S jakými podklady jsou UV inkousty nejvíce kompatibilní v průmyslovém tisku?

Základy kompatibility UV tiskových barev a substrátů

Jak chemie UV ztvrditelných barev ovlivňuje adhezi a trvanlivost

UV tiskové barvy dobře přilnavají k různým materiálům, protože obsahují speciální chemikálie zvané oligomery, které vytvářejí silné vazby, když se barva vytvrzuje. Tyto barvy obvykle kombinují pružné akrylátové monomery s něčím, co se nazývá fotoiniciátory, které jim pomáhají rychle ztvrdnout pod UV světlem. Některé lepidla fungují nejlépe na povrchy, které je přirozeně přitahují, například sklo s povrchovým napětím mezi 50 a 60 dyne na centimetr. U materiálů, které odolávají přilnutí, jako je polyetylen s povrchovým napětím asi 31 až 35 dyne na centimetr, jsou zapotřebí jiné receptury. Při tisku na odolných pověších, jako je keramika nebo kov, přidávají mnozí výrobci do svých inkoustů silanové sloučeniny. Tento trik pomáhá výrobkům odolávat škrábáním i po opakovaném používání, čímž jsou vhodné pro náročné průmyslové obaly, kde je na prvním místě trvanlivost.

Role povrchové energie při určování úspěšnosti spojení UV inkoustů

Aby bylo dosaženo dobré přilnavosti mezi povrchy, musí mít materiál, na který se tiskne, vyšší povrchovou energii než samotná inkoustová náplň, obvykle někde mezi 32 a 38 milinewtony na metr. Materiály s nízkou povrchovou energií, jako je polypropylen, měří pouze zhruba 29 mN/m, a proto vyžadují speciální úpravy, jako je expozice plazmou, korónový výboj nebo dokonce plamenná úprava, aby bylo možné zvýšit jejich povrchovou energii nad práh 38 mN/m. To pomáhá inkoustu se rovnoměrně rozlévat po povrchu místo tvorby kapek. Výzkumy ukazují, že akryl, který nebyl předtím upraven, se během zkoušky odtrhu drží pouze stěží při 2 newtonech na centimetr. Po plamenné úpravě však stejný akryl vydrží síly až do 8,5 N/cm, což představuje zhruba trojnásobné zlepšení výkonu. Tyto výsledky jasně ukazují, proč je vhodná příprava povrchu tak důležitá pro úspěšný tiskový výsledek.

Trend: Poptávka po UV inkoustech nezávislých na substrátu v průmyslovém digitálním tisku

S rozšiřováním sortimentu produktů se v současnosti asi dvě třetiny výrobců snaží uvést UV inkousty na první místo. Tyto inkousty fungují na pěti různých materiálech nebo více bez nutnosti jakéhokoli zvláštního předúpravy. Nové hybridní UV-LED materiály jsou vlastně docela zajímavé – dokážou se přichytit na drsných kovových površích s texturou mezi 60 až 100 mikrometry a dokonce fungují i na pleteninách v rámci jediné tiskové relace. To podle zjištění z praxe snižuje obtížné výměny inkoustů přibližně o 40 procent. V poslední době také způsobují pozornost tzv. amfifilní oligomery. Ty umožňují, aby jeden typ inkoustu zvládal zcela rozdílné povrchové vlastnosti. Díky tomu mohou továrny tisknout přímo na běžném PVC plastu s povrchovým napětím kolem 33 milinewtonů na metr a rovnou na skleněných površích s hodnotou přibližně 50 mN/m, a to bez nutnosti jakýchkoli úprav. Všechno to zajišťuje hladší provoz v rušných výrobních prostředích.

