수가 많아 마치 액체처럼 다양한 표면에 도포할 수 있습니다. 사용자와 업계 공급업체는 UV 경화의 빠른 구조 변화를 건조라고 표현하기도 하지만, UV 경화 잉크, 코팅, 접착제는 건조되는 것이 아니라 경화됩니다.

반면, 기존의 수성 및 유성 제형은 실제 액상 캐리어를 사용하는데, 이 캐리어의 주요 목적은 다양한 인쇄, 분무, 코팅 및 디스펜싱 방식을 통해 원하는 고형분 함량을 원하는 표면에 도포하는 것입니다. 도포가 완료되면 캐리어의 역할은 종료되며, 강제 공기 건조기 또는 열 건조기를 사용하여 증발시키거나 건조해야 합니다. 증발 후에는 고체 입자만 부품, 기판 또는 구조물 표면에 남습니다. 유성 캐리어의 경우, 규정에 따라 증발된 유성 기화기를 애프터버너에서 태워 환경으로 배출해야 하는 경우가 많습니다.

자외선 경화를 사용하지 않는 많은 수성 및 유성 공정의 경우, 긴 건조 터널과 에너지 소비 오븐을 생산 라인에 통합하여 증발을 적극적으로 유도해야 합니다. 자외선 경화와 달리 건조 공정은 화학 반응 내에서 분자 변화를 일으키지 않습니다. 플라스틱이나 금속과 같은 비다공성 재료 표면에 직접 부착되거나 목재나 종이와 같은 다공성 구조에 약간 흡수되는 분리된 잔류 고형물만 남습니다. 잔류 고형물은 긁힘, 손상, 긁힘, 화학적 손상 및 풍화에 취약한 경우가 많습니다. 많은 경우, 수성 및 용제성 소재에는 투명 상도 코팅 및 필름 라미네이션과 같은 기타 보호 장치를 사용해야 합니다.

UV 경화는 긴 폴리머 사슬과 놀라울 정도로 강한 분자 구조를 통해 매우 바람직한 물리적, 기계적, 미적 특성을 부여하여 궁극적으로 수많은 일상 용품의 외관, 품질 및 성능을 향상시킵니다. 따라서 UV 경화는 제조업체에서 선명한 잉크 색상, 시각, 촉각 및 촉각적 특수 효과, 매우 강력한 파괴 접착력, 뛰어난 내화학성 및 내후성, 그리고 경도, 미끄럼 방지 및 내충격성과 같은 바람직한 표면 품질을 구현하기 위해 널리 사용되고 있습니다. UV 경화는 에너지 소모가 많은 오븐과 건조 터널, 휘발성 유기 화합물(VOC), 유해 대기 오염 물질(HAP)을 제거한다는 점에서 환경 친화적입니다. UV 경화 공정은 화학적 가교 결합을 순식간에 전파하고, 반응은 종료 시점에 완료되므로 최종 UV 경화 스테이션 직후에 후처리, 변환, 포장, 조립, 충전 및 배송이 모두 가능합니다.

빛 과학

​전자기 스펙트럼은 지구상의 물체와 천체에서 방출되는 빛을 포함하여 우주에 존재하는 모든 빛의 연속적인 범위를 나타냅니다. 빛은 항상 방출원에서 바깥쪽으로 방사되기 때문에 전자기 복사 또는 간단히 복사라고 합니다. 전자기 스펙트럼의 그래픽 묘사는 다음 그림과 같습니다.

전자기 스펙트럼은 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파로 구분됩니다. 자외선 대역은 진공 자외선, 자외선 C, 자외선 B, 자외선 A, 자외선 V로 세분됩니다. 전파는 레이더, TV, FM, AM으로 세분되며, 마이크로파는 레이더의 더 작은 하위 영역으로, 그리고 적외선과 전파 사이의 뚜렷한 대역으로 구분되는 경우가 더 많습니다. 스펙트럼의 각 영역은 파장, 주파수, 광자 에너지에 따라 이산적으로 정량화됩니다. 물체와 상호 작용할 때 색을 생성하는 가시광선을 제외하고, 스펙트럼 내의 모든 빛은 보이지 않습니다.

