Tinta UV para metal
3.12.1 Impressão de embalagens metálicas
Os materiais de embalagem de metal, como um importante material de embalagem no campo de embalagens, têm muitas vantagens sobre outros materiais de embalagem, como reciclabilidade, boa proteção do conteúdo, aparência e formas diversas e cores brilhantes. Eles têm grande potencial de desenvolvimento e são reconhecidos pelos consumidores. Hoje em dia, a tendência de proteção ambiental verde se espalhou pelo setor de embalagens e impressão, e a "embalagem verde" se tornou um tópico importante no setor de impressão e uma das tendências de desenvolvimento da tecnologia de processos do setor de impressão. O alto consumo de energia do setor de impressão de embalagens metálicas e as grandes emissões de gases de escape durante o processo de produção tornaram-se fatores importantes que restringem o desenvolvimento e o crescimento das empresas de embalagens metálicas e também criaram obstáculos para o desenvolvimento ecológico das embalagens metálicas.
Nos últimos anos, o processo de impressão UV tornou-se cada vez mais popular no setor de impressão de embalagens metálicas devido às suas vantagens óbvias em termos de conservação de energia e proteção ambiental. Juntamente com suas enormes vantagens de custo, ele se tornou uma forma inovadora de conservação de energia e proteção ambiental, sendo cada vez mais procurado pelas empresas de embalagens metálicas.
3.12.1.1 Processo tradicional de impressão em folha de Flandres
A folha de flandres é revestida por dentro e por fora e, em seguida, fica pronta para a impressão colorida. A impressão offset é geralmente usada para a impressão em folha de flandres. A folha de flandres tem uma superfície lisa e não é absorvente, o que é muito diferente do papel. Portanto, as tintas termocolantes são usadas para impressão em folha de flandres, o que exige secagem em alta temperatura. Em outras palavras, o processo de impressão requer o uso de um dispositivo de secagem especial para secar a tinta. A temperatura de secagem geralmente é de cerca de 150°C, e o tempo é controlado em 10 a 12 minutos. Atualmente, o setor nacional de impressão em folha de Flandres usa principalmente fornos de túnel (doravante denominados salas de secagem) para secar a tinta. A sala de secagem tem cerca de 30 metros de comprimento e 6 metros de altura e é conectada à extremidade traseira da prensa de impressão para secar os produtos impressos. No processo tradicional de impressão em folha de Flandres, não importa quantas passagens de impressão sejam necessárias para concluir um produto, após a conclusão de cada passagem de impressão, a folha impressa precisa passar pelo forno de secagem para secar a tinta. Cada produto impresso precisa passar várias vezes pelo forno de secagem, o que não apenas consome muita energia, mas também emite muitos VOCs. Portanto, muitas empresas começaram a considerar o uso de outros métodos para substituir o método tradicional de aquecimento e cura, e a cura por UV se destacou devido às suas vantagens de ser altamente eficiente e economizar energia.
3.12.1.2 Processo de impressão de folha de flandres UV
A tecnologia de aplicação de UV no processo de impressão consiste em usar tinta UV para curar rapidamente sob luz ultravioleta, que tem excelentes propriedades físicas e químicas e um alto brilho de superfície. Como a tinta no processo de impressão UV pode secar rapidamente sob luz ultravioleta, após a adoção da tecnologia UV, cada unidade de impressão é equipada com um dispositivo de secagem UV, que é responsável pela secagem imediata de cada cor de tinta. A parte do forno túnel do equipamento tradicional não é mais necessária. Em comparação com o processo de impressão tradicional, as principais vantagens do processo de impressão UV são: velocidade de cura rápida, tempo de cura curto, sem necessidade de forno, o que não só melhora a eficiência da produção e economiza energia, mas também reduz as emissões de VOC e é bom para o meio ambiente.
3.12.2 Preparação de tintas metálicas UV
As tintas UV para metal são tintas fotopolimerizáveis que podem ser impressas diretamente na superfície de materiais metálicos (incluindo substratos metálicos com tratamentos de superfície e materiais metálicos com acabamentos de superfície). Os materiais metálicos comumente usados na impressão incluem cobre, alumínio, ferro, aço inoxidável e chapas de titânio com acabamento espelhado, bem como materiais metálicos com tratamento de superfície, como chapas de alumínio poroso anodizado, chapas de fosfatização de ferro, chapas de ferro galvanizado, ferro niquelado e ferro cromado, e materiais metálicos com acabamento de superfície, como chapas de metal revestidas com tinta em pó ou esmalte cozido.