UV inkousty na tuhých substrátech: sklo, kov a keramika

Mechanismy adheze na materiálech s vysokou povrchovou energií

UV inkousty se velmi dobře přichycují k těmto tvrdým materiálům s vysokou povrchovou energií, jako je sklo, které obvykle má povrchové napětí v rozmezí 50 až 60 mN/m, či různé kovy s hodnotami mezi 45 až 55 mN/m. Při ozáření ultrafialovým světlem dochází na molekulární úrovni k zajímavé reakci, při které akrylátové oligomery začnou polymerizovat a vytvářet silné chemické vazby s hydroxylovými skupinami, jež se na těchto povrech přirozeně vyskytují. Výsledkem jsou výborné adhezní vlastnosti. Průmyslové testy ukázaly, že při tisku na kalené sklo inkousty odolávají odlupování silami přesahujícími 4,2 Newtonu na čtvereční centimetr. Tato úroveň odolnosti je v průmyslových podmínkách, kde je trvanlivost zásadní, velmi důležitá.

Tisk na sklo a keramiku: účinnost vytvrzování a odolnost proti škrábání

V současné době mohou moderní UV inkousty vytvrditelné světlem dosáhnout přibližně 98 procentního vytvrzení při použití na skleněné povrchy pomocí těchto LED UV systémů pracujících na vlnové délce 395 nm. Co to prakticky znamená? No, potiskované materiály mohou odolat přibližně pěti tisícům testů opotřebení podle normy ASTM D4060-14. Taková odolnost činí tyto potisky ideálními pro věci jako nádobí, které se opakovaně umývá v myčce, nebo dekorativní skleněné panely používané ve stavebnictví. Další velkou výhodou je, že novější formulace inkoustů fungují na čistých povších poměrně dobře bez nutnosti použití základního nátěru. Tím se eliminuje jeden výrobní krok a sníží se výrobní náklady přibližně o dvanáct až osmnáct procent ve srovnání se staršími keramickými technikami přenosu, které vyžadují vícevrstevnou strukturu a dodatečné výrobní kroky.

Kovové a hliníkové aplikace: Dopad plazmové a korónové úpravy

Nejnovější výzkum z roku 2023 v oblasti inženýrství substrátů ukazuje, že atmosférická plazmová úprava zvyšuje adhezi UV inkoustu na hliníkových površích o přibližně 38 %. Pevnost vazby stoupne z 3,1 N na cm² až na 4,3 N na cm² po úpravě. U ocelových povrchů také korónový výboj funguje skvěle, pokud je použit při hodnotách asi 12 až 15 wattminut na m². Tento proces připraví povrch pro nanášení inkoustu a zároveň chrání materiál před rezavěním a koroze. Co to znamená pro výrobce? Tyto pokročilé úpravy nyní umožňují použití technik přímého digitálního tisku na věci jako jsou autodíly nebo domácí spotřebiče. Už není potřeba staromódní metody tampotisku, která vyžadovala mnoho manuální práce a času na nastavení. Průmysl se postupně přesouvá k těmto efektivnějším řešením, protože ceny klesají a technologie se zlepšuje.

Studie případu: Vysokorychlostní etiketování lahví s nápoji pomocí UV inkoustu na skle

Evropská továrna na plnění zvýšila výrobu na 24 000 jednotek/hodinu tím, že přešla na UV otvrzovací inkousty pro válcové skleněné obaly. Okamžité vytvrzení odstranilo rozmazání při manipulaci a snížilo míru vady z 2,1 % na 0,4 %. Po 12 měsících skladování za chladu udržovaly potiskované etikety optickou hustotu nad 2,2, čímž překonaly trvanlivost v odvětví nápojů u rozpouštědelných alternativ.

Kompatibilita UV inkoustů s pružnými a nízkovýhřevnými substráty

Výzvy při tisku na PVC, vinyl a tenké polymerové fólie

Mnoho běžných materiálů, jako je PVC, vinyl a tenké polymerové fólie, mají povrchovou energii kolem 32 dyne/cm nebo nižší. To způsobuje potíže při práci s UV inkousty, které obvykle potřebují povrchovou energii v rozmezí 35 až 45 dyne/cm, aby se rovnoměrně rozprostřely po povrchu. Co se stane? Inkoust se seskupí do kapiček místo rovnoměrného rozložení a získáme až o 30 % až 40 % nižší pokrytí, než je požadované. Nedávné pokroky v oblasti technologie oligomerů však změnily situaci. Tyto nové formulace snižují povrchové napětí inkoustu až na 28 dyne/cm. To umožňuje dosáhnout téměř dokonalou adhezi (přibližně 95 %) i na neupravených LDPE fóliích. Klíčem je úprava akrylátové chemie za účelem dosažení lepších výsledků bez nutnosti speciálních povrchových úprav.

