Энергетическое отверждение: тенденции и инновации

Рынок применения технологий энергетического отверждения продолжает расти, и ключевым сегментом здесь выступает коммерческая и упаковочная полиграфия. В своём отчёте «Рынок УФ-отверждаемых печатных красок — глобальный анализ отрасли, размеры и доля рынка, рост, тенденции и прогноз на 2017–2026 гг.» исследовательская компания Transparency Market Research приблизительно оценила объём продаж УФ-отверждаемых красок и чернил в 2017 г. в 1,6 млрд долл.

Аналитики компании считают, что среднегодовые темпы роста рынка УФ-отверждаемых красок и чернил будут превышать 9% и к 2026 г. этот рынок достигнет объёма 3,5 млрд долл. Причины роста — меньший объём выбросов летучих органических соединений при УФ-печати, а также всё большее проникновение этих технологий на рынок упаковки.

Ключевой элемент успеха УФ-отверждаемых красок и чернил — собственно компоненты УФ-отверждаемой смеси: олигомеры, мономеры и фотоинициаторы. Как установила компания Prescient & Strategic (P&S) Intelligence Private Limited в ходе исследования 2018 г. «Рынок УФ-отверждаемых смесей и компонентов в 2013–2023 гг.» (UV Curable Resins Market 2013–2023), объём мирового рынка этих продуктов в 2017 г. составил почти 3,5 млрд долл., а в 2023 г. достигнет 5,4 млрд долл. Аналитики этой компании отметили, что основными причинами этого среднегодового роста в 7,7% стали всё более широкое использование экологичных красок и покрытий в промышленности, а также рост спроса на УФ-отверждаемые чернила и краски для производства упаковки.

Специалисты P&S установили, что в 2017 г. наибольший объём продаж (более 45%) на этом рынке пришёлся на олигомеры, а самая большая доля этого рынка пришлась на лаки и покрытия (более 45% в 2017 г.).

С этими данными хорошо согласуются результаты исследования «Рынок сырья для изготовления составов УФ-отверждения по типу материала, 2019–2026» (UV Curable Resin Market by Resin Type, 2019–2026), проведённого компанией Reportlinker. Согласно ему, мировой рынок сырья для изготовления составов УФ-отверждения в 2018 г. достиг объёма в 4,7 млрд долл., а в 2026 г. вырастет до 9,8 млрд долл., т. е. его среднегодовой темп прироста составит 9,4%.

Из разговоров с представителями компаний-производителей компонентов для УФ- и ЭП-отверждаемых материалов выяснилось, что подобный рост они наблюдают и в сегменте коммерческой полиграфии.

Менеджер по техническим продуктам компании Lubrizol Performance Coatings Патрик Сандерлэнд заметил, что за этот период на рынке наблюдался значительный рост, причём среднегодовые темпы роста составляли от 5 до 10%.

«Особенно стоит отметить рост продаж красок и чернил с низкой способностью к миграции в пищевые продукты. Но, вероятно, самый высокий рост был в сегменте чернил и красок для цифровой печати», — заметил Сандерленд.

Менеджер по сегменту рынка функциональной упаковки BASF Эндрю Сечаран заметил, что системы с энергетическим отверждением обладают рядом преимуществ: отличной воспроизводимостью результата, хорошим глянцем и высокой стойкостью отпечатка, а также очень низким уровнем выбросов летучих соединений.

«В течение последних приблизительно десяти лет наблюдался прогресс в технологии производства и применения фотоинициаторов и олигомеров. Благодаря этому выросла линейная скорость запечатки материала при офсетной и флексографской печати. Новые краски и чернила обеспечили рост, потеснив традиционные краски/чернила на масляной основе и сольвентные», — сообщил также Сечаран. — Кроме того, наличие компонентов с низкой вязкостью и высокой реакционной способностью обеспечило рост технологий энергетического отверждения в цифровой печати. В результате энергоотверждаемые краски/чернила и лаки для надпечатки стали хорошим выбором применительно к любым технологиям печати».

А теперь обратимся к производителям оборудования. Директор по продажам на рынках оборудования EIT LLC Джим Реймонт сообщил, что наибольший рост отмечен в сегменте устройств цифровой печати, а также в новых сегментах, например, в печатной электронике.

Светодиодное УФ-отверждение за последние 10 лет стало важнейшей технологией. Менеджер по развитию рынка Phoseon Technology Стэйси Ходж рассказала о тех изменениях, свидетелем которых она стала за это время.

«За последние примерно 10 лет технология светодиодного УФ - отверждения значительно усилила свои позиции, — заметила Ходж. — Традиционно для энергетического отверждения использовались ртутные УФ-лампы. Но теперь более энергоэффективные и экологичные технологии светодиодного УФ -отверждения во многих случаях стали лучшим выбором».

