Системы УФ-отверждения <SUP><i><A HREF="#vr">*</A></i></SUP>

Технологии энергетического отверждения продолжают развиваться и наращивать эффективность

«Практически все согласны с тем, что един-ственный шанс для флексографской типографии конкурировать с офсетом и глубокой печатью — использовать УФ-краски, — делится впечатлениями Малкольм Рей, исполнительный директор компании GEW. — Особенно это актуально в последнем случае. УФ-краски обеспечивают насыщенность оттенков, стабильность, небольшое растискивание, требуют минимального внимания оператора в процессе печати — всё это даёт типографии дополнительную прибыль».

По приблизительным оценкам, максимум 25% типографий узкорулонной печати работают исключительно с УФ-отверждаемыми красками и лаками. Но ведь ещё 10 лет назад их было не более 5% — технология действительно приживается. Она знакома всем представителям узкорулонной печати. Как правило, устанавливают одну УФ-секцию в конце машины для нанесения защитного лака, когда не используется ламинат. За десятилетия работы полиграфистов с УФ-отверждением его базовые принципы не претерпели изменений. Но не стоят на месте производители оборудования, постоянно его совершенствующие.

Поставщики таких систем считают, что уровень знакомства с их продуктами разнится среди типографий: хотя некоторые постигли технологию от и до, большинство знакомы лишь с основами. В статье мы ещё раз остановимся на принципах УФ-отверждения и расскажем о последних достижениях в этой области.

Основы

УФ-отверждаемые покрытия, краски и адгезивы состоят из олигомеров, мономеров и фотоинициаторов, а также пигментов и др. При попадании на них световой энергии с определённой длиной волны — в данном случае УФ-излучения — фотоинициаторы распадаются на свободные радикалы, представляющие собой молекулы кислорода с высокой энергией.

В процессе перемещения радикалы сталкиваются с олигомерами и мономерами, соединяясь с ними. «При успешном УФ-отверждении вы получаете матрицу, сшитую из полимерных цепей, — поясняет Марк Тауш, сотрудник исследовательского отдела UVTechnology, подразделения Mark Andy. — По его завершении образуется прочная полимерная плёнка». Отметим, что 90% УФ-систем базируются на свободных радикалах. В остальных — катионные фотоинициаторы с принципиально иной химией.

В электромагнитном спектре длина УФ-волн меньше, чем у видимого света, волны которого короче, чем у ИК-излучения (играющего заметную роль в процессе УФ-отверждения). Энергия УФ-излучения измеряется в нанометрах (нм), а интересующий нас диапазон 250—445 нм делится на четыре категории: UVA (315—380 нм), UVB (280—315 нм), UVC (220—280 нм) и UVV (394—445 нм).

Дополнительная иллюстрация предоставлена компанией UV-Service

Для отверждения УФ-красок и лаков чаще всего используют ртутные лампы. «Такая лампа работает в диапазоне спектра UVC, — поясняет Дик Стоув, технический директор Fusion UV Systems. — Обычно с их помощью отверждают лаки, долгое время бывшие единственным применением УФ-технологий в полиграфии. Печатники считают, что отверждать лаки просто, а краски — сложно, т. к. последние иначе реагируют на УФ-излучение.

Реакцию фотоинициаторов на световые волны разной длины можно сравнить с фотографией. Принцип действия тот же, что у цветной плёнки. Поскольку в состав лака входит фотоинициатор с короткой длиной волны, для него оптимально подойдёт обычная парортутная лампа. Но чем длиннее волна, тем легче проходит через материал. Необходимость использования других фотоинициаторов и ламп, ориентированных на более длинные волны спектра, — вот о чём забывают, переходя на работу с УФ-красками».

Металлогалогенные лампы — ртутные лампы высокого давления, содержащие йодиды металлов, в т. ч. редкоземельных, что улучшает их волновые характеристики. «Такая комбинация обеспечивает расширенный цветовой спектр, — комментирует Стоув. — Это наиболее простой способ изменить «цвет» лампы, дабы увеличить спектр отверждения. Цвет — термин, относящийся исключительно к видимой части спектра, и, с технической точки зрения, неверный, но мы пользуемся собственной терминологией.

У нас вообще масса неверных терминов, — шутит он. — Здесь повсюду олигомеры, мономеры и «мисномеры», т. е. неправильные названия».

