UV fém tinta
3.12.1 Fém csomagolás nyomtatása
A fém csomagolóanyagok, mint a csomagolóanyagok területén fontos csomagolóanyag, számos előnnyel rendelkeznek más csomagolóanyagokkal szemben, mint például az újrahasznosíthatóság, a tartalom jó védelme, változatos megjelenés és formák, valamint élénk színek. Nagy fejlődési potenciállal rendelkeznek, és a fogyasztók elismerik őket. Napjainkban a zöld környezetvédelem trendje a csomagoló- és nyomdaiparba is besöpört, és a "zöld csomagolás" forró témává vált a nyomdaiparon belül, és a nyomdaipari folyamattechnológia egyik fejlesztési trendjévé. A fémcsomagoló nyomdaipar magas energiafogyasztása és a gyártási folyamat során keletkező nagy mennyiségű kipufogógáz-kibocsátás fontos tényezővé vált, amely korlátozza a fémcsomagoló vállalatok fejlődését és növekedését, és akadályokat gördít a fémcsomagolás zöld fejlesztése elé is.
Az elmúlt években az UV-nyomtatási eljárás egyre népszerűbbé vált a fémcsomagolási nyomdaiparban az energiatakarékosság és a környezetvédelem nyilvánvaló előnyei miatt. Hatalmas költségelőnyeivel párosulva az energiatakarékosság és a környezetvédelem innovatív módjává vált, és egyre keresettebbé vált a fémcsomagoló vállalatok körében.
3.12.1.1.1 Hagyományos ónlemez-nyomtatási eljárás
A bádoglemezt kívülről és belülről bevonják, majd színes nyomtatásra előkészítik. A bádoglemezek nyomtatására általában az ofszetnyomtatást használják. A bádoglemez sima felületű és nem nedvszívó, ami nagyban különbözik a papírtól. Ezért az ónlemezre történő nyomtatáshoz hőre keményedő festékeket használnak, amelyek magas hőmérsékleten történő szárítást igényelnek. Más szóval, a nyomtatási folyamat speciális szárítóberendezés használatát igényli a festék szárításához. A szárítási hőmérséklet általában 150 °C körül van, a szárítási időt pedig 10-12 percben szabályozzák. Jelenleg a hazai ónlemeznyomdaipar többnyire alagútkemencéket (a továbbiakban: szárítóhelyiségek) használ a festék szárítására. A szárítóhelyiség körülbelül 30 méter hosszú és 6 méter magas, és a nyomdagép hátsó végéhez csatlakozik a nyomtatott termékek szárításához. A hagyományos bádoglemez-nyomtatási eljárás során, függetlenül attól, hogy hány nyomtatási menetre van szükség egy termék elkészítéséhez, minden egyes nyomtatási menet befejezése után a nyomtatott lapnak át kell haladnia a szárítókemencén a festék szárításához. Minden egyes nyomtatott terméknek többször is át kell haladnia a szárító kemencén, ami nemcsak sok energiát fogyaszt, hanem sok VOC-t is kibocsát. Ezért sok vállalat elkezdte fontolóra venni, hogy más módszereket alkalmazzon a hagyományos fűtési és szárítási módszer helyettesítésére, és az UV-gyógyítás kiemelkedett a rendkívül hatékony és energiatakarékos előnyei miatt.
3.12.1.2 UV ónlemez nyomtatási eljárás
Az UV-technológia alkalmazása a nyomtatási folyamatban az UV-festék ultraibolya fényben történő gyors kikeményedését jelenti, amely kiváló fizikai és kémiai tulajdonságokkal és nagy felületi fényerővel rendelkezik. Mivel az UV-nyomtatási eljárás során a festék ultraibolya fény alatt gyorsan szárad, az UV-technológia bevezetése után minden nyomdai egységet UV-szárító berendezéssel szerelnek fel, amely az egyes festékszínek gyors szárításáért felelős. A hagyományos berendezések alagútkemencés részére már nincs szükség. A hagyományos nyomtatási eljárással összehasonlítva az UV-nyomtatási eljárás fő előnyei a következők: gyors száradási sebesség, rövid száradási idő, nincs szükség kemencére, ami nemcsak a termelés hatékonyságát javítja és energiát takarít meg, hanem csökkenti a VOC-kibocsátást és jót tesz a környezetnek.