빛 대역의 경계는 엄격하지 않으며, 하나가 끝나고 다른 하나가 시작되는 공식적으로 정해진 파장은 없습니다. 따라서 다양한 산업, 기관, 표준 및 측정 장비에서 사용하는 파장 범위가 약간씩 다릅니다. UV 경화에는 일반적으로 다음과 같은 파장 범위가 사용됩니다.

• 진공 UV(100~200nm) – 100~200nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. 진공 UV 파장은 진공 상태에서 가장 잘 이동하고 공기를 통과하지 않기 때문에 진공 UV라는 이름이 붙었습니다. 경화 시스템에서 방출되는 진공 UV는 UV 시스템과 경화 표면이 질소 불활성 환경에서 작동할 때 광중합 공정에서만 효과적입니다. 불활성 환경의 산소 농도에 따라 진공 UV는 오존을 생성할 수 있습니다.
• UVC(200~280nm) – 200~280nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. UVC는 일반적으로 단자외선 또는 살균 UV라고 하며 사람의 눈에는 보이지 않습니다. 오존은 일반적으로 240nm 이하의 UVC 파장에서 생성됩니다. UVC 파장은 UV 화학 물질의 표면에서 흡수되어 표면 경화를 촉진합니다.
• UVB(280~315nm) – 280~315nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. UVB는 사람의 눈에는 보이지 않습니다. UVB 파장은 UVC보다 화학 물질 깊숙이 침투하지만 UVA와 UVV만큼 깊지는 않습니다.
• UVA(315~400nm) – 전자기 스펙트럼의 315~400nm 사이 부분입니다. UVA는 UV 에너지의 가장 큰 부분을 차지하며 일반적으로 장파장 UV라고 합니다. UVA는 사람의 눈에 보이는 색의 하한선입니다. UVA 파장은 UV 화학 물질 깊숙이 침투합니다.
• UVV(400~450nm) – 400~450nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. V는 가시광선(Visible)을 의미하는데, 이 파장은 사람의 눈에 색으로 인식되고 가시광선 스펙트럼의 일부와 겹치기 때문입니다. UVV 파장은 자외선 화학 반응에 깊이 침투합니다.
• 자외선(Ultraviolet, 100~450nm) – 100~450nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. 자외선과 가시광선 파장의 경계는 명확하게 정의되어 있지 않으며, 일반적으로 400~450nm 사이로 간주됩니다. 자외선 파장은 사람의 눈에 보라색으로 보이는 파장 바로 너머에 있습니다.
• 가시광선(Visible, 400~700nm) – 400~700nm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. 가시광선은 모든 색조를 포함하며, 물체에 반사되는 다양한 파장 또는 파장 조합에 의해 다양한 색상이 생성됩니다. 가시광선 스펙트럼은 종종 무지개로 표현됩니다.
• 적외선(700nm~0.1mm) – 700nm에서 0.1mm 사이의 전자기 스펙트럼 부분입니다. 적외선 파장은 사람의 눈에 빨간색으로 보이는 파장 바로 너머에 있습니다. 일부 적외선 파장은 열을 방출하고 다른 파장은 열을 방출하지 않습니다. 적외선 파장은 전극 및 마이크로파 UV 경화 시스템에서 방출되는 열의 주요 요인입니다. 비교적 단색성인 UV LED 경화 시스템은 적외선을 방출하지 않습니다.
• 마이크로파(0.1mm~10cm) – 레이더 가장자리에 위치한 0.1mm~10cm 사이의 좁은 대역이며, 전자기 스펙트럼에서 훨씬 더 넓은 전파 영역입니다. 마이크로파는 무전극 또는 마이크로파 경화 시스템에 사용되는 특정 유형의 UV 경화 램프에 전원을 공급하는 데 활용될 수 있습니다.

