Tinta logam UV

3.12.1 Pencetakan kemasan logam

Bahan kemasan logam, sebagai bahan kemasan yang penting di bidang pengemasan, memiliki banyak keunggulan dibandingkan bahan kemasan lainnya, seperti dapat didaur ulang, perlindungan yang baik terhadap isinya, tampilan dan bentuk yang beragam, serta warna yang cerah. Mereka memiliki potensi besar untuk berkembang dan diakui oleh konsumen. Saat ini, tren perlindungan lingkungan hijau telah melanda industri pengemasan dan percetakan, dan "kemasan hijau" telah menjadi topik hangat dalam industri percetakan dan salah satu tren perkembangan teknologi proses industri percetakan. Konsumsi energi yang tinggi dari industri percetakan kemasan logam dan emisi gas buang yang besar selama proses produksi telah menjadi faktor penting yang membatasi perkembangan dan pertumbuhan perusahaan kemasan logam, dan juga menjadi hambatan bagi pengembangan hijau kemasan logam.

Dalam beberapa tahun terakhir, proses pencetakan UV telah menjadi semakin populer di industri pencetakan kemasan logam karena keunggulannya yang jelas dalam konservasi energi dan perlindungan lingkungan. Ditambah dengan keuntungan biaya yang sangat besar, proses ini telah menjadi cara inovatif untuk konservasi energi dan perlindungan lingkungan, dan semakin banyak dicari oleh perusahaan pengemasan logam.

3.12.1.1 Proses pencetakan pelat timah tradisional

Tinplate dilapisi di bagian dalam dan luar dan kemudian siap untuk pencetakan warna. Pencetakan offset umumnya digunakan untuk pencetakan tinplate. Tinplate memiliki permukaan yang halus dan tidak menyerap, yang sangat berbeda dari kertas. Oleh karena itu, tinta heat-setting digunakan untuk mencetak pada tinplate, yang memerlukan pengeringan suhu tinggi. Dengan kata lain, proses pencetakan memerlukan penggunaan alat pengering khusus untuk mengeringkan tinta. Suhu pengeringan biasanya sekitar 150 ° C, dan waktunya dikontrol pada 10 hingga 12 menit. Saat ini, industri percetakan pelat timah dalam negeri sebagian besar menggunakan oven terowongan (selanjutnya disebut ruang pengering) untuk mengeringkan tinta. Ruang pengering memiliki panjang sekitar 30 meter dan tinggi 6 meter, dan terhubung ke bagian belakang mesin cetak untuk mengeringkan produk yang dicetak. Dalam proses pencetakan pelat timah tradisional, tidak peduli berapa banyak lintasan pencetakan yang diperlukan untuk menyelesaikan suatu produk, setelah setiap lintasan pencetakan selesai, lembaran yang dicetak harus melewati oven pengering untuk mengeringkan tinta. Setiap produk yang dicetak harus melewati oven pengering beberapa kali, yang tidak hanya menghabiskan banyak energi, tetapi juga mengeluarkan banyak VOC. Oleh karena itu, banyak perusahaan mulai mempertimbangkan untuk menggunakan metode lain untuk menggantikan metode pemanasan dan pengawetan tradisional, dan pengawetan UV menonjol karena keunggulannya yang sangat efisien dan hemat energi.

3.12.1.2 Proses pencetakan pelat timah UV

Teknologi penerapan UV dalam proses pencetakan yaitu, menggunakan tinta UV untuk cepat mengering di bawah sinar ultraviolet, yang memiliki sifat fisik dan kimiawi yang istimewa, serta kecerahan permukaan yang tinggi. Karena tinta dalam proses pencetakan UV dapat mengering dengan cepat di bawah sinar ultraviolet, setelah penerapan teknologi UV, setiap unit pencetakan dilengkapi dengan perangkat pengering UV, yang bertanggung jawab untuk segera mengeringkan setiap warna tinta. Bagian oven terowongan dari peralatan tradisional tidak lagi diperlukan. Dibandingkan dengan proses pencetakan tradisional, keuntungan utama dari proses pencetakan UV adalah: kecepatan pengeringan yang cepat, waktu pengeringan yang singkat, tidak perlu oven, yang tidak hanya meningkatkan efisiensi produksi dan menghemat energi, tetapi juga mengurangi emisi VOC dan baik untuk lingkungan.

