جوهرهای چاپ UV در صنعت چاپ با چه موادی سازگاری بیشتری دارند؟

اصول اساسی جوهر چاپ UV و سازگاری زیرلایه

چگونگی تأثیر شیمی جوهر خشک‌شونده با UV بر چسبندگی و دوام

جفت کننده‌های UV به خوبی به مواد مختلفی می‌چسبند زیرا حاوی مواد شیمیایی خاصی به نام اولیگومرها هستند که پیوندهای قوی ایجاد می‌کنند، هنگامی که جوهر سفت می‌شود. این جوهرها معمولاً ترکیبی از مونومرهای آکریلیک انعطاف‌پذیر با موادی به نام فوتواینیشیتورها هستند که به سفت شدن سریع آنها تحت نور UV کمک می‌کنند. برخی از چسب‌ها بهترین عملکرد را روی سطوحی دارند که به طور طبیعی چسبندگی دارند، مانند شیشه که دارای کشش سطحی ۵۰ تا ۶۰ داین بر سانتی‌متر است. برای موادی که چسبندگی را رد می‌کنند، مانند پلی‌اتیلن با کشش سطحی تقریباً ۳۱ تا ۳۵ داین بر سانتی‌متر، فرمول‌های متفاوتی لازم است. هنگام چاپ روی سطوح سخت مانند سرامیک یا فلز، بسیاری از تولیدکنندگان ترکیبات سیلان را به جوهرهای خود اضافه می‌کنند. این روش به محصولات کمک می‌کند تا حتی پس از دستکاری‌های مکرر، خراش را تحمل کنند و برای بسته‌بندی صنعتی با شرایط سخت مناسب باشند.

نقش انرژی سطحی در تعیین موفقیت چسبندگی جوهر UV

برای دستیابی به چسبندگی خوب بین سطوح، ماده‌ای که روی آن چاپ انجام می‌شود باید انرژی سطحی بالاتری نسبت به جوهر خود داشته باشد، معمولاً در محدوده ۳۲ تا ۳۸ میلی‌نیوتن بر متر. موادی با انرژی سطحی پایین مانند پلی‌پروپیلن تنها در حدود ۲۹ میلی‌نیوتن بر متر انرژی سطحی دارند، بنابراین به تیمارهای خاصی مانند قرار گرفتن در معرض پلاسما، تخلیه کرونایی، یا حتی تیمار شعله‌ای نیاز دارند تا انرژی سطحی آنها را از آستانه ۳۸ میلی‌نیوتن بر متر بالا ببرند. این تیمارها به جوهر کمک می‌کنند تا به طور یکنواخت روی سطح پخش شود بجای اینکه به شکل قطرات گرد شود. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که وقتی آکریلیک ابتدا تیمار نشود، در آزمون چسبندگی تنها می‌تواند نیرویی در حدود ۲ نیوتن بر سانتی‌متر را تحمل کند. اما پس از تیمار شعله‌ای، همان آکریلیک می‌تواند نیروهایی تا ۸/۵ نیوتن بر سانتی‌متر را تحمل کند که بهبودی معادل سه برابری در عملکرد را نشان می‌دهد. این نتایج به وضوح اهمیت آماده‌سازی صحیح سطح را برای دستیابی به نتایج موفقیت‌آمیز در چاپ برجسته می‌کنند.

روند: تقاضا برای جوهرهای UV چندمنظوره در چاپ صنعتی دیجیتال

با گسترش دامنه محصولات، امروزه حدود دو سوم تولیدکنندگان جوهرهای UV را در اولویت قرار می‌دهند. این جوهرها بدون نیاز به آماده‌سازی اولیه می‌توانند روی پنج ماده مختلف یا بیشتر کار کنند. تکنولوژی جدید هیبریدی UV-LED واقعاً جالب است - این جوهرها به سطوح خشن فلزی با میزان بافت ۶۰ تا ۱۰۰ میکرومتر می‌چسبند و حتی روی پارچه‌های بافته‌شده نیز در یک جلسه چاپ کار می‌کنند. این پیشرفت باعث کاهش حدود ۴۰ درصدی تغییرات جوهر را در روند چاپ فرامی‌گیرد، همان‌طور که در زمینه مشاهده شده است. همچنین، اخیراً یک چیز به نام اولیگومرهای آمفی‌فیلیک دارد موج‌سازی می‌کند. این مواد اجازه می‌دهند یک نوع جوهر بتواند با ویژگی‌های کاملاً متفاوتی از سطوح کار کند. بنابراین کارخانه‌ها می‌توانند به‌صورت مستقیم روی پلاستیک PVC معمولی با کشش سطحی حدود ۳۳ میلی‌نیوتن بر متر و همچنین مستقیماً روی سطوح شیشه‌ای با اندازه‌گیری حدود ۵۰ میلی‌نیوتن بر متر بدون نیاز به پیش‌تیمار چاپ کنند. این امر باعث اجرای روان‌تر فرآیندهای تولیدی در محیط‌های صنعتی پررویکرد می‌شود.

