Химические основы ультрафиолетового отверждения
- Информация о материале
- Категория: Полиграфия
Химические основы УФ и электронного отверждения.
После того как краска или другой жидкий материал нанесён на поверхность, он должен высохнуть. Для этого применяются естественная или принудительная сушка (отверждение) отпечатка. Традиционный метод принудительной сушки (отверждения) — термическая, при котором происходит ускоренное испарение жидкости из состава нанесённых чернил или краски под действием нагревания. Для того чтобы поверхность отпечатка стала сухой на ощупь, при термическом отверждении требуется несколько минут. При УФ-отверждении для сушки отпечатка вместо нагревания или обдувания воздухом используется облучение светом УФ-лампы.
Для того чтобы уф краска стала высыхать под действием УФ-излучения, то есть стала УФ-отверждаемой, требуется ...
внести изменения в её химический состав. При УФ-отверждении высыхание происходит намного быстрее — за доли секунды. Если в состав УФ-отверждаемой краски не входит растворитель, толщина красочного слоя после высыхания останется такой же, как и до высыхания. А при термической сушке с испарением растворителя толщина слоя краски уменьшается.
Отверждение излучением — группа процессов, которая включает отверждение краски с использованием излучения в ультрафиолетовом (УФ-отверждение) или видимом диапазонах, а также электронного излучения (электронное отверждение — ЭО). Эта технология отличается от широко распространённой термической (тепловой) сушки тем, что для отверждения красок использует излучение: ультрафиолетовое, в видимом диапазоне или электронное. Эти три метода сушки излучением отличаются видом используемой энергии. Диапазон длин волн ультрафиолетового (УФ-) излучения — 200–400 нм, а видимого света — 400–700 нм. Электронное отверждение отличается от двух других видов сушки излучением тем, что в нём используется поток электронов, обладающих высокой энергией. Этот курс посвящён главным образом отверждению УФ -излучением и пучком электронов, которое мы далее будем называть электронным (ЭО, по-английски — electronic beam curing — EB curing). Технологии сушки УФ- и видимым светом во многом схожи, но отличаются фотоинициаторами отверждения и оборудованием, применяемым для облучения.
Что такое отверждение излучением?
Это технологии закрепления нанесённой краски/покрытия с помощью её облучения: светом в УФ- или видимом диапазоне или потоком электронов. В этом их принципиальное отличие от других технологий отверждения: термического, испарительного (путём испарения жидких компонентов), окислительного (кислородом воздуха).
Какие виды энергии используются при отверждении излучением:
- ультрафиолетовое излучение: длина волны 200–400 нм;
- излучение в видимом диапазоне: обычно используется диапазон длин волн 400–700 нм;
- электронное излучение: пучок электронов с высокой энергией.
Отверждение излучением имеет ряд существенных преимуществ перед другими технологиями.
Благодаря этим преимуществам становится возможным изготовление изделий с запечатанной поверхностью или с покрытием, которые было бы трудно получить с помощью традиционных технологий. В числе прочих свойств, которыми обладают УФ-отверждаемые и ЭО-отпечатки и покрытия, — сильный глянец, высокая твёрдость, устойчивость к царапинам и истиранию, а также очень быстрое закрепление. Эти свойства можно при необходимости регулировать, меняя параметры сушки или состав наносимой краски (покрытия).
Сушка излучением требует прямого прохождения лучей от излучателя к поверхности, поэтому она наиболее эффективна на плоских поверхностях. При сушке неплоских и трёхмерных изделий требуются разнообразные приспособления, например, зеркала для отражения излучения или лампы, способные поворачиваться.
По многим причинам сушку излучением часто предпочитают другим технологиям. Основная причина — высокая производительность, которая достигается при её применении. Поскольку при использовании излучения покрытие или краска высыхает за доли секунды, можно запечатать много изделий в единицу времени. Ещё одно преимущество, косвенно связанное с быстротой закрепления краски или покрытия, — возможность снижения себестоимости запечатанного изделия. Несмотря на то, что килограмм традиционной краски или покрытия УФ-отверждения или ЭО дороже, чем аналога, отверждаемого термически, благодаря другим преимуществам (повышение производительности, снижение объёма отходов, рециркуляция краски) удаётся снизить стоимость готового изделия. Ещё одно преимущество, сохраняющее своё значение, — закрепление материалов излучением даёт меньше выбросов летучих органических соединений (ЛОС) и, следовательно, облегчает производителю соблюдение экологических требований, которые становятся всё более строгими.
Замена термической сушки отверждением излучением означает переход к использованию ламп и устройств ЭО вместо традиционных термических сушилок. Здесь появляется два преимущества: Во-первых, лампа или электронный излучатель обычно имеют намного меньшие размеры, чем устройство термической сушки. Во-вторых, они обычно потребляют намного меньше энергии.
Прежде чем мы покажем, где в мире применяются материалы, отверждаемые излучением, кратко остановимся на участниках рынка, связанных с применением этих материалов, и на том, как они взаимодействуют друг с другом. На схеме выше показаны компоненты системы, сформировавшейся вокруг использования материалов, отверждаемых излучением. Скорее всего, большинство из читателей этого урока найдут где-то на этой схеме себя.
В начале этой цепочки — поставщики исходных компонентов. Они разрабатывают и производят компоненты материалов, которые используются в процессах отверждения излучением. Эти компоненты затем поступают к разработчику, который создаёт рецептуру «блюда» — готового материала — из этих компонентов и готовит это «блюдо». Затем разработчик передаёт рецептуру производителю готовых изделий (в полиграфии — это типографии и другие поставщики услуг печати). Последний изготавливает изделие с использованием материалов, приготовленных по этой рецептуре. Производитель выполняет и нанесение материалов на поверхность изделия, и их отверждение.
Поставщик оборудования действует в тесном контакте с производителем готовых изделий, помогая ему правильно подобрать устройства для облучения, запечатываемый материал и материал покрытий, а также контрольно-измерительное оборудование. В конце концов готовое изделие с нанесённым и отверждённым изображением или покрытием (например, линолеум или ламинат) попадает в распоряжение конечного заказчика.
Конечно, в реальной жизни всё может быть несколько сложнее, чем на этой схеме. Здесь показаны только типичные роли и участники, но в реальности возможно взаимодействие и с другими участниками, не показанными на схеме. Обычно такие дополнительные взаимодействия состоят в обсуждении требований с третьей стороной или в информировании третьей стороны о каких-то технологических новшествах. Например, поставщик оборудования может познакомить поставщика исходных компонентов с лампой нового типа в надежде на то, что будет разработан новый материал, отверждаемый под действием такой лампы.
Иногда даже размываются роли отдельных участников, или они могут выступать в нескольких ролях. Например, поставщик исходных компонентов выступит и в роли разработчика рецептуры нового материала, и его изготовителя, а этот материал приобретёт непосредственно производитель готовых изделий. Есть и вертикально интегрированные компании, которые сами выпускают исходные компоненты, разрабатывают рецептуры наносимых материалов и выпускают эти материалы, сами наносят эти материалы на поверхность изделий и проводят их сушку. Но такие компании — скорее исключение, чем правило.
Благодарим вас за проявленный интерес к курсу по химическим основам УФ- и электронного отверждения.
По материалам: Publish.ru
