Урок 7: Применение для полиграфии

Краски (здесь и далее подразумеваются также чернила для струйной печати. — Прим. редакции Publish), которые используются для печати, с точки зрения химического состава в большинстве случаев можно отнести к одному из трёх основных классов: 1) традиционные — сольвентные; 2) водные и 3) энергетически отверждаемые. У всех этих трёх типов есть свои достоинства и недостатки. Сольвентные краски используются в полиграфии намного дольше, чем краски двух других типов, поэтому качество и производительность именно сольвентной печати часто используют как образец для сравнения с другими видами печати. Преимущества сольвентных красок — большая скорость и высокое качество печати. Но использование сольвентных красок сопряжено со всё бóльшими трудностями из-за становящегося всё более строгим природоохранного законодательства. Если сушка запечатанного материала от сольвента-растворителя — отдельный шаг, выполняемый с помощью специального сушильного оборудования, то возможна остановка подачи материала или слипание запечатанных поверхностей (если сворачивание запечатанного материала в рулон выполняется слишком быстро — до полного высыхания запечатанной поверхности). Кроме того, растворитель-сольвент, который входит в состав краски, может сильно и неблагоприятно повлиять на уровень адгезии краски и на стабильность её поведения в процессе печати.

Если вместо органического растворителя-сольвента использовать воду, то есть перейти к водным краскам, то они обойдутся дешевле сольвентных и будут легче высыхать. Но и водные краски не избавляют от проблем, присущих сольвентным, — от слипания и других сложностей с высыханием. Кроме того, водные краски, возможно, окажутся неспособными к полимеризации с образованием поперечных связей и, следовательно, дадут химически малостойкий отпечаток.

Технология печати энергетически отверждаемыми красками (т. е. отверждаемыми УФ-излучением или электронным пучком), благодаря своим многочисленным достоинствам, смогла значительно расширить свою рыночную нишу. Быстрота полимеризации означает быстрое высыхание отпечатка и более высокую его стойкость к воздействию химических веществ. Нанесённые краски при этом очень недолго остаются жидкими, поэтому красочное пятно не успевает заметно расплыться, следовательно, обеспечивается высокое качество печати. Высокая стойкость к воздействию химических веществ имеет большое значение: стойкие краски не будут размазываться и растворяться при контакте отпечатка с жидкостью для снятия лака, со спиртом, моющими средствами и другими жидкими веществами. Преимущество малого количества отходов (обычно их называют отходами на приладку и подготовку к печати) достигается благодаря способности нанесённых красок быстро высыхать и позволяет печатному оборудованию быстро выйти на рабочий режим печати тиража без предварительной потери большого количества материалов и красок на приладку. Так как в большинстве энергетически отверждаемых красок отсутствует растворитель, не участвующий в реакции полимеризации (или он присутствует в небольших количествах), при печати в рабочей зоне присутствует очень небольшое количество летучих органических соединений. Но и энергетически отверждаемые чернила не лишены недостатков. Стоимость килограмма энергетически отверждаемых красок, как правило, выше, чем стоимость и сольвентных, и водных. Это в основном потому, что энергетически отверждаемые краски не содержат недорогого растворителя-сольвента (например, воды), а также потому, что компоненты энергетически отверждаемых красок обычно дороже в производстве. Во многих случаях при переходе на технологии энергетического отверждения придётся демонтировать установленные устройства термической сушки и установить вместо них УФ-лампы. И, наконец, скорость печати будет ограничена скоростью отвержения чернил/краски. Сильные и слабые стороны технологий, использующих три эти вида красок, обобщены в таблице 1.

Технологии печати с энергетическим отверждением могут использоваться (и используются) для запечатки очень широкого спектра материалов и изделий. Фактически если и существуют материалы, которые можно прогнать сквозь печатное оборудование, но на которых нельзя печатать УФ-отверждаемыми красками, то таких материалов очень мало. При печати по некоторым полимерным материалам (например, по плёнке из полиэфира или полиэтилена) могут потребоваться особые меры для повышения адгезии: обработка коронным разрядом или пламенем. Во многих случаях требуется использование УФ-отверждаемых красок, специально разработанных для печати на выбранном материале. В таблице 2 приведёны перечень часто используемых материалов-субстратов и примеры изделий из них.

Энергетически отверждаемые краски нашли применение в разных технологиях печати для запечатки широкого ассортимента изделий. Но для некоторых технологий они приобрели особенно большое значение. С этого места и до конца урока мы будем рассматривать некоторые наиболее важные технологии, в которых применяются энергетически отверждаемые краски, а именно:

• офсетная печать;
• флексография;
• глубокая печать;
• струйная печать;
• трафаретная печать.

Нанесение лаков для надпечатки

Использование ламинирующих и клеящих составов, чувствительных к давлению.

