자외선 경화 기술의 원리에 대해서

자외선 경화 기술의 원리에 대해서

자외선 경화 기술의 원리

자외선 경화 기술은 약 40년 전, 씰, 라벨 인쇄 등의 인쇄 분야부터 실용화되기 시작했습니다.

그 후, 액제의 취급이나 자외선 조사기의 컴팩트화등의 개량이 거듭되어 활용 분야가 확대되어 현재는 도장·도료, 표면 코팅, 반도체나 전자 부품·광학 부품등의 정밀 부품의 접착, 액정 패널의 접착, 나노테크, 바이오, 연료 전지나 태양전지 등, 모든 분야의 제조 현장에서 활용되고 있습니다.

자외선 경화 재료는 일반적으로 모노머·올리고머(프레폴리머)·광중합 개시제와 기타 첨가제로 구성되어 있습니다.자외선을 조사받으면 광중합 개시제가 이온을 발생시켜 그 이온이 모노머나 올리고머와 중합(결합하여 쇄상이나 그물 모양이 됨)합니다.

이것을 「광중합 반응」이라고 합니다.

광중합 반응에 따라 모노머와 올리고머는 폴리머로 변화하여 분자량이 커지고 융점도 상승합니다.

이 결과 자외선 경화 수지는 액체 상태를 유지할 수 없게 되어 고체로 변화합니다.

즉 광화학반응에 의한 변화를 이용한 기술로 열에 의한 건조와는 기본적으로 다른 것입니다.

자외선 경화에 사용되는 자외선의 파장은 주로 254nm, 365nm입니다.

254nm의 자외선은 에너지가 큰 반면 자외선 경화수지 내부까지 도달하기 어렵고 365nm의 자외선은 에너지는 약간 작지만 비교적 내부까지 침투합니다.

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자외선 경화 기술의 원리 와 장.단점

자외선 경화(UV Curing)란 잉크나 도장, 접착제 등의 경화 건조를 열 대신 강력한 자외선을 사용하여 행하는 기술입니다.

"자외선 경화수지"라고 불리는 감광재를 도포한 물질에 자외선을 조사하여 경화(Curing), 건조, 접착이 가능합니다.

'자외선 경화수지'는 자외선의 빛에너지에 반응하여 액체에서 고체로 화학적으로 변화하는 합성수지로 이루어져 있습니다.

이 화학 변화는 「광중합 반응」이라고 하며, 자외선에 의해서 모노머를 폴리머로 상변화시키는 기술입니다.

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자외선 경화 기술의 장점

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단시간에 경화 건조

경화(건조)에 걸리는 시간은 0.1수초.몇 시간이나 걸리는 열에서의 경화건조에 비해 가공 시간을 비약적으로 단축할 수 있습니다.

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대상물에 주다

열 데미지가 적다

열에 의한 경화 건조와는 다르므로 열에 약한 재료(플라스틱, 비닐, 종이 등)로도 변형이나 변질 없이 경화 건조가 가능합니다.

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공간 절약

설비는 자외선 램프와 같은 작은 것이 중심입니다.

그 때문에, 열처리등에서 사용하는 큰 로나 설비, 또 용제를 사용하지 않기 때문에 용제 회수(처리) 장치나 공해 대책 설비도 불필요하므로, 공간 절약으로 연결됩니다.

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무공해·환경성이 뛰어나다

자외선에 의한 경화, 건조, 접착은 환경성이 뛰어난 기술입니다.

유기용제를 사용하지 않아 유독가스나 연기 발생, 수질오염 등의 우려가 없습니다.

또한 불을 사용하지 않아 이산화탄소도 발생하지 않습니다.

현장의 작업 환경도 양호하게 유지할 수 있습니다.

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안전성이 높다

불을 사용하지 않고 빛에 의한 처리로 안전성이 높습니다.

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에너지 절약 비용

자외선 조사 장치에는 주로 긴 수명의 LED 광원이 사용되기 때문에 러닝 코스트를 줄일 수 있습니다.

또한 처리량에 따라 장치의 시스템 설계를 바꿀 수 있으므로 낭비가 없습니다.

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대상물을 가리지 않다

필요한 양의 자외선만을 조사함으로써 내열성이 낮은 대상물도 처리가 가능합니다.

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저취·무취

자외선경화수지에는 원칙적으로 용제가 포함되지 않으므로 취기가 적습니다(없다).

