UV 금속 잉크

3.12.1 금속 포장 인쇄

금속 포장재는 포장 분야에서 중요한 포장재로서 재활용성, 내용물의 우수한 보호, 다양한 외관과 모양, 밝은 색상 등 다른 포장재에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 발전 가능성이 크고 소비자들로부터 인정을 받고 있습니다. 오늘날 녹색 환경 보호 트렌드가 포장 및 인쇄 산업을 휩쓸고 있으며 "녹색 포장"은 인쇄 산업에서 뜨거운 주제이자 인쇄 산업 공정 기술의 발전 추세 중 하나가되었습니다. 금속 포장 인쇄 산업의 높은 에너지 소비와 생산 과정에서 많은 배기 가스 배출은 금속 포장 회사의 발전과 성장을 제한하는 중요한 요소가되었으며 금속 포장의 친환경 개발에 장애물이되었습니다.

최근 몇 년 동안 UV 인쇄 공정은 에너지 절약 및 환경 보호에 대한 분명한 이점으로 인해 금속 포장 인쇄 업계에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 엄청난 비용 이점과 함께 에너지 절약 및 환경 보호의 혁신적인 방법이 되었으며 금속 포장 회사에서 점점 더 많이 찾고 있습니다.

3.12.1.1 전통적인 양철 인쇄 프로세스

양철판은 안쪽과 바깥쪽을 코팅한 다음 컬러 인쇄를 준비합니다. 일반적으로 양철 인쇄에는 오프셋 인쇄가 사용됩니다. 양철판은 표면이 매끄럽고 흡수성이 없어 종이와 매우 다릅니다. 따라서 양철판 인쇄에는 고온 건조가 필요한 열경화성 잉크가 사용됩니다. 즉, 인쇄 공정에서는 특수 건조 장치를 사용하여 잉크를 건조시켜야 합니다. 건조 온도는 일반적으로 약 150°C이며 시간은 10~12분으로 제어됩니다. 현재 국내 양철 인쇄 산업은 대부분 터널 오븐(이하 건조실)을 사용하여 잉크를 건조합니다. 건조실은 길이 약 30미터, 높이 6미터로 인쇄기 후단에 연결되어 인쇄된 제품을 건조합니다. 전통적인 양철 인쇄 공정에서는 제품을 완성하는 데 몇 번의 인쇄 패스가 필요하든 각 인쇄 패스가 완료된 후 인쇄 된 시트가 건조 오븐을 통과하여 잉크를 건조시켜야합니다. 인쇄된 각 제품은 건조 오븐을 여러 번 통과해야 하므로 많은 에너지가 소비될 뿐만 아니라 많은 양의 VOC가 배출됩니다. 따라서 많은 기업들이 기존의 가열 경화 방식을 대체하기 위해 다른 방식을 고려하기 시작했고, 그 중 효율성이 높고 에너지 절약이 가능하다는 장점으로 인해 UV 경화가 각광받고 있습니다.

3.12.1.2 UV 양철 인쇄 프로세스

인쇄 공정에 UV를 적용하는 기술은 UV 잉크를 사용하여 자외선 아래에서 빠르게 경화하는 것으로, 물리적 및 화학적 특성이 우수하고 표면 밝기가 높습니다. UV 인쇄 공정의 잉크는 자외선 아래에서 빠르게 건조 될 수 있기 때문에 UV 기술을 채택한 후 각 인쇄 장치에는 각 색상의 잉크를 신속하게 건조하는 역할을하는 UV 건조 장치가 장착되어 있습니다. 기존 장비의 터널 오븐 부분은 더 이상 필요하지 않습니다. 기존 인쇄 공정에 비해 UV 인쇄 공정의 주요 장점은 빠른 경화 속도, 짧은 경화 시간, 오븐이 필요 없어 생산 효율성을 높이고 에너지를 절약 할뿐만 아니라 VOC 배출을 줄이고 환경에도 좋습니다.

3.12.2 UV 금속 잉크의 준비

UV 금속 잉크는 금속 재료(표면 처리가 된 금속 기판 및 표면 마감이 된 금속 재료 포함)의 표면에 직접 인쇄할 수 있는 광경화성 잉크입니다. 인쇄에 일반적으로 사용되는 금속 재료에는 구리, 알루미늄, 철, 스테인리스 스틸 및 거울 마감 티타늄 판과 양극 산화 다공성 알루미늄 판, 철 인산염 판, 아연 도금 철판, 니켈 도금 철, 크롬 도금 철판과 같은 표면 처리된 금속 재료와 분말 페인트 또는 구운 에나멜로 코팅된 금속 시트와 같은 표면 마감된 금속 재료가 포함됩니다.