Офсетная печать (рис. 1) — наибольший по объёму печати сегмент рынка полиграфии. Объём глобального рынка УФ-отверждаемых красок в 2015 г., согласно оценкам, составил примерно 1,5 млрд долл., и значительная часть его пришлась на краски для офсетной печати. Поскольку офсетная печать с УФ-отверждением потенциально способна обеспечивать высокую линейную скорость печати, этой технологии во многих случаях стали отдавать предпочтение. Вот некоторые виды изделий, для запечатки которых широко используется офсетная печать с УФ-отверждением:

• складные коробки (из негофрированного картона);
• газеты;
• книги и журналы;
• карточки с изображением спортивных звёзд для болельщиков;
• коммерческие и рекламные материалы в целом;

кредитные карты.

Самый распространённый вариант офсетной технологии основан на различии в свойствах между печатающими и пробельными участками печатной формы. Для того чтобы достигнуть запечатываемого материала в требуемых местах, краска вытесняет увлажняющий раствор из печатающих участков печатной формы и, наоборот, вытесняется увлажняющим раствором с пробельных участков формы. Затем сформированное краской изображение переносится с вала с печатной формой на покрытый резиной офсетный вал, а с него — на запечатываемый материал-субстрат. Офсетная печать получила название от английского слова offset (без контакта материала с печатной формой). После того как сформированное краской изображение попало на материал, отпечаток подвергается воздействию УФ-излучения, благодаря чему происходит его отверждение. Есть и другие технологии, родственные классическому варианту офсетной печати:

• Непосредственная печать с формы по материалу. За исключением непосредственного контакта формы с материалом, в остальном работает по такому же принципу, что и классический офсет.
• Печать без увлажняющего раствора. Требует специальных форм и красок.

Флексографская технология печати широко используется в полиграфии. Её можно рассматривать как вариант традиционной технологии высокой ротационной печати, но только с гибкой, а не с жёсткой, печатной формой. Печатающие элементы флексографской формы расположены выше пробельных, а поверхность формы по свойствам напоминает резину.

Краска наносится на выступающие печатающие элементы формы, которые переносят её на запечатываемый материал. Современная флексографская печатная машина состоит из нескольких красочных секций; каждая секция наносит краску своего цвета, а сушка/отверждение УФ-лампой обычно проводится после нанесения каждой краски. Если отверждение проводится после нанесения нескольких красок, то такой вариант называется «печатью по сырому».

Энергетическое отверждение применяется в двух основных процессах флексографской печати: во -первых, при изготовлении самих печатных форм. Вот уже более 30 лет флексографским формам из УФ-отверждаемого фотополимера отдают предпочтение перед формами из жёсткой резины: формы первого типа дешевле, быстрее в изготовлении и обеспечивают отличное качество печати. Во-вторых, УФ-отверждение во флексографии применяется и для самих красок. Особенности флексографского процесса накладывают определённые ограничения на свойства УФ-отверждаемых флексографских красок: они должны иметь низкую вязкость, хорошо растекаться по форме и в как можно меньшей степени способствовать разбуханию печатных форм. Разбухание форм может быть значительным, так как сама форма часто изготавливается из УФ-отверждаемого полимера. Поэтому она может разбухать в результате взаимодействия с неотверждёнными мономерами или олигомерами, которые входят в состав УФ-отверждаемых красок.

Формы глубокой печати обычно изготавливают травлением металлической поверхности печатного цилиндра. Поэтому в глубокой печати, по сравнению с флексографией, печатная форма обходится дороже и требует больше времени для изготовления. В глубокой печати УФ -излучение применяется главным образом для отверждения отпечатка. Этой технологии отдают предпочтение при печати длинных тиражей, требующих высокого качества отпечатков.

Типичная область применения глубокой печати с УФ-отверждением — печать журналов и каталогов, в которых должно присутствовать большое количество изображений и других элементов высокого качества.

Рис. 2 Машина для трафаретной печати с УФ-отверждением

В трафаретной печати (рис. 2) для получения оттиска используется сетчатая трафаретная форма с нанесёнными на неё блокирующими проницаемость сетки пробельными элементами. УФ-отверждаемая краска продавливаются через сетчатую форму на запечатываемый материал, формируя на нём изображение. Качество трафаретного оттиска ниже, чем оттиска глубокой печати, но зато технология позволяет легко наносить большие плашки, работать со смесевыми и обладающими высокой кроющей способностью красками.

УФ-отверждаемые краски заняли доминирующее положение в трафаретной печати благодаря таким своим неоспоримым преимуществам, как быстрота отверждения, отличное качество отпечатка, низкое содержание летучих органических соединений. Одно из преимуществ УФ-отверждаемых красок состоит в том, что они не вступают ни в какие реакции до момента их УФ-облучения. Поэтому такие краски не застывают преждевременно на сетчатой форме, забивая её.

