Ce este cerneala UV? Cum funcționează întărirea UV?

 

Definiția UV Ink

Cerneala UV este o cerneală cu radiații-care se schimbă de la lichid la solid după expunerea la lumina ultravioletă. Spre deosebire de cernelurile pe bază de solvenți-, aceasta nu se usucă prin evaporare. În schimb, energia ultravioletă declanșează o reacție de polimerizare care formează un film solid reticulat pe suprafața substratului.

Cerneala UV este utilizată în mod obișnuit în:

• Imprimare cu jet de cerneală
• Serigrafie
• Imprimare flexografică
• Imprimare offset

Materialul se poate imprima direct pe substraturi ne-absorbante, inclusiv pe folii din sticlă, metal, acril, ceramică, PVC și PET.

 

Principiul de bază de lucru al cernelii UV

Procesul de întărire începe atunci când fotoinițiatorii din interiorul cernelii absorb lumina ultravioletă, de obicei în intervalul de lungimi de undă 360-395 nm. Energia absorbită generează radicali liberi reactivi sau cationi care declanșează reacții de polimerizare între oligomeri și monomeri.

Secvența de întărire include:

• Lumina UV ajunge în stratul de cerneală
• Fotoinițiatorii absorb energia UV
• Speciile reactive se formează în interiorul cernelii lichide
• Monomerii și oligomerii se polimerizează
• Se dezvoltă un film solid reticulat

În funcție de intensitatea lămpii, grosimea filmului și viteza transportorului, întărirea se poate finaliza în mai puțin de o secundă.

 

Componentele principale ale cernelii UV

 

Oligomeri polimerizabili

Oligomerii formează coloana vertebrală structurală a stratului de cerneală întărită. Structura lor chimică determină duritatea, flexibilitatea, aderența și rezistența chimică.

Materialele comune includ:

• Acrilat epoxidici
• Acrilat de poliuretan
• Acrilat de poliester

Acrilatii epoxidici măresc duritatea suprafeței, în timp ce acrilatii poliuretanici îmbunătățesc flexibilitatea și rezistența la impact.

 

Diluanți reactivi

Diluanții reactivi reduc vâscozitatea și participă la reacția de întărire. Spre deosebire de solvenții tradiționali, aceștia rămân în interiorul filmului întărit după polimerizare.

Funcțiile lor includ:

Reglarea vâscozității imprimării

Îmbunătățirea umezelii substratului

Controlul densității reticulare

Sprijinirea formării picăturilor cu jet de cerneală

 

Fotoinițiatori

Fotoinițiatorii transformă radiațiile UV în activitate chimică. După absorbția energiei ultraviolete, ele generează specii reactive care încep polimerizarea.

Diferiți fotoinițiatori sunt selectați în funcție de:

lungime de undă UV

Tip lampă

Grosimea cernelii

Concentrația de pigment

Sistemele LED UV necesită de obicei fotoinițiatoare optimizate pentru surse de lumină de 385 nm sau 395 nm.

 

Pigmenti si aditivi

Pigmenții oferă culoare și opacitate. Aditivii controlează comportamentul de imprimare și performanța suprafeței.

Aditivii tipici includ:

• Modificatori de flux
• Antispumante
• Promotori de aderență
• Ceruri rezistente{0}}la abraziune

În sistemele cu jet de cerneală UV, dimensiunea particulelor de pigment trebuie să rămână controlată pentru a preveni blocarea duzelor în timpul imprimării de înaltă-frecvență.

 

Caracteristicile de bază ale cernelii UV

 

Întărire la -temperatura scăzută

Întărirea UV are loc mai degrabă prin reacții fotochimice decât prin transfer de căldură. Acest lucru permite imprimarea pe materiale-sensibile la căldură, cum ar fi:

• Filme subțiri de plastic
• Foi PVC
• Laminate decorative
• Membrane electronice

Temperatura mai scăzută a procesului reduce deformarea substratului în timpul producției continue.

 

Emisii reduse de COV

Cernelurile tradiționale pe bază de solvenți-eliberează compuși organici volatili în timpul uscării. Cernelurile UV conțin puțin sau deloc solvent de evaporare, deoarece întărirea are loc prin reacții de reticulare.

Ca urmare:

Cerințele de tratare a aerului evacuat scad

Cuptoarele de uscare pot fi inutile

Emisiile de solvenți rămân scăzute

 

Duritatea suprafeței și rezistența chimică

După întărire, stratul de cerneală formează o rețea densă de polimeri cu duritate crescută și rezistență la abraziune.

Suprafața întărită poate rezista:

Agenți de curățare cu alcool

Zgârierea mecanică

Acizi ușoare și alcalii

Frecare repetată la manipulare

Aceste proprietăți sunt importante pentru etichetele industriale, panourile de aparate și grafica auto.

 

Compatibilitate cu substraturi ne-absorbante

Cernelurile tradiționale necesită adesea materiale poroase pentru uscare. Cerneala UV se întărește direct pe suprafața substratului.

