Millised gravüürimaterjalid vastavad kollanemisele pikaajalisel kasutamisel?

Miks gravüürimisvärvid kollanevad: põhilised keemilised ja keskkonnategurid

Ketoonsete seoste oksüdatiivne lagunemine ja kromofooride moodustumine

Kollasemise probleem gravüürvärvides tuleneb põhimõtteliselt sellest, mis juhtub ketroonsete polümeeride lagunemisel oksüdatsiooni käigus. Need polümeerid on väga olulised, sest nad kinnituvad hästi pinnale, annavad hea läikese ja säilitavad trükkimiskvaliteedi. Kuid siin on asi: kui need polümeerid kokku puutuvad tavalise õhuga ladustamise või kasutamise ajal, toimub nii nimetatud ahelalõike protsess. See protsess teeb konjugeeritud topeltsidemete ja karbonüülgruppide (C=O) teke, mis muutuvad tegelikult värvipõhjustajateks. Järgmisena hakkavad need uued struktuurid neelama valgust eriti sinakas-violetses spektriosas umbes 400–450 nanomeetri piirkonnas, mistõttu näevad kõik kollasemad välja, kui oli ette nähtud. Mõned polümeerid sisaldavad loomulikult rohkem unsatüreeritud sidemeid, näiteks teatud madala tihedusega polüetüleenituletised, ja need kollanevad palju kiiremini isegi sarnastes ladustamistingimustes. Paljud trükikojad on seda probleemi aastate jooksul märganud, eriti vanema varumaterjali kasutamisel.

UV-kiirgus, soojus ja niiskus: sünergilised stressitegurid reaalmaailmas toimuvas vananemises

Loodus ei tööta korrapärastes pakendites, kus keskkonnategurid toimiksid eraldi. Kui vaatame välistingimustes paigutatud materjale, siis UV-valgus, soojus ja niiskus koos kiirendavad kollasenemist keerukate keemiliste reaktsioonide teel. Vaatleme seda lähemalt: UV-kiired alustavad sidemete lagunemist ja vabade radikaalide teket. Asjad muutuvad halvemaks, kui temperatuur tõuseb üle 30 °C, sest molekulid liiguvad rohkem ja oksüdatsioon toimub kiiremini. Iga 10 °C temperatuuri tõusuga kahekordistuvad reaktsioonikiirused umbes. Siis tuleb arvesse võtta ka niiskust. Üle 60% suhtelise niiskuse korral aitab vesi tegelikult lagundada teatud keemilisi sidemeid seostites, põhjustades polümeeride paisumist ja lubades rohkemale hapnikule läbi tungida. Selles tabelis on näidatud, kuidas need erinevad stressitegurid kokku mõjuvad ja tugevdavad üksteise mõju materjalide degradatsioonile ajas.

See sünergia selgitab, miks kollanemine ilmneb kõige tugevamalt troopilistes või ladu keskkondades, kus kõik kolm tegurit kokku langevad – tingimused, mis on üha sagedasemad globaalselt toimuvates tarnekettades.

Formulatsioonistrateegiad gravüürtrükivärvide kollanemisresistentsuse maksimeerimiseks

Stabilisaatorisüsteemid: UV-neelajad ja takistatud amiinide valgusstabilisaatorid (HALS)

Hea stabiilsuse saavutamiseks on vaja sobivaid lisandeid. UV-neelajad töötavad nii, et nad neelavad intensiivsed UV-kiirgused, mille lainepikkus on alla 380 nm, ja teisendavad need soojuseks, mitte lubades neil murda sidemeid trükkimisvärvi pinnal. Kui need ühendada takistatud amiinide valgustabilisaatoritega (HALS), mis põhimõtteliselt jälgivad ja peatavad vabade radikaalide teket, saavutatakse kaitse kahest erinevast suunast. Praktilised katsetulemused on samuti üsna muljetavaldavad. ASTM G154 standardite kohaselt, kus proovidele imiteeritakse 18 kuu pikkust välistingimuste mõju, vähendavad parimad UV-neelajate ja HALS-i kombinatsioonid nähtavat kollanemist (kui Δb* saavutab väärtuse 3,0 või kõrgema) 70–80 protsendi võrra. See tähendab, et tooted säilitavad oma värskuse palju pikemalt, samas kui nende sära ja vastupidavus käsitsemisele jäävad säilima.

Seoseaine optimeerimine: kõrgemolekulaarsed polümeerid, ristseoste tihedus ja ketoonsete polümeeride alternatiivid

Selle, kuidas siduvad ained on struktureeritud, mängib olulist rolli selle suhtes, kui hästi värvid säilituvad ajas. Akrüülid ja alifaatsed polüuretaanid, mille molekulmass on kõrgem (üle 50 000 Da), vastavad oksüdatsioonile paremini kui nende madalamolekulaarsed analoogid. Kui tootjad suurendavad ristseose tihedust kolmefunktsionaalsete materjalide, näiteks trimetüülpropeen-triakrülaadi, abil, siis loovad nad põhimõtteliselt takistusi, mis aeglustavad hapniku liikumist ning vähendavad värvikaid molekulide liikumisvõimet kihis. Oluline muudatus tuleneb standardsete ketoonsete polümeeride asendamisest ketoonita alternatiividega, nagu tsükloalifaatsed epoksiühendid või hüdrogeenitud rosinesterid. See vahetus peatab probleemsete värvikomponentide teke tegelikult allikas. Tööstusaruannetest selgub, et ettevõtted, kes on need uued formulatsioonid adopteerinud, näevad sageli kollanemisprobleemide edasilükkamist umbes kolme kuni viie aastaga, eriti niisketes keskkondades, kus vanemad siduvate ainete süsteemid lagunevad palju kiiremini.