마이크로파나 전극 아크 램프와 같은 기존의 광대역 UV 광원은 가시광선과 적외선뿐만 아니라 UVA, UVB, UVC, UVV 파장도 방출하는 반면, 시중에서 판매되는 LED 경화 광원은 가시광선에 가까운 비교적 좁은 파장의 UVA(365, 385, 395, 405nm)를 방출합니다. 따라서 기존의 광범위 UV 화학 물질은 UV LED에 잘 경화되지 않으므로, 더 긴 UVA 및 UVV 파장으로만 경화되도록 재구성해야 합니다. 다행히 잉크, 코팅 및 접착제 회사들은 단일 제형으로 LED와 기존 램프 모두에서 경화할 수 있도록 UV LED 화학 물질을 점점 더 많이 개발하고 있습니다. 향후 몇 년 동안 점점 더 많은 제형이 이러한 이중 경화 기능을 갖추게 될 것이며, 업계는 점진적이지만 불가피하게 UV LED 경화로 전환할 것입니다.

파장, 주파수 및 광자 에너지

전자기 스펙트럼의 각 부분은 파장, 주파수, 그리고 광자 에너지로 이산적으로 정량화됩니다. 파장은 주기적인 빛의 파동에서 대응하는 점들 사이의 거리를 측정한 것입니다. 일반적으로 그리스 문자 람다()로 표기합니다. 주파수는 특정 파장이 발생하는 속도입니다. 초당 사이클 수 또는 헤르츠(Hz)로 측정하며, 일반적으로 문자 f 또는 v로 표시합니다. 주파수와 파장은 빛의 속도와 관련이 있으며, 주파수는 빛의 속도를 파장으로 나눈 값입니다. 파장이 길어질수록 주파수는 감소합니다. 반대로 파장이 짧아질수록 주파수는 증가합니다.

주파수와 파장을 모두 사용하여 스펙트럼에 있는 모든 전자기 복사의 에너지를 계산할 수 있습니다. 이는 플랑크-아인슈타인 관계식이라고 하는 다음 두 가지 동등한 공식 중 하나를 사용하여 계산됩니다.

여기서:

E = 광자 에너지(줄)

h = 플랑크 상수(줄·초)

c = 빛의 속도(초당 미터)

λ = 파장(미터)

v = 주파수(초당 사이클)

플랑크-아인슈타인 관계에 따르면, UVC와 같은 짧은 파장은 UVA와 같은 긴 파장보다 더 많은 에너지를 갖습니다. 더 나아가, 자외선 대역의 모든 파장은 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파보다 훨씬 더 많은 에너지를 갖는 반면, X선과 감마선보다는 에너지가 적습니다.

조도(W/cm²)

조도는 단위 면적당 표면에 도달하는 복사 전력입니다. 와트 또는 밀리와트/제곱센티미터(W/cm² 또는 mW/cm²)로 표시됩니다. 조도에 대해 일반적으로 사용되는 다른 용어로는 전력 밀도(power density)와 와트 밀도(watt density)가 있습니다. 기술적으로 정확하지는 않지만, 조도는 일반적으로 강도(intensity)로 지칭되며, 강도가 사용될 때는 일반적으로 조도를 의미하는 것으로 이해됩니다. 조도는 일반적으로 광범위한 자외선 파장 범위에서 가장 높은 피크 값 또는 UVC, UVB, UVA, UVV의 좁은 구간 내에서의 피크 값으로 측정 및 보고됩니다. 조도는 항상 측정에 사용된 복사계와 자외선 광원에 대한 복사계의 위치를 ​​기준으로 해야 합니다.

경화 표면과 UV 경화 시스템 사이의 거리가 정해진 경우, 각 램프 출력 설정에 대해 조도는 고정되며 생산 라인 속도나 노출 시간과는 무관합니다. 즉, 경화 표면의 조도는 램프 출력이 증가할수록 증가하고, 램프 출력이 감소할수록 감소합니다. 램프 출력 설정과 거리가 변하지 않는 한, 경화 표면의 조도는 라인 속도와 관계없이 일정하게 유지됩니다.

평판 유리 UV LED 경화 시스템과 플러드 프로파일을 갖춘 수은 증기 램프의 경우, 조도는 경화 표면의 각 지점과 램프 헤드 사이의 거리에 영향을 받습니다. 두 경우 모두, 거리가 멀수록 경화 표면의 조도는 낮아집니다. 이는 방사된 광선이 광원에서 멀어질수록 서로 확산되거나 발산되기 때문입니다. 이로 인해 빛의 집중도가 낮아지고 조도가 감소합니다. 집속형 수은 증기 램프의 경우, 초점 거리에서 조도가 가장 높고 경화 표면이 초점 거리 안이나 밖으로 이동할수록 조도가 감소합니다. 집속형 수은 증기 램프의 목적은 방사된 UV 에너지의 대부분을 좁은 대역으로 집중시켜 조도의 절대 크기를 증가시키는 것입니다.

