DE3037006A1

DE3037006A1 - Verfahren zum aushaerten lichtempfindlicher harzschichten

Info

Publication number: DE3037006A1
Application number: DE19803037006
Authority: DE
Inventors: Tatsumi Himeji Hyogo Hiramoto
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1982-05-06

Description

Verfahren Zllm aushärten lichtempfindlicher Harz chi hten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichten, insbesondere unter Verwendung von mittels einer Blitzentladungslampe erzeugtem Ultraviolettlicht.
Erst vor wenig mehr als zehn Jahren wurde man auf die lichtempfindlichen Harze aufmerksam. Die nachfolgenden Entwicklungsarbeiten haben jedoch zu einer bemerkenswert schnellen Erweiterung ihrer Anwendung geführt, und zwar anfänglich bei Materialien für das Photogravierverfahren und neuerdings auch bei Druckfarben, Überzugsmassen, Klebstoffen und anderen industriellen Erzeugnissen.
Diese Materialien werden in Form von Blättern, Filmen, Mustern und Buchstaben verwendet, und sie werden durch Aushärten im Wege der Bestrahlung mit UV-Licht aus dem flüssigen in den festen Zustand überführt. Chemisch betrachtet, handelt es sich bei diesem Vorgang um eine durch das UV-Licht herbeigeführte Photopolymerisation von Stoffen mit niedrigem Molekulargewicht, doch wird der Vorgang gelegentlich auch auf dem Gebiet der Farben und Druckfarben als ~Trocknen" bezeichnet.
Als UV-Lichtquelle benutzt man bis jetzt eine Quecksilberentladungslampe oder eine Mischmetalldampf-Entladungslampe, d.h. eine Weiterbildung der Quecksilberentladungslampe, bei der ein Teil des fecksilbers durch andere Metalle ersetzt ist. Diesen Lampen haften jedoch die folgenden Nachteile an.
1) Nach dem Einschalten der Lampe dauert es gewöhnlich mehrere Minuten und selbst bei den neuesten Typen mehrere Zehntelsekunden, bis die gesamte vorgesehene Lichtmenge erzeugt worden ist. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad während des Betriebs.
2) Bekanntlich ist es üblich, diese Schsierigkeit dadurch zu vermeiden, daß man die Lampe in ein mit einem Verschluß versehenes Gehäuse einschließt und daß man die Härtung durch intermittierendes Öffnen des Verschlusses durchführt. Zu den sich bei diesem Verfahren ergebenden Nachteilen gehören jcdo<~l1 die komplizierte Konstruktion des Gehäuses, die unbequem Handhabung und ein unnötig hoher Energieverbrauch.
3) Um die gewünschte Emission von Licht in dem für die Photopolymerisation erforderlichen Wellenlängenbereich zu gewährleisten, muß die Wand des Lampenkolbens stets auf einer hohen Temperatur gehalten werden, -damit ständig ein hoher Dampfdruck des Metalls aufrechterhalten wird. Dies hat zur Folge, daß der Lampenkolben nur eine kurze Lebensdauer erreicht. Außerdem besteht die Gefahr, daß wegen der Erzeugung großer Wärmemengen in Verbindung mit der erforderlichen längeren Bestrahlungszeit die scharfe Wiedergabe von Bildern auf physikalischem Wege oder durch eine thermochemische Reaktion beeinträchtigt wird, die gleichzeitig mit der photochemischen Reaktion abläuft; dies gilt insbesondere für sich aus feinen Linien zusammensetzende Buchstaben und Muster.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichten anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Nnchteile vermieden sind. Genauer gesagt, ist durch die Erfindung ein Verfahren zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichten geschaffen worden,bei denen der Hauptspitzenwert der Lichtempfindlichkeit in einem Wellenbereich nicht über 4500 R liegt, so daß es möglich ist, feste Schichten mit hilfe einer Blitzentladungslampe zu erzeugen, bei welcher der Glaskolben als Hauptbestandteil ein seltenes Gas enthält und bei der die Energiestrahlungsdichte Q (joule/cm3 ms) im Bereich von 0,1 < Q # 450 gehalten wird. Die Energiestrahlungsdichte Q wird durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt: Q = J/(-4 D2Lt) Hierin ist J elektrische Eingangsenergie für Emission (joule) D Innendurchmesser der Blitzentladungslampe in cm L Blitzentladungsabstand in cm t Impulsbreite bei einem Drittel des Spitze-Spitze-Wertes der Strömwellenform und P Kreiskonstante.