Kaj je UV črnilo? Kako deluje UV strjevanje?

 

Opredelitev UV črnila

UV-črnilo je črnilo,-ki se strdi s sevanjem in se po izpostavitvi ultravijolični svetlobi spremeni iz tekočega v trdno. Za razliko od črnil-na osnovi topil se ne suši z izhlapevanjem. Namesto tega ultravijolična energija sproži reakcijo polimerizacije, ki tvori trden zamrežen film na površini substrata.

UV črnilo se običajno uporablja v:

• Inkjet tiskanje
• Sitotisk
• Fleksografski tisk
• Offset tisk

Material lahko tiska neposredno na ne{0}}vpojne podlage, vključno s filmi iz stekla, kovine, akrila, keramike, PVC in PET.

 

Osnovno načelo delovanja UV črnila

Proces strjevanja se začne, ko fotoiniciatorji v črnilu absorbirajo ultravijolično svetlobo, običajno v območju valovnih dolžin 360–395 nm. Absorbirana energija ustvarja reaktivne proste radikale ali katione, ki sprožijo reakcije polimerizacije med oligomeri in monomeri.

Zaporedje strjevanja vključuje:

• UV svetloba doseže plast črnila
• Fotoiniciatorji absorbirajo UV-energijo
• V tekočem črnilu se tvorijo reaktivne snovi
• Monomeri in oligomeri polimerizirajo
• Razvije se zamrežen trden film

Odvisno od jakosti svetilke, debeline filma in hitrosti tekočega traku se strjevanje lahko konča v manj kot eni sekundi.

 

Glavne komponente UV črnila

 

Polimerizabilni oligomeri

Oligomeri tvorijo strukturno ogrodje utrjene plasti črnila. Njihova kemična struktura določa trdoto, prožnost, oprijem in kemično odpornost.

Pogosti materiali vključujejo:

• Epoksi akrilati
• Poliuretanski akrilati
• Poliestrski akrilati

Epoksi akrilati povečajo trdoto površine, medtem ko poliuretanski akrilati izboljšajo prožnost in odpornost na udarce.

 

Reaktivna razredčila

Reaktivna razredčila zmanjšajo viskoznost in sodelujejo pri reakciji strjevanja. Za razliko od tradicionalnih topil ostanejo v strjenem filmu po polimerizaciji.

Njihove funkcije vključujejo:

Prilagoditev viskoznosti tiska

Izboljšanje vlaženja podlage

Nadzor gostote zamreženja

Podpira tvorbo kapljic za brizgalne tiskalnike

 

Fotoiniciatorji

Fotoiniciatorji pretvorijo UV sevanje v kemično aktivnost. Po absorpciji ultravijolične energije ustvarijo reaktivne vrste, ki začnejo polimerizacijo.

Različni fotoiniciatorji so izbrani glede na:

UV valovna dolžina

Vrsta svetilke

Debelina črnila

Koncentracija pigmenta

LED UV-sistemi običajno zahtevajo fotoiniciatorje, optimizirane za svetlobne vire 385 nm ali 395 nm.

 

Pigmenti in dodatki

Pigmenti zagotavljajo barvo in motnost. Dodatki nadzorujejo obnašanje tiskanja in zmogljivost površine.

Tipični dodatki vključujejo:

• Modifikatorji toka
• Sredstva proti penjenju
• Promotorji adhezije
• Voski-odporni proti obrabi

Pri UV brizgalnih sistemih mora biti velikost delcev pigmenta nadzorovana, da se prepreči zamašitev šob med visoko-frekvenčnim tiskanjem.

 

Glavne značilnosti UV črnila

 

Nizko{0}}temperaturno strjevanje

Utrjevanje z UV žarki poteka s fotokemičnimi reakcijami in ne s prenosom toplote. To omogoča tiskanje na toplotno{1}}občutljive materiale, kot so:

• Tanke plastične folije
• PVC plošče
• Dekorativni laminati
• Elektronske membrane

Nižja procesna temperatura zmanjša deformacijo substrata med neprekinjeno proizvodnjo.

 

Zmanjšane emisije VOC

Tradicionalna črnila na osnovi-topil med sušenjem sproščajo hlapne organske spojine. UV črnila vsebujejo malo ali nič hlapečega topila, ker strjevanje poteka z reakcijami zamreženja.

Kot rezultat:

Zmanjšajo se zahteve po obdelavi odpadnega zraka

Sušilne peči so morda nepotrebne

Emisije topil ostajajo nizke

 

Površinska trdota in kemična odpornost

Po utrjevanju plast črnila tvori gosto polimerno mrežo s povečano trdoto in odpornostjo proti obrabi.

Strjena površina je lahko odporna na:

Alkoholna čistilna sredstva

Mehansko praskanje

Blage kisline in alkalije

Ponavljajoče se trenje pri rokovanju

Te lastnosti so pomembne za industrijske etikete, plošče aparatov in avtomobilsko grafiko.

 

Združljivost z ne{0}}vpojnimi podlagami

Tradicionalna črnila pogosto zahtevajo porozne materiale za sušenje. UV črnilo se namesto tega strdi neposredno na površini substrata.

To omogoča neposredno tiskanje na:

Steklo

Kovina

Akril

Polikarbonat

Keramične prevleke

Glede na površinsko energijo podlage in zahteve glede oprijema bodo morda še vedno potrebni dodatni temeljni premazi.