생산 환경에서 대부분의 경화 표면은 동적 조도에 노출됩니다. 동적 조도는 램프 헤드가 경화 표면 위를 정지하지 않고 지나가거나, 경화 표면이 램프 헤드 아래를 정지하지 않고 지나갈 때 발생합니다. 경화 표면의 점들이 자외선 광원에 접근, 반대, 그리고 멀어짐에 따라, 각 위치와 각 시점에 입사하는 최대 조도는 달라집니다.

동적 조도 프로파일은 다양한 형태를 가질 수 있지만, 일반적으로 다음 그래픽 그림과 같은 종형 곡선 형태로 나타납니다. 그래프에서 조도 프로파일의 각 점은 각 시점의 최대 조도를 나타내며, 종형 곡선의 꼭대기는 경화 표면이 수은 증기 램프의 초점 영역이나 UV LED 램프의 중심을 통과하는 순간을 나타냅니다. 최대 조도가 높은 광원은 프로파일 피크가 더 높고, 최대 조도가 낮은 광원은 프로파일 피크가 더 짧습니다. 프로파일의 폭은 UV 램프 헤드의 폭뿐만 아니라 공정 라인 속도 또는 노출 시간에 따라 결정됩니다.

에너지 밀도(J/cm²)

에너지 밀도는 단위 면적당 표면에 도달하는 총 복사 에너지이며, J/cm² 또는 mJ/cm² 단위로 표시됩니다. 에너지 밀도는 노출 시간에 대한 조도(W/cm² 또는 mW/cm²)의 적분입니다. 이는 이전 이미지에서 볼 수 있듯이 조도 프로파일 아래의 면적으로 표시됩니다. 노출 시간, 즉 에너지 밀도 또는 곡선 아래의 면적은 라인 속도를 늦추거나, 체류 시간을 늘리거나, 경화 광원을 추가하거나, UV LED의 경우 더 넓은 헤드를 사용함으로써 증가합니다. 그래프에서 이러한 동작은 종 모양 곡선의 폭을 더 긴 시간 동안 넓히거나, 피크를 평평하게 만들거나, 여러 개의 램프 헤드를 직렬로 사용할 경우 여러 개의 뚜렷한 피크를 생성합니다.

특정 경화 적용 분야에서 올바른 스펙트럼 출력과 최소 임계 조도가 경화 표면에 전달되면 경화 속도와 정도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 에너지 밀도입니다. 조도는 에너지 전달 속도 또는 전력인 반면, 에너지 밀도는 전달되는 총 에너지입니다. 더 높은 에너지 밀도를 제공하는 UV 경화 광원은 에너지 밀도가 낮은 경화 시스템보다 더 빠른 라인 속도에서 경화를 가능하게 합니다.

기술적으로 정확하지는 않지만, 에너지 밀도는 일반적으로 선량(dose)으로 지칭되며, 선량이 사용될 때는 일반적으로 에너지 밀도를 의미하는 것으로 이해됩니다. 명확하게 설명하자면, 에너지 밀도는 전달되는 에너지를 의미하고 선량은 흡수되는 에너지를 의미합니다. 흡수된 에너지는 실제로 정량화하기가 매우 어려운 반면, 에너지 밀도는 UV 복사계와 에너지 밀도 시험지를 사용하여 근사치를 구할 수 있습니다. 복사계를 통해 얻은 에너지 밀도 값을 보고할 때는 항상 미터와 라인 속도를 기록하는 것이 중요합니다.

