UV technologie

22. 01. 2019
UV technologie

Historie použití UV barev v sítotisku

Historie použití UV vytvrditelných barev pro tisk je překvapivě dlouhá. První patent UV vytvrditelné tiskové barvy byl udělen již v roce 1946. V sítotisku se s UV vytvrditelnými barvami začalo více pracovat až v sedmdesátých letech, kdy se již začaly sériově vyrábět velmi dobře použitelné UV barvy. Je to překvapivé, protože UV barvy eliminují jednu z nejnepříjemnějších vlastností sítotiskových barev - zasychání v sítě. Po vlně euforie a následného částečného vystřízlivění z použití vodou ředitelných barev v devadesátých letech se opět vývoj zaměřil více na UV barvy. Navíc byly plánovány a později i uvedeny v platnost zákony na omezování exhalací (VOC).

V dnešní době již nachází UV vytvrditelné materiály uplatnění v různých oblastech nejen polygrafie, ale i v technických aplikacích. V sítotisku jsou to z oblastí mimo polygrafii zejména různé typy UV lepidel. Barvy se uplatňují jak v grafickém, tak i průmyslovém sítotisku. V grafickém sítotisku se uplatňují zejména při zušlechťování plošným nebo parciálním, případně ochranným lakováním. Ale používají se i pro plošný nebo rastrový tisk na papír, kartony, plasty. V technických aplikacích nacházejí uplatnění zejména při tisku etiket, tisku na digitální nosiče, tisku dutých těles, tiscích pro automobilový průmysl a částečně tisku fóliových klávesnic. V posledních dvou aplikacích jde jak o funkční, tak i dekorativní tisky. Bez UV barev si dnes nelze prakticky představit potisk dutých těles (především obaly, ale i lékařské pomůcky apod.). Velkým a úspěšným vývojem prošly UV barvy, které lze tisknout na sklo. 


Chemie UV barev

Složení UV barev se podobá složení barev ředidlových potud, že obsahuje pojivo, pigmenty, pomocné látky a plniva. Podobně jako u ředidlových barev jsou pojiva tvořena středně až vysoce viskózními pryskyřicemi, které v tomto kontextu nazýváme prepolymery nebo ligomery. I u UV barev mají tato pojiva zásadní vliv na vlastnosti barev - přídržnost, pružnost, odolnost.

Funkci ředidel v ředidlové barvě odpovídají v UV barvě monomery. Jsou to nízko viskózní reaktivní látky a mají vliv především na rychlost vytvrzování a dodatečné vytvrzování. Částečně také ovlivňují pružnost, odolnost a stabilitu povrchu barvy. Na rozdíl od ředidel v ředidlových barvách se neodpařují, nýbrž reagují a stanou se součástí barvového filmu. 

Funkci katalyzátoru (někdy také tužidla) u ředidlových barev je možné srovnat s funkcí fotoiniciátorů v UV barvě, které iniciují radikálové vytvrzení. Absorbují UV záření, rozpadnou se a vytváří volné radikály. Tím startují polymerizaci jako řetězovou reakci. Kvalita fotoiniciátorů řídí proces řídí proces vytvrzování. Kvalitní fotoiniciátory jsou obvykle dosti drahou surovinou. Ve speciálních případech je možné přidávat fotoiniciátory do hotové barvy, např. při tisku vyšší vrstvy a potřebě vytvrzení celé výšky nanesené barvy. Marabu dodává UV-B1 pro zrychlení vytvrzení a vytvrzení do hloubky. Pro zvýšení odolnosti povrchu je možné přidat UV-B2.

Stejné jako v ředidlových barvách, jsou i UV barvách pigmenty. V sítotiskových barvách Marabu jsou použity pigmenty, které odpovídají normě na hračky DIN EN 71, díl 3 tedy konstitučně neobsahují těžké kovy. Marabu používá pigmenty s hodnotou stálosti na světle od 6 do 8. 

Další komponenty UV barev jsou v podstatě stejné jako u barev ředidlových. Jedná se o plniva, která mohou ovlivňovat fyzikální vlastnosti jako lesk, odolnost při stohování apod. Dále o tixotropní prostředky, které zajišťují strukturní viskozitu barvy, silikony jako prostředky na roztékání, odpěnění, vosky pro zvýšení lesku a odolnosti proti poškrábání, disperzní přísady nezbytné pro stabilitu pigmentů. 


