المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

تحدث عملية البلمرة والتشابك أثناء المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية.

المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية هي عملية يتم فيها استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتحفيز تفاعل كيميائي ضوئي ينتج عنه شبكة متشابكة من البوليمرات من خلال البلمرة الجذرية أو البلمرة الكاتيونية . [ 1 ] تُعدّ المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية قابلة للتطبيق في الطباعة ، والطلاء ، والتزيين، والتصوير المجسم ، وتجميع مجموعة متنوعة من المنتجات والمواد. تتميز هذه العملية بأنها منخفضة الحرارة، وسريعة، وخالية من المذيبات، حيث تتم المعالجة عبر البلمرة . [ 2 ] وقد ساهمت هذه التقنية، التي طُرحت لأول مرة في ستينيات القرن الماضي، في تبسيط العمليات وزيادة الأتمتة في العديد من الصناعات في قطاع التصنيع. [ 3 ]

التطبيقات

مجموعة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية لإصلاح شاشات هواوي

تُستخدم المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لتحويل أو معالجة الأحبار والمواد اللاصقة والطلاءات . [ 4 ] أصبحت المواد اللاصقة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية بديلاً سريعًا للمواد اللاصقة ثنائية المكونات، مما يُغني عن الحاجة إلى إزالة المذيبات وخلط النسب، ويُجنّبنا المخاوف المتعلقة بعمر المنتج. [ 5 ] تُستخدم هذه التقنية في عمليات الطباعة الفلكسوغرافية ، والطباعة الأوفست ، والطباعة بالوسادة ، والطباعة بالشاشة الحريرية ؛ حيث تُستخدم أنظمة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لبلمرة الصور على المنتجات المطبوعة بالشاشة الحريرية، بدءًا من القمصان وحتى الأجزاء ثلاثية الأبعاد والأسطوانية. كما تُستخدم في تشطيب الآلات الموسيقية الدقيقة (القيثارات، والكمان، والقيثارات الصغيرة، إلخ)، وصناعة عصي البلياردو، وغيرها من الصناعات الحرفية الخشبية. [ 6 ] تتيح الطباعة باستخدام الأحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية إمكانية الطباعة على مجموعة واسعة جدًا من المواد، مثل البلاستيك، [ 6 ] والورق، والقماش، والزجاج، والمعادن، [ 7 ] وألواح الفوم، والبلاط، والأغشية، والعديد من المواد الأخرى. [ 8 ]

تشمل الصناعات التي تستخدم المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الطب، والسيارات، ومستحضرات التجميل (مثل الأظافر الاصطناعية وطلاء الأظافر الجل )، والأغذية، والعلوم، والتعليم، والفنون. [ 9 ] وقد نجحت الأحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في تلبية متطلبات قطاع النشر من حيث جودة الطباعة، والمتانة، والتوافق مع مختلف المواد، مما يجعلها خيارًا مناسبًا لتطبيقات الطباعة في هذه الصناعة. [ 10 ]

مزايا المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في سرعة معالجة المواد. فتسريع عملية المعالجة، أو التجفيف، [ 11 ] في أي عملية تصنيع، يُقلل من العيوب والأخطاء بتقليل مدة بقاء الحبر أو الطلاء رطبًا. وهذا بدوره يُحسّن جودة المنتج النهائي، ويُتيح إمكانية تحقيق اتساق أكبر. ومن الفوائد الأخرى لتقليل وقت التصنيع، تقليل المساحة اللازمة لتخزين المواد التي لا يمكن استخدامها إلا بعد انتهاء عملية التجفيف.

نظراً لتفاعلات طاقة الأشعة فوق البنفسجية الفريدة مع العديد من المواد المختلفة، فإن المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية تتيح إنتاج منتجات ذات خصائص لا يمكن تحقيقها بوسائل أخرى. وقد أدى ذلك إلى جعل المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية أساسية في العديد من مجالات التصنيع والتكنولوجيا، حيث تتطلب تغييرات في القوة والصلابة والمتانة ومقاومة المواد الكيميائية، وغيرها من الخصائص.