금속마다 표면 특성이 다르므로 사용하는 UV 잉크의 종류도 달라야 하며, 그렇지 않으면 금속이 구부러질 때 잉크 층의 접착력이 떨어지고 부서지기 쉬운 균열이 생기는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

UV 금속 잉크는 일반 금속 UV 잉크, 특수 금속 UV 잉크, 탄성 UV 금속 잉크, 고온 내성 UV 금속 잉크, 특수 장식 효과가 있는 UV 금속 잉크, 금속 에칭용 UV 부식 방지 잉크, UV 금속 바니시 시리즈 등으로 나뉩니다.

각 UV 메탈릭 잉크에는 최적의 인쇄 색상 순서가 있습니다. 색상이 다른 UV 잉크의 광 경화 속도는 다양하며, 일부는 천천히 경화되고 일부는 빠르게 경화됩니다. 자체 건조 솔벤트 잉크처럼 어떤 색상을 먼저 인쇄할 수는 없습니다. 특히 여러 색상으로 인쇄할 때 스크린 인쇄 UV 메탈릭 잉크는 일반적으로 어두운 색상을 먼저 인쇄하고 밝은 색상을 마지막으로 인쇄하는 원칙을 따릅니다.

다양한 색상의 UV 메탈릭 잉크에는 최적의 경화 순서가 있습니다. UV 메탈릭 잉크의 경화 순서는 다음과 같습니다:

금, 은 → 검정 → 파랑 → 빨강 → 노랑 → 무색 투명 바니시

어두운 잉크는 더 많은 UV 에너지를 필요로 하고 더 느리게 건조되며 UV 광선이 잉크 층을 쉽게 투과하지 못해 기본 층이 경화되기 더 어렵습니다. 따라서 어두운 잉크를 먼저 인쇄해야 하며 밝은 잉크는 쉽게 경화되고 한 번만 노출하면 됩니다. 밝은 잉크를 먼저 인쇄하면 밝은 색 잉크는 필연적으로 과도하게 경화되고 잉크 층이 부서지기 쉬우며 접착력이 떨어지고 어두운 잉크 층은 충분히 경화되지 않고 표면 경도가 낮아지며 내마모성과 내용제성이 저하됩니다. UV 메탈릭 잉크는 인쇄 후 즉시 경화할 수 있으며, 각 색상이 인쇄된 후 잉크 층이 한 번 경화됩니다. 두 번째 컬러 잉크가 경화되면 첫 번째 컬러 잉크가 이미 두 번 빛에 노출된 것입니다. 4색 패턴인 경우 네 번째 컬러 잉크가 경화되면 기본 잉크가 이미 빛에 노출되어 4번 경화된 것입니다.

신선한 금속 표면은 표면 자유 에너지(500~5000mN/m)가 높아 유기 폴리머 재료(<100mN/m)보다 훨씬 높습니다. 이러한 높은 표면 자유 에너지는 잉크 접착에 매우 유리합니다. 실제로 많은 금속은 공기 중에서 산화되기 쉬워 표면에 산화막을 형성하여 표면 자유 에너지를 감소시키고 잉크의 접착력에 영향을 미칩니다. 그러나 대부분의 금속 산화막의 표면 자유 에너지는 여전히 UV 잉크보다 높기 때문에 UV 잉크는 금속 기판에 대한 습윤 효과가 우수합니다. 그러나 금속 기판에 적용된 UV 잉크의 일반적인 문제는 잉크와 금속의 접착력이 좋지 않다는 것입니다. 접착 촉진 첨가제를 추가하지 않으면 UV 잉크가 금속에 이상적으로 접착하기 어렵습니다. 이는 금속 기판의 표면이 조밀하여 UV 잉크가 침투하고 흡수하기 어렵기 때문일 수 있습니다. 표면이 거칠고 기공이 있는 종이와 목재, 기름으로 부풀어 투과성 고정 구조를 형성할 수 있는 플라스틱과는 달리 효과적인 접촉 인터페이스가 작습니다. 또한 UV 잉크는 경화가 빠르기 때문에 부피 수축으로 인한 내부 응력이 풀리지 않고, 그 반응이 잉크 층과 금속 기판의 접착력에 작용하여 접착력을 떨어뜨립니다. 금속 표면은 종종 그리스로 쉽게 오염되며, 이는 코팅 접착력과 금속 부식 방지에도 도움이 되지 않습니다.

