Что такое УФ-чернила? Как работает УФ-отверждение?

 

Определение УФ-чернил

УФ-чернила – это радиационно--отверждаемые чернила, которые под воздействием ультрафиолета превращаются из жидкого состояния в твердое. В отличие от чернил на основе растворителей-, они не высыхают за счет испарения. Вместо этого ультрафиолетовая энергия запускает реакцию полимеризации, в результате которой на поверхности подложки образуется твердая сшитая пленка.

УФ-чернила обычно используются в:

• Струйная печать
• Трафаретная печать
• Флексографическая печать
• Офсетная печать

Этот материал можно печатать непосредственно на невпитывающих носителях-, включая стекло, металл, акрил, керамику, пленки ПВХ и ПЭТ.

 

Основной принцип работы УФ-чернил

Процесс отверждения начинается, когда фотоинициаторы внутри чернил поглощают ультрафиолетовый свет, обычно в диапазоне длин волн 360–395 нм. Поглощенная энергия генерирует реактивные свободные радикалы или катионы, которые запускают реакции полимеризации между олигомерами и мономерами.

Последовательность лечения включает в себя:

• УФ-свет достигает слоя краски
• Фотоинициаторы поглощают УФ-энергию
• Реактивные вещества образуются внутри жидких чернил.
• Мономеры и олигомеры полимеризуются.
• Образуется сшитая твердая пленка.

В зависимости от интенсивности лампы, толщины пленки и скорости конвейера отверждение может завершиться менее чем за одну секунду.

 

Основные компоненты УФ-чернил

 

Полимеризуемые олигомеры

Олигомеры образуют структурную основу отвержденного слоя краски. Их химическая структура определяет твердость, гибкость, адгезию и химическую стойкость.

Общие материалы включают в себя:

• Эпоксидные акрилаты
• Полиуретанакрилаты
• Полиэфиракрилаты

Эпоксидные акрилаты повышают твердость поверхности, а полиуретановые акрилаты улучшают гибкость и ударопрочность.

 

Реактивные разбавители

Реактивные разбавители снижают вязкость и участвуют в реакции отверждения. В отличие от традиционных растворителей, после полимеризации они остаются внутри отвержденной пленки.

В их функции входят:

Регулировка вязкости печати

Улучшение смачивания подложки

Контроль плотности сшивок

Поддержка образования капель при струйной печати

 

Фотоинициаторы

Фотоинициаторы преобразуют УФ-излучение в химическую активность. Поглощая ультрафиолетовую энергию, они генерируют химически активные вещества, которые начинают полимеризацию.

Различные фотоинициаторы выбираются по:

Длина волны УФ

Тип лампы

Толщина чернил

Концентрация пигмента

Светодиодные УФ-системы обычно требуют фотоинициаторов, оптимизированных для источников света с длиной волны 385 или 395 нм.

 

Пигменты и добавки

Пигменты обеспечивают цвет и непрозрачность. Добавки контролируют качество печати и качество поверхности.

Типичные добавки включают в себя:

• Модификаторы потока
• Пеногасители
• Усилители адгезии
• Устойчивый к истиранию-воск

В системах УФ-струйной печати размер частиц пигмента должен оставаться под контролем, чтобы предотвратить засорение сопла во время-частотной печати.

 

Основные характеристики УФ-чернил

 

Низко-отверждение при низкой температуре

УФ-отверждение происходит за счет фотохимических реакций, а не теплопередачи. Это позволяет печатать на термочувствительных-материалах, таких как:

• Тонкие полиэтиленовые пленки
• листы ПВХ
• Декоративный ламинат
• Электронные мембраны

Более низкая температура процесса снижает деформацию подложки во время непрерывного производства.

 

Сокращение выбросов ЛОС

Традиционные чернила на основе растворителей-при высыхании выделяют летучие органические соединения. УФ-чернила содержат мало или вообще не содержат испаряющегося растворителя, поскольку отверждение происходит за счет реакций сшивания.

Как результат:

Снижаются требования к очистке выхлопного воздуха

Сушильные печи могут оказаться ненужными

Выбросы растворителей остаются низкими

 

Твердость поверхности и химическая стойкость

После отверждения слой краски образует плотную полимерную сетку с повышенной твердостью и стойкостью к истиранию.

Затвердевшая поверхность может противостоять:

Спиртовые чистящие средства

Механические царапины

Мягкие кислоты и щелочи

Повторяющееся трение при обращении

Эти свойства важны для промышленных этикеток, панелей приборов и автомобильной графики.

 

Совместимость с не-впитывающими основаниями

Традиционные чернила часто требуют для высыхания пористых материалов. Вместо этого УФ-чернила затвердевают непосредственно на поверхности подложки.