화학 및 광중합

UV 경화의 화학 반응은 특수 제조된 잉크, 코팅제, 접착제 및 압출물에 분산된 광개시제에 의존합니다. 광개시제가 100~450nm 파장의 빛에 노출되면 UV 에너지를 흡수하여 자유 라디칼 또는 양이온 종을 생성합니다. 여기된 종은 개시, 전파, 종결을 통해 반응을 유도하며, 이는 원료 성분의 분자 구조를 빠르게 변화시킵니다. UV 경화 응용 분야에서는 주로 자유 라디칼 경화 메커니즘을 사용하며, 양이온 응용 분야는 전체 UV 경화 화학 물질의 몇 퍼센트에 불과합니다.

자유 라디칼 경화는 가교 반응을 유도하는 자유 라디칼을 생성합니다. 자유 라디칼 경화를 개시하고 전파하려면 지속적이고 직접적인 가시광선 UV 노출이 필요합니다. 반응은 순식간에 종료되어 원하는 특성을 가진 새로운 물질 형태로 나타납니다. 자유 라디칼 화학 물질은 특히 경화 표면에서 산소에 취약할 수 있습니다. 산소 분자는 경화 과정에서 자유 라디칼을 제거하거나 자유 라디칼의 강도를 감소시킵니다. 램프 조도를 높이고, 질소 환경에서 경화시키고, 화학 성분을 바꾸는 것은 산소 억제를 상쇄하기 위해 널리 사용되는 도구입니다.

대체적이고 덜 사용되는 경화 메커니즘은 양이온 경화입니다. 이 반응은 가교를 유도하는 양이온을 생성합니다. 양이온 경화에서는 경화를 시작하기 위해 자외선 노출이 필요하지만, 경화는 지속적이거나 완전한 가시광선 자외선 노출 없이 진행됩니다. 화학적 성질과 응용 분야에 따라 양이온 경화 과정은 완전히 종료되기 전까지 몇 분, 몇 시간 또는 며칠에 걸쳐 진행됩니다. 양이온 화학은 습기와 온도에 민감하며, 이 두 가지 모두 가교를 방해할 수 있습니다. 따라서 양이온 화학을 사용할 때마다 주변 환경 조건을 모니터링하고 관리해야 합니다.

자유 라디칼 경화 또는 양이온 경화 여부에 관계없이 자외선 경화 제제는 시중에서 구할 수 있는 재료로 제조됩니다. 선택 범위는 매우 다양하지만 대부분의 원료는 다음 유형에 따라 분류됩니다.

• 광개시제 – 정해진 파장 범위에서 자외선 에너지를 흡수하고 자유 라디칼 또는 양이온 생성을 통해 광중합 반응을 유도하는 분자입니다. 광개시제는 전체 UV 제제 중량의 0.5~15%를 차지합니다.
• 단량체 – 비교적 분자량이 작고 구조가 단순한 수지 분자 유형으로, 자기 자신 또는 다른 유사 분자와 결합하여 UV 가교 중합체를 형성할 수 있습니다. 단량체는 전체 점도를 조절하고 경화된 재료의 특성에 영향을 미치는 반응성 희석제입니다. 단량체는 전체 제제 중량의 최대 50%를 차지할 수 있으며, 드물게 물이나 용매로 일부 또는 전부 대체될 수 있습니다.
• 올리고머 – 비교적 분자량이 작고 구조가 단순한 수지 분자 유형으로, 자기 자신 또는 다른 유사한 분자와 결합하여 UV 가교 중합체를 형성할 수 있습니다. 올리고머는 가교된 재료의 골격을 형성하고, 경화된 재료의 여러 특성에 영향을 미치며, 중량 기준으로 제형의 50~80%를 차지합니다.
• 첨가제 – 경화 전 혼합물의 특성과 경화 후 중합체의 특성을 조정하기 위해 첨가되는 모든 기타 성분입니다. 첨가제에는 유동성 조절제, 소포제, 분산제, 광안정제 등이 포함됩니다. 첨가제는 안료와 함께 전체 UV 혼합물에서 가장 작은 부분을 차지합니다.
• 안료 – 제형에 색상을 부여하는 특정 유형의 첨가제입니다.

