S akými substrátmi sú UV tlačové farby najviac kompatibilné v priemyselnej tlači?

Základy UV tlačových farieb a ich kompatibility so substrátmi

Ako chémia UV žiaruvzdorných farieb ovplyvňuje adhéziu a odolnosť

UV tlačové farby dobre priľahujú k rôznym materiálom, pretože obsahujú špeciálne chemikálie nazývané oligoméry, ktoré vytvárajú silné väzby, keď farba tuhne. Tieto farby zvyčajne miešajú pružné akrylátové monoméry s niečím, čo sa nazýva fotoiniciátory, ktoré im pomáhajú rýchlo tuhnúť pod UV svetlom. Niektoré lepidlá najlepšie fungujú na povrchoch, ktoré ich prirodzene priťahujú, ako je sklo s povrchovým napätím okolo 50 až 60 dyne na centimeter. Pre materiály odolné voči priľnavosti, ako je polyetylén s povrchovým napätím okolo 31 až 35 dyne na centimeter, sú potrebné rôzne formulácie. Pri tlači na odolných povrchoch, ako je keramika alebo kov, mnohí výrobcovia pridávajú do svojich farieb silánové zlúčeniny. Tento trik pomáha výrobkom odolávať škrabaniam aj po opakovanom používaní, čo ich činí vhodnými pre náročné priemyselné balenie, kde je dôležitá odolnosť.

Úloha povrchovej energie pri určovaní úspešnosti väzby UV farieb

Aby medzi povrchmi došlo k dobrému priľnutiu, musí mať materiál, na ktorý sa tlačí, vyššiu povrchovú energiu ako samotná farba, zvyčajne niekde medzi 32 až 38 milinewtonov na meter. Materiály s nízkou povrchovou energiou, ako je polypropylén, dosahujú približne 29 mN/m, a preto vyžadujú špeciálne spracovanie, ako napríklad expozíciu na plazmu, koraonový výboj alebo dokonca plameňovú úpravu, aby sa zvýšila ich povrchová energia nad práh 38 mN/m. Tým sa dosiahne rovnomerné rozloženie farby na povrchu a zamedzí sa tvorbe kvapiek. Výskum ukazuje, že akryl, ktorý nebol predbežne upravený, vykazuje pri oddeľovacom teste iba 2 newtony na centimeter. Po plameňovej úprave však ten istý akryl vydrží sily až do 8,5 N/cm, čo predstavuje zhruba trojnásobné zlepšenie. Tieto výsledky jasne ukazujú, prečo je správna príprava povrchu taká dôležitá pre úspešný tlačový výsledok.

Trend: Dopyt po UV farbách nezávislých na substráte v digitálnej priemyselnej tlači

Keďže sortimenty produktov stále expandujú, dnes si okolo dvoch tretín výrobcov dáva UV atramenty na prvý pásik. Tieto atramenty fungujú na piatich alebo viacerých materiáloch bez potreby predchádzajúcej špeciálnej prípravy. Nová hybridná UV-LED technológia je vlastne celkom skvelá – priľne k drsným kovovým povrchom s textúrou medzi 60 až 100 mikrónmi a dokonca funguje aj na pleteninách všetko v jednej tlačovej relácii. To podľa zistení z praxe znižuje časté výmeny atramentov až o 40 percent. Zaujímavosťou poslednej doby sú aj tzv. amfifilné oligoméry. Tie umožňujú použiť jeden typ atramentu na spracovanie úplne rozličných povrchových vlastností. To znamená, že továrne môžu tlačiť priamo na bežný PVC plast s povrchovým napätím okolo 33 milinjutonov na meter alebo priamo na sklenené povrchy s hodnotou okolo 50 mN/m bez potreby akýchkoľvek predbežných úprav. Všetko to spolu zabezpečuje hladší chod v rušných výrobných prostrediach.

Výkon UV farieb na tuhých substrátoch: Sklo, Kov a Keramika

Mechanizmy priľnavosti na materiáloch s vysokou povrchovou energiou

UV farby sa veľmi dobre priľnú k tým náročným materiálom s vysokou povrchovou energiou, ako napríklad sklo, ktoré má povrchovú energiu približne 50 až 60 mN/m, či rôzne kovy s hodnotami medzi 45 až 55 mN/m. Po vystavení ultrafialovému svetlu sa na molekulárnej úrovni odohrá niečo zaujímavé – akrylátové oligoméry začnú skutočne polymerizovať a vytvárať silné chemické väzby s prirodzene sa vyskytujúcimi hydroxylovými skupinami na týchto povrchoch. Výsledkom sú niečo ako úžasné vlastnosti priľnavosti. Priemyselné testy ukázali, že pri tlači na kalené sklo odolávajú tieto farby oddeľovaciemu pôsobeniu síl vyšším než 4,2 Newtona na štvorcový centimeter. Takáto sila má veľký význam v priemyselnej výrobe, kde je odolnosť kritickou otázkou.

