UV fém tinta

Quick answer: For practical formulation work, photoinitiator screening starts with the light source and film build, then checks yellowing, adhesion, and cure completeness under real production conditions.

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

UV metal inks are light-curing inks that can be directly printed on the surface of metal materials (including metal substrates with surface treatments and metal materials with surface finishes), and formulators often compare Cationic Photoinitiator CAT-261 with OXE-02 fotoiniciátor when optimizing cure window and adhesion. Commonly used metal materials in printing include copper, aluminum, iron, stainless steel, and mirror-finished titanium plates, as well as metal materials with a surface treatment such as anodized porous aluminum plates, iron phosphating plates, galvanized iron sheets, nickel-plated iron, and chromium-plated iron, and metal materials with a surface finish such as metal sheets coated with powder paint or baked enamel.

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.

How formulators usually evaluate this photoinitiator topic

When technical buyers or formulators screen photoinitiators, the most useful decision frame is usually cure quality plus application fit: which package cures reliably, keeps appearance acceptable, and still works under the lamp, film thickness, and substrate conditions of the actual process.

• Match the package to the lamp first: mercury lamps, UV LEDs, and visible-light systems can rank the same photoinitiators very differently.
• Check depth cure and surface cure separately: a film that feels dry on top can still be weak underneath.
• Balance yellowing with reactivity: the strongest deep-cure route is not always the best commercial choice if color or migration risk becomes unacceptable.
• Use the final formula as the benchmark: pigment load, monomer package, and film thickness can all change the apparent ranking of the same initiator.

Recommended product references

• CHLUMINIT 261: A direct cationic-photoinitiator reference when cationic curing routes are being screened.
• CHLUMINIT TPO-L: A strong low-yellowing reference for LED-oriented UV systems.
• CHLUMINIT 819: Useful when a formulation needs stronger absorption and deeper cure support.
• CHLUMINIT 184: A classic free-radical benchmark for fast surface cure in many UV systems.

FAQ for buyers and formulators

Why are blended photoinitiator packages so common?
Because one product may control yellowing or lamp fit well while another improves cure depth or line-speed performance, so the full package is often stronger than any single grade.

Should incomplete cure always be solved by adding more initiator?
Not automatically. The real limitation may be the lamp, film thickness, pigment shading, or the rest of the reactive system rather than simple under-dosage.