5. Phương pháp nghiên cứu
1.1.6.1. Làm khô bằng phương pháp chiếu tia UV
Ánh sáng UV
Ánh sáng UV (tia cực tím) là tập hợp những sóng ánh sáng có bước sóng λ nằm trong khoảng 100 – 400 nm và được phân chia thành 4 vùng như sau:
Dạng UV
Bước sóng (nm)
Hiệu ứng khô với UV (UV curing) Ảnh hưởng tới sức khỏe và môi
trường
UV A 380 – 315 Đảm bảo cho sự thấm sâu (pentration) của tia UV vào trong lớp mực đặc biệt là những lớp mực dày và trong tráng phủ Làm da cháy nắng nhanh chống, mau già UV B 315 – 280 Đảm bảo cho sự tạo gốc tự do của quá trình polymer hóa Da rám nắng vĩnh viễn UVC 280 – 100 Tạo hiệu ứng polymer theo gốc và cation
bởi việc phân chia chất kích hoạt (photointiator)
Sinh ra khí ozone
38 Tuy nhiên trong ngành in và một số ngành kỹ thuật khác, người ta cho rằng ánh sáng UV là tập hợp các bước sóng 100 ≤ λ≤ 450 nm. Việc phân chia chủ yếu dựa vào các hiệu ứng sinh lý học của cơ thểcon người. Người ta đều cho răng, ranh giới giữa vùng ánh sáng cực tím và vùng ánh sáng thấy được nằm đâu đó trong khoảng 400 – 450nm.
Cấu tạo đèn UV
Có rất nhiều loại đèn UV, phát xạ ra những bước sóng phù hợp yêu cầu sấy khô mực, lắc như: đèn hồ quang thuỷ ngân có áp suất cao, đèn hồ quang thuỷ ngân có áp suất trung bình, đèn Geli… Nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là đèn hồ quang thuỷ
ngân có áp suất trung bình (MPMA: Medium presure mercury arc lamp).
Hình 1.19: Cấu tạo đèn sấy UV
- Thân đèn: dạng ống, làm bằng thạch anh trong suốt, có đường kính và độ dày khác nhau tuỳtheo kích thước đèn và công suất đèn. Tính chất của thạch anh rất quan trọng, nó quyết định sự hoạt động và chất lượng của đèn UV (cũng như hệ
thống sấy đèn UV). Nó cho phép hơn 90% lượng ánh sán UV truyền qua nó vì những loại kính thông thường chỉ cho những bước sóng dài xuyên qua được, còn những bước sóng ngắn bị giữ lại. Nhiệt độ bề mặt của đèn UV trong điều kiện hoạt động là rất cao (600- 800)oC.
- Điện cực là thanh Vonfram được quấn xung quanh bởi những sợi Vonfram vì Vonfram chịu được nhiệt độbên trong đèn 3000oC.
39 - Vì nhiệt độ trong lúc hoạt động của những điện cực rất cao và khảnăng giãn nở
của thạch anh thì rất thấp, do đó việc lựa chọn vật liệu phù hợp để nối kết vật liệu bên trong vỏ bọc với nguồn điện bên ngoài thích hợp nhất là Molypđen.
- Đểcách điện giữa những điện cực với giá đỡđèn, người ta dùng những thanh gốm đểcách điện.
- Do đèn MPMA sử dụng hiệu điện thế cao nên các nguồn điện sử dụng phải
được tăng thếtrước khi cung cấp cho đèn. Điện thế khác nhau tuỳ theo kích
thước đèn và loại đèn.
Cấu tạo hệ thống sấy UV
Trong một hệ thống sấy thường sử dụng từ2 đèn trởlên. Và trong ngành in đèn MPMA thường được sử dụng vì khảnăng tạo bức xạ của nó phù hợp với khảnăng hấp thụnăng lượng của hầu hết các loại mực, lắc UV.
- Quạt hút hơi: dùng đềhút hơi nóng bên trong hệ thống sấy, đặc biệt là hút các khí ozone sính ra trong quá trình sấy. Các khí ozone sau khi đi ra từ các quạt hút sẽđược cho qua một hệ thống để xửlý trước khi thải ra môi trường.
- Quạt thổi hơi: được đặt phía trên gương phản xạ, nhiệm vụ của nó làm cho mát
đèn, làm nhiệt độ bên trong hệ thống sấy giảm xuống.
- Băng tải: dùng đểđưa vật liệu vào hệ thống đèn sấy, tốc độbăng tải phải được
điều chỉnh cho phù hợp với tốc độ máy in mà vẫn bảo đảm cho lớp mực, lắc sau
khi đi qua hệ thống sấy được khô hoàn toàn.
- Gương phản xạ: tuỳ theo mực đích sử dụng mà người ra lựa chọn loại gương
phản xạ dạng elip, parabol hay kết hợp elip-parabol. Các gương ngày nay đều có khe hởtrên đỉnh gương để quạt thổi hơi thổi gió vào làm mát đèn.
