Луч надежды

В последнее время в области печати на упаковочных материалах получила распространение флексографская печать, что обусловлено многими экономическими и технологическими показателями. При этом по причине усиления конкуренции, к упаковке и этикетке предъявляется все больше и больше требований по дизайну, оформлению, а также качеству печати — яркости, насыщенности и глянцу запечатанной продукции.

Вообще, качество печатной продукции определяется в числе многих факторов, в первую очередь, печатными красками. И именно благодаря краскам можно достичь необходимой для большинства упаковочно-этикеточной продукции яркости, проработки тонов и насыщенности. Таковыми красками являются краски, отверждаемые под действием УФ-излучения, т. е. УФ-отверждаемые флексографские печатные краски. Применение этих красок при печати высококачественной упаковки является наиболее целесообразным. При этом подробно будет рассмотрена сама технология УФ-отверждения, а также составляющие и ассортимент УФ-отверждаемых красок. Будет уделено также значительное место описанию свойств и характеристик данного типа красок.

Типы красок

Другими типами флексографских красок являются водоразбавляемые и спиртовые краски, которые различаются по типу растворителя.

Еще раз позволим себе следующее утверждение для полного понимания значимости УФ-отверждаемой красочной технологии в флексографии. Флексографскими красками, позволяющими достигать наилучших условий печатного процесса и получать соответствующее высокое и стабильное качество печатного оттиска — высокую линиатуру растровых изображений с проработкой светов и теней, точность цветопередачи, великолепное воспроизведение всех цветовых оттенков (в т. ч. и телесных), стабильность цветового баланса при печати всего тиража, наиболее короткое время высыхания, являются УФ-отверждаемые краски. При этом достигается необходимая адгезия краски к любому типу запечатываемого материала. Так как отверждение данных красок происходит под действием УФ-излучения, то печатные машины должны быть оснащены соответствующими модулями УФ-сушки, которые отличаются малыми размерами и небольшим расходом электроэнергии. Также в печатной машине должны присутствовать фильтры для удаления образующегося озона и соответствующая вытяжная система. Закрепление красок на оттиске в данном случае происходит практически мгновенно за счет реакции фотополимеризации. Причем данная краска не содержит растворителя и состоит в основном из связующего (около 65 %), пигмента (25 – 30 %) и различных добавок, регулирующих печатно-технические и потребительские свойства красок (примерно 5 – 10 %).

Сразу стоит отметить и отрицательные стороны УФ-красок. К недостаткам этих красок стоит отнести все-таки их высокую стоимость (что связано, прежде всего, с малым спросом на данный вид лакокрасочной продукции по сравнению с общим объемом потребляемых видов красок в флексографии) и озон, выделяющийся при работе УФ-ламп. Однако в последнее время появились лампы с водяным охлаждением, выделяющие ничтожно малое количество озона. Наиболее крупными производителями данного вида красок являются Akzo Nobel (Швеция), Siegwerk (Германия) и RUCO (Германия).

Все же подытожим все вышесказанное и еще раз отметим основные преимущества при печати УФ-отверждаемыми красками по сравнению с другими типами красок (водные, спиртовые): равномерная и высокая насыщенность, точная проработка цветов в соответствии с необходимыми цветовыми координатами красочного оттиска (в том числе и в случае сложных телесных цветов), высокие градационные характеристики оттисков. Также стоит отметить короткое время высыхания краски и тот факт, что эти краски практически не сохнут в красочном аппарате, точнее, на анилоксовом растровом вале, что ведет к повышению производительности работы печатных машин флексографской печати. Оттиску, запечатанному УФ-красками, можно придать великолепный глянец благодаря отделке УФ-лаками. Их преимуществом является высокий глянец и также короткое время высыхания.

Технология

Отверждение красок происходит в специальных модулях УФ-сушки печатных машин, лампами в которых являются либо ртутные, либо специальные галогенные лампы. При этом для сокращения озона, выделяющегося при работе УФ-ламп, может устанавливаться их водяное охлаждение, а после ламп — фильтры. Пример спектра УФ-ламп приводится на рисунке 1. Энергетическая освещенность этих ламп должна составлять порядка 100 – 200 Вт/см² и точное значение зависит от характера печати, скорости работы машины и свойств используемых красок и запечатываемых материалов. Отверждение красок происходит менее чем за 1 с, что позволяет без проблем достигать скорости печати 200 м/мин и выше, что также зависит от свойств и характеристик самой печатной машины.

Рисунок 1. Эмиссия УФ-спектра

Данный спектр показывает, при какой длине (l, нм) происходит наибольше излучение по мощности УФ-лампы. Как видно, наибольшая мощность достигается при 340 – 360 нм.

Разработка новых источников УФ-излучения является одним из основных направлений совершенствования УФ-технологии как в флексографии, так и в других видах печати.

Составляющие красок

Теперь давайте рассмотрим, из чего же состоят УФ-отверждаемые лакокрасочные материалы. Основной частью этих красок является связующее звено (т. н. фотополимеризующаяся композиция — ФПК), которое и определяет сам факт отверждения краски под действием УФ-излучения и все вытекающие отсюда преимущества. Пигмент, как правило, идентичен применяемым в других типах красочных систем (органические пигменты, а также сажа или диоксид титана в случае черной и, соответственно, белой красок).