3.12.2 Persiapan tinta logam UV

Tinta logam UV adalah tinta light-curing yang dapat langsung dicetak pada permukaan bahan logam (termasuk substrat logam dengan perlakuan permukaan dan bahan logam dengan finishing permukaan). Bahan logam yang umum digunakan dalam pencetakan, termasuk tembaga, aluminium, besi, baja tahan karat, dan pelat titanium yang sudah jadi, serta bahan logam dengan perlakuan permukaan, seperti pelat aluminium berpori yang dianodisasi, pelat besi fosfat, lembaran besi galvanis, besi berlapis nikel, dan besi berlapis krom, serta bahan logam dengan sentuhan akhir, misalnya, lembaran logam yang dilapisi dengan cat bubuk atau enamel yang dipanggang.

Logam yang berbeda memiliki sifat permukaan yang berbeda, dan jenis tinta UV yang digunakan, juga harus berbeda, jika tidak, mungkin ada masalah, seperti daya rekat yang buruk dan lapisan tinta yang rapuh ketika logam bengkok.

Tinta logam UV dibagi ke dalam jenis berikut ini: tinta UV logam umum, tinta UV logam khusus, tinta logam UV elastis, tinta logam UV tahan suhu tinggi, tinta logam UV dengan efek dekoratif khusus, tinta anti-korosi UV untuk etsa logam, dan seri pernis logam UV.

Tiap tinta metalik UV memiliki urutan warna pencetakan yang optimal. Kecepatan pengeringan cahaya tinta UV dengan warna yang berbeda-beda, bervariasi, sebagian mengering secara perlahan dan sebagian lagi secara cepat. Tidak dimungkinkan untuk mencetak warna apa pun terlebih dulu, seperti yang bisa Anda lakukan dengan tinta pelarut yang dapat mengering sendiri. Sablon tinta metalik UV, khususnya apabila mencetak dalam banyak warna, umumnya mengikuti prinsip mencetak warna gelap terlebih dulu dan warna terang terakhir.

Tinta metalik UV dengan warna yang berbeda-beda, memiliki urutan pengeringan yang optimal. Urutan pengawetan tinta metalik UV adalah:

emas, perak → hitam → biru → merah → kuning → pernis transparan tak berwarna

Tinta gelap memerlukan lebih banyak energi UV, mengering lebih lambat, dan sinar UV tidak mudah menembus lapisan tinta, sehingga lebih sulit bagi lapisan di bawahnya untuk mengering. Oleh karena itu, tinta gelap harus dicetak terlebih dulu; tinta terang mudah mengering dan hanya memerlukan satu kali penyinaran. Jika tinta terang dicetak terlebih dahulu, tinta berwarna terang pasti akan sembuh secara berlebihan, lapisan tinta menjadi rapuh, dan daya rekatnya buruk, sedangkan lapisan tinta gelap tidak akan cukup sembuh, kekerasan permukaan akan rendah, dan ketahanan aus serta ketahanan pelarut akan buruk. Tinta metalik UV dapat diawetkan segera setelah pencetakan, dan lapisan tinta diawetkan sekali setelah setiap warna dicetak. Ketika tinta warna kedua diawetkan, tinta warna pertama sudah terkena cahaya dua kali. Jika ini adalah pola empat warna, apabila tinta warna keempat disembuhkan, tinta warna yang mendasarinya sudah terpapar cahaya dan disembuhkan sebanyak empat kali.

