Im weiten Feld des Druck- und Verpackungswesens spielt die Druckfarbe zweifellos eine entscheidende Rolle und ist eines der wichtigsten Materialien in der Druckindustrie. Sie wird aus einer sorgfältigen Mischung von Bindemitteln, Pigmenten (einschließlich Pigmenten, Farbstoffen usw.), Füllstoffen, Zusatzstoffen und anderen Substanzen hergestellt.
Es gibt viele verschiedene Arten von Druckfarben, die sich je nach Druckverfahren in Offsetdruckfarben, Tiefdruckfarben, Hochdruckfarben, Flexodruckfarben, Siebdruckfarben, Tampondruckfarben und Inkjet-Farben unterteilen lassen. Aus der Sicht des Bedruckstoffs lassen sie sich in Papier-, Kunststoff-, Metall-, Glas-, Keramik- und Textildruckfarben unterteilen. Was die Trocknungsmethoden betrifft, so gibt es flüchtig trocknende Tinten, osmotisch trocknende Tinten, oxidativ trocknende Tinten, heißhärtende Tinten, lichthärtende Tinten und elektronenstrahlhärtende Tinten. Darüber hinaus gibt es Tinten für den Fälschungsschutz und spezielle Zwecke, wie lichtempfindliche Tinten, Thermotinten, druckempfindliche Tinten, schäumende Tinten, duftende Tinten, leitfähige Tinten, magnetische Tinten, Flüssigkristalltinten, Tintenstrahltinten und Mikrokapseltinten, die jeweils ihre eigenen Vorteile haben.
Die im Druckverfahren eingesetzten repräsentativen Farbtrocknungsmethoden variieren je nach Art des Drucks und umfassen hauptsächlich Verdunstungstrocknung, Osmose-Trocknung, oxidative Polymerisationstrocknung, Wärmehärtung und UV/EB-Härtung.
Die Verdunstungstrocknung beispielsweise funktioniert durch Erhitzen, um das Lösungsmittel oder die Feuchtigkeit in der Tinte zu verdampfen und eine Trocknung zu erreichen. Tinten auf Lösungsmittelbasis enthalten flüchtige organische Verbindungen und haben negative Auswirkungen auf die Umwelt. Lösungsmittel auf Wasserbasis oder Lösungsmittel-Tinten mit hohem Siedepunkt erfordern zum Beispiel oft große Öfen zum Trocknen, was zwangsläufig viel Energie verbraucht. Nach dem Trocknen besteht der Druckfarbenfilm lediglich aus den festen Bestandteilen der Druckfarbe, die mit dem Bedruckstoff verbunden sind, und seine Festigkeit hängt weitgehend von der Festigkeit des verbundenen Materials selbst ab. Ein Blick zurück in die Geschichte zeigt, dass in den Anfängen der Druckindustrie, bevor das Umweltbewusstsein erwachte, lösungsmittelbasierte Druckfarben aufgrund ihrer Vorteile wie der schnellen Trocknungsgeschwindigkeit weit verbreitet waren. Mit den zunehmenden Umweltschutzanforderungen traten ihre Nachteile jedoch immer mehr in den Vordergrund.
Bei der osmotischen Trocknung dringen das Lösungsmittel und das Wasser in der Tinte in das Substratmaterial ein, während die festen Bestandteile wie Harz und Pigment an der Oberfläche des Substrats haften bleiben, um den Trocknungsprozess abzuschließen. Diese Art von Tinte wird häufig für den Druck auf porösen, saugfähigen Materialien wie Papier verwendet, z. B. für den Zeitungsdruck, und hat den Vorteil, dass die Trocknungszeit kurz ist und keine speziellen Trocknungsgeräte benötigt werden. Für nicht durchlässige Materialien wie Kunststoffe ist sie jedoch unbrauchbar. Im praktischen Fall des farbigen Zeitungsdrucks muss sichergestellt werden, dass die Druckfarbe schnell trocknet und die Farbe nach dem Druck auf dem Papier nicht verfälscht wird, was hohe Anforderungen an die Durchtrocknungseigenschaften der Druckfarbe stellt.
Bei der oxidativen Polymerisationstrocknung werden Leinöl, Sojabohnenöl und andere Öle, die Doppelbindungen enthalten, als Bindemittel verwendet, und die Trocknung erfolgt durch die oxidative Polymerisationsreaktion von Luftsauerstoff. Ähnlich wie bei der osmotischen Trocknung sind zwar keine speziellen Trocknungsgeräte erforderlich und es wird keine Energie verbraucht, aber der Trocknungsprozess dauert eine gewisse Zeit und kann nicht sofort mit dem nächsten Prozess fortgesetzt werden. Im traditionellen Buchdruck wurde diese Art von Druckfarbe früher in großen Mengen verwendet, aber das Sprühen des Pulvers, um zu verhindern, dass Schmutz auf dem Rücken haftet, kann zu Umweltproblemen führen, was die Industrie veranlasst hat, nach umweltfreundlicheren Alternativen zu suchen.