كما يتيح المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية التحكم في مظهر السطح، مما يسمح بالحصول على تشطيبات شديدة اللمعان أو غير لامعة حسب التركيبة والعملية (على سبيل المثال، استخدام عوامل التعتيم أو المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الإكسيمرية). [ 12 ]

مكونات نظام المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

المكونات الرئيسية في محلول المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

تشمل المكونات الرئيسية لمحلول المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية الراتنجات، والمونومرات، والمحفزات الضوئية. الراتنج عبارة عن أوليغومرات تُكسب البوليمر النهائي خصائص محددة . يُستخدم المونومر كعامل ربط متقاطع، وينظم لزوجة الخليط بما يتناسب مع التطبيق. أما المحفز الضوئي، فهو مسؤول عن امتصاص الضوء وبدء التفاعل، مما يساعد على التحكم في معدل المعالجة وعمقها. لكل عنصر من هذه العناصر دورٌ في عملية الربط المتقاطع، ويرتبط بتركيب البوليمر النهائي . [ 13 ]

أنواع مصابيح المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

مصابيح الضغط المتوسط

لطالما كانت مصابيح بخار الزئبق متوسطة الضغط المعيار الصناعي لمعالجة المنتجات بالأشعة فوق البنفسجية. [ 14 ] تعمل هذه المصابيح عن طريق إرسال تفريغ كهربائي لإثارة خليط من الزئبق والغازات النبيلة ، مما يُولّد بلازما. بمجرد وصول الزئبق إلى حالة البلازما، يُشعّ إشعاعًا طيفيًا عاليًا في منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف الكهرومغناطيسي . تظهر ذروات رئيسية في شدة الضوء في نطاقي 240-270 نانومتر و350-380 نانومتر. هذه الذروات الشديدة، عند توافقها مع خصائص امتصاص المُحفّز الضوئي ، تُؤدي إلى المعالجة السريعة للمواد. من خلال تعديل خليط المصباح بغازات وهاليدات معدنية مختلفة ، يُمكن تغيير توزيع ذروات الطول الموجي، وبالتالي تغيير تفاعلات المواد.  

تتنوع مصابيح الضغط المتوسط ​​بين مصابيح التفريغ الغازي التقليدية والمصابيح عديمة الأقطاب ، وتستخدم عادةً مصباحًا مستطيلًا لإصدار الطاقة. وبفضل دمج تصميمات بصرية مثل العاكس الإهليلجي أو حتى المخروطي ، يمكن تركيز الضوء أو إسقاطه على مسافة بعيدة. غالبًا ما تعمل هذه المصابيح عند درجات حرارة تتجاوز 900 درجة مئوية، وتنتج مستويات طاقة فوق بنفسجية تزيد عن 10 واط/ سم² .

مصابيح الضغط المنخفض

معدات معالجة الأشعة فوق البنفسجية LED [ 4 ]

تُنتج مصابيح بخار الزئبق منخفضة الضغط  طاقة الأشعة فوق البنفسجية من نوع "UVC" بطول موجي 254 نانومتر، وتُستخدم بشكل شائع في تطبيقات التعقيم . ونظرًا لأنها تعمل في درجات حرارة أقل وبجهد كهربائي أقل من مصابيح الضغط المتوسط، فإنها، كغيرها من مصادر الأشعة فوق البنفسجية ، تتطلب استخدام واقيات أثناء التشغيل لمنع تعرض الجلد والعينين بشكل مفرط.

مصابيح LED فوق بنفسجية

منذ تطوير مصابيح LED المصنوعة من نتريد الألومنيوم والغاليوم في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، شهدت تقنية مصابيح LED فوق البنفسجية نموًا مطردًا في سوق معالجة المواد بالأشعة فوق البنفسجية. وبفضل توليد الطاقة بكفاءة عالية ضمن نطاق  أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية UVA (365-405 نانومتر)، سمحت التطورات التكنولوجية المستمرة [ 15 ] بتحسين الكفاءة الكهربائية لمصابيح LED فوق البنفسجية، فضلًا عن زيادة ملحوظة في إنتاجها. ونظرًا لانخفاض درجة حرارة التشغيل وعدم احتوائها على الزئبق الضار [ 16 ] ، فقد حلت مصابيح LED فوق البنفسجية محل مصابيح الضغط المتوسط ​​في العديد من التطبيقات. ومن أبرز التحديات التي تواجهها هذه التقنية صعوبة تصميم البصريات اللازمة لمعالجة المواد على الأجسام ثلاثية الأبعاد المعقدة، وضعف كفاءتها في توليد الطاقة ذات الأطوال الموجية القصيرة، على الرغم من استمرار جهود التطوير.

آليات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

البلمرة الجذرية

تُستخدم عملية البلمرة الجذرية في معالجة راتنجات الأكريليك في وجود الأشعة فوق البنفسجية في الصناعة. [ 17 ] تعمل طاقة الأشعة فوق البنفسجية على تفكيك المحفزات الضوئية، مُكَوِّنةً جذورًا حرة. تتفاعل هذه الجذور مع البوليمرات، مُكَوِّنةً بوليمرات ذات مجموعات جذرية تتفاعل بدورها مع مونومرات إضافية. تمتد سلسلة المونومر حتى تصل إلى بوليمر آخر وتتفاعل معه. تتشكل البوليمرات بروابط مونومرية بينها، مما يؤدي إلى تكوين شبكة متشابكة.

