С какими материалами лучше всего совместимы УФ-отверждаемые печатные краски в промышленной печати?

Основы совместимости УФ-печатных чернил и субстратов

Как химический состав УФ-отверждаемых чернил влияет на адгезию и долговечность

Благодаря содержащимся в них особым химическим веществам, олигомерам, создающим прочные связи при отверждении чернил, УФ-печатные чернила хорошо прилипают к различным материалам. Обычно эти чернила представляют собой смесь гибких акрилатных мономеров с веществами, называемыми фотоинициаторами, которые способствуют их быстрому затвердеванию под ультрафиолетовым светом. Некоторые клеи лучше всего работают на поверхностях, которые естественным образом притягивают их, например, стекло, обладающее поверхностным натяжением от 50 до 60 дин на сантиметр. Для материалов, сопротивляющихся склеиванию, таких как полиэтилен с поверхностным натяжением около 31 до 35 дин на сантиметр, требуются различные формулы. При печати на трудных поверхностях, таких как керамика или металл, многие производители добавляют в свои чернила силановые соединения. Такой приём помогает тому, чтобы продукты выдерживали царапины даже после многократного обращения с ними, делая их подходящими для требовательной промышленной упаковки, где важна долговечность.

Роль поверхностной энергии в определении успешности связывания УФ-чернил

Для обеспечения хорошего сцепления между поверхностями, материал, на который наносится печать, должен обладать более высокой поверхностной энергией, чем сама печатная краска, обычно в диапазоне от 32 до 38 миллиньютонов на метр. Материалы с низкой поверхностной энергией, такие как полипропилен, имеют показатель около 29 мН/м, поэтому для увеличения их поверхностной энергии выше порога в 38 мН/м требуются специальные обработки, такие как воздействие плазмы, коронный разряд или даже обработка пламенем. Это позволяет краске равномерно распределяться по поверхности, а не собираться в капли. Исследования показывают, что если акрил не обрабатывать заранее, он едва держится при испытаниях на отслаивание, всего лишь на уровне 2 Ньютона на сантиметр. Однако после обработки пламенем тот же акрил способен выдерживать усилия до 8,5 Н/см, что представляет собой улучшение на уровне трех раз. Эти результаты ясно демонстрируют важность правильной подготовки поверхности для достижения успешных результатов печати.

Тренд: Спрос на ультрафиолетовые чернила, совместимые с различными основами, в цифровой промышленной печати

С расширением ассортимента продукции, около двух третей производителей в настоящее время ставят УФ-чернила в приоритет. Эти чернила работают на пяти различных материалах или более без необходимости какой-либо специальной подготовки. Новый гибридный УФ-светодиодный материал на самом деле довольно хорош — он обеспечивает адгезию на шероховатых металлических поверхностях с текстурой от 60 до 100 микрометров, а также работает с тканых материалов — всё это в рамках одной печатной сессии. Это позволяет сократить частую замену чернил примерно на 40 процентов, согласно данным, полученным на практике. Также стоит упомянуть амфифильные олигомеры, которые набирают популярность в последнее время. Они позволяют использовать один тип чернил для обработки совершенно разных поверхностных характеристик. Таким образом, фабрики могут печатать непосредственно на обычном ПВХ-пластике, имеющем поверхностное натяжение около 33 миллиньютонов на метр, и сразу на стеклянных поверхностях с показателем около 50 мН/м, без необходимости какой-либо предварительной обработки. Это делает процессы более эффективными в условиях интенсивного производства.