Aceasta permite imprimarea directă pe:

Sticlă

Metal

Acril

Policarbonat

Acoperiri ceramice

Pot fi necesare grunduri suplimentare, în funcție de energia de suprafață a substratului și de cerințele de aderență.

 

Principiul de bază al întăririi UV

Întărirea UV este un proces fotochimic care transformă acoperirile lichide sau cernelurile în pelicule polimerice solide folosind radiații ultraviolete.

În comparație cu uscarea termică, întărirea UV se bazează pe activarea moleculară în loc de evaporarea solventului sau penetrarea căldurii.

 

Funcția fotoinițiatorului

Fotoinițiatorul este centrul reactiv al sistemului de întărire. După absorbția luminii UV, aceasta trece într-o stare excitată și generează radicali liberi reactivi sau cationi.

Aceste specii reactive atacă legăturile duble ale acrilatului din interiorul formulării de cerneală și încep reacțiile de polimerizare în lanț.

 

Inițierea polimerizării

Odată ce polimerizarea începe, monomerii și oligomerii se conectează rapid în rețele moleculare reticulate.

În timpul acestui proces:

Vâscozitatea crește rapid

Filmul lichid se solidifică

Duritatea suprafeței se dezvoltă

Rezistența chimică se îmbunătățește

Viteza de întărire depinde de intensitatea UV, distanța de expunere, concentrația de oxigen și grosimea cernelii.

 

Caracteristicile reacției de întărire UV

Întărirea UV are mai multe caracteristici de proces:

Conversia lichid-în-solid are loc în câteva secunde

Nu este necesară etapa de evaporare a solventului

Generarea de căldură rămâne relativ scăzută

Filmele reticulate rezistă la abraziune și substanțe chimice

Deoarece întărirea depinde mai degrabă de intensitatea radiației decât de difuzia căldurii, liniile de producție pot funcționa la viteze de transport mai mari.

 

Aplicarea întăririi UV în imprimare

Cerință pentru întărire instantanee

Imprimarea cu jet de cerneală depune picături extrem de mici pe suprafața substratului. Dacă întărirea este întârziată, picăturile se pot răspândi sau amesteca înainte de solidificare.

Acest lucru poate cauza:

Sângerare la margine

Amestecarea culorilor

Rezoluție de imprimare redusă

Contaminarea suprafeței

Întărirea UV stabilizează forma picăturilor imediat după imprimare.

 

Imprimare pe materiale ne-absorbante

Sticla, metalul și materialele plastice rigide nu pot absorbi în mod eficient cernelurile lichide convenționale. Întărirea UV rezolvă această problemă prin formarea unui film de polimer direct pe suprafața materialului.

Acest proces este utilizat în mod obișnuit în:

Imprimare decorativă pe sticlă

Etichete industriale

Fabricarea comutatoarelor cu membrana

Decorarea ambalajelor cosmetice

 

Cerințe de imprimare industrială

Sistemele de imprimare industrială necesită viteză stabilă de întărire în condiții de producție continuă.

Modulele de întărire UV se integrează cu:

Sisteme de transport

Imprimante roll-to-roll

Capete cu jet de cerneală-multipass

Linii de producție automatizate

Viteza de întărire afectează direct debitul liniei și eficiența manipulării în aval.

 

Importanța tehnologiei de întărire UV

 

Influență asupra calității imprimării

Condițiile de întărire afectează direct:

Forța de aderență

Planeitatea suprafeței

Duritate

Nivel de luciu

Claritatea marginilor

Întărirea incompletă poate cauza aderență slabă sau aderență la suprafață.

 

Influența asupra eficienței producției

Sistemul de întărire este una dintre principalele limitări de viteză în liniile de imprimare industrială.

Intensitatea de întărire mai mare permite:

Viteză mai mare a transportorului

Stivuire sau rebobinare imediată

Timp de așteptare redus

Post{0}}procesare continuă

 

Influența asupra consumului de energie

Lămpile UV și modulele de întărire cu LED-uri sunt componente majore-consumatoare de energie în echipamentele de imprimare UV.

Lămpile cu mercur generează căldură în infraroșu suplimentară și de obicei necesită sisteme de răcire. Sistemele LED UV reduc sarcina termică deoarece emit benzi de lungime de undă mai înguste.

Consumul de energie depinde de:

Tip lampă

Intensitatea iradierii

Distanța de expunere

Viteza de productie

 

Influența asupra întreținerii echipamentelor

Sursa de lumină de polimerizare afectează frecvența de întreținere și costul de operare.

Lămpile cu mercur pierd treptat din intensitatea iradierii în timpul funcționării și necesită înlocuire periodică. Modulele LED oferă în general o durată de funcționare mai lungă și o pornire mai rapidă, fără timp de încălzire-.

Întreținerea de rutină include de obicei:

Curățarea suprafețelor reflectoarelor

Monitorizarea intensității iradierii

Înlocuirea filtrelor de răcire

Verificarea stabilității lungimii de undă

Întreținerea necorespunzătoare poate reduce eficiența întăririi și poate duce la polimerizarea incompletă în timpul producției.