«Всё больше эксплуатантов оборудования со светоотверждением переключается со ртутных ламп на светодиодные источники УФ-света, ведь последние привносят дополнительные возможности, обладают большей экономичностью и экологичностью, — считает Ходж. — Полиграфисты, которые используют технологию светодиодного отверждения, сообщают о том, что их вложения в эту технологию окупаются в короткие сроки. Владельцы оборудования с этой технологией могут расширить ассортимент своей продукции, печатать с большей скоростью и с более высоким качеством, потреблять намного меньше электроэнергии, сократить количество отходов, уменьшить объём выбросов летучих органических соединений в рабочей зоне, а также снизить себестоимость отпечатка и использовать более экологичные материалы.

С момента появления светодиодного УФ-отверждения в 2002 г. в этой технологии отмечен значительный прогресс в эффективности и производительности. Удалось преодолеть первоначальные проблемы и пойти дальше, что привело к быстрому внедрению этой технологии в широком диапазоне отраслей».

Важнейшие изменения за последнее десятилетие

За последнее десятилетие технологии отверждения УФ и ЭП прошли большой путь развития. По мнению Ходж, самым заметным из изменений на этом рынке стало увеличение числа производителей красок/чернил и компонентов для них, совместимых с технологией УФ-отверждения.

«За последние 10 лет в разработке красок и чернил для светодиодного отверждения отмечен большой прогресс. И сегодня все основные производители красок и чернил предлагают краски и чернила, хорошо подходящие для светодиодного отверждения, — сообщила Ходж. — Кроме того, стали значительно доступнее краски и чернила с низкой способностью к миграции в пищевые продукты. Производители компонентов УФ-отверждаемых смесей отреагировали на спрос со стороны полиграфистов и предлагают компоненты, которые поглощают энергию в диапазоне длин волн светодиодных УФ-источников света.

Один из ключевых химических компонентов светоотверждаемой смеси — фотоинициатор, который запускает реакцию полимеризации при воздействии излучения в узком диапазоне длин волн, характерном для светодиодных УФ-источников света. По мере всё более широкого распространения систем светодиодного УФ -отверждения будет расти и предложение совместимых с этой технологией химических компонентов. Движущими факторами прогресса в разработке и распространении новых химических материалов для отверждаемых смесей стали всё бóльшая доступность и экономичность предлагаемых на рынке светодиодных источников УФ-излучения».

«Производители чернил/красок и компонентов для них предлагают всё больше продуктов для светодиодного отверждения (и с низкой способностью к миграции), — продолжает Ходж. — Ведётся работа над новыми мономерами, олигомерами и другими компонентами УФ-отверждаемых смесей. Существует большой выбор не только красок и чернил, но и лаков, которые или специально созданы для светодиодного отверждения, или отверждаются как светодиодами, так и традиционными ртутными источниками УФ-излучения».

По словам Сандерленда, коммерческая полиграфия, и особенно печать упаковки, оказывается под всё бóльшим давлением различных экологических факторов.

«Энергетически отверждаемые чернила и краски считаются более экологичными, поскольку выгодно отличаются меньшим содержанием растворителей, — напоминает Сандерленд. — Кроме того, сейчас в нашей отрасли всё больше новейших систем УФ-отверждения светодиодами или электронным пучком, которые потребляют намного меньше электроэнергии».

По словам Сечарана, производители мономеров и олигомеров инвестируют в разработку продуктов, которые не имеют заметного запаха и обладают низкой способностью к миграции — для использования в тех областях, в которых эти свойства особенно важны, — например, в производстве упаковки для пищевых продуктов.

«Развиваются технологии отверждения электронным пучком составов на водной основе, и ожидается рост их применения в производстве гибкой упаковки, что будет сопровождаться снижением выбросов летучих органических соединений по мере отказа от сольвентных красок, чернил и покрытий, используемых сейчас в широкоформатной флексопечати, — заметил также Сечаран. — Кроме того, системы отверждения электронным пучком для составов на водной основе позволяют отказаться от фотоинициаторов и реакционноспособных компонентов (мономеров), которые могут стать причиной неприемлемо высокого уровня миграции веществ с запечатанной поверхности упаковки (в пищевые продукты). Продолжают развиваться и технологии светодиодного УФ-отверждения — как компоненты смесей, так и конструкция источников излучения. Эти решения более компактны и требуют меньших эксплуатационных расходов по сравнению с традиционными УФ-системами».

«Цифровая печать — один из сегментов, в котором нашло применение светодиодное УФ-отверждение, — подчеркнул Реймонт. — Здесь стали уделять внимание не только максимальному уровню излучения (в Вт на 1 см²), но и плотности потока энергии (в Дж на 1 см²). Ряд полиграфических компаний сегодня впервые перешли на УФ-отверждение. Необходимо понимание того, как действует УФ-отверждение, и того, какие параметры этого процесса следует отслеживать и контролировать. Поэтому требуется соответствующее обучение».