3.12.2 UV fémtinták előkészítése
Az UV-fémfestékek olyan fényre keményedő festékek, amelyek közvetlenül fémanyagok (beleértve a felületkezelt fémszubsztrátokat és a felületkezelt fémanyagokat is) felületére nyomtathatók. A nyomtatásban általánosan használt fémanyagok közé tartoznak a réz, az alumínium, a vas, a rozsdamentes acél és a tükörfényes titánlemezek, valamint a felületkezeléssel ellátott fémanyagok, például az eloxált porózus alumíniumlemezek, a vasfoszfátozott vaslemezek, a horganyzott vaslemezek, a nikkelezett vas és a krómozott vas, és a felületkezeléssel ellátott fémanyagok, például a porfestékkel vagy égetett zománccal bevont fémlemezek.
A különböző fémek különböző felületi tulajdonságokkal rendelkeznek, és az alkalmazott UV-festék típusának is különbözőnek kell lennie, különben olyan problémák merülhetnek fel, mint a gyenge tapadás és a festékréteg törékeny repedezése a fém hajlításakor.
Az UV-fémfestékek a következő típusokra oszthatók: általános fém UV-festékek, speciális fém UV-festékek, rugalmas UV-fémfestékek, magas hőmérsékletnek ellenálló UV-fémfestékek, UV-fémfestékek speciális dekoratív hatással, UV-korróziógátló festékek fémmaratáshoz és UV-fémlakk sorozat.
Minden UV-fémtintának optimális nyomtatási színsorrendje van. A különböző színű UV-festékek fénykeményedési sebessége eltérő, egyesek lassan, mások gyorsan keményednek. Nem lehetséges bármelyik színt először kinyomtatni, mint az önszáradó oldószeres tinták esetében. A szitanyomás UV-fémfestékek, különösen több színben történő nyomtatás esetén általában azt az elvet követik, hogy először a sötét színeket nyomtatják, és a világos színeket utoljára.
A különböző színű UV-fémfestékek optimális kikeményedési sorrenddel rendelkeznek. Az UV-fémtinták keményedési sorrendje a következő:
arany, ezüst → fekete → kék → piros → sárga → színtelen átlátszó lakk
A sötét tinták több UV-energiát igényelnek, lassabban száradnak, és az UV-fény nehezen hatol be a tintarétegbe, ami megnehezíti az alatta lévő réteg kikeményedését. Ezért a sötét tintákat kell először kinyomtatni; a világos tinták könnyen megszilárdulnak, és csak egy fényexpozíciót igényelnek. Ha a világos tintákat nyomtatják először, a világos tinta elkerülhetetlenül túlkeményedik, a tintaréteg törékennyé válik, és a tapadás gyenge lesz, míg a sötét tintaréteg nem keményedik eléggé, a felületi keménység alacsony lesz, a kopásállóság és az oldószerállóság pedig gyenge. Az UV-fémtinták a nyomtatás után azonnal kikeményíthetők, és a tintaréteget minden egyes szín nyomtatása után egyszer kikeményítjük. Amikor a második színes tinta kikeményedik, az első színes tinta már kétszer is ki lett téve a fénynek. Négy színű minta esetén, amikor a negyedik színű tinta megszilárdul, az alatta lévő tinta már négyszer volt fénynek kitéve és megszilárdult.
