Особенности и применение красок УФ-отверждения

УФ отверждаемые лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы, которые застывают под воздействием ультрафиолета, нашли промышленное применение в конце 1960-х годах, а на данным момент являются наиболее перспективными. И всё это благодаря главным достоинствам УФ лакокрасочных материалов, а именно : высокая производительность, малые затраты энергии, несложное оборудование.

Кратко, что представляет собой процесс УФ отверждения :

УФ отверждения — это процесс облучения лакокрасочного материала, в состав которого входит фотоинициатор, который распадается на реакционноспособные радикалы при воздействии интенсивного УФ-излучения с длиной волны 300 – 400 нм.

В УФ лакокрасочных материалах связующее это фотополимеризующая композиция, которая не испаряется, как растворители обыкновенных красок, а полимеризуется, превращаясь в твердую пленку в ходе химической реакции, инициированной излучением и специальным компонентом фотоинициатором.

Что такое фотоинициатор?

Фотоинициатор — это соединения, которые за счет поглощения УФ света переходят в возбужденное состояние с последующим внутримолекулярным распадом, приводящим к образованию радикалов.

В чём преимущества установок для нанесения УФ лакокрасочных материалов?

Для нанесения УФ — красок используют компактные окрасочные установки, которые требуют на 90 % меньше места по сравнению с окрасочными линиями для нанесения традиционных лакокрасочных систем.

Это стало возможным благодаря тому, что не нужна зона выдержки, где происходит испарение растворителей, не нужна зона нагрева, сушки, а также зона охлаждения. Кстати, всё это ещё экономит и электроэнергию.

Смотрите видео об УФ отверждении лакокрасочных материалов, механизме процесса, достоинствах и недостатках

Преимущества и недостатки технологии УФ отверждения

Достоинства	Недостатки
Длительность отверждения от нескольких секунд до нескольких минут.	Рентабельность полных автоматических линий достигается при высоких объёмах производства.
Производительность автоматических линий может быть очень высока, десятки тысяч м. кв. в смену.	Стоимость ЛКМ значительно выше, чем аналогичных обычной сушки.
Многократно меньше места требуется для сушки изделий, меньшая энергоёмкость по сравнению с тепловой сушкой.	Отделка неплоских поверхностей обычно приводит к дополнительным этапам сушки.
Гибкость техники отверждения позволяет применять её по частям, экономически обоснованными участками.	Максимальное качество отделки требует замедления процесса отверждения.
Собранный стёкший ЛКМ в случае 1-компонентных материалов может использоваться вторично.	Укрывистая цветная отделка осложнена.
Могут быть гораздо меньше толщины слоев наносимых ЛКМ.
Повышенная физическая и химическая стойкость покрытий.
Относительная безвредность материалов на производстве, меньше выбросы вредных веществ в атмосферу, меньшая взрывоопасность.

Важным преимуществом УФ отверждаемых материалов является то, что они могут наноситься очень тонким слоем с получением достаточного защитного эффекта.

Например, отделка дубового паркета , включающая шпаклёвку, 2 слоя грунта и лак, имеет рекомендованную толщину всего 110 микрон. К тому же, стёкший УФ материал во многих случаях может быть использован вторично.

УФ ЛКМ отличаются меньшей вредностью на производстве по сравнению с ЛКМ на органических растворителях. Недопустим контакт с кожей органоразбавимых УФ материалов, водные УФ ЛКМ особой контактной вредности не имеют.

Недостатки высокой скорости отверждения УФ ЛКМ

Наибольшее применение находят :

Разнообразие свойств различных материалов УФ отверждения отражено в таблице.

