Рост интереса к УФ-лакированию оправдан главными достоинствами технологии: качеством результата и скоростью закрепления. Статья — своеобразное введение в мир УФ-лакирования.
Лаковый слой защищает и придает поверхности глянцевый и матовый эффект. При УФ-лакировании эффект максимален и сопоставим с припрессовкой плёнки, но лакирование зачастую значительно экономичнее. Лак отверждается под воздействием УФ-излучения, есть два принципиально разных механизма: радикальный и катионный.
Состав УФ-материалов радикального отверждения
В состав УФ-лаков входят олигомеры, реакционноспособные мономеры-разбавители, фотоинициаторы и добавки.
Олигомеры | Практически весь комплекс свойств УФ-лаков (реология, скорость высыхания, химическая и механическая стойкость красочной пленки и др.) в первую очередь определяется плёнкообразующим компонентом — реакционноспособными олигомерами. Так их называют из-за функциональных акрилатных групп. Чаще всего в состав лаков входят следующие олигомеры. Эпоксиакрилаты — самые дешёвые и наиболее используемые из современных олигомеров, особенно популярны на основе ароматических бисфенолов. Полиэфиракрилаты — более дорогие и эластичные, но менее вязкие плёнкообразующие олигомеры. Распространённая основа: диэтиленгликоли, полиэтиленгликоли и полипропиленгликоли. Олигоуританакрилаты — самые дорогие, дают высококачественные и эластичные красочные плёнки с очень хорошей адгезией и стойкостью к истиранию.
Каждая группа придаёт УФ-краскам соответствующие свойства: либо большую реакционную способность, либо высокую текучесть, либо твёрдость или эластичность.
Реакционноспособные мономеры-разбавители | Полимеризуются наравне с олигомерами, формируя единую высокомолекулярную структуру твёрдой лаковой плёнки. Влияют на физико-химические и механические свойства красочных плёнок. Ответственны за характерный запах «сырых» УФ-лаков, поэтому исследователи и производители стараются создать материалы с минимальным количеством мономеров-разбавителей.
Фотоинициаторы | Энергии УФ-излучения даже самого жёсткого диапазона недостаточно для разрыва C=C-связей олигомера и мономера, поэтому в состав УФ-композиций вводят фотоинициаторы, которые за счёт поглощения энергии УФ-источника и соответствующих фотохимических реакций генерируют свободные радикалы. Последние и вызывают (инициируют) реакцию полимеризации акрилатных мономеров и олигомеров.
В УФ-композициях, наносимых тонкими слоями, содержание фотоинициаторов повышено (8-10%). При толстых слоях содержание всегда меньше (4-6%), иначе основная доля потока УФ-излучения будет поглощаться верхними слоями покрытия, а у основания композиция останется недостаточно отверждённой.
Нанесение
Офсетом | C помощью лакировальных машин. Их аппарат — стандартная двухвалковая или реверсивная трёхвалковая система (один валик вращается навстречу остальным), что позволяет наносить больше лака. Ещё один вариант — камер-ракельная система. C помощью лакировальных секций. Могут быть оснащены подобно лакировальным машинам. С помощью красочных аппаратов офсетных печатных машин. Посредством увлажняющих аппаратов офсетных печатных машин.
Флексография | Различные типы флексографских УФ-подготовленных машин.
Трафарет | Трафаретные машины.
Глубокая печать | Машины глубокой печати.
Закрепление
Для отверждения нанесённых лаковых слоёв чаще используются лампы, наполненные ртутью и ксеноном. В зависимости от их мощности процесс разгорания продолжается несколько минут. Количество ламп зависит от типа сушильных устройств: как правило, 2-3 в каждой сушке. Предусматривается и регулировка работы каждой лампы в отдельности (включение/выключение) и управление мощностью источника излучения. Все технические характеристики лампы — мощность (Вт), напряжение (В), область излучения (нм), поток излучения (Вт), срок службы (ч), размеры (мм), длина дуги (мм) — включены в индивидуальный паспорт лампы.