A friss fémfelületeknek magas a felületi szabad energiája (500-5000 mN/m), ami sokkal magasabb, mint a szerves polimer anyagoké (<100 mN/m). Ez a magas felületi szabad energia nagyon kedvező a tinta tapadása szempontjából. Valójában sok fém hajlamos a levegőn oxidálódni, ami oxidfilmet képez a felületen, ami csökkenti a felületi szabad energiát és befolyásolja a tinta tapadását. A legtöbb fém-oxidfilm felületi szabad energiája azonban még mindig magasabb, mint az UV-tintáké, így az UV-tinták jó nedvesítő hatással vannak a fémszubsztrátumokra. A fémszubsztrátumokra alkalmazott UV tintáknál azonban gyakori probléma, hogy a tinta tapadása a fémhez nem jó. Tapadást elősegítő adalékanyag hozzáadása nélkül az UV-festékek nehezen érik el az ideális tapadást a fémen. Ennek oka az lehet, hogy a fémszubsztrátum felülete sűrű, ami megnehezíti az UV festékek behatolását és felszívódását. A hatékony érintkezési felület kicsi, ellentétben a papírral és a fával, amelyeknek durva, pórusokkal teli felületük van, valamint a műanyagokkal, amelyeket az olaj megduzzaszthat, és így áteresztő rögzítőszerkezetet képezhetnek. Ezenkívül, mivel az UV-festékek gyorsan keményednek, a térfogat zsugorodása által okozott belső feszültség nem tud felszabadulni, és a reakció hat a festékréteg tapadására a fémszubsztrátumhoz, csökkentve a tapadást. A fémfelületek gyakran könnyen szennyeződnek zsírral, ami szintén nem kedvez a bevonat tapadásának és a fém korrózióvédelmének.
A fémfelületeken a jó tapadás, a korrózióvédelem és a tiszta felület elérése érdekében a tintával történő nyomtatás előtt általában tisztítást, fizikai és kémiai kezelést végeznek. A tisztítás legegyszerűbb módja, ha a fémfelületet oldószerrel átitatott pamutkendővel töröljük át, vagy a fém alkatrészeket közvetlenül az oldószerbe merítjük a mosáshoz. Hatékonyabb módszer a gőzzel történő zsírtalanítás, amelynek során a fémalkatrészeket egy szállítószalagra akasztják, és egy tartályban lévő forró halogénezett oldószer fölé szállítják, így az oldószer a fémalkatrészek felületén kondenzálódik, és feloldja a zsírt, elérve ezzel a tisztítás célját. A fizikai kezelés, például a fémfelület homokfúvása eltávolítja a korrodált felületet, és új, érdes felületet képez. Ezt főként néhány nyers ipari alkatrésznél alkalmazzák, mint például hidak, tartályok stb. Ezenkívül vannak vákuum-alumínium-oxid-robbantások, acélszemcsés vagy vízoldható ragasztóanyagos tisztítás, műanyag granulátumos robbantás, és néha nagynyomású vízzel történő robbantást is használnak a felülettisztításhoz. A kémiai kezelés során általában foszforsavval vagy foszfáttal kíméletesen marják a fémfelületet savval, és egy bizonyos formájú vas/vas foszfát sókból álló réteget képeznek a bevonat tapadásának javítása érdekében, de a korrózióállóság csak kis mértékben javul. A kezelt fémfelületet alaposan meg kell tisztítani az oldható sók eltávolítása érdekében. Az alumínium felületeket vékony, sűrű alumínium-oxid réteg borítja, így általában csak a felületet kell tisztítani.
Az UV-fémfestékekkel kapcsolatos alapvető probléma a festékréteg és a fém közötti tapadás megoldása. A tintaformulációban lévő oligomerek és reaktív hígítók hidrogénkötéseket vagy kémiai kötéseket képezhetnek a fémfelülettel, ami nagymértékben javíthatja a bevonat és a fém közötti tapadást. Általánosságban elmondható, hogy a karboxilcsoportokat és hidroxilcsoportokat tartalmazó oligomerek és reaktív hígítók, különösen a karboxilcsoportokat tartalmazóak, jelentősebb hatással vannak a fém szubsztrátokra, és jelentős hatással vannak a tapadás javítására (3-48. táblázat). Ugyanakkor az alacsony térfogatzsugorodású oligomerek és reaktív hígítók használata szintén hozzájárul a tapadás javításához. Egyes reaktív hígítószerek bizonyos áteresztőképességgel rendelkeznek a fémek számára, ami szintén hozzájárul a tapadás javításához (lásd a 3-49. táblázatot).