عملکرد جوهر UV روی زیرلایه‌های سفت: شیشه، فلز و سرامیک

مکانیسم‌های چسبندگی روی مواد با انرژی سطحی بالا

جوهرهای UV به خوبی روی آن دسته از مواد سخت که دارای انرژی سطحی بالا هستند می‌چسبند، مانند شیشه که معمولاً دارای 50 تا 60 mN/m و فلزات مختلفی که در محدوده 45 تا 55 mN/m قرار دارند. وقتی این مواد در معرض نور فرابنفش قرار می‌گیرند، واکنشی جالب در سطح مولکولی رخ می‌دهد که در آن اکریلات‌های الیگومری شروع به پلیمریزه شدن می‌کنند و پیوندهای شیمیایی قوی با گروه‌های هیدروکسیل موجود روی سطح این مواد ایجاد می‌کنند. نتیجه چیست؟ خاصیت چسبندگی بسیار قابل توجهی. آزمایش‌های صنعتی نشان داده‌اند که وقتی این جوهرها روی شیشه س tempered چاپ می‌شوند، می‌توانند در برابر نیروهایی بیش از 4/2 نیوتن بر سانتی‌متر مربع مقاومت کنند و از پوسته شدن جلوگیری کنند. این سطح از استحکام در محیط‌های تولیدی که دوام بسیار حیاتی است، اهمیت زیادی دارد.

چاپ روی شیشه و سرامیک: کارایی پخت و مقاومت به خراش

امروزه، جوهرهای پلیمری مدرن با استفاده از سیستم‌های LED UV که در طول موج 395 نانومتر کار می‌کنند، می‌توانند به میزان تقریبی 98 درصد پخت دست یابند. این موضوع به چه معناست؟ خب، مواد چاپی می‌توانند حدود پنج هزار آزمون سایش را طبق استاندارد ASTM D4060-14 تحمل کنند. چنین استحکامی باعث می‌شود این چاپ‌ها برای مواردی مانند ظروفی که به طور مکرر در ماشین ظرفشویی قرار می‌گیرند یا پانل‌های شیشه‌ای تزئینی که در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند، ایده‌آل باشند. یک مزیت بزرگ دیگر این است که فرمول‌های جدید جوهر در واقع روی سطوح تمیز بدون نیاز به پرایمر اولیه به خوبی کار می‌کنند. این امر یک مرحله اضافی در تولید را حذف می‌کند و هزینه‌های تولید را حدود دوازده تا هیجده درصد نسبت به روش‌های قدیمی‌تر چاپ دکلره سرامیکی که نیازمند لایه‌های متعدد و مراحل پردازشی بیشتری هستند، کاهش می‌دهد.

کاربردهای فلزی و آلومینیومی: تأثیر پلاسما و تیمارهای کورونا

تحقیقات اخیر در سال 2023 در زمینه مهندسی زیرلایه نشان می‌دهد که تیمار پلاسمایی اتمسفری چسبندگی جوهر UV را روی سطوح آلومینیومی تقریباً 38% افزایش می‌دهد. استحکام پیوند از 3.1 نیوتن در هر سانتی‌متر مربع به 4.3 نیوتن در هر سانتی‌متر مربع پس از این تیمار افزایش می‌یابد. برای سطوح فولادی، تخلیه الکتریکی (کورونا) نیز زمانی که در محدوده 12 تا 15 وات-دقیقه در هر متر مربع اعمال شود، نتایج بسیار خوبی به همراه دارد. این فرآیند سطح را برای چاپ با جوهر آماده می‌کند در حالی که همچنان ماده را در برابر زنگ زدگی و خوردگی محافظت می‌کند. این موضوع چه معنایی برای تولیدکنندگان دارد؟ این تیمارهای پیشرفته اکنون امکان استفاده از تکنیک‌های چاپ دیجیتال مستقیم را روی اشیاء مانند قطعات خودرو و لوازم خانگی فراهم کرده‌اند. دیگر نیازی به روش‌های قدیمی چاپ با پد نیست که نیازمند زمان زیاد و کار دستی بود. صنعت به تدریج در حال انتقال به این راهکارهای کارآمدتر است زیرا هزینه‌ها کاهش یافته و فناوری بهبود یافته است.

