UV metal mürekkep

3.12.1 Metal ambalaj baskısı

Ambalaj alanında önemli bir ambalaj malzemesi olan metal ambalaj malzemeleri, geri dönüştürülebilirlik, içeriğin iyi korunması, çeşitli görünüm ve şekiller ve parlak renkler gibi diğer ambalaj malzemelerine göre birçok avantaja sahiptir. Gelişim için büyük bir potansiyele sahiptirler ve tüketiciler tarafından kabul görmektedirler. Günümüzde, yeşil çevre koruma trendi ambalaj ve baskı endüstrisini etkisi altına almış ve "yeşil ambalaj" baskı endüstrisinde sıcak bir konu ve baskı endüstrisi süreç teknolojisinin gelişme trendlerinden biri haline gelmiştir. Metal ambalaj baskı endüstrisinin yüksek enerji tüketimi ve üretim sürecindeki büyük egzoz emisyonları, metal ambalaj şirketlerinin gelişimini ve büyümesini kısıtlayan önemli faktörler haline geldi ve ayrıca metal ambalajın yeşil gelişimi için engeller oluşturdu.

Son yıllarda UV baskı işlemi, enerji tasarrufu ve çevre korumadaki bariz avantajları nedeniyle metal ambalaj baskı endüstrisinde giderek daha popüler hale gelmiştir. Büyük maliyet avantajlarıyla birleştiğinde, enerji tasarrufu ve çevre korumanın yenilikçi bir yolu haline geldi ve metal ambalaj şirketleri tarafından giderek daha fazla aranıyor.

3.12.1.1 Geleneksel teneke baskı süreci

Teneke levhanın içi ve dışı kaplandıktan sonra renkli baskıya hazır hale getirilir. Teneke baskı için genellikle ofset baskı kullanılır. Teneke pürüzsüz bir yüzeye sahiptir ve kağıttan çok farklı olarak emici değildir. Bu nedenle, teneke üzerine baskı için yüksek sıcaklıkta kurutma gerektiren ısı ayarlı mürekkepler kullanılır. Başka bir deyişle, baskı işlemi mürekkebi kurutmak için özel bir kurutma cihazının kullanılmasını gerektirir. Kurutma sıcaklığı genellikle yaklaşık 150°C'dir ve süre 10 ila 12 dakika arasında kontrol edilir. Şu anda, yerli teneke baskı endüstrisi mürekkebi kurutmak için çoğunlukla tünel fırınlar (bundan sonra kurutma odaları olarak anılacaktır) kullanmaktadır. Kurutma odası yaklaşık 30 metre uzunluğunda ve 6 metre yüksekliğindedir ve basılı ürünleri kurutmak için baskı makinesinin arka ucuna bağlanır. Geleneksel teneke baskı sürecinde, bir ürünü tamamlamak için kaç baskı geçişi gerektiğine bakılmaksızın, her baskı geçişi tamamlandıktan sonra, basılı tabakanın mürekkebi kurutmak için kurutma fırınından geçmesi gerekir. Her basılı ürünün kurutma fırınından birden fazla kez geçmesi gerekir, bu da sadece çok fazla enerji tüketmekle kalmaz, aynı zamanda çok fazla VOC yayar. Bu nedenle, birçok şirket geleneksel ısıtma ve kürleme yönteminin yerine başka yöntemler kullanmayı düşünmeye başlamış ve UV kürleme, yüksek verimlilik ve enerji tasarrufu avantajları nedeniyle öne çıkmıştır.

3.12.1.2 UV teneke baskı işlemi

Baskı sürecinde UV uygulama teknolojisi, mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliklere ve yüksek yüzey parlaklığına sahip olan ultraviyole ışık altında hızlı bir şekilde kürleşmek için UV mürekkebi kullanmaktır. UV baskı sürecindeki mürekkep ultraviyole ışık altında hızla kuruyabildiğinden, UV teknolojisinin benimsenmesinden sonra, her baskı ünitesi, her bir mürekkep renginin derhal kurutulmasından sorumlu olan bir UV kurutma cihazı ile donatılmıştır. Geleneksel ekipmanın tünel fırın kısmına artık ihtiyaç duyulmamaktadır. Geleneksel baskı süreciyle karşılaştırıldığında, UV baskı sürecinin temel avantajları şunlardır: hızlı kürleme hızı, kısa kürleme süresi, fırına gerek olmaması, bu sadece üretim verimliliğini artırmak ve enerji tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda VOC emisyonlarını azaltır ve çevre için iyidir.