Metais diferentes têm propriedades de superfície diferentes, e o tipo de tinta UV usada também deve ser diferente, caso contrário, pode haver problemas como adesão ruim e rachaduras frágeis na camada de tinta quando o metal se dobra.
As tintas UV para metal são divididas nos seguintes tipos: tintas UV para metal em geral, tintas UV para metal especiais, tintas UV para metal elásticas, tintas UV para metal resistentes a altas temperaturas, tintas UV para metal com efeitos decorativos especiais, tintas UV anticorrosão para gravação de metal e série de vernizes UV para metal.
Cada tinta metálica UV tem uma sequência de cores de impressão ideal. A velocidade de cura da luz das tintas UV de cores diferentes varia, sendo que algumas curam lentamente e outras rapidamente. Não é possível imprimir qualquer cor primeiro, como ocorre com as tintas solventes de secagem automática. As tintas metálicas UV de impressão em tela, especialmente quando são impressas em várias cores, geralmente seguem o princípio de imprimir cores escuras primeiro e cores claras por último.
As tintas metálicas UV de cores diferentes têm uma ordem de cura ideal. A ordem de cura das tintas metálicas UV é:
ouro, prata → preto → azul → vermelho → amarelo → verniz transparente incolor
As tintas escuras requerem mais energia UV, secam mais lentamente e a luz UV não penetra facilmente na camada de tinta, dificultando a cura da camada subjacente. Portanto, as tintas escuras devem ser impressas primeiro; as tintas claras curam facilmente e requerem apenas uma exposição à luz. Se as tintas claras forem impressas primeiro, a tinta de cor clara será inevitavelmente curada em excesso, a camada de tinta se tornará frágil e a adesão será ruim, enquanto a camada de tinta escura não será curada o suficiente, a dureza da superfície será baixa e a resistência ao desgaste e a resistência a solventes serão ruins. As tintas metálicas UV podem ser curadas imediatamente após a impressão, e a camada de tinta é curada uma vez após a impressão de cada cor. Quando a tinta da segunda cor é curada, a tinta da primeira cor já foi exposta à luz duas vezes. Se for um padrão de quatro cores, quando a tinta da quarta cor for curada, a tinta subjacente já terá sido exposta à luz e curada quatro vezes.
As superfícies de metal fresco têm uma alta energia livre de superfície (500 a 5000 mN/m), que é muito maior do que a dos materiais de polímero orgânico (<100 mN/m). Essa alta energia livre de superfície é muito benéfica para a adesão da tinta. De fato, muitos metais são propensos à oxidação no ar, formando uma película de óxido na superfície, o que reduz a energia livre da superfície e afeta a adesão da tinta. No entanto, a energia livre da superfície da maioria dos filmes de óxido de metal ainda é maior do que a das tintas UV, portanto, as tintas UV têm um bom efeito de umectação em substratos de metal. Entretanto, um problema comum com as tintas UV aplicadas a substratos metálicos é que a adesão da tinta ao metal não é boa. Sem a adição de um aditivo que promova a adesão, é difícil para as tintas UV obterem a adesão ideal ao metal. Isso pode ocorrer porque a superfície do substrato de metal é densa, dificultando a penetração e a absorção das tintas UV. A interface de contato efetiva é pequena, ao contrário do papel e da madeira, que têm superfícies ásperas com poros, e dos plásticos, que podem ser inchados pelo óleo para formar uma estrutura de ancoragem permeável. Além disso, como as tintas UV curam rapidamente, a tensão interna causada pelo encolhimento do volume não pode ser liberada, e a reação atua na adesão da camada de tinta ao substrato de metal, reduzindo a adesão. As superfícies metálicas geralmente são facilmente contaminadas com graxa, o que também não favorece a adesão do revestimento e a proteção contra a corrosão do metal.