مطالعه موردی: چاپ برچسب‌های سریع از نوع نوشابه با استفاده از جوهر UV روی شیشه

یک کارخانه بطری‌کردن در اروپا تولید خود را با تغییر به جوهرهای فتوکاتالیزوری برای ظروف شیشه‌ای استوانه‌ای به 24000 عدد در ساعت افزایش داد. خشک‌کننده فوری باعث از بین رفتن محو شدن در هنگام دستکاری شد و نرخ معیوبی از 2.1٪ به 0.4٪ کاهش یافت. پس از 12 ماه نگهداری در یخچال، برچسب‌های چاپ‌شده چگالی نوری بالای 2.2 را حفظ کردند و در آزمایش‌های دوام در صنعت نوشیدنی، عملکردی بهتر از جوهرهای پایه حلال نشان دادند.

سازگاری جوهرهای فتوکاتالیزوری با زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر و با انرژی سطحی پایین

چالش‌های چاپ روی پی‌وی‌سی، وینیل و پلیمرهای فیلم‌های نازک

بسیاری از مواد رایج مانند PVC، وینیل و پلیمرهای فیلم نازک تمایل دارند که در محدوده ۳۲ داین/سانتی‌متر یا پایین‌تر قرار بگیرند، از نظر انرژی سطحی. این موضوع زمانی مشکل ایجاد می‌کند که با جوهرهای UV کار می‌کنیم که عموماً به میزان ۳۵ تا ۴۵ داین/سانتی‌متر نیاز دارند تا به خوبی روی سطوح پخش شوند. چه اتفاقی می‌افتد؟ جوهر به صورت قطره‌هایی جمع می‌شود به جای اینکه به طور یکنواخت پخش شود، و ما شاهد کاهشی بین ۳۰٪ تا ۴۰٪ در پوشش مطلوب خواهیم بود. با این حال، پیشرفت‌های اخیر در فناوری اولیگومرها بازی را تغییر داده‌اند. این فرمول‌های جدید کشش سطحی جوهر را تا ۲۸ داین/سانتی‌متر کاهش می‌دهند. این امر امکان چسبندگی تقریباً کامل (حدود ۹۵٪) را حتی روی فیلم‌های LDPE که هیچگونه پردازشی روی آنها انجام نشده است فراهم می‌کند. راز در تنظیم شیمی آکریلیت به منظور دستیابی به نتایج بهتر بدون نیاز به پردازش‌های سطحی ویژه نهفته است.

عملکرد بستر انعطاف‌پذیر تحت تنش: کشیدگی و خمش

جودهای فلکسوی UV مدرن ۹۵٪ چسبندگی خود را پس از ۵۰۰ چرخه خم شدن روی پوشش خودرو حفظ می‌کنند و از جوادهای حلالی با نسبت ۳ به ۱ عملکرد بهتری دارند. این استحکام از طریق موارد زیر به دست می‌آید:

• ماتریس‌های رزین الاستومری که ۱۵ تا ۲۰٪ افزایش طول را تحمل می‌کنند
• فتواینیتیاتورهای نانویی که پخت کامل را در نسبت کشش ۱۵۰٪ فراهم می‌کنند
• دوه سال مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی بیرونی بدون ترک خوردگی یا لایه‌لایه شدن

جوادهای UV سفارشی‌شده برای تریتان™، پلاستیک‌ها و پارچه‌ها

فرمول‌های خاص اکنون به زیرلایه‌های دشوار تاریخی پرداخته‌اند:

مطالعه موردی: گرافیک‌های پوشش خودروی انعطاف‌پذیر با جوهرهای فعال شونده با UV دوام‌دار

یک اپراتور تجهیزات تجاری، حفظ 98٪ گرافیک را در طول 18 ماه با استفاده از جوهرهای UV با مهاجرت کم تجربه کرد و سالانه 74,000 دلار در هزینه‌های بازپوشانی صرفه‌جویی کرد. سیستم جوهر قادر بود در برابر چرخه‌های حرارتی از 85°F تا -20°F مقاومت کند و در عین حال رتبه 4.3/5 در مقاومت به خراش ASTM D3363 را حفظ کند.

