Hvad er UV-blæk? Hvordan virker UV-hærdning?

 

Definition af UV-blæk

UV-blæk er en strålingshærdelig-blæk, der ændrer sig fra flydende til fast efter eksponering for ultraviolet lys. I modsætning til opløsningsmiddelbaseret-blæk tørrer det ikke gennem fordampning. I stedet udløser ultraviolet energi en polymerisationsreaktion, der danner en fast tværbundet film på substratoverfladen.

UV-blæk er almindeligt anvendt i:

• Inkjet print
• Serigrafi
• Flexografisk tryk
• Offsettryk

Materialet kan printes direkte på ikke-absorberende underlag, herunder glas-, metal-, akryl-, keramik-, PVC- og PET-film.

 

Grundlæggende arbejdsprincip for UV-blæk

Hærdningsprocessen begynder, når fotoinitiatorer inde i blækket absorberer ultraviolet lys, normalt inden for bølgelængdeområdet 360-395 nm. Den absorberede energi genererer reaktive frie radikaler eller kationer, der starter polymerisationsreaktioner mellem oligomerer og monomerer.

Hærdningssekvensen inkluderer:

• UV-lys når blæklaget
• Fotoinitiatorer absorberer UV-energi
• Reaktive stoffer dannes inde i det flydende blæk
• Monomerer og oligomerer polymeriserer
• En tværbundet fast film udvikles

Afhængigt af lampens intensitet, filmtykkelse og transportørhastighed kan hærdning afsluttes inden for mindre end et sekund.

 

Hovedkomponenter i UV-blæk

 

Polymeriserbare oligomerer

Oligomerer danner den strukturelle rygrad i det hærdede blæklag. Deres kemiske struktur bestemmer hårdhed, fleksibilitet, vedhæftning og kemisk modstand.

Fælles materialer omfatter:

• Epoxy akrylater
• Polyurethanakrylater
• Polyester acrylater

Epoxyacrylater øger overfladens hårdhed, mens polyurethanacrylater forbedrer fleksibiliteten og slagfastheden.

 

Reaktive fortyndingsmidler

Reaktive fortyndingsmidler reducerer viskositeten og deltager i hærdningsreaktionen. I modsætning til traditionelle opløsningsmidler forbliver de inde i den hærdede film efter polymerisation.

Deres funktioner omfatter:

Justering af udskriftsviskositet

Forbedring af befugtning af underlag

Styring af tværbindingstæthed

Understøtter dannelse af inkjet-dråber

 

Fotoinitiatorer

Fotoinitiatorer omdanner UV-stråling til kemisk aktivitet. Efter at have absorberet ultraviolet energi, genererer de reaktive arter, der starter polymerisering.

Forskellige fotoinitiatorer vælges i henhold til:

UV bølgelængde

Lampe type

Blæktykkelse

Pigmentkoncentration

LED UV-systemer kræver typisk fotoinitiatorer optimeret til 385 nm eller 395 nm lyskilder.

 

Pigmenter og tilsætningsstoffer

Pigmenter giver farve og uigennemsigtighed. Additiver styrer udskrivningsadfærd og overfladeydelse.

Typiske tilsætningsstoffer omfatter:

• Flowmodifikatorer
• Skumdæmpere
• Adhæsionsfremmere
• Slidbestandig-voks

I UV-inkjetsystemer skal pigmentpartikelstørrelsen forblive kontrolleret for at forhindre dyseblokering under høj-udskrivning.

 

Kerneegenskaber for UV-blæk

 

Lav-temperaturhærdning

UV-hærdning sker gennem fotokemiske reaktioner snarere end varmeoverførsel. Dette tillader udskrivning på varme-følsomme materialer som:

• Tynde plastfilm
• PVC plader
• Dekorative laminater
• Elektroniske membraner

Lavere procestemperatur reducerer substratdeformation under kontinuerlig produktion.

 

Reducerede VOC-emissioner

Traditionelt opløsningsmiddelbaseret-blæk frigiver flygtige organiske forbindelser under tørring. UV-blæk indeholder kun lidt eller intet fordampende opløsningsmiddel, fordi hærdning sker gennem tværbindingsreaktioner.

Som et resultat:

Kravene til udsugningsluftbehandling falder

Tørreovne kan være unødvendige

Udledningen af ​​opløsningsmidler forbliver lav

 

Overfladehårdhed og kemisk modstand

Efter hærdning danner blæklaget et tæt polymernetværk med øget hårdhed og slidstyrke.

Den hærdede overflade kan modstå:

Alkohol rengøringsmidler

Mekanisk ridser

Milde syrer og baser

Gentagen håndteringsfriktion

Disse egenskaber er vigtige for industrielle etiketter, apparatpaneler og bilgrafik.

 

Kompatibilitet med ikke-absorberende underlag

Traditionelt blæk kræver ofte porøse materialer til tørring. UV-blæk hærder i stedet direkte på underlagets overflade.