Đặc tính quang học và vật lý của nguồn sấy UV
Có rất nhiều yếu tốảnh hưởng đến khảnăng sấy khô mực, lắc UV và vật liệu sấy của chúng. Đó là đặc tính quang học và vật lý của hệ thống sấy UV mà thành phần quan trọng nhất là nguồn sấy UV.
40
Mật độthông lượng bức xạ UV
Là công suất bức xạnăng lượng UV trên một diện tích bề mặt (W/cm2 hay
mW/cm2). Công suất bức xạ không phải là công suất điện của đèn. Công suất bức xạ
phụ thuộc vào vị trí của bề mặt vật liệu so với đèn và vị trí của đèn so với gương phản xạ. Mật độthông lượng bức xạđạt giá trị cực đại khi hầu hết các bức xạ phát ra từđèn đều được tập trung tại một điểm. Thông thường, giá trị cực đại này xảy ra khi đèn UV được đạt tại tiêu điểm F1 của gương phản xạ elip và vật liệu hấp thụnăng lượng đặt tại còn lại của elip.
Mật độnăng lượng bức xạ UV
Là năng lượng bức xạUV đến một bề mặt diện tích S, mật độnăng lượng bức xạ tỷ
lệ UV nghịch với thời gian khô của mực và tỷ lệ thuận với sốlượng đèn chiếu. Loại quang phổdo đèn UV phát ra.
Vì năng lượng bức xạ có quan hệ với bước sóng λ, đồng thời quang phổ phát ra phải thoả mãn sự hấp thụ của các chất gây phản ứng quang hoá có trong mực, lắc.
� 𝒉𝒉𝒉𝒉λ 𝒅𝒅λ
λ𝟐𝟐
λ𝟏𝟏
Sự phát xạ tia hồng ngoại.
Hầu hết các đèn UV ngoài việc phát ra tia UV, nó còn phát ra ánh sáng nằm trong vùng khả kiến và vùng hồng ngoại, điều này làm cho công suất phát xạ UV của đèn
không cao (do hiệu suất đèn thấp), chính những tia hồng ngoại là nguyên nhân làm cho nhiệt độ bên trong hệ thống sấy tăng cao, việc tăng là nguyên nhân làm cho nhiệt độ
bên trong hệ thống sấy tăng cao, việc tăng cao này cũng có lợi là giúp cho quá trình polymer hoá mực diễn ra tăng nhanh, tuy nhiên nhiệt độ quá cao sẽảnh hưởng đến cấu trúc bề mặt vật liệu.
Các loại đèn UV
41
Đèn UV thủy ngân (loại đèn thông dụng) phát xạbước sóng đều từ UVC – UVA làm khô mực nhanh chóng cho các loại mực UV process và vecni UV.
Hình 1.20: Sự phân bốbước sóng của đèn UV (thủy ngân) - Đèn pha tạp gallium
Đèn pha tạp gallium có tính phát xạ cao trong phổsóng dài hơn phạm vi chủ yếu
được dùng cho các loại mực có màu sắc hoặc dày sẽ giúp giữa được các màu mực hoặc màu vecni tốt hơn.
42 - Đèn pha tạp kim loại
Đèn pha tạp kim loại phát xạUV có bước sóng tập trung ở vùng UVA cao có thể
xâm nhập vào bên trong lớp mực làm khô đến bên trong các lớp mực dày. Nó phù hợp cho mực in UV trắng (có mức năng lượng cao nhất) và các loại vecni dày.
Hình 1.22: Sự phân bốbước sóng đèn UV (bột kim loại)
Đèn Interdeck Cấu tạo cơ bản: - Khung sườn tổng. - Chóa đèn. - Bóng đèn. - Nắp đậy bảo vệđèn. - Jack điện.
- Jack nước làm mát + Jack hơi làm mát.
Cơ cấu hoạt động:
- Đèn luôn mở khi chúng ta bật đèn từbàn điều khiển trung tâm (nắp đậy vẫn đóng),
khi ép in nắp đậy đèn sẽ mở ra chiếu lên tờ in, khi tờ in cuối cùng qua hết nắp đèn đóng
43 - Đèn luôn sáng ở1 cường độ nhất định nên việc điều chỉnh trên bàn điều khiển trung tâm thực chất là điều chỉnh độ mở của nắp đậy, giả sử cài 50% thì nắp đèn sẽ mở
ra 50% hành trình tổng của nó.
- Nguyên lý làm mát đèn chủ yếu bằng hơi và nước. Khi mởđèn trên bàn điều khiển
đồng nghĩa với việc đèn sẽ cháy liên tục nhiệt độ sinh ra sẽ làm nóng hệ thống gồm
chóa đèn và nắp bảo vệ, hệ thống làm mát sẽđưa nước và khí nén tuần hoàn vào bên trong các chi tiết này giúp giảm nhiệt nhanh chóng.