Струйная печать с УФ-отверждением

Рис. 3. Струйный принтер, который печатает УФ-отверждаемыми чернилами

Относительно новая технология (рис. 3). Но, согласно оценкам, на неё к 2010 г. уже приходилось около 1% общих объёмов печати. УФ-отверждение со всеми его преимуществами очень хорошо подходит для струйной печати. Чернила высыхают только после воздействия УФ-излучения, поэтому они не забивают струйные головки. Кроме того, благодаря этому минимизируются потери чернил. Быстрота застывания чернил при УФ-облучении позволяет получать чёткие изображения с мелкими деталями, так как чернильные точки отпечатка не будут успевать расплываться.

К другим достоинствам УФ-отверждаемых чернил, удобным для струйной печати, можно отнести низкое содержание летучих органических соединений, отличные свойства красочного слоя (в т.ч. адгезия), слабый запах или его полное отсутствие, а также то, что при их применении используется оборудование, которое занимает меньше места.

В силу особенностей технологии струйной печати, к используемым в ней УФ-отверждаемым чернилам предъявляются уникальные требования. В ходе струйной печати чернила фактически распыляются или выдавливаются микрокаплями через отверстие очень маленького диаметра. Поэтому УФ-отверждаемые струйные чернила должны иметь очень низкую вязкость, обладать реологическими свойствами ньютоновской жидкости и не содержать частиц (например, пигмента) размером более 1 микрона. Чернила будут подвергаться частому подогреву с целью снизить их вязкость при выстреливании из дюз. Поэтому УФ-отверждаемые струйные чернила должны быть устойчивыми к высоким температурам и иметь достаточно продолжительный срок хранения перед использованием.

Лаки (специальные покрытия) — один из видов материалов для обработки оттисков, который потребляется в самых больших объёмах: на них приходится более 50% рынка (в натуральном выражении). Их часто называют лаками для надпечатки, но эти наносимые покрытия — более широкий класс продуктов, чем просто лаки. Для нанесения этих покрытий на запечатываемый материал можно использовать широкий спектр технологий печати.

В самом простом варианте они представляют собой жидкие (обычно — прозрачные) вещества, которые наносят поверх отпечатка для его защиты и/или придания ему более привлекательного вида. Вначале они завоевали признание благодаря тому, что давали очень высокий уровень глянца, недостижимый при использовании покрытий и лаков на водной или сольвентной основе. О них часто говорили как о покрытиях, которые «крепко держатся и хорошо блестят». С тех пор в области разработки таких поверхностных покрытий отмечен значительный прогресс.

Обычная область применения таких УФ-отверждаемых покрытий — журнальные обложки, упаковка, этикетка, условные обозначения и элементы защиты. В этих случаях главное требование к покрытию — способность защитить изделие и придать ему привлекательный вид. Их защита состоит в том, что они повышают устойчивость отпечатка к царапинам и истиранию, к воздействию влаги и химических веществ, увеличивают время жизни отпечатка, размещённого вне помещения.

Такие кроющие материалы могут придавать отпечатку и чрезвычайно сильный глянец, и делать его матовым, и обеспечивать любой промежуточный уровень глянцевости-матовости.

Сегодня существуют покрытия, которые придают отпечатку различные тактильные свойства: он может быть «песочным», «зернистым» или «шелковистым» на ощупь. Это придаёт упаковке, этикетке или обложке дополнительную привлекательность, добавляя тактильный канал воздействия на потребителя. Для отделки отпечатков теперь используются и УФ-отверждаемые составы с особыми свойствами: глянцевые, светящиеся в темноте, рельефные и другие.

УФ-отверждаемые лаки или другие покрытия для надпечатки в общем случае должны удовлетворять трём требованиям: они должны хорошо приставать к запечатываемому материалу, иметь высокий уровень глянца и быть конкурентоспособными по цене (рис. 4). Лаки для надпечатки должны удовлетворять не слишком сложным требованиям, а объёмы их использования очень велики, поэтому их цена за килограмм очень мала по сравнению с ценой других УФ-отверждаемых красок и других покрытий.

Кроме того, к лакам для надпечатки часто предъявляют и другие требования: они должны иметь низкую вязкость, не иметь цвета (не желтеть со временем), обладать хорошей способностью к растеканию и смачиванию, иметь хорошую реакционную способность (к полимеризации), а нанесённая лаковая плёнка должна иметь небольшую массу.

Благодарим вас за проявленный интерес к курсу по химическим основам УФ- и электронного отверждения. Последний урок будет посвящён применению отверждения УФ и электронным пучком в промышленности. Более подробные сведения о технологии УФ- и электронного отверждения приведены на сайте http://www.radtech.org.

* Публикуется с разрешения и при содействии Radtech — Ассоциации по технологиям УФ-/электронного отверждения. © 2017–2019, Radtech. Все права защищены. Продолжение, начало в № 4, 5, 7/8, 10, 2017; №?1/2, 10, 2018.