Часть полиграфических красок (чёрные и ряд белых) отверждаются более длинными волнами, для них подходит UVA- и UVB-излучение, получаемое с помощью металлогалогенных ламп.

«Лампа с галоидом железа выделяет энергию в спектре 340—400 нм, достаточную для отверждения чёрной краски, — рассказывает Боб Бландфорд, вице-президент Miltec UV. — Конечно, она поглощает УФ-излучение на определённых длинах волн ниже 340 нм — рабочем диапазоне стандартной ртутной лампы (60—70% её энергии приходится на этот интервал спектра).

В результате, краска становится похожей на губку: в поверхностном слое закрепится, но в месте контакта с подложкой — нет. Элементарный тест с липкой лентой продемонстрирует её нестойкость.

При отверждении чёрной краски парортутными лампами приходится значительно снижать скорость печати.

Это серьёзная проблема для узкорулонных типографий, где часто работают с пластиками, и приходится учитывать влияние температуры. Если флексографские краски сушить шестью лампами на половинной скорости, полотно будет сильно нагреваться».

Как бороться с нагревом

Тепло может стать серьёзной проблемой. Всего четверть выделяемой УФ-лампой энергии приходится на ультрафиолетовый спектр. Значительная её часть — высокотемпературная инфракрасная энергия. «Лампы с галоидами металла менее долговечны, чем чистые парортутные лампы, — поясняет Марк Хан, вице-президент по продажам и маркетингу AAA Press International. — К тому же генерируют значительно больше тепла: 35-40% их спектра составляет ИК-излучение. Поэтому при работе с плёнками обычные ртутные лампы предпочтительнее».

«ИК-излучение выделяет кварцевая колба лампы, а не ртутные пары, — рассказывает Стоув. — Один из способов его уменьшить — взять лампу меньшего диаметра, что зачастую невозможно, ибо у дуговых ламп большой диаметр. Пользователь должен знать, что причина ИК-излучения — кварцевая колба, с увеличением площади которой оно нарастает».

В большинстве УФ-систем для удаления лишнего тепла встраивают системы охлаждения — воздушные (считаются эффективнее) или водяные.

По словам Стоува, есть несколько типов воздушного охлаждения: вытяжное, отводящее от камеры отверждения нагретый воздух, на место которого снаружи поступает охлаждённый; приточное, использующее систему принудительного нагнетания воздуха. Другой, пассивный, метод заключается в охлаждении нагреваемого полотна воздухом помещения, естественным образом смешиваемого с нагретым.

«Если полиграфист жалуется на избыток тепла, значит, он неэффективно использует УФ-технологию, — считает Стоув. — Причина может быть в некачественно спроектированной вентиляции или отсутствии дихроичных отражателей. В узкорулонной печати полотно охлаждается за счёт скорости, снижающей влияние температуры на запечатываемый материал. Чем больше длина волны и сильнее излучение, тем эффективнее и быстрее происходит отверждение. Главный фактор — скорость. На втором месте — повышение производительности подбором ламп и красок».

О пользе дихроичных отражателей

УФ-лампа заключена в корпус, внутренняя поверхность которого — отполированный до зеркального блеска алюминий. От её состояния зависит работа лампы, ведь покрытие отражает на полотно рассеивающийся свет. Рефлекторы проектируют так, чтобы отражённый свет фокусировался на нужных участках полотна. Несколько лет назад появилась новая разработка: усовершенствованный рефлектор, отводящий от полотна большую часть ИК-излучения, но отражающий на него УФ-лучи.

«По сути, это ИК-фильтр, отводящий до 40% энергии, — говорит Хан. — Иногда его наносят на стеклянные кварцевые рефлекторы, но они не так эффективны, как алюминиевые. Дихроичные покрытия в сочетании с регулируемой подачей энергии позволяют снижать интенсивность излучения в зависимости от скорости печатной машины».

Излучение УФ-сушки с обычным алюминиевым рефлектором

Излучение УФ-сушки с дихроичными рефлекторами и фильтрами. Диаграммы предоставлены компанией UV-Service

«Это так называемое «холодное зеркало», — рассказывает Бландфорд, — впрочем, поскольку лампы по-прежнему отдают достаточное количество ИК-тепла, вернее называть его «тёплым». Рефлектор, закрывающий около 70% лампы, поглощает часть ИК-излучения, избавляясь от которого, вы снижаете температуру. ИК-энергия не исчезает бесследно. Рефлектор нагревается и может покоробиться, если спроектирован неверно. Соответственно, тепло необходимо отводить».