UV-чернила на жестких основах: стекло, металл и керамика

Механизмы адгезии на материалах с высокой поверхностной энергией

UV-чернила очень хорошо прилипают к таким прочным материалам с высокой поверхностной энергией, как стекло, поверхностная энергия которого обычно составляет от 50 до 60 мН/м, и различным металлам, чья поверхностная энергия находится в диапазоне от 45 до 55 мН/м. При воздействии ультрафиолетового света на молекулярном уровне происходит интересный процесс: акрилатные олигомеры начинают полимеризоваться и образовывать прочные химические связи с гидроксильными группами, которые естественным образом присутствуют на этих поверхностях. Результатом являются действительно впечатляющие адгезионные свойства. Промышленные испытания показали, что при нанесении на закаленное стекло эти чернила способны выдерживать усилия отслаивания свыше 4,2 Ньютона на квадратный сантиметр. Такая прочность имеет большое значение в производственных условиях, где долговечность является абсолютно критичной.

Печать по стеклу и керамике: эффективность отверждения и устойчивость к царапинам

Современные УФ-отверждаемые чернила обеспечивают степень отверждения около 98 процентов при нанесении на стеклянные поверхности с использованием светодиодных УФ-систем с длиной волны 395 нм. Что это означает на практике? Печатные материалы могут выдержать примерно пять тысяч циклов испытаний на истирание в соответствии со стандартом ASTM D4060-14. Такая прочность делает эти печатные изображения идеальными для таких применений, как посуда, которая многократно проходит через посудомоечные машины, или декоративные стеклянные панели, используемые в зданиях. Еще одним большим преимуществом является то, что новые формулы чернил действительно довольно хорошо работают на чистых поверхностях без необходимости предварительной обработки грунтовкой. Это позволяет исключить дополнительный этап в производстве и сократить расходы на изготовление на двенадцать-восемнадцать процентов по сравнению со старыми керамическими декольными технологиями, требующими нанесения нескольких слоев и дополнительных технологических операций.

Металл и алюминий: влияние плазменной и коронной обработки

Последние исследования 2023 года в области инженерии подложек показывают, что атмосферная плазменная обработка повышает адгезию УФ-чернил к алюминиевым поверхностям примерно на 38%. Прочность связи увеличивается с 3,1 Н на квадратный сантиметр до 4,3 Н на квадратный см после обработки. Для стальных поверхностей коронный разряд также дает хороший результат, если его применять приблизительно при 12–15 Вт·мин на квадратный метр. Этот процесс делает поверхность пригодной для нанесения чернил, сохраняя при этом материал защищенным от ржавчины и коррозии. Что это означает для производителей? Эти передовые методы обработки позволяют применять современные технологии цифровой печати непосредственно на деталях автомобилей и бытовой технике. Больше нет необходимости использовать устаревшие методы тампопечати, требующие значительных трудозатрат и времени на настройку. По мере снижения стоимости и улучшения технологий индустрия постепенно переходит на более эффективные решения.

Кейс: Высокоскоростная маркировка бутылок с напитками с использованием УФ-чернил на стеклянной поверхности

Европейский розливочный завод увеличил выпуск продукции до 24 000 единиц/час, перейдя на УФ-отверждаемые чернила для цилиндрических стеклянных контейнеров. Мгновенное отверждение устранило смазывание при обработке, снизив процент брака с 2,1% до 0,4%. По истечении 12 месяцев хранения в охлажденном виде напечатанные этикетки сохранили оптическую плотность выше 2,2, превзойдя по показателям прочности альтернативные растворные чернила в испытаниях в пищевой промышленности.

Совместимость УФ-чернил с гибкими и низкоэнергетическими поверхностями

Проблемы печати на ПВХ, виниле и тонкопленочных полимерах

Многие распространенные материалы, такие как ПВХ, винил и тонкопленочные полимеры, обычно имеют поверхностную энергию около 32 дин/см или ниже. Это вызывает проблемы при работе с УФ-чернилами, которым для равномерного растекания по поверхности обычно требуется от 35 до 45 дин/см. Что происходит? Чернила собираются в капли вместо того, чтобы равномерно распределяться, и мы получаем на 30–40% меньшее покрытие, чем желательно. Однако недавние достижения в технологии олигомеров изменили ситуацию. Новые формулы снижают поверхностное натяжение чернил до 28 дин/см. Это позволяет достичь почти полной адгезии (около 95%) даже на нетreated пленках из полиэтилена низкой плотности (LDPE). Секрет заключается в модификации акрилатной химии, позволяющей добиться лучших результатов без необходимости специальной обработки поверхностей.