تکنیک‌های پیش‌تیمار سطح برای بهبود چسبندگی جوهر UV

تیمار کرونایی، پلاسما و شعله: روش‌ها و موثر بودن

در مورد چسبندگی صحیح جوهر UV، داشتن تعادل مناسب انرژی سطحی اهمیت زیادی دارد. فرآیند درمان کرونایی می‌تواند سطح انرژی سطحی پلی‌اتیلن را از حدود 31 تا حدود 52 داین بر سانتی‌متر افزایش دهد که مطابق با استانداردهای ASTM است، به این معنی که دیگر نیازی به لایه‌های اضافی پرایمر نیست. برای کاربردهای خودرویی، سیستم‌های پلاسما به میزان بیشتری پیش می‌روند و به میزان 72 داین/سانتی‌متر نیز با استفاده از تکنیک‌های بمباران یونی دست می‌یابند. در همین حال، روش درمان شعله‌ای به شیوه‌ای متفاوت ولی به اندازه آن موثر بر روی مواد پلی‌پروپیلنی عمل می‌کند، جایی که سطوح در عرض نیم ثانیه و در دمایی در حدود 1500 درجه سانتی‌گراد اکسید می‌شوند. آزمایش‌های صنعتی که در کنفرانس SPE Antec سال گذشته ارائه شدند، نشان دادند که این روش‌های مختلف درمان، خواص ترشوندگی را به میزان 40 تا 60 درصد بهتر از مواد معمولی و بدون درمان بهبود می‌بخشند.

اندازه‌گیری تغییرات انرژی سطحی پس از درمان برای دستیابی به نتایج بهینه

آزمون داین هنوز هم به عنوان استاندارد طلایی در بیشتر صنایع شناخته می‌شود، هرچند معیارهای پذیرفته‌شده عمومی نیز وجود دارند. برای پلاستیک‌های سفت، معمولاً نتایج خوبی در محدوده ۳۸ تا ۴۲ داین بر سانتی‌متر مشاهده می‌شود، در حالی که فلزات معمولاً به میزانی نزدیک به ۴۶ تا ۵۲ داین/سانتی‌متر نیاز دارند. دستگاه‌های جدید زاویه تماس دستی تغییرات قابل‌توجهی در این زمینه ایجاد کرده‌اند. این دستگاه‌ها خوانش‌های دیجیتالی بسیار دقیقی با دقتی در حدود ±۲ داین/سانتی‌متر ارائه می‌دهند و زمان انجام آزمون تنها حدود ۱۵ ثانیه است، که این امر به‌طور قابل‌توجهی در کاهش ناسازگاری‌ها هنگام آزمون‌های گروهی بزرگ کمک می‌کند. برخی مطالعات اخیر نشان داده‌اند که سطوحی با سطح انرژی بالای ۴۵ داین/سانتی‌متر عملکرد بهتری با جوهرهای UV دارند و تقریباً همبستگی ۰٫۹۳‌ای بین این عوامل وجود دارد، مطابق با تحقیقات منتشرشده در سال گذشته در نشریه European Coatings Journal.

جلوگیری از درمان بیش از حد: تعادل بین سطح داین و کیفیت چاپ

فراتر رفتن از ۶۰ داین/سانتی‌متر روی فیلم‌های PET می‌تواند باعث ایجاد ترک‌های تنشی تحت ۵٪ افزایش طول شود (Intergraf 2022). درمان اولیه بهینه نیازمند پارامترهای دقیقی است:

• قدرت پلاسمای 3–5 کیلووات برای فیلم‌های BOPP
• فاصله مشعل شعله 15 میلی‌متری برای ظروف HDPE
• دوز کورونا 50 وات/مترمربع برای ورق‌های PVC
  این تنظیمات از بلند شدن لبه‌ها در حین چرخه‌های حرارتی (-40 درجه سانتی‌گراد تا 85 درجه سانتی‌گراد) جلوگیری می‌کنند و در عین حال سختی 4H مدادی را برحسب استاندارد ISO 15184 حفظ می‌کنند.

فرمول‌بندی‌های خاص جوهر UV و بهینه‌سازی فرآیند پخت

تنظیمات شیمیایی برای بهبود چسبندگی روی زیرلایه‌های دشوار

هنگام کار با مواد سخت مثل پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن، جوهرهای UV از نظر شیمیایی نیاز به تنظیمات خاصی دارند. افزودن مواد افزاینده چسبندگی از نوع استر فسفات در حدود ۸ درصد کمک می‌کند تا این جوهرها بهتر به سطوحی بچسبند که به‌صورت طبیعی آنها را دفع می‌کنند. در همین حال، انواع خاصی از اولیگومرها انعطاف اضافی به جوهر می‌دهند بدون اینکه استحکام آن در برابر مواد شیمیایی قوی را کاهش دهند. تحقیقات اخیر از سال گذشته نیز چیزی جالب را نشان دادند. وقتی تولیدکنندگان بین ۱۲ تا ۱۵ درصد مونومرهای اکریلی شده را در فرمولاسیون خود اضافه می‌کنند، در واقع کوچک‌شدگی در حین پخت را به میزان چهل درصد کاهش می‌دهند. این موضوع در چاپ روی اقلامی مثل قطعات خودرو یا بسته‌بندی مواد غذایی که جداشدگی همیشه یک نگرانی است، تفاوت بسزایی ایجاد می‌کند.