«Если вы правильно подобрали лампу, не забыли о дихроичном покрытии, но по-прежнему не избавились от проблем с перегревом, поместите между рефлектором и полотном специальное кварцевое стекло, т. н. «горячее зеркало», — добавляет Бландфорд. — На его оборотную сторону нанесено специальное покрытие, отражающее ИК-излучение обратно на рефлектор. Для 12-дюймовой лампы его стоимость — 1500-2000 долл. И это разумная цена. Я встречал и дороже. Дихроичные материалы сокращают ИК-излучение на 10—60%. Многое зависит от скорости машины.

При 6 м/мин (минимальная скорость) температура упадёт на 100%. При 90 м/мин выигрыш составит менее 5%. Чем быстрее печатает машина, тем меньший эффект дают рефлекторы. В вопросах температуры ваш главный союзник — скорость».

Технологические новинки

Представитель GEW Малкольм Рей отмечает позитивные сдвиги в УФ-отверждении: «Для опытного печатника возможности с каждым днём всё шире. Новые компьютеризированные источники питания позволяют точно контролировать подачу энергии, что означает потенциальную экономию до 30%. Интегрируя параметры УФ-систем в АСУТП, вы гарантируете, что технологические параметры, проверка состояния рефлекторов и замена ламп будут стабильными и регулярными. Активно развивается рынок катионных УФ-красок. Индустрия пищевых продуктов и напитков медлила с внедрением УФ-технологий для упаковки, ссылаясь на проблемы с запахом, отмарыванием и миграцией компонентов. Катионные краски и лаки не содержат вызывающих запах фотоинициаторов и полностью отверждаются при экспонировании. Отверждение катионных красок требует большей интенсивности УФ-излучения по сравнению с традиционными на основе свободных радикалов, и это должны учитывать поставщики оборудования».

Схе­ма по­стро­е­ния и прин­цип дей­ст­вия дих­ро­ич­ных по­кры­тий, пред­на­зна­чен­ных для сни­же­ния ИК-из­лу­че­ния как в реф­ле­к­то­ре, так и в «го­ря­чем» зер­ка­ле ме­ж­ду лам­пой и по­лот­ном (Ил­лю­ст­ра­ция пре­до­с­та­в­ле­на ком­па­ни­ей Miltec)

Опытные операторы знакомы со многими тонкостями УФ-технологии, но предпочитают оставлять технические аспекты поставщикам. «Главное — это отверждение, — говорит Джил Дулонг, печатник и партнёр G&D Advanced Flexographic Technologies. — Никаких лишних подробностей — только функциональность. Надёжное отверждение краски на указанной скорости — вот всё, что нам нужно».

Краски и лаки разных производителей включают различные фотоинициаторы, а также их комбинации. Поэтому для них могут использоваться УФ-лампы с разными спектрами излучения. Сдвиг спектра в ту или иную сторону достигается добавлением легирующих добавок в состав наполнителя ламп. Это могут быть соли железа, галлия и др. Поэтому, прежде чем заказывать новые лампы, уточните у производителя красок, какой спектр излучения наиболее благоприятен для закрепления данной серии лаков и красок.

Диапазон излучения ртутной лампы довольно широк. На долю ультрафиолетового излучения приходится около 17-20% (с основным пиком на длине волны — 365 нм, что подходит для большинства лаков и красок). На долю видимого света — до 5 %. Остальное — высокотемпературная инфракрасная энергия.

Среди изготовителей воздушных систем охлаждения — GEW, Araytech, UV-Technology, водяных — DPL, Dr. Hoenle. И у каждой — плюсы и минусы. При воздушном важную роль играет качество охлаждающего воздуха, а именно, наличие в нём пыли и примесей, от которых сложно избавиться в условиях типографии. Недостаток систем водяного охлаждения — высокие требования к обслуживанию.

Андрей Семичев (uv-service@mail.ru), генеральный директор компании UV-Service

Степень влияния параметров н апроцесс УФ-отверждения оценивают специалисты компании UV-Service

^* Печатается с разрешения журнала Label & Narrow Web, www.labelandnarrowweb.com