Vernice UV
Il processo di stampa e verniciatura prevede l'applicazione di una vernice (o di una vernice per verniciatura) sulla superficie del materiale stampato per formare una pellicola asciutta. La sua funzione è simile a quella della laminazione, principalmente per aumentare la scorrevolezza e la lucentezza della superficie stampata. Gli stampati verniciati sono più vivaci e hanno una consistenza più spessa, che li abbellisce e migliora l'effetto visivo. Allo stesso tempo, il materiale stampato dopo la verniciatura ha anche funzioni post-stampa come l'impermeabilità, l'impermeabilità all'umidità, la resistenza allo sfregamento e la resistenza agli agenti chimici, che possono prolungare la vita utile del materiale stampato. La smaltatura della carta è passata attraverso i processi di smaltatura con vernice a base d'acqua, smaltatura con olio a base di solventi, laminazione plastica e smaltatura con olio UV. Sebbene la plastificazione abbia prestazioni migliori, la carta dopo la plastificazione non può essere riciclata e riutilizzata, e durante la lavorazione post-stampa non è possibile eseguire processi come l'incollaggio e la bronzatura.
Pertanto, quando la vernice UV è apparsa negli anni '80, è stata gradualmente sostituita dal processo di verniciatura UV, che ha prestazioni ancora migliori. Poiché il processo di verniciatura UV ha i vantaggi di essere semplice, comodo e poco costoso, e poiché la carta verniciata UV non influisce sul riciclaggio e può conservare le risorse, soddisfa i requisiti ambientali ed è il pilastro del packaging verde. È ampiamente utilizzato in vari libri, cataloghi, imballaggi e prodotti stampati decorativi ed è più competitivo del processo di laminazione tradizionale nella tecnologia di trattamento della lucentezza superficiale dei prodotti stampati.
La verniciatura con vernice ha proprietà superficiali migliori rispetto alla laminazione o alla calandratura e può soddisfare gli elevati requisiti dei cartoni da imballaggio in termini di resistenza all'abrasione, brillantezza e resistenza alle macchie. Può ottenere risultati paragonabili alla laminazione di film BOPP su carta da stampa di alta qualità. Pertanto, la verniciatura di prodotti cartacei con vernice UV è davvero la scelta migliore.
In base al meccanismo di formazione della pellicola, le vernici possono essere suddivise in tre categorie principali: a evaporazione solvente, ad aggregazione emulsionaria e a reticolazione, che corrispondono rispettivamente alle vernici a base solvente, alle vernici a emulsione acquosa e alle vernici UV. In base al substrato, le vernici possono essere suddivise in vernici per carta, vernici per film plastici e vernici per legno. In base al metodo di essiccazione, le vernici possono essere suddivise in essiccazione naturale, essiccazione a infrarossi e polimerizzazione UV. Tra queste, la classificazione in base al meccanismo di formazione della pellicola è più scientifica, in quanto può riflettere le caratteristiche principali dei vari tipi di vernici e coincide anche con la direzione dello sviluppo tecnologico delle vernici.
(1) Le vernici a base di solventi verranno sostituite
I primi oli per smalti erano solventi volatili e consistevano principalmente in resine filmogene, solventi e additivi. Le resine filmogene erano spesso resine naturali, come le resine di Cuba e le resine di colofonia. Le resine naturali possono causare scarsa trasparenza del film, ingiallimento e, in ambienti ad alta temperatura e umidità, riadesione. Con lo sviluppo della tecnologia di sintesi dei polimeri, le resine filmogene sono state sostituite da resine sintetiche di nitrocellulosa, resine amminiche e resine acriliche. L'uso di queste resine sintetiche ha migliorato efficacemente le proprietà filmogene delle vernici per smalti. Rispetto alle resine naturali, le resine sintetiche hanno le caratteristiche significative di buone proprietà filmogene, elevata brillantezza e alta trasparenza. Tuttavia, a causa della loro elevata viscosità, le resine filmogene non possono essere applicate direttamente sulla carta. Per sciogliere e diluire le resine sintetiche nei solventi organici, si utilizzano solventi organici che riducono la viscosità delle resine per soddisfare i requisiti di applicazione delle vernici per smalti.
Dopo l'applicazione della vernice a base di solventi sulla superficie dello stampato e l'asciugatura a infrarossi o ad aria calda, il solvente della vernice viene volatilizzato e la resina filmogena rimane sulla superficie dello stampato formando una pellicola lucida. I solventi organici volatilizzati inquinano l'ambiente e danneggiano la salute dell'operatore. Inoltre, se i solventi organici non volatilizzano completamente, alcuni di essi rimangono o penetrano nella carta, causando un inquinamento secondario. I solventi organici comunemente utilizzati includono benzene, chetoni, alcoli ed esteri. Questi solventi sono utilizzati in grandi quantità e sono costosi. Alla fine vengono fatti evaporare, con conseguente spreco di risorse. Alla fine, sulla superficie del prodotto stampato rimane solo una resina e sembra che il solvente organico non contribuisca molto al film finale. Tuttavia, i solventi organici svolgono un ruolo molto importante nel processo di formazione della pellicola. Una serie di processi come la dissoluzione, la diluizione, la dispersione, la bagnatura, il livellamento e l'essiccazione sono direttamente correlati al suo tipo e alla sua quantità. I solventi organici presenti nelle vernici non sono esenti da danni, ma sono anche molto utili. Il modo migliore per risolvere il conflitto tra i due è trovare un prodotto sostitutivo. Naturalmente si pensa all'acqua, la risorsa più abbondante ed economica del mondo. I vantaggi dell'acqua - abbondante, economica e facile da ottenere, non infiammabile e non esplosiva - sono diventati la forza trainante della corsa allo sviluppo di vernici a base d'acqua.