Требования клиентов к исходным материалам и к оборудованию

По мере всё более широкого распространения УФ-отверждения (в том числе светодиодного) и отверждения электронным пучком всё более важным становится удовлетворение требований клиентов. Это особенно важно в индустрии упаковки, где действует ряд своих строгих требований.

По словам Сечарана, клиентам требуются высокореакционноспособные олигомеры с низкой вязкостью и с низкой миграционной способностью — для использования в производстве упаковки; более реакционноспособные мономеры и олигомеры, особенно те, которые обеспечат более эффективное светодиодное УФ-отверждение нанесённого на поверхность слоя, и те, которые требуют меньшего количества фотоинициатора. Также существует потребность в компонентах (особенно в олигомерах), которые обеспечивают повышенную адгезию к субстратам-плёнкам, в том числе изготовленным из переработанного пластика — то есть к поверхностям, “трудным” для запечатки.

«В целом наши клиенты — производители красок, чернил и покрытий — нуждаются в компонентах, которые помогли бы решить технические проблемы или повысить эффективность уже используемых систем, что позволило бы им увеличить свою долю рынка, — считает Сечаран. — От этих материалов-компонентов клиенты требуют не только эффективности, но и конкурентоспособной цены, которая бы позволила поддерживать или снизить цены на их готовую продукцию и тем самым и самим оставаться конкурентоспособными».

«Покупатели, которые интересуются нашими гипердиспергаторами Solsperse, традиционно стремятся получить определённые характеристики: низкую вязкость, стойкость при хранении и способность обеспечить насыщенные цвета в красочном слое после его отверждения, — заметил Сандерленд. — Они также традиционно стремятся использовать как можно меньше различных диспергаторов. Однако в последнее время на передний план вышел фактор стоимости использования материала. Наибольший рост цен для наших клиентов наблюдался в сегменте фотоинициаторов — в результате недавнего закрытия предприятий, пожаров и ужесточения требований регуляторных органов. Поэтому клиенты вынуждены стремиться к снижению себестоимости продукта за счёт других его компонентов, в том числе диспергаторов».

Как подчеркнула Ходж, клиентам, имеющим дело с красками и чернилами, нужны надёжно и стабильно работающие продукты, которые хорошо совместимы с их красками/чернилами. Она отметила: «С 2002 г. Phoseon в сотрудничестве со всеми основными производителями чернил/красок и их компонентов разрабатывает чернила/краски и их компоненты, совместимые с технологией светодиодного УФ-отверждения. Сегодня большинство производителей красок и чернил предлагают варианты своей продукции под светодиодное УФ-отверждение, что ещё больше упрощает интеграцию своих технологических процессов со светодиодным отверждением. Производители красок и чернил продолжают разрабатывать составы, оптимизированные под светодиодное УФ-отверждение и одновременно рассчитанные на определённые варианты печатной продукции. Поэтому полиграфисты могут расширить ассортимент продукции, предлагаемой своим клиентам».

По словам Реймонта из EIT, клиентам нужно понять, для чего стоит измерять характеристики излучения светодиодов отверждения. «Если их удастся убедить в необходимости этого, клиенты стремятся получить средство, удобное в производственных условиях, которое даёт возможность аргументированно общаться со своими поставщиками, — добавил он. — Результаты измерения клиентами характеристик УФ-излучения светодиодов с помощью радиометров, рассчитанных на ртутные источники света с широким спектром испускания, могут быть недостаточно надёжными и воспроизводимыми».

Требования со стороны производителей упаковки

Наибольший рост в полиграфии приходится на сегмент печати упаковки, и технология УФ-отверждения прекрасно соответствует требованиям компаний этого сегмента.

«Технология подходит идеально: высокие качество и производительность, малое воздействие на окружающую среду, особенно на заказах большого объёма. Инвестиции в неё окупаются, — считает Сандерленд. — В цифровой печати, идеально подходящей для персонализации, сериализации и коротких тиражей, технологии энергетического отверждения выглядят привлекательно — благодаря невысоким первоначальным расходам на их внедрение. Ключевые факторы успеха в производстве упаковки — максимально повысить скорость отверждения краски (следовательно, производительность), обеспечить соответствие отпечатка требованиям заказчика и регулирующих органов, снизить потенциальный риск миграции компонентов красок/лаков в упакованный продукт (особенно если это пищевой продукт). Новые технологии, такие как системы отверждения электронным пучком для составов на водной основе или светодиодного УФ-отверждения, оптимизированы под высокое качество и производительность. Поэтому ожидается, что эти технологии энергетического отверждения продолжат завоёвывать рынок, вытесняя традиционные системы УФ-отверждения и сольвентные».