Wärmehärtende Druckfarben verwenden wärmehärtende vernetzende Harze wie Epoxidharze, Polyurethanharze und Aminoharze als Bindemittel und werden mit einem Wärmehärter zu einem Zweikomponentensystem kombiniert. Sie werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt und gerührt, bevor sie in einem Infrarot-Trockentunnel oder mit Heißluft erhitzt werden, um die Folie thermisch zu vernetzen und auszuhärten. Obwohl diese Farben hervorragende Eigenschaften haben, wurden sie wegen ihres hohen Energieverbrauchs, der Lösungsmittelverdunstung und ihrer Umweltschädlichkeit nach und nach durch energiesparende und umweltfreundliche UV-Farben ersetzt. Wie einige große Druckereien haben auch sie im Streben nach effizienter Produktion und Umweltschutz ihre Produktionsanlagen für thermisch härtende Farben schrittweise stillgelegt und auf UV-Farben umgestellt.
UV/EB-härtende Druckfarben enthalten reaktive Substanzen, die durch ultraviolettes Licht oder Elektronenstrahlen ausgehärtet werden. UV/EB-Farben haben nur minimale Auswirkungen auf die Umwelt, da sie keine Lösungsmittel oder andere flüchtige organische Verbindungen enthalten und auf nicht saugfähigen Substraten wie Kunststoff verwendet werden können. UV/EB-Farben können sofort ausgehärtet werden, so dass der nächste Prozessschritt unmittelbar nach dem Druck beginnen kann. Sie härten auch nicht ohne Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) oder Elektronenstrahl (EB) Licht aus und haften daher nicht an der Druckmaschine. Im Bereich des Drucks von Lebensmittelverpackungen beispielsweise kann die schnelle Aushärtung von UV-Farben wirksam verhindern, dass die Farbe Lebensmittel verunreinigt, wodurch die Lebensmittelsicherheit gewährleistet wird.
UV-Farben bieten viele Vorteile: Erstens geben sie keine Lösungsmittel ab, was umweltfreundlich und sicher ist; zweitens sind sie sehr produktiv, mit Druckgeschwindigkeiten von 100-400 m/min und sogar 1500-3000 m/min für faseroptische Farben, die eine wichtige Rolle in modernen Hochgeschwindigkeits-Druckproduktionslinien spielen; drittens härten sie schnell aus, so dass die gedruckten Materialien schnell trocknen und gestapelt werden können, ohne sich gegenseitig zu verunreinigen, da die Farbe nicht trocknet, wodurch die Notwendigkeit des Staubwischens entfällt und die Druckmaschine und die Werkstattumgebung sauber und staubfrei bleiben. Viertens härtet die Tinte sofort nach dem Druck aus, so dass sich die Punkte nicht ausdehnen und die Tinte nicht in das Papier eindringt, was eine hervorragende Druckqualität gewährleistet. Die Farbsättigung, die Farbintensität und die Klarheit der Druckerzeugnisse sind deutlich besser als bei herkömmlichen Tinten. Fünftens kann sie online verarbeitet werden und passt sich perfekt an das Modell der Fließbandproduktion an. Sechstens: Sie eignet sich für den Druck auf wärmeempfindlichen Substraten und erweitert die Palette der Druckmaterialien.
UV-Farben sind jedoch nicht perfekt. Ihr relativ hoher Preis schränkt ihren Anwendungsbereich bis zu einem gewissen Grad ein. In kleinen Druckereien, in denen eine strenge Kostenkontrolle herrscht, schreckt der Preisfaktor oft vom Einsatz von UV-Farben ab. Einige Rohstoffe (Reaktivverdünner, Fotoinitiatoren) sind geruchsintensiv, giftig oder hautreizend, was sich negativ auf die Anwendung des Verpackungsdrucks für Lebensmittel, Medikamente und Kinderprodukte auswirkt. Wenn beim Druck von Arzneimittelverpackungen die Unbedenklichkeit der Druckfarbenrohstoffe nicht gewährleistet werden kann, stellt dies eine potenzielle Gefahr für die Qualität des Arzneimittels dar. Darüber hinaus kann die sofortige Aushärtung von UV-Farben zu einer Volumenschrumpfung führen, die die inneren Spannungen in der Farbschicht erhöht und die Haftung auf dem Substrat verringert. Dies ist bei Druckanwendungen für Produkte wie Metall besonders offensichtlich und kann die Haltbarkeit der Druckerzeugnisse beeinträchtigen. Außerdem muss die Farbe während des Transports und der Lagerung vor Licht geschützt und bei niedrigen Temperaturen (<30°C) gelagert werden, was relativ strenge Anforderungen an die Lagerbedingungen stellt.
Das Bindemittel für UV-Farben sind Oligomere, hauptsächlich Acrylharze mit lichthärtenden Eigenschaften. Anstelle von Lösungsmitteln oder Ölen werden reaktive Verdünnungsmittel verwendet, vor allem Acrylpolyester mit lichthärtenden Eigenschaften. Der Katalysator ist ein Photoinitiator, der unter ultraviolettem Licht eine photochemische Reaktion eingehen kann, bei der freie Radikale oder Kationen entstehen, die wiederum die Polymerisation und Vernetzung der Acryloligomere und Acrylpolyester einleiten und schließlich die Tinte trocknen.
Wenn in Zukunft eine neue Art von UV-Tintenmaterial entwickelt werden kann, das die Vorteile der schnellen Aushärtung und der Umweltfreundlichkeit beibehält und gleichzeitig Probleme wie den hohen Preis und die störenden Rohstoffe löst, dann wird die Druckindustrie mit Sicherheit eine neue Revolution erleben. Diese Art von Tinte könnte in immer mehr Bereichen eingesetzt werden und die Entwicklung der Drucktechnik hin zu mehr Effizienz, Umweltfreundlichkeit und Qualität weiter vorantreiben.
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