Tlač na skle a keramike: Efektívnosť vytvrdzovania a odolnosť proti škrabaniam

V súčasnosti môžu moderné ultrafialové inkousty dosiahnuť približne 98 percentnú úroveň vytvrdzovania, keď sú aplikované na sklenené povrchy pomocou LED UV systémov pracujúcich na vlnovej dĺžke 395 nm. Čo to prakticky znamená? No, potlačené materiály môžu odolať približne piatim tisícom testov odolnosti proti opotrebeniu podľa štandardu ASTM D4060-14. Takáto odolnosť zabezpečuje, že tieto potlače sú ideálne pre predmety ako riad, ktorý sa opakovane umýva v umývačke riadu, alebo dekoratívne sklenené panely používané v budovách. Ďalšou výhodou je, že novšie formulácie inkoustov fungujú pomerne dobre aj na čistých povrchoch bez potreby predchádzajúceho nanesenia základnej hmoty. Tým sa eliminuje jeden krok v procese výroby a znížia sa výrobné náklady približne o dvanásť až osemnásť percent v porovnaní so staršími keramickými dekorovacími technikami, ktoré vyžadujú viacvrstvovú štruktúru a dodatočné výrobné kroky.

Kovové a hliníkové aplikácie: Vplyv plazmového a korónového ošetrenia

Najnovšie výskumy z roku 2023 v oblasti inžinierstva substrátov ukazujú, že atmosférická plazmová úprava zvyšuje priľnavosť UV atramentu na hliníkových povrchoch o približne 38 %. Pevnosť spojenia stúpa z 3,1 N na štvorcový centimeter až na 4,3 N na štvorcový centimeter po úprave. Pre oceľové povrchy tiež funguje korónový výboj veľmi dobre, ak sa aplikuje približne na 12 až 15 wattminút na štvorcový meter. Tento proces pripravuje povrch na nanášanie atramentu a zároveň chráni materiál pred koróziou a rezivým poškodením. Čo to znamená pre výrobcov? Tieto pokročilé úpravy teraz umožňujú priame digitálne potlačovanie technikami, ako sú autodielové komponenty či domáce spotrebiče. Už nie je potrebné používať staršie metódy ako napríklad tampotlač, ktorá si vyžadovala veľa manuálnej práce a času na prípravu. Priemysel sa postupne presúva k týmto efektívnejším riešeniam, keďže náklady klesajú a technológia sa zdokonaľuje.

Prípadová štúdia: Rýchla označovacia technika nápojových fliaš pomocou UV atramentu na skle

Európska fľašovacia linka zvýšila výrobu na 24 000 jednotiek/hodina tým, že prešla na UV inkousty pre valcové sklenené nádoby. Okamžité vytvrdenie eliminovalo rozmazávanie počas manipulácie a znížilo podiel chybných výrobkov z 2,1 % na 0,4 %. Po 12 mesiacoch skladovania v chladeach si potlačené štítky udržali optickú hustotu nad 2,2, čím dosiahli lepšie výsledky ako rozpúšťadlové alternatívy v skúškach odolnosti v potravinárskom priemysle.

Kompatibilita UV inkoustov s pružnými a nízkoenergetickými povrchmi

Výzvy pri tlači na PVC, vinyl a tenké polymérne fólie

Mnohé bežné materiály, ako napríklad PVC, vinyl a tenké polymérové fólie, majú povrchovú energiu zvyčajne okolo 32 dyne/cm alebo nižšiu. To spôsobuje problémy pri práci s UV linkami, ktoré na rovnomerné rozliatie po povrchu zvyčajne vyžadujú hodnotu medzi 35 a 45 dyne/cm. Čo sa stane? Linka sa zoskupí do kvapiek namiesto rovnomerného rozlítia a dosiahneme až o 30 % až 40 % nižšiu krycí schopnosť, ako je žiaduca. Avšak nové vývojové pokroky v oblasti technológie oligomérov zásadne zmenili situáciu. Tieto nové formulácie dokážu znížiť povrchové napätie linky až na 28 dyne/cm. To umožňuje dosiahnuť takmer úplnú adhéziu (približne 95 %) aj na neupravených LDPE filmoch. Kľúč spočíva v úprave akrylátových zložiek, ktorá prináša lepšie výsledky bez nutnosti špeciálnych povrchových úprav.