3.12.2 UV metal mürekkeplerinin hazırlanması

UV metal mürekkepleri, metal malzemelerin yüzeyine doğrudan basılabilen ışıkla sertleşen mürekkeplerdir (yüzey işlemeli metal alt tabakalar ve yüzey kaplamalı metal malzemeler dahil). Baskıda yaygın olarak kullanılan metal malzemeler arasında bakır, alüminyum, demir, paslanmaz çelik ve ayna kaplamalı titanyum plakaların yanı sıra anodize gözenekli alüminyum plakalar, demir fosfatlama plakaları, galvanizli demir levhalar, nikel kaplı demir ve krom kaplı demir gibi yüzey işlemine sahip metal malzemeler ve toz boya veya fırınlanmış emaye ile kaplanmış metal levhalar gibi yüzey kaplamalı metal malzemeler bulunur.

Farklı metaller farklı yüzey özelliklerine sahiptir ve kullanılan UV mürekkebin türü de farklı olmalıdır, aksi takdirde metal büküldüğünde mürekkep katmanının zayıf yapışması ve kırılgan çatlaması gibi sorunlar yaşanabilir.

UV metal mürekkepleri şu türlere ayrılır: genel metal UV mürekkepleri, özel metal UV mürekkepleri, elastik UV metal mürekkepleri, yüksek sıcaklığa dayanıklı UV metal mürekkepleri, özel dekoratif efektli UV metal mürekkepleri, metal aşındırma için UV korozyon önleyici mürekkepler ve UV metal vernik serisi.

Her UV metalik mürekkebin optimum bir baskı renk dizisi vardır. Farklı renklerdeki UV mürekkeplerin ışıkla kürlenme hızı değişir; bazıları yavaş, bazıları ise hızlı kürlenir. Kendiliğinden kuruyan solvent mürekkeplerde olduğu gibi herhangi bir rengi önce basmak mümkün değildir. Serigrafi UV metalik mürekkepler, özellikle birden fazla renkte baskı yaparken, genellikle önce koyu renklerin ve en son açık renklerin basılması ilkesini izler.

Farklı renklerdeki UV metalik mürekkeplerin optimum bir kürlenme sırası vardır. UV metalik mürekkeplerin kürlenme sırası şöyledir:

altın, gümüş → siyah → mavi → kırmızı → sarı → renksiz şeffaf vernik

Koyu mürekkepler daha fazla UV enerjisi gerektirir, daha yavaş kurur ve UV ışığı mürekkep katmanına kolayca nüfuz edemez, bu da alttaki katmanın kürlenmesini zorlaştırır. Bu nedenle, önce koyu renkli mürekkepler basılmalıdır; açık renkli mürekkepler kolayca kurur ve yalnızca bir kez ışığa maruz kalmaları yeterlidir. Önce açık renkli mürekkepler basılırsa, açık renkli mürekkep kaçınılmaz olarak aşırı kürlenecek, mürekkep tabakası kırılgan hale gelecek ve yapışma zayıf olacak, koyu renkli mürekkep tabakası ise yeterince kürlenmeyecek, yüzey sertliği düşük olacak ve aşınma direnci ve solvent direnci zayıf olacaktır. UV metalik mürekkepler baskıdan hemen sonra kürlenebilir ve mürekkep katmanı her renk basıldıktan sonra bir kez kürlenir. İkinci renk mürekkep kürlendiğinde, ilk renk mürekkep zaten iki kez ışığa maruz kalmıştır. Dört renkli bir desen ise, dördüncü renk mürekkep kürlendiğinde, alttaki mürekkep zaten ışığa maruz kalmış ve dört kez kürlenmiştir.