البلمرة الكاتيونية

تُستخدم البلمرة الكاتيونية في معالجة راتنجات الإيبوكسي في وجود الأشعة فوق البنفسجية في الصناعة. [ 17 ] تعمل طاقة الضوء من الأشعة فوق البنفسجية على تفكيك المحفزات الضوئية، مُكَوِّنةً محلولًا حمضيًا يُعطي بدوره بروتونًا للبوليمر. ثم ترتبط المونومرات بالبوليمر، مُكَوِّنةً سلاسل أطول فأطول تؤدي إلى شبكة متشابكة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. كارول، غريغوري ت.؛ تريبلت، ل. ديفون؛ موسكاتيلي، ألبرتو؛ كوبرشتاين، جيفري ت.؛ تورو، نيكولاس ج. (2011-04-20). "التوليد الضوئي للشبكات الهلامية من بوليمرات موجودة مسبقًا" (ملف PDF) . مجلة علوم البوليمرات التطبيقية . 122 (1): 168-174 . Bibcode : 2011JAPS..122..168C . ​​doi : 10.1002/app.34133 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 24 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 20 يناير 2018 .
  2. ستو، ريتشارد و. (8 نوفمبر 1996). "مصابيح الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة لتطبيقات المعالجة الصناعية بالأشعة فوق البنفسجية". في: هوفمان، روبرت إي.؛ ستيرجيس، كريستوس ج. (محرران). الاستشعار عن بعد بالأشعة فوق البنفسجية للغلاف الجوي والفضاء: الأساليب والأجهزة . المجلد 2831. الصفحات 208-219 . Bibcode : 1996SPIE.2831..208S . doi : 10.1117/12.257198 . S2CID 137436887 .   {{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  3. باباس، بيتر س.، محرر (1978). المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية: العلم والتكنولوجيا . المجلد 2. شركة تسويق التكنولوجيا. ISBN  0936840080.
  4. 1 2 بارس، كارين. "ديكوراد - صفحة انطباعية قصيرة" . ديكوراد.كوم . كارين بارس.
  5. ساليرني ماروتا، كريستين. "تطورات في تكنولوجيا المواد اللاصقة المعالجة بالضوء" (ملف PDF) . هنكل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2018 .
  6. 1 2 سوميا، شيغيوكي، محرر. (2003). دليل السيراميك المتقدم: المواد والتطبيقات والمعالجة والخواص ( الطبعة الثانية). دار النشر الأكاديمية. ISBN  978-0-12-385469-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2018 عبر كتب جوجل.
  7. "مطبوعات معدنية بيضاء عالية الدقة من الألومنيوم" . canvasndecor.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2018 .
  8. "ما هي عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية؟" . شركة آرو إنكس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أكتوبر 2016 .
  9. هوج، ستايسي (8 أبريل 2016). "تقنية معالجة الطلاءات باستخدام مصابيح LED" . عالم الطلاء . تم الاطلاع عليه في 20 يناير 2018 .
  10. وي دينغ؛ تشي لو (2012). التكنولوجيا المتقدمة لأنظمة التصنيع والصناعة . منشورات ترانس تك المحدودة. ص 771–. ISBN  978-3-03813-912-6.
  11. "الأكريليك المعالج بالأشعة فوق البنفسجية مقابل الإيبوكسي المعالج بالأشعة فوق البنفسجية" . جي إيه ليندبرغ . 29-03-2023 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-04-2024 .
  12. داوودي، سرور؛ مولتينيه، مارتا؛ كالفيز، إنغريد؛ هيرمان، أوريليان؛ لاندري، فيرونيك (16 سبتمبر 2023). "تأثير الجسيمات المغناطيسية والمجال المغناطيسي على اللمعان في الطلاء بالأشعة فوق البنفسجية" . الطلاءات . 13 (9): 1625. doi : 10.3390/coatings13091625 .
  13. "مكونات نظام معالجة بالأشعة فوق البنفسجية للجذور الحرة" . encyclopedia.pub . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-04-2024 .
  14. "مصادر المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية" . 5 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أغسطس 2023 .
  15. "نظرة عامة على مصابيح LED فوق البنفسجية - الجزء الثالث: تطور وتصنيع الثنائيات" (ملف PDF) . تقرير RADTECH . تاريخ الاسترجاع: 29-03-2021 .
  16. "الأساسيات - مجتمع معالجة الأشعة فوق البنفسجية LED" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2019-03-08 .
  17. 1 2 "راتنج معالج بالأشعة فوق البنفسجية | مجموعة ثري بوند" . www.threebond.co.jp . تاريخ الاسترجاع: 14 أبريل 2024 .