Помимо лампы, важная часть сушильной установки — рефлектор. Во многих сушках есть система охлаждения. С лампами и рефлектором обращайтесь предельно осторожно и регулярно очищайте. На лампе и рефлекторе не должно оставаться следов пальцев! Чистку производите изопропиловым спиртом, безворсовой салфеткой. Лампы меняйте согласно рекомендациям изготовителя, фиксируя срок службы в часах. После замены отрегулируйте мощность новых ламп, во избежание проблем с закреплением и адгезией лаковой плёнки. УФ-сушка располагается после лакового модуля. Прохождение листа через длинную приёмку благотворно влияет на температуру стапеля, что позволяет работать на более высоких скоростях.
В отличие от воднодисперсионных, процесс сушки УФ-лаков не физический, а химический. Период воздействия УФ-излучения — около одной секунды, в течение которой происходит отверждение лакового слоя, но отлакированный оттиск приобретает конечные показатели стойкости только спустя несколько часов. Это зависит от многих факторов — типа запечатываемого материала, красок, лаков и т. п.
Температура стапеля должна быть максимально низкой. Всегда проверяйте: нельзя ли достичь того же результата с меньшими мощностью или количеством ламп. При повышении скорости машины мощность лампы должна автоматически повышаться.
Производители лаков разрабатывают рецептуры в зависимости от требований. Прежде чем начинать использовать УФ-лаки, надо максимально подробно определиться с требованиями к лаку, тогда удастся сэкономить время и избежать неприятностей.
Работа с УФ-лаками
Вязкость | Перед тем как измерять вязкость лака 4-мм воронкой, его следует хорошо перемешать и определить температуру. Значение вязкости, указанное в спецификациях, измерялось при 20 °С. Если температура лака сильно отличается, то и вязкость будет иной, поэтому храните и используйте лак при комнатной температуре. Для измерения вязкости воронка погружается в лак, затем вытаскивается — в этот момент засекают время до полного вытекания лака из воронки (прерывания лаковой «нити», выходящей из воронки). Важно, чтобы в воронке не было пены, иначе результат будет неверным. УФ-лаки реагируют на температурные колебания сильнее, чем воднодисперсионные.
Валики | Обрезинивание всех валиков, контактирующих с УФ-лаками и смывочными средствами, должно быть из специального материала (рекомендуется на основе EPDM), стойкого к агрессивным составляющим УФ-лаков и смывок. Выбор валиков согласовывайте с поставщиком.
Очистка | Во время чистки используйте перчатки, поскольку смывки для УФ-лаков агрессивны.
Нанесение лака через офсетное резинотканевое полотно | Используйте только специальные полотна, стойкие к УФ-лакам. Не применяйте резинотканевые полотна для традиционных материалов, которые набухают при использовании их с УФ-лаками.
Нанесение лака фотополимерными формами | Используйте только стойкие к УФ-лакам формы.
Решения проблем при лакировании
Проблемы закрепления | Проверьте рабочий ресурс ламп, сопоставив со спецификацией производителя. Каждую смену ламп документируйте. Производительность лампы контролируется вольтметром или амперметром. Проблемы с закреплением возникают также при истечении срока годности лака.
Степень закрепления лака проверяется быстрым тестом: возьмите салфетку, смоченную ацетоном, и без усилия потрите лаковую поверхность. Хорошо закрепившийся лак должен выдержать 10 трущих движений. Строгий тест: на проверяемую поверхность капните 0,2 мл ацетона, спустя 10 с промокните хлопчатобумажной салфеткой. Степень повреждения поверхности оценивается от 0 до 5.