Pigmentide valikukriteeriumid kollanemisvastase gravüürtrükivärvi toimimise jaoks

Anorgaanilised pigmentid (TiO₂, rauaoksiidid): stabiilsus, katvus ja ühilduvus

Anorgaanilised värvained, näiteks rutiil-titaandioksiid (TiO₂) ja erinevad sünteetilised rauaoksiidid, eristuvad oma silmapaistva vastupärasuse poolest nii fotokeemilise lagunemise kui ka soojuskahjustuste suhtes. Orgaaniliste värvainetega võrreldes on neil stabiilsed kristallstruktuurid ilma reageerivate pii-seondumisteta või aromaatsete rõngasteta, mis tavaliselt lagunevad UV-kiirguse mõjul. Seetõttu ei muuda päikesevalgus nende värvi ja nad ei kollane aeglaselt. Titaandioksiid teeb rohkem kui lihtsalt pinnakatteid heledaks ja läbipaistmatuks – see peegeldab tegelikult kahjulikud UV-kiired ära alusresinast. Rauaoksiidvärvained taluvad temperatuure kuni umbes 180 °C, mistõttu sobivad nad hästi kiireks kuivatamiseks ja laminaatimisprotsessideks. Kuigi neil värvainetel on osakesed suuremad kui enamikel orgaanilistel värvainetel, eriti õhukeses gravüürtrükivärvide koostises, aitab tänapäevane pindaktiivsete ainete tehnoloogia säilitada kõik komponendid ühtlaselt segatuna. Kaasaegsed dispersioonivahendid toimivad hästi ka uute solvendivabade sidumissüsteemidega, mistõttu trükkimisel ei tekki kuhjumisi ja materjal voolab trükimasinal sujuvalt.

Organilised värvained: kompromissid värviintensiivsuses, säras ja pikaajalises värvipüsivuses

Organilised värvained pakuvad paremat värvitugevust, läbipaistvust ja põlema, mistõttu sobivad nad suurepäraselt kõrgklassiliseks dekoratiivseteks töödeks. Kuid ka sellega kaasneb mõned puudused. Need värvained lahustuvad molekulaarsel tasandil lihtsalt pärast pikendatud konjugeeritud struktuure, mistõttu on nad valguse või niiskuse mõjul kergesti lagunemisele kalduvad. UV-kiirguse mõjul hakkavad värvimolekulid lagunema ja ümberkorralduma, tekitades vabade radikaalide reaktsioonide tõttu need tüütud kollased laikud. Isegi kui lisame HALS-stabilisaatoreid, jäävad need orgaanilised värvained siiski anorgaaniliste pigmentidega võrreldes alla, näidates päikesevalguses umbes 30–40 protsendi väiksemat vastupidavust väljapalevusele. Samuti reageerivad nad halvasti niiskusesisaldusele, eriti probleemne see veepõhiste gravüürtrükkimissüsteemide puhul. Ja ärgem unustagem ka kokkusobivuse probleeme. Paljud neist ei sobi hästi teatud tüüpi resiinidega, mis on tugevalt ristseotud ja madala polaarsusega, mis võib ajas lõpuks kihi kvaliteeti nõrgendada.

Otsus sõltub rakenduse elutsükli nõuetest: kui visuaalne pikkad kestvus on olulisem kui algne sära – eriti toidu-, ravimite- või ekspordipakenduses – soodustab inseneriteadus anorgaaniliste pigmentide kasutamist stabiilsate, ketoonivaba sidumatainete paaris.

KKK

Mis põhjustab gravüürtrükivärvi kollanemist?

Gravüürtrükivärvi kollanemine on peamiselt tingitud ketoonsete polümeeride oksüdatiivsest lagunemisest, UV-kiirgusest, kõrgematest temperatuuridest ja niiskusest, mis põhjustavad keemilisi reaktsioone, muutes värvi värvitooni.

Kuidas takistada kollanemist gravüürvärvides?

Kollanemise ennetamiseks kasutatakse stabiilisusaineid, näiteks UV-neelajaid ja takistatud amiinide valgustabilisaatoreid (HALS), optimeeritakse seosainete struktuure kõrgmolekulaarsete polümeeridega ning valitakse pigmentide tüüpe, mis on vastupidavad lagunemisele, näiteks anorgaanilised pigmentid.

Millised pigmentid – anorgaanilised või orgaanilised – sobivad paremini kollanemise vältimiseks?

Anorgaanilised pigmentid sobivad üldiselt paremini kollanemise vältimiseks, kuna nad on stabiilsed UV-kiirguse ja soojuse mõjul, samas kui orgaanilised pigmentid võivad pakkuda kõrget värvitugevust, kuid neid laguneb ja kollaneb aeglaselt.

Kas keskkonnategurid võivad kiirendada gravüürvärvi kollanemist?

Jah, keskkonnategurid, näiteks UV-kiirgus, soojus ja niiskus, võivad kollanemist kiirendada, soodustades värvis toimuvaid oksüdatiivseid reaktsioone ja keemiliste sidemete lagunemist.