3-48. táblázat A karboxil-tartalmú monomerek hatása az UV festékek fémhez való tapadására
3-49. táblázat: Fémszubsztrátokon könnyen áteresztő reaktív hígítók
A tapadásfokozók hozzáadása fontos eszköz az UV-fémfestékek tapadásának javítására. Általában karboxilcsoportos gyantákat, karboxilcsoportokat tartalmazó akrilátokat, akrilát-foszfátokat, sziloxánkapcsoló szereket, titanátkapcsoló szereket stb. használnak. A merkaptánok nem használhatók, mert túl büdösek, de erős hatást gyakorolnak az aranyfelületekre, amelyek rendkívül inertek. Az UV-fémtintákhoz alkalmas fémtapadás elősegítő anyagokat lásd a 3-50. táblázatban. A savas monomerek vagy gyanták savas csoportokat tartalmaznak, amelyek enyhén korrodálhatják a fémfelületeket, és komplexeket képeznek a felületi fématomokkal vagy -ionokkal, erősítve a festékréteg és a fémfelület közötti tapadást. Általában a foszfátészter adhéziót elősegítő anyagok mennyisége a képletben alacsony, nem haladja meg a 1% értéket. A szilikonkapcsoló szerek elősegítik a fémszubsztrátumokhoz való tapadást, mivel hidrolízis után a fémfelületen lévő oxidokkal vagy hidroxilcsoportokkal kondenzálódva határfelületi kémiai kötést képeznek és javítják a tapadást. A megfelelő szilikon kapcsolószerek közé tartozik a KH550, KH560, KH570 és néhány szilikon-modifikált UV gyanta. Titánát kapcsolóanyagokat használnak UV-fémfestékekben a fémszubsztrátumokhoz való tapadás javítására. A megfelelő titanát-kötőanyagok közé tartozik a tetraizooktil-titanát, a tetraizopropil-titanát és az n-butil-titanát.
3-50. táblázat Tapadásfokozók UV-fémfestékekhez
A radikális fotopolimerizációs rendszerekhez képest a kationos fotopolimerizációs festékek nagyobb valószínűséggel érnek el jó tapadást a fémen. A kationos keményítésnek alacsony a zsugorodása, és a polimerizáció után nagyszámú éterkötés képződik, amelyek a fémfelületre hatnak, és mindezek javítják a tapadást. A kationos fotoiniciátorok fotolízise során keletkező szupererős protonsav azonban nemcsak a kationos polimerizációt és a térhálósodást indítja el, hanem korrodálja is a fémszubsztrátot, ami nyilvánvalóan káros a bevonat tapadására, és nem segíti a tapadás javítását. Csak a kationos fotoiniciátor koncentrációjának csökkentésével javítható a tapadás. Ezenkívül az általánosan használt kationos fotoiniciátorok, mint például a tiokarbamid-sók vagy a jodid-sók ultraibolya abszorpciója <300 nm, ami nem kompatibilis az UV fényforrásokkal. Fotoiniciációs hatékonyságuk rendkívül alacsony. Kis mennyiségű szabad gyökös fotoiniciátort, például ITX-et kell hozzáadni, amely képes elnyelni a fényenergiát az ibolyántúli spektrum hosszú hullámú tartományában, és energiát ad át a tiokarbamid-sónak, közvetve gerjesztve a fotoiniciátort és javítva a fotoiniciáció hatékonyságát.