0 - нет видимых изменений (всё в порядке);
1 - можно обнаружить еле видимые изменения глянца (изменений в процесс лакирования не требуется);
2 - лёгкие изменения в глянце (увеличьте мощность УФ-ламп, если заметно общее уменьшение глянца);
3 - сильные изменения в глянце, но структура поверхности лака не нарушена (увеличьте мощность УФ-ламп и немного уменьшите скорость транспортировки);
4 - сильные изменения в глянце, структуре поверхности лака (проверьте УФ-лампы, возможно, необходима замена части ламп);
5 - структура поверхности лака сильно изменена или разрушена (замените лампы, проверьте весь процесс; работу продолжать нельзя).
Нарушение растекания лака | Проверьте, соответствует ли вязкость лака рекомендациям производителя оборудования. Перед лакированием стапель должен быть акклиматизирован. Позитивно влияет на растекание лака повышение температуры, например, внешний нагрев лака до 40 °С или дополнительное воздействие ИК-излучателей в лаковом модуле. Неравномерность растекания возникает из-за воздействия лакируемого материала (поверхность материала, печатные краски, противоотмарывающий порошок, остаточная влажность). При смене запечатываемого материала рекомендуется предварительное тестирование. Если повышение температуры не помогает, добавьте средство, улучшающее растекание. Минимальная дозировка — 0,1%, при необходимости увеличьте, но не более 1% (передозировка может привести к пенообразованию и т. н. «апельсиновой корке»).
Плохое смачивание поверхности | Проверьте поверхностное натяжение подложки, оно должно быть не ниже 34-36 дин/см. Печатные краски с повышенным содержанием воска, противоотмарывающий порошок с силиконовым покрытием, неправильно подобранный праймер — причины нарушения смачивания. Если это предусмотрено конструкцией машины, лучше включить коронный разряд или ИК-облучатели перед нанесением лака. Смачиваемость повышает соответствующая добавка. Передозировка негативно влияет на гладкость поверхности лака, возможно образование пены. Если в конструкции машины не предусмотрена предварительная обработка лакируемой поверхности коронным разрядом или ИК-излучателями, попробуйте пропустить весь стапель (3000-4000 листов) без лака через УФ-сушку и так активировать поверхность. Затем сразу те же листы вторым проходом залакируйте УФ-лаком.
При устранении дефектов смачивания надо одновременно контролировать стойкость к царапинам и возможность бигования. Вариант устранения плохого смачивания — подобрать другой праймер.
Недостаточный глянец | Предпосылка оптимального глянца — максимально гладкая поверхность. Для этого обеспечьте достаточное расстояние между лаконаносящим устройством и УФ-сушкой, подходящую вязкость, температуру лака и скорость машины. Или просто увеличьте количество лака.
Стойкость к истиранию и царапинам | Проверяется ногтем. Если лак легко сцарапывается, причина в ломкости и хрупкости лаковой плёнки. Хрупкость лака появляется, если плёнка лака слишком сильно отверждена. Ещё одна причина — недостаточная адгезия к запечатываемому материалу. При отверждении УФ-лаков лаковый слой усаживается, так как объём наносимого жидкого лака меньше, чем высохшая лаковая плёнка. При усадке возникают напряжения, и только хорошая адгезия лака к запечатываемому материалу гарантирует устойчивость к царапинам. Краски, содержащие воск, и любые другие, содержащие поверхностно-активные вещества, плохо подходят для последующего УФ-лакирования. Решение — праймеры, обеспечивающие необходимую адгезию между красочным слоем и плёнкой УФ-лака.
Противоотмарывающие порошки | Негативно влияют на УФ-лакирование. Их количество должно быть минимизировано, а лучше вообще от них отказаться. Например, наносить праймер методом «сырое по сырому» в офсетной машине. Если это невозможно, перед УФ-лакированием следует снять порошок с отпечатанных листов.
Впитывание лака в подложку | При лакировании отличных по степени впитываемости запечатываемых материалов УФ-лак впитывается по-разному.