(2) Anche le vernici a base d'acqua hanno i loro svantaggi
Nel mondo di oggi, in cui la costruzione di una società armoniosa e la richiesta di materiali ecologici sono all'ordine del giorno, le persone hanno iniziato a prestare attenzione ai VOC (composti organici volatili) che le circondano. Il contenuto di VOC nelle vernici a base di solventi è generalmente elevato, da 40% a 60%, e la maggior parte di esso si volatilizza durante il processo di formazione della pellicola, inquinando l'ambiente. Le vernici a base d'acqua hanno un contenuto di COV molto basso e sono generalmente preferite dai colleghi dell'industria della stampa. La resina filmogena delle vernici a base d'acqua è un composto altamente molecolare. Poiché l'olio e l'acqua si respingono a vicenda, la resina ad alta molecolarità non può essere sciolta direttamente in acqua. Può solo essere dispersa in acqua sotto forma di particelle per ottenere una vernice uniforme e stabile come un'emulsione. Il processo di polimerizzazione, il processo di dispersione e la dimensione delle particelle della resina ad alta molecolarità determinano la stabilità della vernice in emulsione e le prestazioni globali del film.
In generale, esistono due metodi per preparare le dispersioni in acqua. Il primo è il metodo della dispersione diretta, in cui la resina principale (come i copolimeri a blocchi stirene-butadiene, i copolimeri etilene-acetato di vinile, ecc.) viene dispersa in acqua sotto la forza di taglio ad alta velocità mediante agitazione meccanica in presenza di un tensioattivo. Tuttavia, se le particelle di resina non vengono frantumate in dimensioni sufficientemente piccole e non uniformi, se il tipo e la quantità di tensioattivo non vengono selezionati in modo appropriato o se il processo di emulsionamento non viene eseguito correttamente, il sistema di dispersione risultante sarà termodinamicamente instabile e subirà anche la sedimentazione e la flocculazione delle particelle nel tempo.
Pertanto, la stabilità del sistema di dispersione ottenuto con il metodo della dispersione diretta si deteriora nel tempo e la qualità dell'olio per smalti a base d'acqua ottenuto con questo metodo è limitata da un certo periodo di tempo. Il secondo metodo è quello della polimerizzazione in emulsione. Le dispersioni acquose preparate con il metodo della polimerizzazione in emulsione sono sistemi termodinamicamente stabili con particelle di piccole dimensioni e distribuzioni granulometriche ridotte. La loro stabilità non si deteriora nel tempo.
Rispetto al metodo della dispersione diretta, l'emulsione prodotta con il metodo della polimerizzazione in emulsione e formulata in una pellicola di vernice a base acquosa ha una buona compattezza e un'elevata brillantezza. Quando si producono vernici a base acquosa con il metodo della polimerizzazione in emulsione, si utilizzano generalmente monomeri acrilati. I monomeri acrilati possono essere polimerizzati da soli o copolimerizzati con altri monomeri come l'etilene e l'acetato di vinile. I polimeri di acrilato sono resistenti all'acqua, incolori, lucidi e hanno una buona adesione alla carta. La copolimerizzazione con monomeri diversi può produrre resine copolimeriche con durezza e proprietà della pellicola diverse. Il processo di polimerizzazione in emulsione è la chiave delle prestazioni della vernice. Il processo di polimerizzazione in emulsione per le vernici utilizza generalmente acrilati o olefine insature come monomeri, tensioattivi anionici o non ionici come emulsionanti e persolfati come iniziatori. Il processo viene condotto a una certa temperatura per produrre copolimeri di emulsione a radicali liberi, quindi viene aggiunta una piccola quantità di additivi, neutralizzata con ammoniaca e filtrata.
L'olio per smalti a base d'acqua preparato mediante polimerizzazione in emulsione appartiene al tipo di rivestimento con essiccazione per coalescenza dell'emulsione. Può asciugarsi rapidamente sotto l'azione dei raggi infrarossi o dell'aria calda. Dopo che l'acqua evapora e penetra nella carta, le particelle di lattice isolate si diffondono e si accumulano l'una con l'altra, lasciando una pellicola polimerica lucida sulla superficie della carta. Le vernici a base d'acqua sono facili da usare, poco costose e rispettose dell'ambiente, ma presentano anche alcuni svantaggi significativi, come una resistenza all'acqua relativamente scarsa, una brillantezza relativamente bassa e un elevato consumo energetico durante l'asciugatura e la rimozione dell'acqua.