Dette tillader direkte udskrivning på:

Glas

Metal

Akryl

Polycarbonat

Keramiske belægninger

Yderligere primere kan stadig være nødvendige afhængigt af underlagets overfladeenergi og krav til vedhæftning.

 

Grundlæggende princip for UV-hærdning

UV-hærdning er en fotokemisk proces, der omdanner flydende belægninger eller blæk til faste polymerfilm ved hjælp af ultraviolet stråling.

Sammenlignet med termisk tørring er UV-hærdning afhængig af molekylær aktivering i stedet for opløsningsmiddelfordampning eller varmegennemtrængning.

 

Fotoinitiatorens funktion

Fotoinitiatoren er det reaktive center i hærdningssystemet. Efter at have absorberet UV-lys, skifter det til en exciteret tilstand og genererer reaktive frie radikaler eller kationer.

Disse reaktive arter angriber akrylat-dobbeltbindinger inde i blækformuleringen og begynder kædepolymerisationsreaktioner.

 

Start af polymerisation

Når først polymeriseringen starter, forbindes monomerer og oligomerer hurtigt i tværbundne molekylære netværk.

Under denne proces:

Viskositeten stiger hurtigt

Væskefilmen størkner

Overfladehårdhed udvikles

Kemisk resistens forbedres

Hærdningshastighed afhænger af UV-intensitet, eksponeringsafstand, iltkoncentration og blæktykkelse.

 

Karakteristika for UV-hærdningsreaktionen

UV-hærdning har flere proceskarakteristika:

Konvertering fra flydende-til-solid sker inden for få sekunder

Der kræves ingen opløsningsmiddelfordampningstrin

Varmeproduktionen er fortsat relativt lav

Tværbundne film modstår slid og kemikalier

Fordi hærdning afhænger af strålingsintensitet snarere end varmediffusion, kan produktionslinjer operere ved højere transporthastigheder.

 

Anvendelse af UV-hærdning i trykning

Krav til øjeblikkelig hærdning

Inkjet-print afsætter ekstremt små dråber på underlagets overflade. Hvis hærdningen forsinkes, kan dråber spredes eller blandes før størkning.

Dette kan forårsage:

Kantblødning

Farveblanding

Reduceret printopløsning

Overfladeforurening

UV-hærdning stabiliserer dråbeformen umiddelbart efter udskrivning.

 

Udskrivning på ikke-absorberende materialer

Glas, metal og stiv plast kan ikke absorbere konventionelt flydende blæk effektivt. UV-hærdning løser dette problem ved at danne en polymerfilm direkte på materialets overflade.

Denne proces er almindeligt anvendt i:

Dekorativt glastryk

Industrimærker

Fremstilling af membranafbrydere

Kosmetisk emballage dekoration

 

Industrielle udskrivningskrav

Industrielle printsystemer kræver stabil hærdningshastighed under kontinuerlige produktionsforhold.

UV-hærdningsmoduler integreres med:

Transportørsystemer

Rul-til-rulle-printere

Multi-pass inkjethoveder

Automatiserede produktionslinjer

Hærdningshastigheden påvirker direkte ledningsgennemstrømningen og effektiviteten i downstream-håndteringen.

 

Vigtigheden af ​​UV-hærdningsteknologi

 

Indflydelse på printkvalitet

Hærdningsforhold påvirker direkte:

Vedhæftningsstyrke

Overfladeplanhed

Hårdhed

Glansniveau

Kantskarphed

Ufuldstændig hærdning kan forårsage dårlig vedhæftning eller klæbrighed på overfladen.

 

Indflydelse på produktionseffektivitet

Hærdningssystemet er en af ​​de vigtigste hastighedsbegrænsninger i industrielle printlinjer.

Højere hærdningsintensitet tillader:

Hurtigere transportørhastighed

Øjeblikkelig stabling eller tilbagespoling

Reduceret ventetid

Kontinuerlig post-behandling

 

Indflydelse på energiforbrug

UV-lamper og LED-hærdningsmoduler er væsentlige-strømforbrugende komponenter i UV-printudstyr.

Kviksølvlamper genererer yderligere infrarød varme og kræver normalt kølesystemer. LED UV-systemer reducerer termisk belastning, fordi de udsender smallere bølgelængdebånd.

Energiforbruget afhænger af:

Lampe type

Bestrålingsintensitet

Eksponeringsafstand

Produktionshastighed

 

Indflydelse på vedligeholdelse af udstyr

Den hærdende lyskilde påvirker vedligeholdelsesfrekvensen og driftsomkostningerne.

Kviksølvlamper mister gradvist strålingsintensiteten under drift og kræver periodisk udskiftning. LED-moduler giver generelt længere levetid og hurtigere opstart uden-opvarmningstid.

Rutinemæssig vedligeholdelse omfatter normalt:

Rengøring af reflektoroverflader

Overvågning af bestrålingsintensitet

Udskiftning af kølefiltre

Verifikation af bølgelængdestabilitet

Forkert vedligeholdelse kan reducere hærdningseffektiviteten og resultere i ufuldstændig polymerisering under produktionen.