Permukaan logam baru memiliki energi bebas permukaan yang tinggi (500 hingga 5000 mN/m), yang jauh lebih tinggi daripada bahan polimer organik (<100 mN/m). Energi bebas permukaan yang tinggi ini sangat bermanfaat untuk daya rekat tinta. Malahan, banyak logam yang rentan terhadap oksidasi di udara, membentuk lapisan oksida pada permukaannya, yang mengurangi energi bebas permukaan dan memengaruhi daya rekat tinta. Namun demikian, energi bebas permukaan sebagian besar film oksida logam masih lebih tinggi daripada tinta UV, sehingga tinta UV memiliki efek pembasahan yang baik pada substrat logam. Namun demikian, masalah umum pada tinta UV yang diaplikasikan pada substrat logam yaitu, daya rekat tinta pada logam kurang bagus. Tanpa penambahan aditif pemacu daya rekat, akan sulit bagi tinta UV untuk mencapai daya rekat yang ideal pada logam. Hal ini mungkin disebabkan oleh permukaan substrat logam yang padat, sehingga menyulitkan tinta UV untuk menembus dan menyerap. Antarmuka kontak yang efektif adalah kecil, tidak seperti kertas dan kayu, yang memiliki permukaan kasar dengan pori-pori, dan plastik, yang bisa bengkak oleh minyak untuk membentuk struktur penahan yang permeabel. Selain itu, karena tinta UV cepat mengering, tekanan internal yang disebabkan oleh penyusutan volume tidak dapat dilepaskan, dan reaksinya bekerja pada perekatan lapisan tinta ke substrat logam, sehingga mengurangi daya rekat. Permukaan logam sering kali mudah terkontaminasi oleh minyak, yang juga tidak kondusif untuk pelekatan lapisan dan perlindungan korosi logam.

Untuk mencapai daya rekat yang baik, perlindungan terhadap korosi dan permukaan yang bersih pada permukaan logam, biasanya dilakukan pembersihan, perlakuan fisik dan perlakuan kimiawi sebelum mencetak dengan tinta. Cara termudah untuk membersihkannya yaitu, menyeka permukaan logam dengan kain katun yang dibasahi pelarut, atau mencelupkan bagian logam secara langsung ke dalam pelarut untuk dicuci. Metode yang lebih efektif adalah degreasing uap, yang melibatkan penggantungan bagian logam pada konveyor dan mengangkutnya di atas pelarut terhalogenasi yang mendidih di dalam tangki, sehingga pelarut mengembun di permukaan bagian logam dan melarutkan minyak, sehingga mencapai tujuan pembersihan. Perlakuan fisik, seperti peledakan pasir pada permukaan logam, menghilangkan permukaan yang terkorosi dan membentuk permukaan kasar yang baru. Ini terutama digunakan untuk beberapa bagian industri mentah, seperti jembatan, tangki, dll. Selain itu, ada peledakan alumina vakum, pembersih pasir baja atau perekat yang larut dalam air, peledakan pelet plastik, dan terkadang peledakan air bertekanan tinggi juga digunakan untuk pembersihan permukaan. Perlakuan kimia biasanya melibatkan penggunaan asam fosfat atau fosfat untuk mengetsa permukaan logam dengan lembut dengan asam, membentuk lapisan garam besi / besi fosfat dengan bentuk tertentu untuk meningkatkan daya rekat lapisan, tetapi ketahanan korosinya hanya sedikit meningkat. Permukaan logam yang dirawat harus dibersihkan secara menyeluruh untuk menghilangkan garam yang larut. Permukaan aluminium ditutupi dengan lapisan aluminium oksida yang tipis dan padat, sehingga umumnya hanya permukaannya saja yang perlu dibersihkan.