عملکرد پخت روی کامپوزیت‌ها، لایه‌های چوبی و مواد مبتنی بر چوب

در مورد لایه‌های چوبی و مواد کامپوزیتی، سیستم‌های UV-LED در محدوده 385 تا 405 نانومتر به حدود 98٪ نرخ پلیمریزاسیون می‌رسند. لامپ‌های جیوه‌ای سنتی نمی‌توانند این سطح را حفظ کنند و تنها به اندازه حدود 75٪ کارایی دارند. مزیت بزرگ اینجا این است که این سیستم‌های LED گرمای کمتری تولید می‌کنند، بنابراین در حین فرآوری به مواد ظریف آسیب کمتری می‌رسانند. علاوه بر این، تولیدکنندگان گزارش می‌دهند که سرعت تولید در ساخت محصولات کفپوش لاکه حدود 30٪ افزایش می‌یابد. با این حال، تخته الیاف متوسط (MDF) چالش متفاوتی را ایجاد می‌کند. ماهیت متخلخل MDF تمایل دارد جوهر را جذب کند، اما تولیدکنندگان باهوش فرمول‌های خاص دوگانه‌ای را توسعه داده‌اند. این فرمول‌ها هم فعال‌سازی با نور UV و هم واکنش‌های شیمیایی تحریک‌شده توسط رطوبت را ترکیب می‌کنند و یک مانع در برابر نفوذ ناخواسته جوهر ایجاد می‌کنند، در حالی که همچنان اجازه می‌دهند سطح به‌خوبی پخته شود.

مطالعه موردی: جوهرهای UV-LED هیبریدی برای چاپ روی مقوا و چوب

یک شرکت بسته‌بندی موفق شد هزینه‌های انرژی مربوط به خشک‌کردن را تقریباً نصف کند، زمانی که به استفاده از جوهرهای هیبریدی UV-LED برای محصولات کارتنی خود روی آورد. این جوهرهای جدید حاوی مقدار بسیار کمی از مواد فعال‌کننده نوری هستند (حدود 3 درصد یا کمتر)، به این معنی که دیگر بوی نامطبوعی در حین تولید ایجاد نمی‌شود، با این حال در کمتر از دو ثانیه خشک می‌شوند. وقتی این فرمولاسیون جوهر روی سطوح چوب سخت نیز آزمایش شد، به یک سختی قابل توجه 4H با مداد دست یافت که نسبت به جوهرهای UV معمولی حدود 60 درصد بهتر بود. این سطح از عملکرد نشان می‌دهد که این مواد در سطوح مختلف به خوبی کار می‌کنند و بهبود واقعی در کیفیت و کارایی ایجاد می‌کنند.

بخش سوالات متداول

اهمیت انرژی سطحی در چسبندگی جوهرهای UV چیست؟

انرژی سطحی برای چسبندگی جوهرهای UV ضروری است، زیرا موادی که انرژی سطحی بالاتری نسبت به جوهر دارند، امکان گسترش و چسبندگی بهتری را فراهم می‌کنند. مواد با انرژی سطحی پایین نیازمند پیش‌تیمار برای اعمال موفقیت‌آمیز جوهر هستند.

جوهرهای UV روی زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر چگونه عمل می‌کنند؟

جودهای UV، به ویژه فرمولهای مدرن، چسبندگی بالایی را در شرایط تنش روی زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر حفظ می‌کنند و عملکردی بهتر از جوهرهای حلالی ارائه می‌دهند. آنها به خوبی با کشیدگی و شرایط محیطی تطبیق پیدا می‌کنند.

مزایای استفاده از سیستم‌های پخت UV-LED چیست؟

سیستم‌های پخت UV-LED با سرعت بیشتری پلیمریزاسیون انجام می‌دهند و گرمای کمتری تولید می‌کنند و بنابراین برای مواد ظریف ایده‌آل هستند. این سیستم‌ها کارایی را افزایش می‌دهند، هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهند و سرعت تولید را بهبود می‌بخشند.