По словам Ходж, если требуется соблюсти требования производителей упаковки, светодиодное УФ-отверждение здесь подходит идеально и позволяет печатать самую разнообразную продукцию.

«Отверждение ультрафиолетовыми светодиодами даёт ощутимые преимущества в повышении производительности, снижении потребления энергии при использовании более тонких материалов-субстратов с более высокой адгезией, а также обеспечивает бóльшую экологичность, — считает Ходж. — Владельцы печатного оборудования со светодиодным УФ-отверждением обнаружили, что они могут печатать на широком спектре материалов-субстратов. А производители этого оборудования осознают, что системы со светодиодным УФ-отверждением более компактны и экологичны. Они также позволяют отказаться от установки громоздких вытяжных воздуховодов, ведь при светодиодном отверждении не выделяется озон и не стоит проблема отведения тепла — в отличие от традиционных систем отверждения на основе ртутных ламп.

Технология светодиодного УФ-отверждения в индустрии упаковки показала своё значительное превосходство над ртутными лампами при сушке чёрных, белых, флюоресцентных и металлизированных красок и чернил, а также при отделке методами ламинации, декорирования по методу cast & cure, холодном тиснении фольгой. Принципиально важное требование во всех этих случаях: УФ-излучение должно проходить сквозь плотные пигменты, компоненты отверждаемой смеси, через плёнки без изменения своего направления и без преждевременного (до окончания полного отверждения) поглощения. Благодаря физической природе светового УФ-излучения светодиодов эта технология — вне конкуренции по глубине проникновения энергии в материал».

Ходж коснулась также светодиодного УФ-отверждения при запечатке поверхности упаковки, от которой требуется низкая способность к миграции в упакованный продукт.

«С 2004 г. рамочное постановление EC 1935/2004 требует, чтобы вся упаковка пищевых продуктов обладала низкой способностью к миграции материала, — сообщила она. — Да, существует много процессов, которые позволяют снизить уровень миграции, но светодиодное УФ-отверждение обеспечивает намного более стабильный и воспроизводимый результат, то есть удовлетворяет двум основным требованиям, предъявляемым к запечатке поверхностей с низким уровнем миграции. УФ-излучение светодиодных устройств отверждения намного более стабильно во времени, чем излучение традиционных систем на ртутных лампах. Это позволяет сделать более контролируемыми процессы образования поперечных связей в красках/чернилах, лаках и связывающих компонентах при печати упаковки, которая должна обладать низким уровнем миграции. Светодиодные УФ-системы более долговечны и могут обеспечить снижение потребления электроэнергии на значительную величину (до 70%) по сравнению с традиционными ртутными лампами».

Будущее технологий энергетического отверждения в полиграфии

Производители и материалов, и оборудования пророчат большое будущее технологиям энергетического отверждения в полиграфии.

«Мы ожидаем, что рост этой технологии продолжится, в том числе в результате всё большего давления экологических факторов. Но производителям сырья и компонентов придётся и дальше адаптировать свою продукцию под требования производителей красок и чернил и тех, кто расположен ещё “ниже по течению” в технологической цепочке, и поддерживать доступные цены не неё», — считает Сандерленд.

«Я полагаю, что в течение нескольких следующих лет здесь будет уверенный рост», — отметил Реймонт.

«Благодаря преимуществам для полиграфистов и дальнейшему совершенствованию (отверждение электронным пучком смесей на водной основе, светодиодное УФ-отверждение, решения с низкой миграцией и т. д.), системы энергетического отверждения имеют хорошие перспективы роста в полиграфии, а его уровень будет соответствовать общим темпам экономического роста или немного превысит его, — предсказал Сечаран. — Учитывая постоянное внимание к теме охраны окружающей среды и всё более строгие законодательные ограничения на выбросы летучих органических соединений, системы энергетического отверждения имеют хороший потенциал роста — благодаря очень низкому уровню выбросов летучих органических соединений и возможности сократить количество отходов».

Ходж предсказывает технологии УФ-отверждения блестящее будущее. «Рост технологий энергетического отверждения в полиграфии продолжится: полиграфисты продолжат отказываться от сольвентных чернил, красок и покрытий и от других более старых технологий — менее эффективных и экологичных, — сказала она в заключение. — Сегодня большинство OEM-производителей печатного оборудования уже освоили технологию светодиодного отверждения, которая идёт на смену традиционной технологии сушки ртутными лампами. В будущем масштабы применения светодиодного отверждения в полиграфии будут расти в трафаретной печати, флексографии, а также в некоторых областях применения офсета (рулонная печать и системы впечатывания) — благодаря преимуществам этой технологии и всё более строгим ограничениям на использование ртути».

© Ink World Magazine, январь, 2020.