Это позволяет осуществлять прямую печать на:

Стекло

Металл

Акрил

Поликарбонат

Керамические покрытия

Дополнительные грунтовки могут потребоваться в зависимости от поверхностной энергии подложки и требований к адгезии.

 

Основной принцип УФ-отверждения

УФ-отверждение — это фотохимический процесс, который превращает жидкие покрытия или чернила в твердые полимерные пленки с помощью ультрафиолетового излучения.

По сравнению с термической сушкой, УФ-отверждение основано на молекулярной активации, а не на испарении растворителя или проникновении тепла.

 

Функция фотоинициатора

Фотоинициатор является реактивным центром системы отверждения. Поглощая УФ-свет, он переходит в возбужденное состояние и генерирует реактивные свободные радикалы или катионы.

Эти реактивные соединения атакуют двойные связи акрилата внутри чернил и начинают реакции цепной полимеризации.

 

Инициирование полимеризации

Как только начинается полимеризация, мономеры и олигомеры быстро соединяются в сшитые молекулярные сети.

Во время этого процесса:

Вязкость быстро увеличивается

Жидкая пленка затвердевает

Поверхностная твердость развивается

Химическая стойкость улучшается

Скорость отверждения зависит от интенсивности УФ-излучения, расстояния воздействия, концентрации кислорода и толщины чернил.

 

Характеристики реакции УФ-отверждения

УФ-отверждение имеет несколько особенностей процесса:

Преобразование жидкости-в-твердое вещество происходит за секунды.

Стадия испарения растворителя не требуется.

Выделение тепла остается относительно низким

Сшитые пленки устойчивы к истиранию и химическим веществам.

Поскольку отверждение зависит от интенсивности излучения, а не от диффузии тепла, производственные линии могут работать на более высоких скоростях транспортировки.

 

Применение УФ-отверждения в печати

Требование мгновенного отверждения

При струйной печати на поверхность подложки наносятся очень мелкие капли. Если отверждение задерживается, капли могут растекаться или смешиваться до затвердевания.

Это может вызвать:

Краевое кровотечение

Смешение цветов

Уменьшенное разрешение печати

Загрязнение поверхности

УФ-отверждение стабилизирует форму капель сразу после печати.

 

Печать на не-впитывающих материалах

Стекло, металл и твердый пластик не могут эффективно впитывать обычные жидкие чернила. УФ-отверждение решает эту проблему за счет формирования полимерной пленки непосредственно на поверхности материала.

Этот процесс обычно используется в:

Декоративная печать на стекле

Промышленные этикетки

Производство мембранных переключателей

Оформление косметической упаковки

 

Требования к промышленной печати

Системы промышленной печати требуют стабильной скорости отверждения в условиях непрерывного производства.

Модули УФ-отверждения интегрируются с:

Конвейерные системы

Рулонные-на-рулонные принтеры

Многопроходные струйные головки-

Автоматизированные производственные линии

Скорость отверждения напрямую влияет на производительность линии и эффективность последующей обработки.

 

Важность технологии УФ-отверждения

 

Влияние на качество печати

Условия отверждения непосредственно влияют на:

Прочность адгезии

Ровность поверхности

Твердость

Уровень блеска

Резкость края

Неполное отверждение может привести к плохой адгезии или липкости поверхности.

 

Влияние на эффективность производства

Система отверждения является одним из основных ограничений скорости промышленных печатных линий.

Более высокая интенсивность отверждения позволяет:

Более высокая скорость конвейера

Немедленная укладка или перемотка

Сокращение времени ожидания

Непрерывная пост-обработка

 

Влияние на энергопотребление

УФ-лампы и светодиодные модули отверждения – это основные-компоненты, потребляющие электроэнергию в оборудовании для УФ-печати.

Ртутные лампы генерируют дополнительное инфракрасное тепло и обычно требуют систем охлаждения. Светодиодные УФ-системы снижают тепловую нагрузку, поскольку излучают более узкие полосы длин волн.

Потребление энергии зависит от:

Тип лампы

Интенсивность облучения

Расстояние экспозиции

Скорость производства

 

Влияние на техническое обслуживание оборудования

Источник света для полимеризации влияет на частоту технического обслуживания и эксплуатационные расходы.

Ртутные лампы в процессе эксплуатации постепенно теряют интенсивность излучения и требуют периодической замены. Светодиодные модули обычно обеспечивают более длительный срок службы и более быстрый запуск без необходимости-прогрева.

Плановое техническое обслуживание обычно включает в себя:

Очистка поверхностей отражателя

Мониторинг интенсивности облучения

Замена фильтров охлаждения

Проверка стабильности длины волны

Неправильный уход может снизить эффективность отверждения и привести к неполной полимеризации во время производства.