Para obter boa adesão, proteção contra corrosão e uma superfície limpa em superfícies metálicas, geralmente são realizados limpeza, tratamento físico e tratamento químico antes da impressão com tinta. A maneira mais fácil de limpar é passar um pano de algodão embebido em solvente na superfície metálica ou mergulhar as peças metálicas diretamente no solvente para lavá-las. Um método mais eficaz é o desengraxe a vapor, que envolve pendurar as peças de metal em uma esteira e transportá-las sobre um solvente halogenado em ebulição em um tanque, de modo que o solvente se condense na superfície das peças de metal e dissolva a graxa, atingindo assim o objetivo da limpeza. O tratamento físico, como o jato de areia na superfície do metal, remove a superfície corroída e forma uma nova superfície áspera. Isso é usado principalmente para algumas peças industriais brutas, como pontes, tanques etc. Além disso, o jateamento de alumina a vácuo, a limpeza com granalha de aço ou adesivo solúvel em água, o jateamento com pellets de plástico e, às vezes, o jateamento com água em alta pressão também são usados para a limpeza da superfície. O tratamento químico geralmente envolve o uso de ácido fosfórico ou fosfato para gravar suavemente a superfície do metal com um ácido, formando uma camada de sais de fosfato de ferro/ferroso de uma determinada forma para melhorar a adesão do revestimento, mas a resistência à corrosão é apenas ligeiramente melhorada. A superfície metálica tratada deve ser cuidadosamente limpa para remover os sais solúveis. As superfícies de alumínio são cobertas por uma camada fina e densa de óxido de alumínio, portanto, em geral, apenas a superfície precisa ser limpa.
O principal problema das tintas UV para metal também é resolver a adesão entre a camada de tinta e o metal. Os oligômeros e os diluentes reativos na formulação da tinta podem formar ligações de hidrogênio ou ligações químicas com a superfície do metal, o que pode melhorar muito a adesão entre o revestimento e o metal. De modo geral, os oligômeros e diluentes reativos que contêm grupos carboxila e grupos hidroxila, especialmente aqueles que contêm grupos carboxila, têm um efeito mais significativo em substratos metálicos e têm um efeito significativo na melhoria da adesão (Tabela 3-48). Ao mesmo tempo, o uso de oligômeros e diluentes reativos com baixo encolhimento de volume também ajuda a melhorar a adesão. Alguns diluentes reativos têm certa permeabilidade a metais, o que também ajuda a melhorar a adesão (consulte a Tabela 3-49).
Tabela 3-48 Efeito de monômeros contendo carboxila na adesão de tintas UV ao metal
Tabela 3-49: Diluentes reativos que são facilmente permeáveis em substratos metálicos
A adição de promotores de adesão é um meio importante de melhorar a adesão de tintas metálicas UV. São comumente usadas resinas com grupos carboxila, acrilatos contendo grupos carboxila, fosfatos de acrilato, agentes de acoplamento de siloxano, agentes de acoplamento de titanato etc. Os mercaptanos não podem ser usados porque são muito malcheirosos, mas têm um forte efeito sobre as superfícies de ouro, que são extremamente inertes. Para conhecer os promotores de adesão de metal adequados para tintas UV para metal, consulte a Tabela 3-50. Os monômeros ou as resinas ácidas contêm grupos ácidos que podem corroer levemente as superfícies metálicas e formar complexos com átomos ou íons metálicos da superfície, fortalecendo a adesão entre a camada de tinta e a superfície metálica. Em geral, a quantidade de promotores de adesão de éster de fosfato na fórmula é baixa, não excedendo 1%. Os agentes de acoplamento de silicone promovem a adesão a substratos metálicos porque, após a hidrólise, eles podem se condensar com os óxidos ou grupos hidroxila na superfície do metal para formar uma ligação química interfacial e melhorar a adesão. Os agentes de acoplamento de silicone adequados incluem KH550, KH560, KH570 e algumas resinas UV modificadas com silicone. Os agentes de acoplamento de titanato são usados em tintas UV para metal para melhorar a adesão a substratos metálicos. Os agentes de acoplamento de titanato adequados incluem titanato de tetraisooctilo, titanato de tetraisopropilo e titanato de n-butilo.