Taze metal yüzeyler, organik polimer malzemelerden (<100 mN/m) çok daha yüksek olan yüksek bir yüzey serbest enerjisine (500 ila 5000 mN/m) sahiptir. Bu yüksek yüzey serbest enerjisi mürekkep yapışması için çok faydalıdır. Aslında, birçok metal havada oksidasyona yatkındır, yüzeyde bir oksit filmi oluşturur, bu da yüzey serbest enerjisini azaltır ve mürekkebin yapışmasını etkiler. Bununla birlikte, çoğu metal oksit filminin yüzey serbest enerjisi hala UV mürekkeplerinkinden daha yüksektir, bu nedenle UV mürekkepler metal alt tabakalar üzerinde iyi bir ıslatma etkisine sahiptir. Bununla birlikte, metal alt tabakalara uygulanan UV mürekkeplerle ilgili yaygın bir sorun, mürekkebin metale yapışmasının iyi olmamasıdır. Yapışmayı teşvik edici bir katkı maddesi eklenmeden, UV mürekkeplerin metale ideal yapışmayı sağlaması zordur. Bunun nedeni, metal alt tabakanın yüzeyinin yoğun olması ve UV mürekkeplerin nüfuz etmesini ve emilmesini zorlaştırması olabilir. Etkili temas arayüzü, gözenekli pürüzlü yüzeylere sahip kağıt ve ahşap ile geçirgen bir ankraj yapısı oluşturmak için yağ ile şişebilen plastiklerin aksine küçüktür. Buna ek olarak, UV mürekkepleri hızlı bir şekilde sertleştiğinden, hacim büzülmesinin neden olduğu iç gerilim serbest bırakılamaz ve reaksiyon, mürekkep katmanının metal alt tabakaya yapışmasına etki ederek yapışmayı azaltır. Metal yüzeyler genellikle yağ ile kolayca kirlenir, bu da kaplama yapışması ve metal korozyon koruması için elverişli değildir.

Metal yüzeylerde iyi bir yapışma, korozyon koruması ve temiz bir yüzey elde etmek için genellikle mürekkeple baskı yapmadan önce temizlik, fiziksel işlem ve kimyasal işlem yapılır. Temizlemenin en kolay yolu, metal yüzeyi solvente batırılmış pamuklu bir bezle silmek veya metal parçaları yıkamak için doğrudan solvente daldırmaktır. Daha etkili bir yöntem, metal parçaların bir konveyöre asılması ve bir tankta kaynayan halojenli bir çözücü üzerinde taşınmasını içeren buharla yağ gidermedir, böylece çözücü metal parçaların yüzeyinde yoğunlaşır ve gresi çözer, böylece temizleme amacına ulaşılır. Metal yüzeyin kumlanması gibi fiziksel işlemler, aşınmış yüzeyi ortadan kaldırır ve yeni bir pürüzlü yüzey oluşturur. Bu esas olarak köprüler, tanklar vb. gibi bazı ham endüstriyel parçalar için kullanılır. Buna ek olarak, yüzey temizliği için vakumlu alümina kumlama, çelik kum veya suda çözünür yapışkan temizleme, plastik pelet kumlama ve bazen yüksek basınçlı su kumlama da kullanılmaktadır. Kimyasal işlem genellikle metal yüzeyi bir asitle hafifçe aşındırmak için fosforik asit veya fosfat kullanımını içerir, kaplamanın yapışmasını iyileştirmek için belirli bir formda bir demir / demir fosfat tuzları tabakası oluşturur, ancak korozyon direnci sadece biraz iyileştirilir. Çözünebilir tuzları uzaklaştırmak için işlenmiş metal yüzey iyice temizlenmelidir. Alüminyum yüzeyler ince, yoğun bir alüminyum oksit tabakası ile kaplıdır, bu nedenle genellikle sadece yüzeyin temizlenmesi gerekir.

UV metal mürekkepleriyle ilgili temel sorun da mürekkep tabakası ile metal arasındaki yapışmayı çözmektir. Mürekkep formülasyonundaki oligomerler ve reaktif seyrelticiler, metal yüzeyle hidrojen bağları veya kimyasal bağlar oluşturabilir ve bu da kaplama ile metal arasındaki yapışmayı büyük ölçüde artırabilir. Genel olarak, karboksil grupları ve hidroksil grupları içeren oligomerler ve reaktif seyrelticiler, özellikle karboksil grupları içerenler, metal substratlar üzerinde daha önemli bir etkiye sahiptir ve yapışmayı iyileştirmede önemli bir etkiye sahiptir (Tablo 3-48). Aynı zamanda, düşük hacim büzülmesine sahip oligomerlerin ve reaktif seyrelticilerin kullanımı da yapışmanın iyileştirilmesine yardımcı olur. Bazı reaktif seyrelticiler metallere karşı belirli bir geçirgenliğe sahiptir ve bu da yapışmayı iyileştirmeye yardımcı olur (bkz. Tablo 3-49).