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aushärten von Itarzscllichten an#-.ugeben, bei denen der Hauptspitzenwert der Lichtempfindlichkeit in einem Wellenbereich von nicht über 4500 a liegt, bei dem eine Blitzentladungslampe benutzt wird, deren Glaskolben als Hauptbestandteil ein seltenes Gas enthält,und bei dem die Impulsbreite t (bei einem Drittel der Spitzenhöhe) des mit Hilfe der Blitzentladungslampe erzeugten Lichtblitzes im Bereich von 0,05 ms t t # 4 ms gehalten wird.
Kurz gesagt, besteht die Erfindung darin, daß als UV-Lichtquelle eine Blitzentladungslampe verwendet wird, bei der es sich um eine Kaltlichtquelle handelt, die geeignet ist, praktisch augenblicklich die insgesamt benötigte Lichtmenge zu erzeugen, wobei die Emissionsenergie der Blitzentladungslampe in vernünftigen Grenzen gehalten wird.
Zwar werden Blitzentladungslampen bereits zu verschiedenen technischen Zwecken verwendet, doch hat es sich gezeigt, daß man sie mit Erfolg zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichten einsetzen kann, wie es durch die Erfindung ermöglicht wird, wenn bestimmte Bedingungen eingehalten werden, die durch eingehende und umfassende Untersuchungen ermittelt worden sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 2 den Aufbau einer gemäß der Erfindung verwendeten Blitzentladungslampe und der zugehörigen Speiseschaltung.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine Druckfarbeschicht 2, mit der eine Acrylharzplatte 1 bedruckt worden ist und die eine Stärke VO etwa 20 Mikrometer hat, mittels einer Blitzentladungslampe 4 ausgehärtet wird, über der ein Spiegel 3 angeordnet ist. Fig.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Blitzentladungslampe 4 und der an sie angeschlossenen Speiseschaltung. Zu der Lampe gehört ein Tragrahmen 3' für eine reflektierende Innenfläche, die dazu dient, den Lichtblitz möglichst verlustfrei auf den zu bestrahlenden Gegenstand zu leiten, ferner ein Glaskolben 5, Kappen 6 aus Metall zum luftdichten Verschließen des Lampenkolbens, eine Kathode 7 und eine Anode 8; die Strecke L bezeichnet den Entladungsabstand und D den Innendurchmesser des Lampenkolbens. Zu der Speiseschaltung für den Betrieb der Blitzentladungslampe 4 gehören ein lIochspannungsgenerator HV, der über einen Ladewiderstand R, einen Entladungskondensator C und einen Triggerschalter SW angeschlossen ist; mit dem Hochspannungsgenerator HV ist eine Triggerelektrode 9 verbunden. Wird der Triggerschalter SW geschlossen, um ein hohes elektrisches Potential an die Blitzentladungslampe anzulegen und die Gasfüllung des Lampenkolbens zu ionisieren, wird die in dem Entladungskondensator C gesammelte elektrische Ladung entladen, um die Lampe zu ver.'1nla#;.en, einen Lichtblitz zu erzeugen.