Výkon pružných substrátov pod mechanickým namáhaním: Ťahanie a ohyb

Moderné UV flexografické farby udržiavajú 95 % adhéziu po 500+ cykloch ohybu na fóliách pre vozidlá, čím prekonávajú rozpúšťadlové farby v pomere 3:1. Táto odolnosť sa dosahuje prostredníctvom:

• Elastomérové pryskyričové matrice umožňujúce 15–20 % predĺženie
• Nanočastice fotoiniciátorov umožňujúce úplné vytvrdenie pri 150 % pomere natiahnutia
• 18-mesačná odolnosť vo vonkajšom prostredí bez praskania alebo oddeľovania vrstiev

Špeciálne UV farby pre Tritan™, plasty a textílie

Špeciálne formulácie teraz riešia historicky problematické podklady:

Prípadová štúdia: Trvanlivá grafika na vozidlá s flexibilnými ultrafialovými inkami

Prevádzkovateľ komerčnej vozovej súpravy dosiahol 98 % zachovania grafiky po dobu 18 mesiacov pri použití nízkoemigujúcich UV inkov, čím ušetril 74 000 USD ročne na nákladoch na prebalenie. Systém farieb odolal tepelnému cyklovaniu od 85 °F do -20 °F a zároveň udržiaval hodnotenie 4,3/5 podľa ASTM D3363 odolnosť proti škrabaniam.

Techniky predúpravy povrchu na zlepšenie adhézie UV inkov

Korónová, plazmová a plameňová úprava: metódy a účinnosť

Získanie správnej rovnováhy povrchovej energie je veľmi dôležitá otázka, keď ide o správne priľnutie UV atramentu. Proces kóronového spracovania môže zvýšiť hladiny povrchovej energie polyetylénu zo zhruba 31 na približne 52 dyne na centimeter podľa štandardov ASTM, čo znamená, že výrobcovia už nepotrebujú tieto extra vrstvy základného náteru. Pre automobilové aplikácie plazmové systémy posúvajú veci ešte ďalej, keď dosahujú až 72 dyne/cm pomocou techník iontového bombardovania. Medzitým funguje plameňová úprava inak, ale rovnako účinne na materiáloch z polypropylénu, kde sa povrchy oxidujú do polovice sekundy pri teplotách dosahujúcich približne 1 500 stupňov Celzia. Priemyselné testy predstavené na SPE Antec vlani ukázali, že tieto rôzne úpravy skutočne zlepšujú vlastnosti zmáčania o 40 % až 60 % v porovnaní s tým, čo vidíme u bežných neupravených materiálov.

Meranie zmien povrchovej energie po úprave pre optimálne výsledky

Dyne test je stále považovaný za zlatý štandard vo väčšine odvetví, aj keď existujú všeobecne akceptované referenčné hodnoty. Pre tuhé plasty zvyčajne dosahujeme dobré výsledky v rozsahu 38 až 42 dyne na centimeter, zatiaľ čo kovy zvyčajne vyžadujú niečo blízke 46-52 dyne/cm. Nové ručné prístroje na meranie kontaktného uhla v poslednej dobe výrazne zmenili situáciu. Poskytujú pomerne presné digitálne údaje s odchýlkou plus alebo mínus 2 dyne/cm a vykonajú meranie za približne 15 sekúnd, čo výrazne pomáha znížiť nekonzistentnosť pri testovaní väčších sérií. Niektoré nedávne štúdie zistili, že povrchy s energetickou úrovňou nad 45 dyne/cm fungujú lepšie s UV tlačovými farbami, pričom korelácia medzi týmito faktormi dosahuje až 0,93 podľa výskumu zverejneného vlani v časopise European Coatings Journal.

Zamedzenie nadmernému spracovaniu: Vyváženie hodnôt dyne a kvality tlače

Prekročenie hodnoty 60 dyne/cm na fóliách z PET môže pri 5 % predĺžení vyvolať trhliny v dôsledku napätia (Intergraf 2022). Optimálne predspracovanie vyžaduje presné parametre:

• 3–5 kW plazmový výkon pre BOPP fólie
• 15 mm vzdialenosť horáka pre kontajnery z HDPE
• 50 W/m² korónna dávka pre PVC dosky
  Tieto nastavenia zabraňujú dvíhaniu okrajov počás tepelného cyklovania (-40 °C až 85 °C) a zároveň zachovávajú tvrdosť 4H podľa tužkového pera podľa ISO 15184.