Температура стапеля | Должна быть минимальной. При проведении предварительных тестов добейтесь оптимального закрепления лака при минимальных производительности и количестве ламп. При замене ламп контролируйте их мощность. Оптимальная температура в стопе — 35-38 °С.
Двустороннее лакирование бумаги | Лучше применять специальные лаки.
Разбрызгивание, лаковый туман | Проверьте вязкость лака — скорее всего, именно в этом причина дефекта. Мелкие брызги лака попадают в дыхательные пути и наносят вред здоровью.
Запах | В случае недостаточного высыхания лака может оставаться несильный запах акрилатов или фотоинициатора.
Образование пены | Если лак сильно пенится, что хорошо видно в ванне или в зазоре между валиками, добавьте пеногаситель. Лёгкое вспенивание в канистре неопасно. Вводите как можно меньше добавок (0,1–0,3%) — передозировка нарушает лаковую плёнку.
Одностороннее лакирование на двустороннем мелованном материале | Из-за нагрева в УФ-сушке мелованный слой на обратной стороне бумаги может стать термопластичным и в стапеле под давлением склеится с лаковым слоем. Применяйте только специальные лаки для таких видов бумаги и контролируйте температуру стапеля.
Требования к краскам и запечатываемому материалу
Выбирайте краски, стойкие к щёлочи и смеси растворителей согласно DIN 16524. Если их использовать нельзя, проинформируйте поставщика лаков, и он подберёт подходящий. Праймер и УФ-лак должны согласоваться друг с другом.
Матовые УФ-лаки
Проблемы сходны с воднодисперсионными лаками. Низкий уровень матовости, частый дефект в виде неровной поверхности — рисунок древесины. Необходимо тщательно перемешать лак, так как матирующие добавки имеют склонность к осаждению.
УФ-лаки, воспринимающие клей
Существуют УФ-лаки, позволяющие дальнейшую склейку. Если планируете перед лакированием применять праймер, на места склейки его лучше не наносить. Не забудьте поставить в известность поставщика клея, что планируете применять УФ-лак. Для качественного склеивания УФ-лак желательно наносить прямо на картон, места склейки не запечатывать.
УФ-лаки для тиснения фольгой
Здесь недостаточно применять лаки со специальными свойствами, надо ещё проверить на совместимость остальные параметры. Для хорошего взаимодействия фольги с запечатываемым материалом лучше под УФ-лак применять Tesa-стойкий праймер, а после этого — УФ-лак, предназначенный для последующего тиснения фольгой. В описании, их сопровождающем, есть список оптимальных по результатам испытаний марок фольги. В лаки для последующего тиснения фольгой запрещено добавлять вспомогательные средства (смачиватель, пеногаситель и проч.).
УФ-лакирование в линию в машинах с двойной лакировальной секцией
Для достижения высокого глянца лучше, чтобы первая и вторая лакировальные секции были оснащены камер-ракельной системой. Оптимальны ячейки анилокса большого объёма — 20 смЁ/м╡. Особенно высокий глянец достигается при анилоксах с углом наклона ячеек 45°. Во время перехода из первой секции во вторую праймер должен успеть максимально высохнуть, поэтому желательно оснащение машины промежуточной сушкой (инфракрасной или тёплым воздухом). Праймер и УФ-лак должны согласоваться друг с другом.
УФ-лаки на катионной основе
Среди лаков, закрепляющихся под действием УФ-излучения, катионные образуют особое семейство. Речь о лаках на основе кислотоотверждаемых эпоксидных систем. Фотоинициаторы для них — специальные соединения (четвертичные ониевые соли кислот Льюиса, например, триарилсульфониевые соли), которые под воздействием УФ-облучения распадаются с образованием активного катиона, инициирующего полимеризацию. В качестве связующего-плёнкообразователя выступают эпоксидные смолы — обычно низковязкие алифатические эпоксиды, полимеризующиеся по катионному механизму с раскрытием эпоксидного цикла.
