Какова прочность адгезии УФ-красок для трафаретной печати на ПП и ПЭ?

Полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ) широко используются в упаковке, потребительских товарах, автомобильных деталях и промышленных контейнерах из-за их химической стойкости, гибкости и низкой стоимости. Однако с точки зрения печати они являются одними из самых сложных носителей. Оба материала принадлежат к семейству полиолефинов и имеют очень низкую поверхностную энергию (обычно 29–33 дин/см), что затрудняет эффективное смачивание, растекание и сцепление чернил. отпечатки.

 

 

 

 

Что определяет прочность адгезии?

Прочность адгезии означает способность отвержденной красочной пленки противостоять отслаиванию, царапинам или отделению от подложки. Адгезия красок для трафаретной УФ-печати к ПП и ПЭ зависит от обоих факторов.химическая связьимеханическое крепление. Поскольку полиолефины химически инертны и не-полярны, они обеспечивают мало мест связывания. Таким образом, улучшение адгезии во многом зависит от увеличения поверхностной энергии и выбора чернил, в состав которых входят смолы, - способствующие адгезии.

 

Фактор	Влияние на адгезию к ПП/ПЭ
Уровень поверхностной энергии	Более высокая энергия улучшает смачивание и склеивание чернил.
Чистота поверхности	Масла и антиадгезивы для пресс-форм уменьшают адгезию.
Состав чернил	Специальные адгезионные смолы улучшают совместимость.
Степень отверждения	Полная полимеризация укрепляет красочную пленку.
Толщина пленки	Правильная толщина позволяет избежать хрупкого разрушения

 

Без обработки поверхности прочность сцепления часто недостаточна для удовлетворения требований промышленной долговечности.

 

 

Типичные уровни адгезии

Адгезию обычно оценивают с помощью таких испытаний, как испытание на перекрестную-ленту (ASTM D3359) или на устойчивость к отслаиванию. На необработанных ПП и ПЭ УФ-трафаретные краски могут достигать толькоРейтинг 0B–2B, что означает значительное шелушение или шелушение. После надлежащей обработки поверхности адгезия может улучшиться до4B–5B, где удаление покрытия практически не происходит.

 

Состояние подложки	Типичная поверхностная энергия	Результат адгезии (поперечная-штриховка)
Необработанный ПП/ПЭ	29–33 дин/см	0B–2B (плохо)
Коронавирус-лечен	38–42 дин/см	3B–4B (от умеренного до хорошего)
Пламя-обработано	40–44 дин/см	4B–5B (от хорошего до отличного)
Плазменная-обработка	42+ дин/см	5Б (отлично)

 

Эти значения показывают, что активация поверхности является ключом к достижению прочной адгезии.

 

Методы обработки поверхности

 

Молекулярное взаимодействие между чернилами и обработанной поверхностью

 

Когда обработка поверхности увеличивает полярность, взаимодействие между УФ-чернилами и подложкой меняется от чисто механического закрепления к комбинированному физическому и химическому соединению. Введение кислородсодержащих-функциональных групп-таких как гидроксильные, карбонильные или карбоксильные группы-создает активные центры, которые улучшают межмолекулярное притяжение. Во время УФ-отверждения полимерная сетка краски формируется в тесном контакте с этими активированными областями, что приводит к более сильным межфазным силам. Этот более тесный молекулярный контакт снижает вероятность расслоения при стрессе, изменении температуры или химическом воздействии.

 

Улучшенное смачивание приводит к формированию однородной пленки

 

Активация поверхности напрямую влияет на смачивание чернил. На необработанном полипропилене или полиэтилене капли чернил имеют тенденцию сжиматься или образовывать шарики из-за низкой поверхностной энергии, захватывая воздушные карманы и образуя неравномерную толщину. После обработки коронным разрядом, пламенем или плазмой чернила распределяются легче, заполняя микроскопические неровности поверхности. Такое равномерное смачивание обеспечивает постоянную толщину пленки, лучший оптический внешний вид и меньшее количество поверхностных дефектов, таких как точечные отверстия или «рыбий глаз». Хорошо-выровненная красочная пленка не только улучшает глянец, но и укрепляет механическую связь, образующуюся после отверждения.

 

Улучшенная механическая блокировка на микроуровне

 

Помимо химического воздействия, обработка поверхности может создать незначительную микро-шероховатость, которая усиливает механическое сцепление. Чернила проникают в мельчайшие детали поверхности и после отверждения физически закрепляются на подложке. Этот двойной механизм-химическое притяжение и механическое запирание-значительно повышает устойчивость к отслаиванию, царапинам и истиранию. В промышленности, где напечатанные детали подвергаются вибрации, манипуляциям или воздействию окружающей среды, этот эффект блокировки играет решающую роль в поддержании долговечности-срока службы.

 

Стабильность процесса и последовательность лечения

 

Для надежной адгезии обработка поверхности должна быть последовательной и хорошо-контролируемой. Чрезмерная-обработка может повредить подложку или вызвать хрупкость поверхности, а недостаточная-обработка может не обеспечить достаточную активацию. Такие параметры, как мощность обработки, время воздействия, расстояние и скорость линии, должны быть оптимизированы для каждого типа материала. Регулярное тестирование поверхностной энергии с использованием дин-ручки или измерение угла контакта помогает гарантировать, что поверхность остается в пределах необходимого диапазона для надлежащего смачивания чернил. Стабильные условия обработки приводят к повторяемым характеристикам адгезии при массовом производстве.