Formulácie UV tlačkových farieb špecifické pre materiál a optimalizácia ich vytvrdzovania

Chemické úpravy pre zlepšenú priehvezdosť na obtiažných podkladoch

Pri práci s odolnými materiálmi, ako je polypropylén a polyetylén, potrebujú UV atramenty z hľadiska chémie niektoré špeciálne úpravy. Pridanie fosfátových esterov ako adhéznych promotorov v koncentrácii okolo 8 % pomáha týmto atramentom lepšie prilnúť k povrchom, ktoré ich prirodzene odpudzujú. Medzitým určité typy oligomérov dávajú atramentu extra pružnosť, bez toho aby kompromitovali jeho odolnosť voči agresívnym chemikáliám. Nedávne výskumy z minulého roka ukázali aj niečo zaujímavé. Keď výrobcovia zahŕňajú medzi 12 a 15 percent akrylových monomérov do svojich zložení, skutočne znížia skrčok pri vytvrdzovaní o približne štyridsať percent. To má vplyv v praxi pri tlači na veciach ako sú autodieliky alebo obaly potravín, kde je vždy obava z odlupovania.

Výkon vytvrdzovania na kompozitoch, laminátoch a drevených materiáloch

Čo sa týka drevených fólií a kompozitných materiálov, UV-LED systémy dosahujú polymerizačnú účinnosť približne 98 % v rozsahu 385 až 405 nanometrov. Tradičné ortuťové lampy nedokážu konkurovať, keďže dosahujú účinnosť len okolo 75 %. Výraznou výhodou je, že tieto LED systémy vytvárajú menej tepla, a preto počas spracovania menej poškodzujú citlivé materiály. Navyše, výrobcovia uvádzajú, že výrobné rýchlosti stúpnu približne o 30 % pri výrobe podláh zo spájacieho materiálu. Vláknité dosky strednej hustoty však predstavujú inú výzvu. Pórovitá štruktúra MDF má tendenciu nasávať atrament, ale rozumní výrobcovia vyvinuli špeciálne dvojité žividlá. Tieto kombinujú aktiváciu UV svetlom s chemickými reakciami spôsobenými vlhkosťou, čím vytvárajú bariéru proti nežiaducemu prieniku atramentu a zároveň umožňujú správne vytvrdzovanie po povrchu.

Prípadová štúdia: Hybridné UV-LED atramenty na tlač na kartón a drevo

Jednej obalovej spoločnosti sa podarilo znížiť náklady na energiu na vytvrdzovanie takmer o polovicu, keď prešla na hybridné UV-LED atramenty pre svoje produkty z vlnitého kartónu. Tieto nové atramenty obsahujú veľmi málo fotoiniciátorov (približne 3 % alebo menej), čo znamená žiadne neprikré zápachy počas výroby, a napriek tomu sa stále vysušia menej ako za dve sekundy. Pri testovaní aj na povrchoch z tvrdeného dreva dosiahla táto formulácia atramentu významnú pevnosť 4H podľa stupnice ceruziek, čím prekonala bežné UV atramenty približne o 60 %. Takýto výkon ukazuje, že tieto materiály dobre fungujú na rôznych substrátoch a prinášajú skutočné zlepšenie kvality aj efektivity.

Číslo FAQ

Aký je význam povrchovej energie pri adhézii UV atramentov?

Povrchová energia je kľúčová pre adhéziu UV atramentov, pretože materiály s vyššou povrchovou energiou ako má atrament umožňujú lepšie roztiek a spojenie. Materiály s nízkou povrchovou energiou vyžadujú predúpravu na úspešnú aplikáciu atramentu.

Ako sa UV atramenty správajú na pružných substrátoch?

UV atramenty, najmä moderné formulácie, udržiavajú vysokú adhéziu na pružných substrátoch aj za namáhania, čím ponúkajú lepší výkon v porovnaní s rozpúšťadlovými atramentmi. Efektívne sa prispôsobujú predĺženiu a vonkajším podmienkam.

Aké sú výhody použitia UV-LED sušiacich systémov?

UV-LED sušiace systémy ponúkajú rýchlejšie polymérne reakcie s menším vývinom tepla, čo ich činí ideálnymi pre jemné materiály. Zvyšujú efektívnosť, znižujú energetické náklady a urýchľujú výrobné procesy.