Tabela 3-50 Promotores de adesão para tintas metálicas UV
Em comparação com os sistemas de fotopolimerização radical, as tintas de fotopolimerização catiônica têm maior probabilidade de obter boa adesão ao metal. A cura catiônica tem baixo encolhimento e um grande número de ligações de éter formadas após a polimerização que podem atuar na superfície do metal, o que pode melhorar a adesão. No entanto, o ácido protônico superforte produzido pela fotólise dos fotoiniciadores catiônicos não só inicia a polimerização catiônica e a reticulação, mas também corrói o substrato metálico, o que é obviamente prejudicial à adesão do revestimento e não ajuda a melhorar a adesão. Somente com a redução da concentração do fotoiniciador catiônico é possível melhorar a adesão. Além disso, os fotoiniciadores catiônicos comumente usados, como sais de tioureia ou sais de iodeto, têm absorção ultravioleta <300 nm, o que não é compatível com fontes de luz UV. Sua eficiência de fotoiniciação é extremamente baixa. Deve-se adicionar uma pequena quantidade de um fotoiniciador de radical livre, como o ITX, que pode absorver a energia da luz na região de ondas longas do espectro violeta e transferir energia para o sal de tioureia, excitando indiretamente o fotoiniciador e melhorando a eficiência da fotoiniciação.
Como o aglutinante das tintas de impressão UV consiste em monômeros ou pré-polímeros acrílicos insaturados, ele tem propriedades de solubilidade diferentes do aglutinante das tintas tradicionais de cura por calor (principalmente alquídicas). Os monômeros acrílicos insaturados são altamente agressivos, fazendo com que a borracha sintética dos rolos e das blanquetas se expanda e danifique a camada fotossensível na superfície da chapa de impressão PS, fazendo com que a imagem se desprenda. Portanto, ao imprimir com tintas de impressão UV, é necessário usar rolos, blanquetas e água de lavagem especialmente projetados para tintas de impressão UV. A chapa de PS deve ser cozida em alta temperatura para aumentar a resistência à corrosão da camada de imagem.
3.12.3 Tinta UV para gravação de metais
A gravação de metal é um meio técnico de usar tratamento químico (gravação química, lixamento químico) ou tratamento mecânico (jateamento mecânico, gravação em relevo etc.) para processar uma superfície de metal brilhante em uma superfície de cristal áspera côncava e convexa. A dispersão da luz produz um efeito visual especial, dando ao produto um estilo artístico exclusivo. Como uma tecnologia de processamento químico precisa e científica, a gravação química é amplamente utilizada em uma variedade de materiais metálicos. O segredo da gravação de materiais metálicos é duplo: proteger a parte que precisa ser gravada e gravar completamente a parte que não precisa ser gravada, de modo a obter a imagem desejada.
Ele é classificado de acordo com o tipo de reação química durante a gravação:
① Gravação química. Processo: pré-condicionamento → condicionamento → enxágue → imersão em ácido → enxágue → remoção da resistência → enxágue → secagem.
Gravação eletrolítica. Processo: carregamento → ligar → gravação → enxágue → imersão em ácido → enxágue → remoção da resistência → enxágue → secagem.
A gravação química pode ser classificada de acordo com o tipo de material a ser gravado da seguinte forma:
① Gravação em cobre. O processo: limpeza da superfície da placa de cobre polida ou escovada → impressão da tela com tinta resistente a UV → cura por UV → gravação → enxágue → remoção da camada de tinta resistente impressa na tela → enxágue → pós-tratamento → secagem → produto acabado.
Nesse processo, a tinta resistente a UV é usada para imprimir a imagem diretamente na tela, de modo a proteger a peça desejada contra a corrosão. A parte não impressa é removida durante a gravação. Portanto, a tinta resistente a UV usada requer forte adesão ao metal, resistência a ácidos (ou álcalis) e resistência à galvanoplastia.
② Gravura em aço inoxidável. Processo: limpeza da superfície da chapa → serigrafia com tinta líquida fotorresistente → secagem → exposição com um filme → revelação → lavagem → secagem → inspeção e reparo da chapa → cura do filme → gravação → remoção da camada protetora → lavagem → pós-tratamento → secagem → produto acabado.
Esse processo envolve o revestimento da chapa com tinta resistente fotopolimerizável, a exposição à luz, a revelação para formar um padrão de resistência e, em seguida, a gravação.
Pulverização, pincelamento, laminação ou imersão podem ser usados para aplicar uma camada uniforme de tinta resistente fotolitográfica à superfície do metal para formar um filme fotossensível. Entretanto, para superfícies planas de tamanho pequeno, a impressão em tela é o método mais conveniente e confiável. As tintas resistentes para fotolitografia também exigem forte adesão ao metal, resistência a ácidos (ou álcalis) e resistência à galvanoplastia.
Para a preparação de resinas resistentes a UV e fotoimageáveis, consulte o Capítulo 4 sobre tintas para PCB.