Tablo 3-48 Karboksil içeren monomerlerin UV mürekkeplerin metale yapışması üzerindeki etkisi

Tablo 3-49: Metal alt tabakalar üzerinde kolayca geçirgen olan reaktif seyrelticiler

Yapışma arttırıcıların eklenmesi, UV metal mürekkeplerinin yapışmasını iyileştirmenin önemli bir yoludur. Yaygın olarak kullanılanlar karboksil gruplu reçineler, karboksil grupları içeren akrilatlar, akrilat fosfatlar, siloksan bağlayıcı maddeler, titanat bağlayıcı maddeler vb. Merkaptanlar çok kokulu oldukları için kullanılamazlar, ancak son derece inert olan altın yüzeyler üzerinde güçlü bir etkiye sahiptirler. UV metal mürekkepleri için uygun metal yapışma arttırıcılar için Tablo 3-50'ye bakın. Asidik monomerler veya reçineler, metal yüzeyleri hafifçe aşındırabilen ve yüzey metal atomları veya iyonlarıyla kompleksler oluşturarak mürekkep tabakası ile metal yüzey arasındaki yapışmayı güçlendiren asidik gruplar içerir. Genel olarak, formüldeki fosfat ester yapışma arttırıcıların miktarı düşüktür, 1%'yi geçmez. Silikon bağlayıcı maddeler metal yüzeylere yapışmayı destekler çünkü hidrolizden sonra metal yüzeydeki oksitler veya hidroksil grupları ile yoğunlaşarak bir arayüzey kimyasal bağı oluşturabilir ve yapışmayı iyileştirebilirler. Uygun silikon bağlama maddeleri KH550, KH560, KH570 ve bazı silikonla modifiye edilmiş UV reçinelerini içerir. Titanat bağlayıcı maddeler UV metal mürekkeplerinde metal alt tabakalara yapışmayı iyileştirmek için kullanılır. Uygun titanat bağlayıcı maddeler arasında tetraizooktil titanat, tetraizopropil titanat ve n-bütil titanat bulunur.

Tablo 3-50 UV metal mürekkepleri için yapışma arttırıcılar

Radikal fotopolimerizasyon sistemleriyle karşılaştırıldığında, katyonik fotopolimerizasyon mürekkeplerinin metal üzerinde iyi bir yapışma sağlama olasılığı daha yüksektir. Katyonik kürleme düşük büzülmeye ve polimerizasyondan sonra oluşan ve metal yüzeyine etki edebilen çok sayıda eter bağına sahiptir ve bunların tümü yapışmayı artırabilir. Bununla birlikte, katyonik fotobaşlatıcıların fotolizi ile üretilen süper güçlü protonik asit sadece katyonik polimerizasyonu ve çapraz bağlanmayı başlatmakla kalmaz, aynı zamanda metal alt tabakayı aşındırır, bu da kaplama yapışması için açıkça zararlıdır ve yapışmayı iyileştirmeye yardımcı olmaz. Sadece katyonik fotobaşlatıcının konsantrasyonu azaltılarak yapışma iyileştirilebilir. Buna ek olarak, tiyoüre tuzları veya iyodür tuzları gibi yaygın olarak kullanılan katyonik fotobaşlatıcılar, UV ışık kaynakları ile uyumlu olmayan <300nm ultraviyole emilimine sahiptir. Fotobaşlatma verimlilikleri son derece düşüktür. Mor spektrumun uzun dalga bölgesindeki ışık enerjisini emebilen ve enerjiyi tiyoüre tuzuna aktarabilen, dolaylı olarak fotobaşlatıcıyı uyaran ve fotobaşlatma verimliliğini artıran ITX gibi az miktarda serbest radikal fotobaşlatıcı eklenmelidir.