Masalah inti dengan tinta logam UV yaitu, mengatasi daya rekat antara lapisan tinta dan logam. Oligomer dan pengencer reaktif dalam formulasi tinta dapat membentuk ikatan hidrogen atau ikatan kimiawi dengan permukaan logam, yang bisa sangat meningkatkan daya rekat antara lapisan tinta dan logam. Secara umum, oligomer dan pengencer reaktif yang mengandung gugus karboksil dan gugus hidroksil, terutama yang mengandung gugus karboksil, memiliki efek yang lebih signifikan pada substrat logam dan memiliki efek yang signifikan dalam meningkatkan daya rekat (Tabel 3-48). Pada saat yang sama, penggunaan oligomer dan pengencer reaktif dengan penyusutan volume yang rendah, juga membantu meningkatkan daya rekat. Beberapa pengencer reaktif memiliki permeabilitas tertentu terhadap logam, yang juga membantu meningkatkan daya rekat (lihat Tabel 3-49).

Tabel 3-48 Pengaruh monomer yang mengandung karboksil pada daya rekat tinta UV pada logam

Tabel 3-49: Pengencer reaktif yang mudah ditembus pada substrat logam

Menambahkan promotor adhesi adalah cara penting untuk meningkatkan daya rekat tinta logam UV. Yang umum digunakan yaitu resin dengan gugus karboksil, akrilat yang mengandung gugus karboksil, akrilat fosfat, zat penghubung siloksan, zat penghubung titanat, dll. Merkaptan tidak dapat digunakan karena terlalu berbau, tetapi memiliki efek yang kuat pada permukaan emas, yang sangat lembam. Untuk promotor perekatan logam yang sesuai untuk tinta logam UV, lihat Tabel 3-50. Monomer atau resin asam mengandung gugus asam yang dapat sedikit menimbulkan korosi pada permukaan logam dan membentuk kompleks dengan atom atau ion logam permukaan, memperkuat daya rekat antara lapisan tinta dan permukaan logam. Umumnya, jumlah promotor adhesi ester fosfat dalam formula rendah, tidak melebihi 1%. Agen penghubung silikon meningkatkan daya rekat pada substrat logam karena setelah hidrolisis, mereka dapat mengembun dengan oksida atau gugus hidroksil pada permukaan logam untuk membentuk ikatan kimia antarmuka dan meningkatkan daya rekat. Agen penggandeng silikon yang cocok termasuk KH550, KH560, KH570 dan beberapa resin UV yang dimodifikasi silikon. Agen penghubung titanat digunakan dalam tinta logam UV untuk meningkatkan daya rekat pada substrat logam. Agen penghubung titanat yang sesuai termasuk tetraisooctyl titanate, tetraisopropyl titanate, dan n-butyl titanate.

Tabel 3-50 Promotor perekatan untuk tinta logam UV

Dibandingkan dengan sistem fotopolimerisasi radikal, tinta fotopolimerisasi kationik lebih memungkinkan untuk mencapai daya rekat yang baik pada logam. Curing kationik memiliki penyusutan yang rendah dan sejumlah besar ikatan eter yang terbentuk setelah polimerisasi yang dapat bekerja pada permukaan logam, yang kesemuanya dapat meningkatkan daya rekat. Namun, asam protonik super kuat yang dihasilkan oleh fotolisis fotoinisiator kationik tidak hanya memulai polimerisasi kationik dan ikatan silang, tetapi juga merusak substrat logam, yang jelas berbahaya bagi perekatan lapisan dan tidak membantu meningkatkan perekatan. Hanya dengan mengurangi konsentrasi fotoinisiator kationik, daya rekat dapat ditingkatkan. Selain itu, fotoinisiator kationik yang umum digunakan, seperti garam tiourea atau garam iodida, memiliki penyerapan ultraviolet <300nm, yang tidak kompatibel dengan sumber sinar UV. Efisiensi fotoinisiasi mereka sangat rendah. Sejumlah kecil fotoinisiator radikal bebas seperti ITX harus ditambahkan, yang dapat menyerap energi cahaya di wilayah gelombang panjang spektrum ungu dan mentransfer energi ke garam tiourea, yang secara tidak langsung menggairahkan fotoinisiator dan meningkatkan efisiensi fotoinisiasi.