Главные особенности катионных УФ-лаков — низкая чувствительность к кислороду и дальнейшая полимеризация даже в темноте. Начальный мощный импульс УФ-облучения необходим для высокого выхода инициирующих катионов. Скорость катионных композиций закрепления ниже, чем у радикальных, зато внутренние напряжения в отверждённом полимере успевают релаксировать за счёт конформационных перегруппировок макромолекулярных цепей. Поэтому катионные УФ-материалы имеют очень высокую адгезию, в т. ч. к проблемным субстратам.
Применение катионных композиций целесообразно, только когда требуется очень высокая адгезия к пластикам и металлам или при жёстких требованиях к термостойкости и химической устойчивости отлакированного оттиска. Ещё одно достоинство катионных систем — отсутствие проблем с раздражающим действием и запахом, которые присущи радикальным лакам.
Об авторе: Валентина Борисова (valya.borisova@oktoprint.ru), технолог ООО «Хостманн-Штайнберг РУС».
Меры безопасности
Акрилаты, входящие в состав УФ-лаков, как правило, маркируются по классу опасности Xi — при контакте с УФ-лаками могут раздражаться дыхательные пути, глаза и кожа. При прямом контакте есть опасность проникновения опасных веществ под кожу. Факторы R маркируются в зависимости от раздражаемых органов:
R36 — глаза;
R37 — органы дыхания;
R38 — кожа;
R43 — дополнительное раздражение при контакте с кожей.
Акрилаты имеют разную маркировку, в зависимости от агрессивности.
Только выполняя все правила охраны труда и мероприятия по защите окружающей среды, можно работать с УФ-технологиями без всякого риска. Необходима хорошая вентиляция. При контакте лака с кожей немедленно смойте его водой с мылом и замените испачканную одежду. Следы лака на коже ни в коем случае не удаляйте органическими растворителями — нарушается естественная защита кожи, и молекулы акрилатов могут легко проникнуть под неё. Естественную защиту кожи усилит крем для рук, наносимый после каждого мытья. При попадании в глаза промойте их под струёй воды и обратитесь к окулисту. При раздражении органов дыхания выйдите на свежий воздух.
При недомогании или головокружении немедленно обратитесь к врачу!
Контроль и тестирование при УФ-лакировании в линию
1) Нанесение праймера на запечатываемый материал - проверка высыхания праймера.
2) Нанесение Уф-лака на запечатываемый материал - проверка закрепления УФ-лака: ацетоновый тест, проверка ногтем на стойкость к царапинам.
3) Нанесение праймера и УФ-лака на запечатываемый материал - проверка закрепления: ацетоновый тест, проверка ногтем на стойкость к царапинам.
Измерение глянца: в зависимости от запечатываемого материала он должен быть 75–90 единиц.
Пункты 1–3 выполняются без предварительного запечатывания красками, на чистый материал.
4) Печать красками: нанесение праймера - проверка смачиваемости и сушки.
5) Печать красками: нанесение праймера, нанесение УФ-лака - проверка смачиваемости: проверка на закрепление и стойкость к царапинам на чистых, незапечатанных участках (ацетоновый тест и проба ногтем).
6) Поверхность лака должна быть сухой, так как процесс закрепления идёт только под воздействием УФ-излучения.
7) Ацетоновый тест и проба ногтем на незапечатанных участках должны быть всегда положительны.
8) Стойкость к царапинам на запечатанных участках всегда проверяется после полного закрепления краски.
9) Производительность ламп нужно устанавливать так, чтобы всегда гарантировать оптимальное закрепление. Во вторую очередь надо учитывать температуру стапеля.
10) Первый стапель с залакированной продукцией нужно контролировать на отмарывание и склеивание. Они могут быть связаны со свойствами мелованного слоя на обратной стороне листа.
11) Во время производства температура стапеля должна контролироваться штыковым термометром, особенно в нижней части стапеля.