PREPOLYMERY jsou stabilní chemické látky, částečně polymerizované, které musí obsahovat reaktivní skupiny, a proto mohou být plně polymerizovány. 

OLIGOMERY jsou molekuly složené ze dvou nebo více jednotek merů (monomerů) vzájemně vázaných slabšími mezimolekulárními vazbami. Změnou počtu jednotek oligomery významně mění své vlastnosti na rozdíl od polymerů, které po změně počtu jednotek vlastnosti významně nemění. 
MONOMER je výchozí látka používaná k výrobě makromolekulárních látek polymerů. Aby mohlo dojít k vytvoření makromolekuly, musí výchozí monomer (nízkomolekulární látka) obsahovat reaktivní skupiny a musí mít schopnost vytvořit se soudními skupinami alespoň dvě chemické vazby. Podle počtu funkčních reaktivních skupin se označují jako monofunkční, dvojfunknčí, třífunkční nebo multifunkční. Vyznačují se dráždivým vlivem na pokožku, proto musí být všechny UV barvy i ředidla označeny jako dráždivé. 
PIGMENTY jsou barviva, která jsou obvykle prakticky nerozpustná, a to jak ve vodě, tak i mnoha organických rozpouštědlech. Pigmenty jako barviva musí mít kromě určitého odstínu také další, neméně důležité vlastnosti - barvicí sílu, krycí schopnost, konstantní odstín, světlostálost, stabilitu vůči otěru, chemikáliím a vlivům okolí. 
ANORGANICKÉ PIGMENTY jsou obvykle oxidy a sulfidy kovů (titan, železo), soli olova, sloučeniny kadmia a rtuti, a uhlíkové černě. Jako skupina jsou nerozpustné v obvyklých rozpouštědlech. Všeobecně předstihují organické pigmenty v tepelné a světelné stabilitě. Ve vysoké koncentraci poskytují dosti brilantní odstíny, i když se tato vlastnost nedá srovnat s organickými pigmenty. Mají velmi dobrou krycí schopnost, mají dobré reologické vlastnosti, ale v porovnání s organickými pigmenty jsou dosti chudé na odstíny, mají menší barvící sílu a často jsou kalných odstínů. Obsah těžkých kovů však může představovat zdravotní riziko pro uživatele, především je však problémem při likvidaci. 

ORGANICKÉ PIGMENTY jsou syntetické a vyráběné z převážně ropných produktů. V porovnání s anorganickými pigmenty mají menší hustotu, větší povrch, jsou transparentnější, mají větší barvící sílu, jsou čistší v odstínech (jsou brilantní) a také dražší. Kryvost je obvykle nižší než u anorganických pigmentů, za to však tím, že neobsahují těžké kovy odpovídají normě na hračky DIN EN 71, díl 3. Světlostálost podle normy DIN 16525 na modré stupnici je velmi dobrá, měří se na stupnici 1 - 8, kde 8 je nejlepší. 

Vlastnosti UV barev

Výhody:

  • Neomezená otevřenost síta. UV barvy neobsahují žádná ředidla, která by se odpařila, proto je viskozita barvy během tisku celého nákladu stále stejná. 
  • Rychlé (vytvrzení) schnutí umožňuje podstatné zvýšení rychlosti výroby. 
  • Odolnost povrchu a vysoký lesk jsou dány právě tím, že se vytvrdí celá natištěná vrstva barvy nebo laku, aniž by se cokoli postupně odpařovalo. 
  • Barva připravená pro tisk, není třeba přidávat ředidla, zpomalovače.
  • Vyšší kvalita tisku je dána tím, že barva nezasychá v sítě a lépe sítem prochází. To umožňuje tisk velmi jemných bodů nebo čar.
  • Stabilita barvy během celého tisku nákladu je opět dána tím, že barva má stále stejnou viskozitu, protože se z ní neodpařují ředidla. 
  • Omezená potřeba prostoru díky použití UV vytvrzení, jsou tisky prakticky okamžitě hotové. 
  • Kvalita vzduchu na pracovišti není zhoršena odpařujícími se ředidly. 
  • Bod vzplanutí UV barev má hodnoty, které nejsou nebezpečné z hlediska požární ochrany.

Další vlastnosti

UV barvy neschnou fyzikálně, nýbrž u nich dochází působením UV světla k chemické řetězové reakci (polymeraci). Výsledkem je jednolitý stabilní povrch. K řetězové reakci dochází účinkem fotoiniciátorů, které způsobí reakci monomerů a prepolymerů s reaktivní dvojnou vazbou. Pro spuštění této reakce je nezbytné UV světlo určitých vlnových délek. 