Karena pengikat tinta cetak UV terdiri atas monomer akrilik tak jenuh atau prapolimer, maka, tinta ini memiliki sifat kelarutan yang berbeda dari pengikat tinta pengawetan panas tradisional (terutama alkid). Monomer akrilik tak jenuh sangat agresif, menyebabkan karet sintetis pada rol dan selimut mengembang dan merusak lapisan fotosensitif pada permukaan pelat cetak PS, menyebabkan gambar terkelupas. Oleh karena itu, apabila mencetak dengan tinta cetak UV, perlu menggunakan rol, selimut dan air pencuci yang didesain secara khusus untuk tinta cetak UV. Pelat PS harus dipanggang pada suhu tinggi untuk meningkatkan ketahanan korosi lapisan gambar.

3.12.3 Tinta etsa logam UV

Etsa logam adalah sarana teknis yang menggunakan perlakuan kimiawi (etsa kimiawi, pengamplasan kimiawi) atau perlakuan mekanis (peledakan pasir mekanis, pengembosan, dll.) untuk memproses permukaan logam yang mengkilap menjadi permukaan kristal yang cekung dan cembung. Hamburan cahaya menghasilkan efek visual yang istimewa, memberikan gaya artistik yang unik pada produk. Sebagai teknologi pemrosesan kimia yang tepat dan ilmiah, etsa kimia banyak digunakan pada berbagai bahan logam. Kunci untuk mengetsa bahan logam ada dua: melindungi bagian yang perlu dietsa; dan mengetsa sepenuhnya bagian yang tidak perlu dietsa, untuk mendapatkan gambar yang diinginkan.

Ini diklasifikasikan menurut jenis reaksi kimia selama etsa:

(1)Etsa kimiawi. Proses: pra-etsa → etsa → pembilasan → pencelupan asam → pembilasan → tahan pengupasan → pembilasan → pengeringan.

② Etsa elektrolit. Proses: pemuatan → nyalakan → etsa → pembilasan → pencelupan asam → pembilasan → tahan pengupasan → pembilasan → pengeringan.

Etsa kimia dapat diklasifikasikan menurut jenis bahan yang akan dietsa sebagai berikut:

(1) Etsa tembaga. Prosesnya: bersihkan permukaan pelat tembaga yang dipoles atau disikat → sablon tinta tahan UV tahan UV → UV curing → etsa → pembilasan → lepaskan lapisan tinta tahan sablon → pembilasan → pasca perawatan → pengeringan → produk jadi.

Dalam proses ini, tinta tahan UV digunakan untuk mencetak gambar secara langsung, sehingga dapat melindungi bagian yang diinginkan dari korosi. Bagian yang tidak tercetak akan terukir selama etsa. Oleh karena itu, tinta tahan UV yang digunakan memerlukan daya rekat yang kuat pada logam, tahan asam (atau alkali), dan tahan lempeng listrik.

② Etsa baja tahan karat. Proses: membersihkan permukaan pelat → sablon tinta fotoresis cair → pengeringan → mengekspos dengan film → mengembangkan → mencuci → mengeringkan → memeriksa dan memperbaiki pelat → menyembuhkan film → etsa → menghilangkan lapisan pelindung → mencuci → pasca perawatan → pengeringan → produk jadi.

Proses ini melibatkan pelapisan pelat dengan tinta resist yang dapat dipolimerisasi, memaparkannya ke cahaya, mengembangkannya untuk membentuk pola resist, dan kemudian mengetsa.

Penyemprotan, penyikatan, penggulungan, atau pencelupan dapat digunakan untuk mengaplikasikan lapisan seragam tinta tahan fotolitografik pada permukaan logam untuk membentuk film fotosensitif. Namun demikian, untuk permukaan datar dengan ukuran kecil, sablon adalah metode yang paling nyaman dan dapat diandalkan. Tinta tahan fotolitografik juga memerlukan daya rekat yang kuat pada logam, tahan asam (atau alkali), dan tahan terhadap pelapisan listrik.

Untuk persiapan resist yang tahan UV dan dapat difoto, lihat Bab 4 mengenai tinta PCB.