Bei der Druckfarbe 2 handelt es sich um eine Offsetdruckfarbe, bei welcher der Hauptspitzenwert der Lichtempfindlichkeit nicht über 4500 2 liegt, z.B. um die Type ~Toka UV-Cure BP" (Toka Shikiso Kagaku Kogyo). Diese Druckfarbe läßt sich durch Bestrahlen mit UV-Licht der Blitzentladungslampe augenblicklich aushärten, ohne daß sich irgendwelche nachteiligen thermischen Wirkungen ergeben. Beispielsweise konnte eine Schicht, die aus Zahlen, Symbolen, Buchstaben usw. bestand, welche mit einer Dicke von etwa 20 Mikrometer aufgedruckt waren, augenblicklich ausgehärtet und in eine einwandfreie feste Schicht verwandelt werden, wenn die Bestrahlung unter den folgenden Bedingungen erfolgte: Entladungsstrecke L = 26 cm, Innendurchmesser des Lampenkolbens D = 0,8 cm, Druck der Xenongasfüllung = 200 mm Hg, Emissionsenergie J = 800 joule (zur Erzielung einer Energiestrahlungsdichte Q = 20,4) sowie eine Blitzlichtimpulsbreite t = 3 ms. Es wurden mehrere Blitzentladungslampen mit unterschiedlichen Kolbendurchmessern von mindestens 0,3 cm und unterschiedlichen Entladungsstrecken von mindestens 3 cm hergestellt, und ihre Glaskolben wurden mit Yenon oder anderen seltenen Gasen oder Gemischen daraus gefüllt. Es wurden Versuche ähnlich dem vorstehend beschriebenen durchgeführt, wobei diese Lampen verwendet wurden und wobei der Q-Wert im Bereich von 0,01 bis 600 variierte. Diese Versuche zeigten, da#ß ein Teil der Druckfarbeschicht ungehärtet bleibt, wenn Q unter 0,1 liegt. Beträgt dagegen der U-Wert mehr als 450, entstehen in der ausgehärteten Druckfarbeschicht Blasen. Im ersteren Fall kann die Ursache darin liegen, daß nur eine unzureichende Menge an UV-Licht im Wellenlängenbereich unter 4500 2 vorhanden~war; das Entstehen von Blasen kann darauf zurückzuführen sein, daß innerhalb einer gegebenen Zeit eine zu große Energiemenge abgegeben wird. Jedenfalls lassen sich einwandfreie Ergebnisse nur im Bereich von 0,1 4 Q < 450 erzielen.
Bei einer weiteren Versuchsreihe, bei der Q im Bereich von 0,01 bis 6 variiert wurde, zeigte es sich, daß dann, wenn Q unter 0,05 liegt, ein Teil der Druckfarbeschicht unausgehärtet bleibt; ist Q dagegen größer als 4, entstehen Blasen in der ausgehärteten Druckfarbeschicht. Im ersteren Fall liegt die Ursache vermutlich in einem unvollständigen Ablauf der durch das Licht herbeigeführten Radikalpolymerisation als Folge einer unzureichenden Belichtungszeit; im zweiten Fall besteht dagegen die Wahrscheinlichkeit, daß die Polymerisation durch Wärme nachteilig beeinflußt wird, da die Wirkung eines erhöhten Anteils von Wärmestrahlen (7000## 2 oder darüber J mit der Wirkung der Impulsbreite kombiniert wird. In jedem Fall lassen sich einwandfreie Ergebnisse nur innerhalb des Bereichs von 0,05 t"C 4 erzielen.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist durch die Erfindung ein Verfahren zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichten und zur Erzeugung einwandfreier fester Filme geschaffen worden, bei dem die bei den bekannten Verfahren auftretenden Nachteile vermieden sind, und zwar dadurch, daß als UV-Lichtquelle eine Blitzentladungslampe verwendet wird, bei der es sich um eine Kaltlichtquelle handelt, die geeignet ist, augenblicklich die benötigte Gesamtlichtmenge zu erzeugen, und daß die durch die Blitzentladungslampe erzeugte Emissionsenergie auf geeignete Weise geregelt wird; das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Praxis sehr vorteilhaft.

Claims

Patentanprüche r.

Verfahren zum Aushärten lichtempfindlicher Harzschichbei ,bei denen der Hauptspitzenwert der Lichtempfindlichkeit in einem Wellenbereich von nicht über 4500 2 liegt, unter-Verwendung einer Blitzentladungslampe, deren Glaskolben als Hauptbestandteil seiner Füllung ein seltenes Gas enthält, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Energiestrahlungsdichte Q des durch die Blitzentladungslampe erzeugten Lichtes so geregelt wird; daß sie im Bereich von 4< 0,1 4 Q P 450 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite t des durch die Blitzentladungslampe emittierten Lichtblitzes so geregelt wird, daß sie im Bereich von 0,05 ms i t ; 4 ms liegt.