화학자들은 광개시제, 단량체, 올리고머, 첨가제, 그리고 때로는 안료를 혼합하여 UV 경화 잉크, 코팅제, 접착제, 그리고 압출 성형품을 만듭니다. 최적의 UV 파장(nm)과 조도(W/cm²) 조합에 노출되면 화학 반응에서 자유 라디칼 또는 양이온 물질이 생성됩니다. 광중합은 매우 빠르게 진행되며 처리 시간은 몇 분의 1초 단위로 나타납니다. 정확한 시간과 혼합물의 적절한 가교 결합 능력은 원료의 혼합, 발광원의 스펙트럼 출력(nm), 조도(W/cm²), 에너지 밀도(J/cm²), 적용 분야, 생산 라인 설정, 그리고 자유 라디칼 또는 양이온 경화 메커니즘의 사용 여부에 따라 달라집니다. 다음 그림은 경화되지 않은 UV 제형과 이 제형이 적절한 UV 에너지원에 노출되었을 때 발생하는 가교 결합을 보여줍니다.

UV 제형은 액체와 같은 특성을 지녀 압출은 물론, 다양한 표면과 재료에 분무, 분사, 디스펜싱, 롤링, 딥핑, 인쇄, 스퍼터링, 진공 처리 또는 플러딩 등의 다양한 방식으로 도포할 수 있습니다. 도포 후 자외선 에너지에 노출시키는 것만으로도 분자를 효율적이고 효과적으로 결합시켜 고체 균질 구조를 형성하는 전파 및 가교 반응을 유도할 수 있습니다.

프로세스

UV 경화 중 발생하는 가교 반응은 경화 전후에 발생하는 여러 상호 연관된 제조 공정의 한 단계에 불과합니다. 모든 단계를 파악하고, 공정에 반영하고, 서로에 대한 영향을 평가한 후, 품질 및 최종 사용 성능 요건을 모두 충족하는 제품을 일관되게 생산하기 위해 유지 관리해야 합니다.

UV 경화와 관련된 공정 단계는 다음과 같습니다.