Výkon pružných substrátů pod zatížením: protažení a ohyb

Moderní UV flexografické inkousty si zachovávají 95% přilnavost po 500+ cyklech ohybu na fóliích vozidel, čímž překonávají rozpouštědlové inkousty v poměru 3:1. Tato odolnost je dosažena následujícím způsobem:

• Elastomerové pryskyřice umožňující prodloužení o 15–20 %
• Nanometrové fotoiniciátory umožňující úplné vytvrzení při poměru natažení 150 %
• odolnost venkovního prostředí po dobu 18 měsíců bez praskání nebo odvrstvování

Speciální UV inkousty pro Tritan™, plasty a textilie

Specializované formulace, které nyní řeší historicky obtížné podklady:

Studie případu: Trvanlivá grafika pro obal vozidla s flexibilními UV-zhutnitelnými inkousty

Provozovatel komerční flotily dosáhl 98% udržení grafiky po dobu 18 měsíců pomocí nízkoemisních UV inkoustů, čímž ušetřil ročně 74 000 USD na nákladech za přebarvení. Inkoustový systém odolal tepelnému cyklování od 85 °F do -20 °F a zároveň si uchoval hodnocení 4,3/5 podle ASTM D3363 odolnosti proti škrábání.

Příprava povrchu pro zlepšení adheze UV inkoustů

Korónová, plazmová a plamenová úprava: Metody a účinnost

Zajištění správné bilance povrchové energie je velmi důležité, pokud chcete, aby UV inkoust správně přilnul. Proces koronového ošetření může zvýšit úroveň povrchové energie polyethylenu z přibližně 31 na asi 52 dyne na centimetr podle norem ASTM, což znamená, že výrobci už nemusí používat dodatečné nátěry základních nátěrů. U automobilových aplikací systémy plazmy zajistí ještě vyšší hodnoty, až 72 dyne/cm, pomocí iontového ostřelování. Mezitím funguje plamenová úprava trochu jinak, ale stejně účinně na polypropylenových materiálech, kde se povrch oxiduje během půl sekundy při teplotách dosahujících přibližně 1 500 stupňů Celsia. Průmyslové testy prezentované na konferenci SPE Antec minulý rok ukázaly, že tato různorodá ošetření skutečně zlepšují smáčivost o 40 % až 60 % ve srovnání s běžnými neošetřenými materiály.

Měření změn povrchové energie po ošetření pro dosažení optimálních výsledků

Dyne test je stále považován za zlatý standard ve většině odvětví, i když existují obecně uznávané referenční hodnoty. U tuhých plastů obvykle dosahujeme dobrých výsledků v rozmezí 38 až 42 dyne na centimetr, zatímco u kovů je obvykle potřeba hodnot blízkých 46–52 dyne/cm. V poslední době se výrazně změnilo s příchodem nových ručních zařízení pro měření kontaktního úhlu. Tyto přístroje poskytují poměrně přesná digitální měření s odchylkou plus minus 2 dyne/cm a měření trvá zhruba 15 sekund, což výrazně pomáhá snížit nekonzistence při testování velkých sérií. Některé nedávné studie zjistily, že povrchy s energií vyšší než 45 dyne/cm mají lepší výsledky při použití UV inkoustů, přičemž korelace mezi těmito faktory dosahuje téměř 0,93 podle výzkumu zveřejněného v loňském roce v časopise European Coatings Journal.

Předcházení nadměrnému ošetření: Vyvážení hladin dyne a kvality tisku

Překročení 60 dyne/cm na fóliích z PET může způsobit trhliny v důsledku napětí při prodloužení o 5 % (Intergraf 2022). Optimální předúprava vyžaduje přesné parametry:

• 3–5 kW plazmový výkon pro BOPP fólie
• 15 mm vzdálenost plamenového hořáku pro HDPE kontejnery
• 50 W/m² koronová dávka pro PVC desky
  Tato nastavení zabraňují zvedání okrajů během tepelného cyklování (-40 °C až 85 °C) a zároveň udržují tvrdost tuhy 4H dle ISO 15184.