Эластичность подложки при механических нагрузках: растяжение и изгиб

Современные УФ-флексографские чернила сохраняют 95% адгезии после 500+ циклов изгиба на обертывании автомобилей, превосходя растворные чернила в соотношении 3:1. Такая устойчивость достигается за счет:

• Эластомерные смолы, допускающие удлинение на 15–20%
• Фотоинициаторы нано-размеров, позволяющие полностью отверждать при соотношении растяжения 150%
• 18-месячная устойчивость на открытом воздухе без растрескивания или расслаивания

Специализированные УФ-чернила для Tritan™, пластика и текстиля

Специальные составы, решающие проблемы с ранее трудными основами:

Исследование случая: Долговечная графика обертывания транспортных средств с использованием гибких чернил, отверждаемых УФ-излучением

Оператор коммерческого автопарка добился сохранения 98% графики в течение 18 месяцев при использовании чернил с низкой миграцией, сэкономив ежегодно 74 000 долларов США на расходах, связанных с повторным обертыванием. Система чернил выдержала термоциклирование от 85°F до -20°F, сохраняя при этом рейтинг 4,3/5 по ASTM D3363 по устойчивости к царапинам.

Методы предварительной обработки поверхности для повышения адгезии УФ-чернил

Коронный разряд, плазменная и огневая обработка: методы и эффективность

Правильный баланс поверхностной энергии играет большую роль в обеспечении надежного сцепления УФ-чернил. Процесс коронного разряда может повысить уровень поверхностной энергии полиэтилена с приблизительно 31 до 52 дин/см согласно стандартам ASTM, что позволяет производителям отказаться от дополнительных слоев праймера. Для автомобильных применений плазменные системы обеспечивают еще более высокие показатели, достигая 72 дин/см за счет ионной бомбардировки. В то же время, обработка пламенем действует иным образом, но столь же эффективно на полипропиленовых материалах, где поверхность окисляется в течение половины секунды при температуре около 1500 градусов Цельсия. Промышленные испытания, представленные на SPE Antec в прошлом году, показали, что различные методы обработки улучшают смачиваемость на 40–60% по сравнению с обычными необработанными материалами.

Измерение изменений поверхностной энергии после обработки для достижения оптимальных результатов

Тест с использованием дины по-прежнему считается золотым стандартом в большинстве отраслей, хотя существуют общепринятые ориентиры. Для жестких пластиков обычно хорошие результаты находятся в диапазоне 38–42 дины на сантиметр, тогда как для металлов обычно требуется значение ближе к 46–52 дины/см. В последнее время новые портативные устройства для измерения угла смачивания значительно изменили ситуацию. Они обеспечивают довольно точные цифровые показания с погрешностью плюс-минус 2 дины/см и занимают всего около 15 секунд, что действительно помогает сократить несоответствия при тестировании больших партий. Некоторые недавние исследования показали, что поверхности с уровнем энергии выше 45 дины/см, как правило, лучше взаимодействуют с УФ-чернилами, демонстрируя корреляцию почти 0,93 между этими факторами согласно исследованию, опубликованному в прошлом году в журнале European Coatings Journal.

Предотвращение переобработки: балансировка уровней дины и качества печати

Превышение 60 дины/см на пленках ПЭТ может вызывать трещины при удлинении менее 5% (Intergraf 2022). Оптимальная предварительная обработка требует точных параметров:

• плазменная мощность 3–5 кВт для пленок BOPP
• расстояние пламенного факела 15 мм для контейнеров HDPE
• доза коронного разряда 50 Вт/м² для ПВХ-листов
  Эти настройки предотвращают отслаивание краев при термоциклировании (-40 °C до 85 °C) и обеспечивают твердость по карандашу 4H в соответствии с ISO 15184.