Mivel az UV nyomdafestékek kötőanyaga telítetlen akril monomerekből vagy prepolimerekből áll, más oldhatósági tulajdonságokkal rendelkezik, mint a hagyományos hőre keményedő festékek kötőanyaga (főként alkidok). A telítetlen akril monomerek rendkívül agresszívek, ami a hengerekben és a takarókban lévő szintetikus gumi kitágulását és a PS nyomólemez felületén lévő fényérzékeny réteg károsodását okozza, ami a kép leválását okozza. Ezért UV-nyomdafestékkel történő nyomtatáskor speciálisan UV-nyomdafestékekhez tervezett hengereket, takarókat és mosóvizet kell használni. A PS-lemezt magas hőmérsékleten kell sütni a képréteg korrózióállóságának növelése érdekében.
3.12.3 UV fémmaró tinta
A fémmaratás olyan technikai eszköz, amely kémiai kezeléssel (kémiai maratás, kémiai csiszolás) vagy mechanikai kezeléssel (mechanikai homokfúvás, domborítás stb.) a fényes fémfelületet homorú és domború durva kristályfelületté alakítja. A fényszórás különleges vizuális hatást eredményez, ami a terméknek egyedi művészi stílust kölcsönöz. A kémiai maratás, mint precíz és tudományos kémiai feldolgozási technológia, széles körben használatos a különböző fémes anyagokon. A fémanyagok maratásának kulcsa kettős: védje meg a marandó részt; és marja el teljesen a nem marandó részt, hogy a kívánt képet kapja.
A maratás során lejátszódó kémiai reakció típusa szerint osztályozzák:
① Kémiai maratás. Folyamat: előkefélés → maratás → öblítés → savas mártás → öblítés → reziszt eltávolítás → öblítés → szárítás.
② Elektrolitikus maratás. Folyamat: betöltés → bekapcsolás → maratás → öblítés → savba mártás → öblítés → reziszt eltávolítás → öblítés → szárítás.
A kémiai maratás a marandó anyag típusa szerint a következőképpen osztályozható:
① Rézmaratás. A folyamat: a polírozott vagy csiszolt rézlemez felületének megtisztítása → szitanyomás UV-ellenálló reziszt tinta → UV-keményítés → maratás → öblítés → szitanyomású reziszt tintaréteg eltávolítása → öblítés → utókezelés → szárítás → késztermék.
Ebben az eljárásban UV-álló tintát használnak a kép közvetlen szitanyomásához, hogy megvédjék a kívánt alkatrészt a korróziótól. A nem nyomtatott részt a maratás során elmarják. Ezért az alkalmazott UV-álló tintának erős tapadást kell mutatnia a fémhez, sav- (vagy lúg-) és galvanizálási ellenállást kell biztosítania.
② Rozsdamentes acél maratás. Folyamat: a lemez felületének tisztítása → szitanyomás folyékony fotoreziszt tintával → szárítás → filmmel történő exponálás → fejlesztés → mosás → szárítás → a lemez ellenőrzése és javítása → a film kikeményítése → maratás → a védőréteg eltávolítása → mosás → utókezelés → szárítás → késztermék.
Ez az eljárás során a lemezt fotopolimerizálható rezisztfestékkel vonják be, majd fénynek teszik ki, a reziszt mintázatának kialakulásához kifejlesztik, és ezt követően maratják.
Fényérzékeny filmet képezve a fémfelületre a fotolitográfiai reziszt festék egyenletes rétegét permetezéssel, ecsettel, hengerléssel vagy mártással lehet felvinni. Kis méretű sík felületek esetén azonban a szitanyomás a legkényelmesebb és legmegbízhatóbb módszer. A fotolitográfiai reziszt festékeknek erős tapadást kell biztosítaniuk a fémhez, sav (vagy lúg) ellenállást és galvanizálással szembeni ellenállást.
Az UV-álló és fotóábrázolásra alkalmas rezisztek elkészítésével kapcsolatban lásd a 4. fejezetet a nyomtatott áramköri festékekről.