• 경화 표면 평가 – 경화 표면의 형상, 구조, 재료 종류, 재료 품질, 표면 에너지 및 청결도가 중요합니다. 이러한 요소들은 전처리 필요성, 적절한 잉크, 코팅 또는 접착제 배합, 재료 취급, 그리고 UV 램프헤드의 필요한 방향을 결정합니다. 표면은 공정 개발 과정에서 평가되어야 하며, 정기적인 생산 과정에서도 주기적으로 평가되어야 합니다.
• 전처리 및 기판 개질 – 부품 및 재료 표면은 종종 세척, 정전기 제거 또는 표면 에너지 증가를 위한 처리가 필요합니다. 이러한 단계는 잉크, 코팅 및 접착제의 습윤성을 높이고 접착력을 향상시키기 위해 종종 필요합니다. 처리에는 세척, 화학 약품 세척 또는 물티슈, 정전기 방지 장치, 프라이머, 베이스 코트 또는 사이징 도포, 화염, 코로나, 플라즈마, 샌딩, 그리트 블라스팅 등이 있습니다.
• 자재 취급 – 자재 표면은 일반적으로 시트, 웹 또는 3차원 부품 형태로 생산 장비를 통해 공급됩니다. 자재 취급을 통해 잉크, 코팅 또는 접착제가 자재 표면에 고르게 도포된 후 램프 헤드에서 정해진 오프셋 거리에 위치한 자외선 광원에 노출될 수 있어야 합니다.
• 잉크, 코팅 또는 접착제 제형 – 도포 방식, 재료 표면, 제형 전달 방식, 경화 시스템 및 UV 출력, 라인 속도 또는 사이클 속도, 그리고 최종 사용 요건은 모두 제형의 필수 특성을 결정합니다. 최적의 제형을 사용하기 위해서는 이러한 세부 정보를 제형 공급업체와 공유하는 것이 중요합니다.
• 제형 전달 장비 – 잉크, 코팅 및 접착제는 생산 공정에서 분무, 분사, 디스펜싱, 압연, 침지, 전사, 스퍼터링, 진공 또는 플러딩 등 다양한 방식으로 도포될 수 있습니다. 도포 장비는 제형, 경화되는 부품의 유형, 소재, 그리고 부품의 형상 또는 프로파일에 맞춰야 합니다. 공정 라인 속도 또한 필요한 에너지 밀도를 결정하는 요소입니다.
• 액체 캐리어의 증발 – 일부 UV 제형에는 자외선에 노출되기 전에 증발되어야 하는 물 또는 용매 캐리어도 포함됩니다. 어떤 경우에는 부품이 경화원까지 이동하는 데 걸리는 시간만으로도 증발이 일어날 수 있는 충분한 시간이고, 다른 경우에는 증발을 촉진하기 위해 건조 메커니즘을 프로세스에 통합해야 합니다.
• UV 경화 – 자유 라디칼 화학 반응은 직접적인 가시광선 UV 노출, 제형 내 광개시제에 맞는 UV 파장, 경화 표면과 램프 사이의 거리를 고려한 최소 임계 조도, 그리고 원하는 라인 속도에서 경화할 수 있는 충분한 에너지 밀도를 필요로 합니다. 많은 응용 분야에서는 적용되는 각 잉크, 코팅 및 접착제마다 전용 UV 경화 시스템이 필요합니다. 다른 응용 분야에서는 단일 램프헤드 노출로 여러 제형을 동시에 경화할 수 있습니다.
• 보조 공정 장비 – 많은 UV 경화 응용 분야에서는 경화를 지원하거나 공정 조건을 관리하기 위한 다른 장비가 필요합니다. 여기에는 질소 불활성화 시스템, 냉각 롤러 또는 냉각 플레이트, 양압 또는 가압 램프헤드 또는 경화 챔버, 클린룸, 외부 광학 장치, UV 필터 및 통합 UV 측정 시스템이 포함됩니다.
• 후경화 처리 – 부품 또는 재료 표면이 경화되면 변환, 마감, 조립, 충진, 포장 및 배송이 필요한 경우가 많습니다.
• 품질 검사 – 모든 응용 분야는 서로 다른 품질 및 성능 사양을 갖습니다. 때로는 색상 매칭이 포함되고, 때로는 기능적 특성이 더 중요해질 수도 있습니다. 생산 과정에서 주기적으로 모니터링하고 필요에 따라 공정 변수를 수정할 수 있는 정량화 가능한 목표를 제공하는 공정을 구축해야 합니다.
• 최종 사용 성능 – 최종 제품의 사용 조건은 이 목록의 모든 이전 공정 단계를 결정하는 데 매우 중요합니다. 모든 공정 관련 공급업체와 최종 사용에 대해 논의하는 것이 중요합니다.
• 자격, 승인 및 인증 – 가공 및 UV 경화되는 품목은 궁극적으로 제3자에게 공급되며, 해당 제3자는 전체 생산 공정이 자사의 요구 사항이나 기업 목표에 적합한지 여부를 결정하는 특정 요구 사항을 가지고 있을 수 있습니다. 구매 당사자로부터 적합한 자격, 승인 및 인증을 획득하고 적절한 검사 기록을 유지하는 것은 종종 중요한 단계입니다.

제공된 요점 목록은 UV 경화 공정에 대한 확실한 개요를 제공하지만, 가능한 모든 활동을 완벽하게 포괄하는 목록은 아닙니다. 각 UV 경화 응용 분야와 UV 제조 라인은 고유한 특성을 가지고 있으며, 이는 나열되지 않은 공정 단계를 도입할 수 있습니다. 어떤 경우든 UV 경화 응용 분야, 공정이 통합될 제조 라인, 경화 후 처리 활동, 그리고 각 단계가 다른 단계에 영향을 미칠 수 있는 완전한 공정으로서 최종 제품 사용을 평가하는 것이 항상 중요합니다. 다행히 UV 경화 공정이 확립되면 매우 안정적이고 반복 가능하며 제어 가능합니다.

전반적으로 UV 경화는 제조업체가 매우 바람직한 물리적, 기계적, 미적으로 만족스러운 특성을 가진 제품을 생산할 수 있도록 하여 궁극적으로 수많은 일상 용품의 외관, 품질 및 성능을 향상시킵니다. UV 경화, 광 과학, UV 화학 및 공정 변수의 기본 사항을 이해하면 최적의 UV 경화 원료 및 제형 선택, 적절한 통합, 공정 제어 및 고품질 제품의 일관된 생산이 가능해집니다.