Основными компонентами ФПК, оказывающими значительное влияние на печатно-технические характеристики и качество как красок, так и оттисков в целом, являются следующие вещества:

1) мономер — органическое вещество, как правило, небольшой молекулярной массы и малой вязкости, которое зачастую используется в качестве растворителя или разбавителя в данных композициях;

2) олигомер — органическое соединение с молекулярной массой, намного превышающей массу мономера. Представляет собой твердое вещество либо жидкость с большой вязкостью. Олигомер способен к полимеризации и сополимеризации с мономером. Именно природой олигомера определяются многие печатно-технические и потребительские свойства УФ-отверждаемых покрытий;

3) фотоинициатор (ФИ) — органическое вещество, инициирующее реакцию полимеризации мономера и олигомера и обеспечивающее переход композиции из жидкого состояния в твердое, с пространственно-сетчатой сшитой структурой.

Сам процесс радикальной фотополимеризации заключается в следующем.

ФИ поглощает квант света и начинает посредством распада либо отрыва атома водорода от подходящего донора генерировать радикалы, которые вступают в реакцию с ненасыщенными олигомерами и мономерами, вследствие чего происходит отверждение композиции — переход из жидкого в твердое состояние с пространственно-сетчатой сшитой структурой. Кроме реакции фотополимеризации, возможны реакции с кислородом воздуха и рекомбинации (когда два радикала вступают в реакцию друг с другом), которые приостанавливают процесс фотоиндуцируемой полимеризации и сам процесс отверждения в целом.

Большинство фотоинициаторов поглощает световое излучение в ближней ультрафиолетовой и, частично, в коротковолновой видимой области (250 – 460 нм). То есть именно в этом диапазоне длин волн УФ-света отверждаются и сами краски.

Однако существуют два принципиально различающихся вида реакции фотополимеризации — радикальный и катионный с двумя типами УФ-отверждаемых лакокрасочных материалов — с радикальным и катионным механизмами отверждения.

При радикальном механизме отверждения фотоинициатор поглощает свет и генерирует свободные радикалы; при катионном же — образуются катион и анион, которые выполняют функции свободных радикалов.

В качестве связующего (ФПК) у радикальных лакокрасочных материалов применяются акрилаты (олигоэфир- или олигоуретанакрилаты), а при катионном — эпоксидные смолы.

Основным преимуществом лакокрасочных материалов с радикальным механизмом является высокая скорость отверждения и более низкая, по сравнению с катионными, цена; с катионными же — высокая адгезия лакокрасочного материала к запечатываемому материалу и гибкость красочного покрытия. Более детальное сравнение этих лакокрасочных систем на примере флексографских красок УФ-сушки приводится в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение катионных и радикальных систем УФ-отверждения

Катионная	Радикальная
Медленная скорость отверждения	Очень быстрая скорость отверждения
Окончательная полимеризация после отверждения, т. е. краска полностью закрепляется только после истечения некоторого времени после отверждения под действием УФ-излучения (при помощи т. н. темновой полимеризации)	Красочное покрытие отверждается практически мгновенно под действием УФ-излучения, т. е. нет необходимости в вылеживании запечатанного оттиска
Очень хорошие печатно-технические свойства покрытия при печати на пленках, на полиэтилене или при печати на металлизированной алюминиевой фольге	Хорошее закрепление красок и печатно-технические свойства при печати на большинстве используемых пленках
Дороже красок радикального механизма	Дешевле катионных
Свободное от липкости красочное покрытие. Твердая красочная пленка	Полностью не свободное от липкости красочное покрытие. То есть происходит не полное отверждение
Гибкая красочная пленка	Более хрупкое покрытие по сравнению с катионным
Базисное “возвратное состояние” запечатываемого материала или щелочная бумага могут мешать отверждению	Независимость процесса отверждения от состава субстрата (запечатываемого материала)
Малое влияние ингибирования кислорода воздуха на закрепление краски.	Ингибирование кислородом воздуха особенно при малой толщине красочного слоя (< 0,5 г/м2 )
Низкая вязкость	Высокая вязкость

Как видно из таблицы, общее преимущество (в частности, соотношение цены и качества) красок радикального типа очевидно, что обуславливает их более широкое распространение (в основном используются именно данный тип УФ-красок). Есть также и т. н. гибридный (смешанный) тип, когда соединяются преимущества обеих систем. Однако распространения этот тип по экономическим причинам также не получил. Применение же красок катионного механизма тоже имеет смысл, особенно при печати на трудно запечатываемых материалах при высоких требованиях к свойствам красочной пленки. В данном случае происходит полное отверждение за счет темновой полимеризации на любом типе субстрата (запечатываемого материала), особенно это актуально при печати на различных типах колбасной оболочки. Стоит отметить, что данные системы ни в коем случае нельзя смешивать (например, в печатной секции машины), иначе возникнут негативные явления при отверждении красок. Краски катионного типа производятся фирмами RUCO (Германия) и J + S (Германия).

Надеемся, что вы получили максимально исчерпывающую информацию не только об УФ-отверждаемых красках для флексографии (свойствах, характеристиках, типах), но и о самой технологии и особенностях УФ-отверждения.

Александр Струве

2003 #3

Версия для печати