Formulace UV inkoustů specifických pro materiál a optimalizace jejich vytvrzování

Chemické úpravy pro zlepšení adheze na obtížných podkladech

Při práci s náročnými materiály, jako je polypropylen a polyetylen, je z chemického hlediska potřeba upravit UV inkousty způsobem, který zajistí jejich lepší přilnavost. Přidání fosfátových esterů jako adhezních promotorů v koncentraci kolem 8 % pomáhá těmto inkoustům lépe přilnout k povrchům, které jsou přirozeně nepřilnavé. Mezitím určité typy oligomerů poskytují inkoustu navíc pružnost, aniž by byla ohrožena jeho odolnost vůči agresivním chemikáliím. Nedávný výzkum z loňského roku odhalil ještě něco zajímavého. Pokud výrobci zahrnou do svých formulací 12 až 15 % akrylových monomerů, skutečně sníží smrštění při vytvrzování o přibližně čtyřicet procent. To má velký význam při tisku na věcech jako jsou automobilové díly nebo obaly na potraviny, kde je vždy riziko odlupování.

Výkon vytvrzování na kompozitech, laminátech a dřevních materiálech

Pokud jde o dřevěné fólie a kompozitní materiály, UV-LED systémy dosahují polymerizační účinnosti přibližně 98 % v rozmezí 385 až 405 nanometrů. Tradiční rtuťové výbojky nedosahují takové účinnosti a zvládnou jen okolo 75 %. Velkou výhodou těchto LED systémů je, že generují méně tepla, a proto během zpracování méně poškozují křehké materiály. Navíc výrobci uvádějí, že rychlost výroby laminátových podlahovin vzroste přibližně o 30 %. Pro středně hustá dřevotříska však představuje výzvu jinou. Pórovitá struktura HDF má tendenci nasávat inkoust, ale chytří výrobci vyvinuli speciální dvousložkové směsi. Ty kombinují aktivaci UV světlem s chemickou reakcí vyvolanou vlhkostí, čímž vzniká bariéra proti nežádoucímu průniku inkoustu a zároveň umožňují správné vytvrzení po celém povrchu.

Studie případu: Hybridní UV-LED inkousty pro tisk na kartonu a dřevě

Jedna společnost zabývající se obaly se podařilo snížit náklady na energii pro vytvrzování téměř o polovinu, když přešla na hybridní UV-LED inkousty pro své produkty z vlnité lepenky. Tyto nové inkousty obsahují velmi málo fotoiniciátorů (přibližně 3 % nebo méně), což znamená žádné nepříjemné zápachy během výroby a přesto se vysuší za méně než dvě sekundy. Při testování také na tvrdém dřevě dosáhla tato inkoustová formulace ohromující tvrdosti 4H podle tužky, čímž překonala běžné UV inkousty o přibližně 60 %. Takový výkon ukazuje, že tyto materiály dobře fungují na různých podkladech a přinášejí skutečná zlepšení jak kvality, tak efektivity.

Sekce Často kladené otázky

Jaký je význam povrchové energie pro přilnavost UV inkoustů?

Povrchová energie je zásadní pro přilnavost UV inkoustů, protože materiály s vyšší povrchovou energií než má inkoust umožňují lepší rozprostírání a spojení. Materiály s nízkou povrchovou energií vyžadují předúpravu pro úspěšnou aplikaci inkoustu.

Jak se UV inkousty chovají na pružných podkladech?

UV inkousty, zejména moderní formulace, udržují vysokou adhezi na pružných podkladech i za zatížení, čímž nabízejí lepší výkon než rozpouštědlové inkousty. Účinně se přizpůsobují prodloužení a klimatickým podmínkám.

Jaké jsou výhody použití UV-LED sušicích systémů?

UV-LED sušicí systémy nabízejí rychlejší rychlosti polymerace s nižším vývinem tepla, což je ideální pro křehké materiály. Zvyšují účinnost, snižují energetické náklady a zlepšují rychlost výroby.