 

Предотвращение нарушения адгезии в условиях конечного-использования

 

Правильно обработанные поверхности значительно снижают риск нарушения адгезии во время использования продукта. Без обработки такие факторы окружающей среды, как влажность, циклические изменения температуры, химикаты или механическое воздействие, могут привести к тому, что слои чернил поднимутся или растрескаются. Активация поверхности повышает прочность склеивания, поэтому отвержденные УФ-чернила выдерживают эти испытания. Это особенно важно при производстве наружных вывесок, автомобильных компонентов, промышленных контейнеров и потребительских товаров, где надежность и длительный срок службы являются критически важными требованиями.

 

Состав чернил и вопросы отверждения

Специальные УФ-чернила, разработанные для полиолефинов, содержат усилители адгезии и гибкие олигомеры, которые лучше соответствуют свойствам расширения ПП и ПЭ. Правильное лечение не менее важно. Неполное отверждение снижает прочность сцепления внутри красочной пленки, что приводит к преждевременному выходу из строя, даже если обработка поверхности адекватна. Светодиодная-УФ-отверждение позволяет обеспечить контролируемую энергию и снизить нагрев, что помогает предотвратить деформацию подложки и одновременно обеспечить полную полимеризацию. В некоторых приложениях также используются адгезионные грунтовки между подложкой и краской для дальнейшего увеличения прочности сцепления.

 

Как добиться надежной адгезии ПП и ПЭ?

 

1: Почему 40 дин/см часто считают критическим уровнем поверхностной энергии для печати из ПП и ПЭ?

Поверхностная энергия выше 40 дин/см указывает на то, что поверхность полиолефина достаточно активирована для обеспечения надлежащего смачивания чернил. При более низких уровнях (ниже ~36 дин/см) УФ-чернила имеют тенденцию скатываться, а не растекаться, что приводит к слабому межфазному контакту и плохому молекулярному притяжению. Когда поверхность достигает или превышает 40 дин/см, чернила могут течь равномерно и образовывать более тесный контакт на микроскопическом уровне, что улучшает силы Ван-дер-Ваальса и потенциальные химические взаимодействия. Это напрямую увеличивает прочность сцепления и снижает риск отслаивания или подъема кромок.

 

2: Как долго обработка поверхности остается эффективной перед печатью?

Обработка поверхности не является постоянной. Поверхности ПП и ПЭ постепенно теряют свою повышенную поверхностную энергию в результате процесса, называемого «старением поверхности» или гидрофобным восстановлением. В зависимости от условий хранения эффективность может снизиться в течение от нескольких часов до нескольких дней. Пыль, влажность и обращение могут ускорить этот спад. Для достижения наилучших характеристик адгезии в идеале печать должна осуществляться сразу после обработки коронным разрядом, пламенем или плазмой-часто в течение 24 часов. В приложениях с высокой-надежностью поверхностная энергия повторно-проверяется перед печатью, чтобы убедиться, что она остается выше требуемого уровня.

 

3. Может ли более сильное УФ-отверждение компенсировать плохую адгезию?

Нет. Увеличение энергии УФ-отверждения улучшает сцепление внутри красочной пленки, но незначительно улучшает адгезию к подложке с низкой-энергией. Если поверхностное взаимодействие слабое, слой краски может полностью затвердеть, но при этом отслоиться как единая пленка. Адгезия зависит от поверхности раздела между чернилами и подложкой, которую необходимо решать посредством активации поверхности и совместимого химического состава чернил. Чрезмерное-отверждение может даже повысить хрупкость, повышая вероятность расслоения под нагрузкой.

 

4. Почему специальные УФ-чернила для полиолефинов отличаются от стандартных УФ-чернил?

УФ-чернила, предназначенные для ПП и ПЭ, содержат смолы,-способствующие адгезии, и более гибкие олигомерные системы. Полиолефиновые материалы могут изгибаться, расширяться или сжиматься при изменении температуры, поэтому чернила должны иметь аналогичную эластичность, чтобы избежать растрескивания или отслоения. Эти чернила также разработаны для лучшего взаимодействия с окисленными поверхностями, образовавшимися в результате обработки коронным разрядом или пламенем. Стандартные УФ-краски для бумаги или ПВХ обычно не обладают этими свойствами и могут не пройти тесты на адгезию к ПП/ПЭ.

 

5. Как проверяется прочность адгезии при промышленном применении?

Производители обычно используют тесты на перекрестную-ленту, тесты на устойчивость к царапинам и тесты на старение под воздействием окружающей среды. Напечатанные образцы могут подвергаться воздействию влажности, циклических температур, химикатов или истиранию, чтобы имитировать реальное-использование в мире. Если чернила сохраняют прочное сцепление без отслаивания, растрескивания или потери цвета, система адгезии считается промышленным-классом. Стабильные результаты испытаний подтверждают, что обработка поверхности, состав чернил и параметры отверждения правильно сбалансированы.

 

6: Влияет ли толщина пленки на адгезию?

Да. Чрезмерно толстые красочные пленки могут создавать внутренние напряжения во время УФ-полимеризации, что может привести к снижению долговременной-адгезии. И наоборот, слишком тонкие пленки могут иметь недостаточную механическую прочность. Оптимизированный слой чернил обеспечивает достаточную гибкость, полное отверждение и стабильное приклеивание. Вот почему выбор сетки, давление ракеля и параметры печати являются частью контроля адгезии,-а не только химии.