UV baskı mürekkeplerinin bağlayıcısı doymamış akrilik monomerler veya prepolimerlerden oluştuğu için, geleneksel ısıyla sertleşen mürekkeplerin (çoğunlukla alkidler) bağlayıcısından farklı çözünürlük özelliklerine sahiptir. Doymamış akrilik monomerler oldukça agresiftir ve merdanelerdeki ve blanketlerdeki sentetik kauçuğun genişlemesine ve PS baskı plakasının yüzeyindeki ışığa duyarlı tabakaya zarar vererek görüntünün soyulmasına neden olur. Bu nedenle, UV baskı mürekkepleri ile baskı yaparken, UV baskı mürekkepleri için özel olarak tasarlanmış merdaneler, battaniyeler ve yıkama suyu kullanılması gerekir. Görüntü katmanının korozyon direncini artırmak için PS plakası yüksek sıcaklıkta fırınlanmalıdır.

3.12.3 UV metal aşındırma mürekkebi

Metal aşındırma, parlak bir metal yüzeyi içbükey ve dışbükey pürüzlü kristal bir yüzeye dönüştürmek için kimyasal işlem (kimyasal aşındırma, kimyasal zımparalama) veya mekanik işlem (mekanik kumlama, kabartma vb.) kullanmanın teknik bir yoludur. Işık saçılması özel bir görsel etki yaratarak ürüne benzersiz bir sanatsal stil kazandırır. Hassas ve bilimsel bir kimyasal işleme teknolojisi olan kimyasal aşındırma, çeşitli metal malzemeler üzerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal malzemeleri aşındırmanın anahtarı iki yönlüdür: aşındırılması gereken parçayı korumak; ve istenen görüntüyü elde etmek için aşındırılması gerekmeyen parçayı tamamen aşındırmak.

Aşındırma sırasındaki kimyasal reaksiyonun türüne göre sınıflandırılır:

① Kimyasal aşındırma. İşlem: ön aşındırma → aşındırma → durulama → asit daldırma → durulama → direnç sıyırma → durulama → kurutma.

② Elektrolitik aşındırma. İşlem: yükleme → güç açma → aşındırma → durulama → asit daldırma → durulama → direnç sıyırma → durulama → kurutma.

Kimyasal aşındırma, aşındırılacak malzemenin türüne göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

① Bakır aşındırma. İşlem: cilalı veya fırçalanmış bakır plakanın yüzeyini temizleyin → UV dirençli dirençli mürekkebi ekran baskısı → UV kürleme → aşındırma → durulama → ekran baskılı dirençli mürekkep katmanını çıkarın → durulama → işlem sonrası → kurutma → bitmiş ürün.

Bu işlemde, istenen parçayı korozyondan korumak için görüntüyü doğrudan ekran baskısı yapmak için UV dirençli mürekkep kullanılır. Baskısız kısım aşındırma sırasında kazınarak uzaklaştırılır. Bu nedenle, kullanılan UV dirençli mürekkep metale güçlü yapışma, asit (veya alkali) direnci ve elektrokaplama direnci gerektirir.

② Paslanmaz çelik aşındırma. İşlem: plakanın yüzeyinin temizlenmesi → serigrafi sıvı fotorezist mürekkep → kurutma → bir film ile pozlama → geliştirme → yıkama → kurutma → plakanın incelenmesi ve onarılması → filmin kürlenmesi → aşındırma → koruyucu tabakanın çıkarılması → yıkama → işlem sonrası → kurutma → bitmiş ürün.

Bu işlem, plakanın fotopolimerize edilebilir direnç mürekkebi ile kaplanmasını, ışığa maruz bırakılmasını, bir direnç deseni oluşturmak için geliştirilmesini ve ardından aşındırılmasını içerir.

Püskürtme, fırçalama, yuvarlama veya daldırma, ışığa duyarlı bir film oluşturmak üzere metal yüzeye düzgün bir fotolitografik direnç mürekkebi tabakası uygulamak için kullanılabilir. Ancak, küçük boyutlu düz yüzeyler için serigrafi baskı en uygun ve güvenilir yöntemdir. Fotolitografik direnç mürekkepleri ayrıca metale güçlü yapışma, asit (veya alkali) direnci ve elektrokaplamaya karşı direnç gerektirir.

UV-dirençli ve foto-görüntülenebilir dirençlerin hazırlanması için PCB mürekkepleri hakkındaki Bölüm 4'e bakın.