금속 표면의 우수한 접착력, 부식 방지 및 깨끗한 표면을 얻기 위해 일반적으로 잉크로 인쇄하기 전에 청소, 물리적 처리 및 화학적 처리를 수행합니다. 가장 쉬운 청소 방법은 솔벤트를 적신 면 천으로 금속 표면을 닦거나 금속 부품을 솔벤트에 직접 담가 세척하는 것입니다. 더 효과적인 방법은 금속 부품을 컨베이어에 매달아 탱크의 끓는 할로겐화 용매 위로 운반하여 용매가 금속 부품 표면에 응축되어 그리스를 용해시켜 세척 목적을 달성하는 증기 탈지입니다. 금속 표면을 샌드블라스팅하는 등의 물리적 처리는 부식된 표면을 제거하고 새로운 거친 표면을 형성합니다. 이는 주로 교량, 탱크 등과 같은 일부 조잡한 산업 부품에 사용됩니다. 또한 진공 알루미나 블라스팅, 스틸 그릿 또는 수용성 접착제 세척, 플라스틱 펠릿 블라스팅, 때로는 고압 물 블라스팅도 표면 세척에 사용됩니다. 화학적 처리에는 일반적으로 인산 또는 인산염을 사용하여 금속 표면을 산으로 부드럽게 에칭하여 코팅의 접착력을 향상시키기 위해 특정 형태의 철/철 인산염 염 층을 형성하지만 내식성은 약간만 향상됩니다. 처리된 금속 표면은 용해성 염을 제거하기 위해 철저히 세척해야 합니다. 알루미늄 표면은 얇고 조밀한 알루미늄 산화물 층으로 덮여 있으므로 일반적으로 표면만 청소하면 됩니다.

UV 금속 잉크의 핵심 문제는 잉크 층과 금속 사이의 접착력을 해결하는 것입니다. 잉크 제형의 올리고머와 반응성 희석제는 금속 표면과 수소 결합 또는 화학 결합을 형성하여 코팅과 금속 사이의 접착력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 일반적으로 카복실기와 수산기를 포함하는 올리고머와 반응성 희석제, 특히 카복실기를 포함하는 올리고머는 금속 기판에 더 큰 영향을 미치며 접착력 향상에 큰 영향을 미칩니다(표 3-48). 동시에 부피 수축이 적은 올리고머와 반응성 희석제를 사용하면 접착력을 개선하는 데 도움이 됩니다. 일부 반응성 희석제는 금속에 대한 특정 투과성을 가지고 있어 접착력 향상에도 도움이 됩니다(표 3-49 참조).

표 3-48 카복실 함유 모노머가 UV 잉크와 금속의 접착력에 미치는 영향

표 3-49: 금속 기판에 쉽게 투과되는 반응성 희석제

접착 촉진제를 추가하는 것은 UV 금속 잉크의 접착력을 향상시키는 중요한 수단입니다. 일반적으로 사용되는 것은 카르복실기가 있는 수지, 카르복실기가 포함된 아크릴레이트, 아크릴레이트 인산염, 실록산 결합제, 티타네이트 결합제 등입니다. 메르캅탄은 냄새가 너무 강해 사용할 수 없지만, 불활성이 매우 강한 금 표면에는 강력한 효과가 있습니다. UV 금속 잉크에 적합한 금속 접착 촉진제는 표 3-50을 참조하십시오. 산성 모노머 또는 수지에는 금속 표면을 약간 부식시키고 표면 금속 원자 또는 이온과 복합체를 형성하여 잉크 층과 금속 표면 사이의 접착력을 강화할 수 있는 산성 그룹이 포함되어 있습니다. 일반적으로 포뮬러에 포함된 인산염 에스테르 접착 촉진제의 양은 1%를 초과하지 않는 낮은 수준입니다. 실리콘 결합제는 가수분해 후 금속 표면의 산화물 또는 수산기와 응축하여 계면 화학 결합을 형성하고 접착력을 향상시킬 수 있기 때문에 금속 기판에 대한 접착력을 촉진합니다. 적합한 실리콘 커플링제에는 KH550, KH560, KH570 및 일부 실리콘 변성 UV 수지가 포함됩니다. 티타네이트 결합제는 금속 기판에 대한 접착력을 향상시키기 위해 UV 금속 잉크에 사용됩니다. 적합한 티타네이트 결합제에는 테트라이소옥틸 티타네이트, 테트라이소프로필 티타네이트 및 n-부틸 티타네이트가 포함됩니다.

표 3-50 UV 금속 잉크용 접착 촉진제

라디칼 광중합 시스템에 비해 양이온성 광중합 잉크는 금속에 잘 접착될 가능성이 높습니다. 양이온 경화는 수축이 적고 중합 후 금속 표면에 작용할 수 있는 많은 수의 에테르 결합이 형성되어 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 양이온 광개시제의 광분해에 의해 생성되는 초강력 양성자는 양이온 중합 및 가교를 시작할뿐만 아니라 금속 기판을 부식시켜 코팅 접착력에 분명히 해롭고 접착력을 향상시키는 데 도움이되지 않습니다. 양이온성 광개시제의 농도를 낮춰야만 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 또한 티오우레아 염 또는 요오드화 염과 같이 일반적으로 사용되는 양이온성 광개시제는 자외선 흡수율이 300nm 미만으로 자외선 광원과 호환되지 않습니다. 이러한 광개시제의 광개시 효율은 매우 낮습니다. 바이올렛 스펙트럼의 장파장 영역에서 빛 에너지를 흡수하고 에너지를 티오우레아 염으로 전달하여 광개시제를 간접적으로 여기시키고 광개시 효율을 향상시킬 수 있는 ITX와 같은 소량의 자유 라디칼 광개시제를 첨가해야 합니다.