Формулы УФ-чернил, специфичные для материала, и оптимизация отверждения

Химические корректировки для улучшения адгезии на трудных поверхностях

При работе с трудными материалами, такими как полипропилен и полиэтилен, ультрафиолетовые чернила требуют некоторых химических корректировок. Добавление фосфатных эфирных адгезионных добавок в концентрации около 8% помогает этим чернилам лучше прилипать к поверхностям, которые естественно их отталкивают. В то же время определенные типы олигомеров придают чернилам дополнительную гибкость, не нарушая их способности выдерживать агрессивные химические воздействия. Недавние исследования прошлого года показали еще одну интересную деталь. Когда производители включают от 12 до 15 процентов акрилированных мономеров в свои формулы, им удается сократить усадку при отверждении примерно на сорок процентов. Это существенно влияет на печать на таких предметах, как автомобильные детали или упаковка для пищевых продуктов, где отслаивание всегда является проблемой.

Производительность отверждения на композитах, ламинатах и материалах на древесной основе

В случае со шпоном и композитными материалами системы на основе УФ-светодиодов обеспечивают около 98% полимеризации в диапазоне 385-405 нанометров. Традиционные ртутные лампы не могут конкурировать с этим показателем, обеспечивая эффективность только около 75%. Основным преимуществом является то, что эти светодиодные системы выделяют меньше тепла, поэтому они меньше повреждают деликатные материалы в процессе обработки. Кроме того, производители отмечают, что скорость производства увеличивается примерно на 30% при производстве паркетной доски. Однако для древесноволокнистой плиты средней плотности (MDF) характерна иная ситуация. Пористая структура ДВП впитывает чернила, но умные производители разработали специальные формулы для двойного отверждения. Эти формулы объединяют активацию ультрафиолетовым светом и химические реакции, инициируемые влагой, создавая барьер против нежелательного проникновения чернил, при этом обеспечивая надлежащее отверждение по всей поверхности.

Исследование случая: гибридные УФ-светодиодные чернила для печати на картоне и дереве

Одной упаковочной компании удалось сократить расходы на энергию отверждения почти вдвое после перехода на использование гибридных УФ-светодиодных чернил для своих продуктов из гофрированного картона. Эти новые чернила содержат очень мало фотоинициаторов (около 3% или меньше), что означает отсутствие неприятных запахов во время производства, при этом они по-прежнему высыхают менее чем за две секунды. При испытаниях на поверхностях из твердых пород дерева эта формулировка чернил достигла впечатляющего показателя твердости по шкале карандаша 4Н, превзойдя обычные УФ-чернила примерно на 60%. Такая производительность показывает, что эти материалы хорошо работают на различных основах и обеспечивают реальные улучшения как в качестве, так и в эффективности.

Раздел часто задаваемых вопросов

Каково значение поверхностной энергии для адгезии УФ-чернил?

Поверхностная энергия критична для адгезии УФ-чернил, поскольку материалы с более высокой поверхностной энергией, чем у чернил, обеспечивают лучшее растекание и сцепление. Материалы с низкой поверхностной энергией требуют предварительной обработки для успешного нанесения чернил.

Как УФ-чернила ведут себя на гибких основах?

УФ-чернила, особенно современные составы, обеспечивают высокую адгезию на гибких подложках под воздействием нагрузки, обеспечивая превосходные эксплуатационные характеристики по сравнению с растворными чернилами. Они эффективно адаптируются к растяжению и воздействию окружающей среды.

Каковы преимущества использования УФ-светодиодных систем отверждения?

УФ-светодиодные системы отверждения обеспечивают более высокую скорость полимеризации с меньшим выделением тепла, что делает их идеальными для обработки деликатных материалов. Они повышают эффективность, снижают затраты на энергию и ускоряют производственные процессы.