UV barvy nenarušují povrchové vrstvy potištěného materiálu. Na podkladu drží adhezními silami. Správně vytvrzené UV barvy nejsou dále citlivé na UV světlo. 


Vytvrzení

Pro vytvrzení UV barev je potřebné UV spektrum 300 - 400 nm, to znamená, že v celém UV spektru by měl být nejvyšší výkon právě v této oblasti. 

Zesíťování je závislé na dodané UV energii, teplotě, UV reaktivitě barevného systému, odstínu a koncentraci pigmentů, tiskovém substrátu (barvě, drsnosti) tloušťce vrstvy tištěné barvy. Laky nebo málo pigmentované barvy se vytvrzují podstatně rychleji. Podobný vliv má barva substrátu - bílá odráží UV světlo a přispívá k rychlejšímu vytvrzení, naopak tmavé odstíny substrátu část UV světla pohltí. Také povrch substrátu hraje určitou roli - na strukturovaném povrchu není vrstva barvy zcela rovnoměrná a v místech, kde je barvy větší vrstva je potřeba dávka energie. 

UV energie dodaná vrstvě barvy se odvíjí od typu lampy, výkonu UV lampy v W/cm, rychlosti pásu v m/min, vzdálenosti lampy, případně ohniska, reflektoru, stavu lampy a reflektoru. 

Je potřeba počítat s velkými rozdíly spotřeby energie, například pro vytvrzení UV barvy na skle je potřeba energie podstatně vyšší i (počet lamp a výkon lampy cca 220 W/cm) v porovnání se stejnou vrstvou zavčas vyměnit. 

Pro dobrou funkci UV lampy je kromě samotné trubice nezbytné věnovat pozornost i reflektoru, který odráží UV světlo a navíc snižuje zahřívání UV lampy. Reflektor může odrážet až 60% výkonu. Reflektory jsou konstruovány buď jako bodové nebo širokopásmové. Jako materiál je obvykle používán leštěný hliník, někdy chráněný antikorozní nebo křemennou vrstvou. reflektor musí být udržován čistý a lesklý. 


Sítoviny, šablona, těrka a nastavení stroje

Předpokladem kvalitního tisku UV médií je nezbytná kvalitní šablona. Důležité je, aby šablona umožňovala tisk rovnoměrné vrstvy barvy. Pro dobré vytvrzení barvy jsou výhodnější nižší natištěné vrstvy, ale samozřejmě se musí tloušťka vrstvy odvíjet od potřeby tisku motivu. Obecně tedy používat jemnější sítoviny a nanášet menší vrstvu barvy. Také skutečnost, že barva snáze prochází síťovinou a nezasychá, umožňuje použití jemnějších sítovin. Velmi důležitá je kvalita rámu, který musí umožňovat napnutí sítoviny na vysoké hodnoty. Reologické vlastnosti UV médií působí určitou lepivost, a proto je nezbytné, aby se rám zvedal od podkladu bezprostředně po průchodu těrky. To umožňuje jen velmi silně napnutá síťovina. Požadavkům na tloušťku vrstvy je také nutné přizpůsobit i další tiskové parametry, jako je úhel a tvrdost těrky, rychlost chodu stroje a sušicího tunelu. Podle potřeby je možné upravit i viskozitu barvy vytvrditelným UV ředidlem (monomery).


Bezpečnost práce při zpracování médií vytvrditelných UV světlem

UV světlo nesmí pronikat na pracoviště, proto je nezbytné, aby všechny kryty UV vytvrzovacího tunelu byly během procesu pevně nasazeny. Nastavení a opravy smí provádět pouze kvalifikovaný personál. Protože působením UV světla vzniká ozón, který je třeba, aby bylo odsávání během provozu zapnuto. 

UV média obsahují monomery, které působí dráždivě na kůži proto je nutné zabránit přímému kontaktu kůže s UV barvami, UV laky, lepidly apod. důsledným nošením rukavic. Je také vhodné používat prostředky na ochranu kůže. Znečištěné oděvy okamžitě vyměnit, znečištěná místa na kůži umýt jen mýdlem, nikdy nepoužívat ředidla. 


Autor článku: Podle přednášky Jörga Truckenmüllera zpracovala Alena Popelková