 

Osnovni princip UV strjevanja

UV utrjevanje je fotokemični postopek, ki pretvori tekoče premaze ali črnila v trdne polimerne filme z uporabo ultravijoličnega sevanja.

V primerjavi s termičnim sušenjem je UV utrjevanje odvisno od molekularne aktivacije namesto izhlapevanja topil ali prodiranja toplote.

 

Funkcija fotoiniciatorja

Fotoiniciator je reaktivno središče utrjevalnega sistema. Ko absorbira UV svetlobo, preide v vzbujeno stanje in ustvarja reaktivne proste radikale ali katione.

Te reaktivne vrste napadejo akrilatne dvojne vezi v formulaciji črnila in začnejo verižne polimerizacijske reakcije.

 

Začetek polimerizacije

Ko se začne polimerizacija, se monomeri in oligomeri hitro povežejo v zamrežene molekularne mreže.

Med tem postopkom:

Viskoznost se hitro poveča

Tekoči film se strdi

Površinska trdota se razvije

Kemična odpornost se izboljša

Hitrost utrjevanja je odvisna od UV-intenzivnosti, razdalje izpostavljenosti, koncentracije kisika in debeline črnila.

 

Značilnosti reakcije UV utrjevanja

UV-strjevanje ima več procesnih značilnosti:

Pretvorba tekočega-v-trdnega poteka v nekaj sekundah

Stopnja izhlapevanja topila ni potrebna

Proizvodnja toplote ostaja relativno nizka

Zamreženi filmi so odporni proti obrabi in kemikalijam

Ker je strjevanje odvisno od intenzivnosti sevanja in ne od difuzije toplote, lahko proizvodne linije delujejo pri višjih transportnih hitrostih.

 

Uporaba UV utrjevanja v tiskarstvu

Zahteva za takojšnje utrjevanje

Brizgalno tiskanje odlaga izjemno majhne kapljice na površino substrata. Če je utrjevanje odloženo, se lahko kapljice razširijo ali pomešajo pred strjevanjem.

To lahko povzroči:

Krvavitev robov

Mešanje barv

Zmanjšana ločljivost tiskanja

Površinska kontaminacija

UV utrjevanje stabilizira obliko kapljic takoj po tiskanju.

 

Tiskanje na ne{0}}vpojne materiale

Steklo, kovina in trda plastika ne morejo učinkovito absorbirati običajnih tekočih črnil. UV utrjevanje rešuje to težavo z oblikovanjem polimernega filma neposredno na površini materiala.

Ta postopek se pogosto uporablja v:

Dekorativni tisk na steklo

Industrijske etikete

Izdelava membranskih stikal

Dekoracija kozmetične embalaže

 

Zahteve za industrijsko tiskanje

Industrijski tiskarski sistemi zahtevajo stabilno hitrost utrjevanja v neprekinjenih proizvodnih pogojih.

Moduli za UV strjevanje so integrirani z:

Transportni sistemi

Roll{0}}to-tiskalniki

Več{0}}glave za brizgalne tiskalnike

Avtomatizirane proizvodne linije

Hitrost strjevanja neposredno vpliva na prepustnost linije in učinkovitost ravnanja na koncu.

 

Pomen tehnologije UV strjevanja

 

Vpliv na kakovost tiskanja

Pogoji utrjevanja neposredno vplivajo na:

Trdnost oprijema

Ravnost površine

Trdota

Stopnja sijaja

Ostrina robov

Nepopolno utrjevanje lahko povzroči slabo oprijemljivost ali lepljivost površine.

 

Vpliv na učinkovitost proizvodnje

Sistem strjevanja je ena glavnih omejitev hitrosti v industrijskih tiskarskih linijah.

Večja intenzivnost strjevanja omogoča:

Večja hitrost tekočega traku

Takojšnje zlaganje ali previjanje

Skrajšana čakalna doba

Nenehna naknadna-obdelava

 

Vpliv na porabo energije

UV-žarnice in LED-moduli za utrjevanje so komponente,-ki porabijo največ energije v opremi za UV-tiskanje.

Živosrebrne žarnice proizvajajo dodatno infrardečo toploto in običajno potrebujejo hladilne sisteme. LED UV sistemi zmanjšajo toplotno obremenitev, ker oddajajo ožje pasove valovnih dolžin.

Poraba energije je odvisna od:

Vrsta svetilke

Intenzivnost obsevanja

Razdalja osvetlitve

Hitrost proizvodnje

 

Vpliv na vzdrževanje opreme

Vir svetlobe za strjevanje vpliva na pogostost vzdrževanja in obratovalne stroške.

Živosrebrne sijalke med delovanjem postopoma izgubijo intenzivnost sevanja in jih je treba občasno zamenjati. Moduli LED na splošno zagotavljajo daljšo življenjsko dobo in hitrejši zagon brez časa za-ogrevanje.

Redno vzdrževanje običajno vključuje:

Čiščenje reflektorskih površin

Spremljanje jakosti sevanja

Zamenjava hladilnih filtrov

Preverjanje stabilnosti valovne dolžine

Nepravilno vzdrževanje lahko zmanjša učinkovitost strjevanja in povzroči nepopolno polimerizacijo med proizvodnjo.