UV 인쇄 잉크의 바인더는 불포화 아크릴 모노머 또는 프리폴리머로 구성되어 있기 때문에 기존 열 경화 잉크(주로 알키드)의 바인더와 용해 특성이 다릅니다. 불포화 아크릴 모노머는 매우 공격적이어서 롤러와 블랭킷의 합성 고무가 팽창하여 PS 인쇄판 표면의 감광층을 손상시켜 이미지가 벗겨질 수 있습니다. 따라서 UV 인쇄 잉크로 인쇄할 때는 UV 인쇄 잉크용으로 특별히 설계된 롤러, 블랭킷, 세척수를 사용해야 합니다. 이미지 층의 내식성을 높이기 위해 PS 인쇄판을 고온에서 구워야 합니다.

3.12.3 UV 금속 에칭 잉크

금속 에칭은 화학 처리(화학 에칭, 화학 샌딩) 또는 기계적 처리(기계적 샌드블라스팅, 엠보싱 등)를 사용하여 반짝이는 금속 표면을 오목하고 볼록한 거친 크리스탈 표면으로 가공하는 기술적 수단입니다. 빛의 산란은 특별한 시각 효과를 만들어 제품에 독특한 예술적 스타일을 부여합니다. 정밀하고 과학적인 화학 처리 기술인 화학 에칭은 다양한 금속 소재에 널리 사용됩니다. 금속 소재 에칭의 핵심은 에칭이 필요한 부분을 보호하고 에칭할 필요가 없는 부분을 완전히 에칭하여 원하는 이미지를 얻는 두 가지입니다.

에칭 중 화학 반응의 유형에 따라 분류됩니다:

화학적 에칭. 프로세스: 프리 에칭 → 에칭 → 헹굼 → 산 침지 → 헹굼 → 레지스트 박리 → 헹굼 → 건조.

전해 에칭. 프로세스: 로딩 → 전원 켜기 → 에칭 → 헹굼 → 산 침지 → 헹굼 → 레지스트 박리 → 헹굼 → 건조.

화학적 에칭은 에칭할 재료의 종류에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

구리 에칭. 공정: 광택 또는 브러시 처리된 동판 표면 세척 → 스크린 인쇄 UV 저항성 레지스트 잉크 → UV 경화 → 에칭 → 헹굼 → 스크린 인쇄 레지스트 잉크 층 제거 → 헹굼 → 후처리 → 건조 → 완제품.

이 과정에서 원하는 부분을 부식으로부터 보호하기 위해 자외선 차단 잉크를 사용하여 이미지를 직접 스크린 인쇄합니다. 인쇄되지 않은 부분은 에칭 과정에서 에칭됩니다. 따라서 사용되는 자외선 차단 잉크는 금속에 대한 강한 접착력, 산(또는 알칼리) 저항성, 전기 도금 저항성이 필요합니다.

스테인리스 스틸 에칭. 공정: 판 표면 세척 → 스크린 인쇄 액상 포토레지스트 잉크 → 건조 → 필름 노출 → 현상 → 세척 → 건조 → 판 검사 및 수리 → 필름 경화 → 에칭 → 보호막 제거 → 세척 → 후처리 → 건조 → 완제품.

이 프로세스에는 광중합성 레지스트 잉크로 플레이트를 코팅하고, 빛에 노출하고, 현상하여 레지스트 패턴을 형성한 다음 에칭하는 과정이 포함됩니다.

스프레이, 브러싱, 롤링 또는 딥핑을 사용하여 금속 표면에 포토리소그래피 레지스트 잉크를 균일한 층으로 도포하여 감광성 필름을 형성할 수 있습니다. 그러나 작은 크기의 평평한 표면의 경우 스크린 인쇄가 가장 편리하고 신뢰할 수 있는 방법입니다. 포토리소그래피 레지스트 잉크는 또한 금속에 대한 강한 접착력, 산(또는 알칼리) 저항성, 전기 도금에 대한 저항성이 필요합니다.

자외선 차단 및 사진 이미지화 가능한 레지스트의 준비에 대해서는 4장 PCB 잉크를 참조하십시오.