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아름다운 마무리

도막 강도가 매우 높고 내마모성도 높습니다.

경면 마감, 금속 광택 등 고급스러운 마감도 가능합니다.

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자외선 경화 기술의 단점

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두께가 있는 대상물에 맞지 않다

기본적으로 표면 부분을 처리하기 때문에 자외선의 빛이 차단되거나 두께가 있는 대상물에는 적합하지 않습니다.

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복잡한 형상은

대상물에 적합하지 않다

자외선의 빛이 적절히 닿지 않아 균등하게 처리되지 못할 수 있습니다.

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자외선경화기술의응용과용도

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자외선경화 기술은 속경화성, 혼합이 필요 없는 일액성, 다종 재질의 넓은 범위에서의 사용, 내구성… 등의 특성 때문에 생산성 향상, 품질 향상을 목표로 하는 제조업에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

특히 수지를 경화시키는 UV(자외선) 조사기에서는 열 손상이 없고 런닝 비용도 저감할 수 있는 UV-LED 광원을 탑재한 UV 조사기의 수요가 증가하고 있습니다.

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자외선 경화 기술은 크게 네 가지 분야에 많이 이용되고 있습니다

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전자,광학부품등의접착,건조

접착제로 활용되는 예입니다.단시간에 정확한 접착, 고정, 접착이 가능합니다.

또 투명성이 높고, 건조 후의 부피의 변화도 적기 때문에, 광학 부품이나 정밀 부품의 접착에 많이 사용되고 있습니다.

응용예

액정패널, 바이오칩, 카메라 렌즈 및 프리즘 등의 부품, HDD 자기부품, CD·DVD플레이어 픽업렌즈, 스피커의 콘과 코일, 모터의 자석, 회로기반, 자동차 등의 엔진 내부 부품 등

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인쇄잉크의 건조

자외선 경화형 잉크를 사용해, 자외선 조사에 의해 광화학 반응을 일으키게 해 액상에서 개체로 순간적으로 변화시키는 인쇄 방법입니다.

금속이나 알루미늄, 플라스틱 등 잘 마르지 않는 재료에 대한 인쇄 생산성을 높이는데 매우 적합합니다.

응용예

캔, 페트병, 화장품병, 치약등의 튜브, 신용카드등의 카드류, 전자제품이나 OA기기의 스위치나 키보드, 스티커류, CD, DVD 등

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도료 및 도장 코팅제의 건조 및 경화

자외선 조사에 의해 반응 경화되는 도료를 사용하여 UV 램프의 자외선 조사에 의해 도료를 몇 초만에 경화시키는 소착 도장입니다.

자동차나 전자 제품, 건자재, 플라스틱 등의 도료의 건조, 표면 보호, 광택을 내기 위한 코팅의 경화 및 건조 등에 활용됩니다.

응용예

휴대전화 부품, TV도어폰, 그릇, 루어, 카메라부품, 피겨, 헬멧 도장, 가전부품, 유리, 고급가구, FRP재, 유닛버스, 화장품용기, 피아노, 자동차부품 바디, 일렉트릭기타, 낚싯대, 나무방망이, 콜크타일, 자동차 판금도장, 가구수리, 플로링 도장, 타일 도장 등

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기타 특수한 용도 등

광섬유 코팅, 플레넬 렌즈의 형상 형성, 몰딩, 면허증 보호 코팅, 광조형 등

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LED UV 조사 장치의 장점

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LED 광원의 장점

LED 광원은 반도체 소자를 광원으로 하기 때문에 광강도의 피크를 1개의 광원당 1개 밖에 갖지 않습니다.

현재는 220~400nm 까지의 LED가 있어 이 범위 중 어느 한 곳에 피크를 갖게 됩니다.

즉 수지부품과 같은 열에 의해 변형, 수축 가능성이 있는 대상물에 대하여 손상 없이 접착이 가능합니다.

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램프 광원의 단점

램프 광원이 조사하는 빛의 파장은 UV경화 반응에 필요한 자외선과 더불어 가시광선 및 적외부근에도 광강도의 피크를 가지고 있습니다.

따라서 이러한 빛도 함께 조사되고 있으며, 이 적외선이 열이 되어 대상물에 손상을 줄 수 있습니다

(이 적외선을 차단하기 위해 램프식 UV 조사기의 섬유 입사구에 적외선 차단 필터를 넣는 경우가 있으나 완전히 열을 차단할 수는 없습니다).