Акриловые, полиэфирные, водоразбавимые лакокрасочные материалы УФ отверждения — достоинства и недостатки

Разновидность ЛКМ УФ отверждения	Достоинства	Недостатки
Акриловые со 100 % сухим остатком	Сухой остаток 100 %	Высокая цена
Отверждение за несколько секунд, высокая реактивность (более 10 м/мин)	Высокая вязкость, непригодность для распыления и лаконалива
Высокая стабильность, твердость достаточная для паркетных покрытий	Сложность реализации укрывистых пигментных слоёв
Минимум испарений и их относительная безвредность	Вредность при контакте с кожей
Полиэфирные двойного отверждения	Невысокая цена	Необходимы стадии обдува и туннеля
Пригодность для распыления, лаконалива	Большее количество УФ ламп
Отверждение на участках с недостаточной экспозицией УФ	Невысокая реактивность (6 м/мин.)
Достаточная укрывистость пигментных слоев	Нестабильность, желтеют при УФ отверждении
Водоразбавимые ЛКМ УФ отверждения	Экологичность	Высокая цена
Стабильность	Необходимость этапа конвективной сушки
Пригодность для распыления, лаконалива
Высоко качественные пигментные слои
Высокая реактивность
Безвредность при контакте с кожей

Акриловые УФ ЛКМ

Акриловые материалы УФ сушки могут обладать очень высоким сухим остатком, почти до 100%. В них не вводится отвердитель, а добавляется только фотоинициатор.

Отверждение акриловых УФ материалов происходит за несколько секунд под воздействием УФ ламп высокой мощности.

Материалы с сухим остатком 100% обычно наносятся на специальных окрасочных линиях, включающих вальцовые машины и сушильные камеры с ультрафиолетовыми лампами.

Для нанесения лаконаливом или распылением в акриловые УФ материалы обычно добавляется разбавитель, что осложняет и замедляет отверждение.

В последнее время появились материалы со 100% сухим остатком, которые можно наносить распылением и без добавления разбавителя. Эти материалы содержат большое количество мономеров и поэтому имеют низкую вязкость, правда качество отделки такими материалами пока невысокое.

Вариант нанесения распылением интересен тем, что его можно использовать для отделки неплоских изделий, а также не имея полной автоматической линии.

Какая специфика акриловых УФ ЛКМ?

Полиэфирные УФ ЛКМ

Полиэфирные УФ ЛКМ являются материалами так называемого двойного отверждения. В такие материалы добавляется отвердитель, как и в материалы обычной сушки.

Сухой остаток полиэфирных УФ ЛКМ обычно не превышает 70%.

Сушка полиэфирных УФ ЛКМ происходит в 3 этапа:

Какая специфика полиэфирных УФ ЛКМ?

реакционная способность ПЭ материалов меньше, чем у акриловых, она выражается допустимой скоростью продвижения материала по автоматической линии около 6 м/мин. полимеризация в полиэфирных ЛКМ происходит и без УФ облучения, обеспечивает отверждение на участках с недостаточной экспозицией УФ (затенённых). Но это означает также, что стабильность их невелика, то есть вязкость растёт со временем, что технологически неудобно

Полиэфирные материалы можно наносить распылением.

Водоразбавимые УФ ЛКМ

Водоразбавимые УФ ЛКМ обладают своей достаточно сложной спецификой.

Какая специфика водоразбавимых УФ ЛКМ?

Водоразбавимые ЛКМ считаются таким же перспективным материалом УФ отверждения как и материалы со 100% сухим остатком. В некоторых случаях они незаменимы, например, для создания открытопористой отделки.

Разнообразие существующих УФ материалов и соответствующего оборудования очень велико, что позволяет организовывать участки отделки исходя из самых разнообразных технических и экономических ограничений:

на некоторых предприятиях, например, используется только камера УФ отверждения с необходимыми подготовительными устройствами, зависящими от типа используемого ЛКМ
нанесение материала может производиться ручным распылительным инструментом, а последовательно наносимые слои сушиться при последовательном внесении в одну и ту же УФ камеру. Необходимо только учитывать, что контакт УФ материалов с кожей может быть очень вреден.

Для бесперебойной работы процесса необходимо, конечно, отслеживать ряд технологических параметров.

Обычно критичными параметрами, специфичными для УФ технологии, являются полнота отверждения материала и температура отделываемых поверхностей при прохождении УФ камеры.

Особенности использования красок ультрафиолетового отверждения

Если говорить о красках ультрафиолетового отверждения, то в них есть особые вещества, которые реагируют на воздействие излучения ультрафиолетового типа, и потому просыхают на воздухе.

Такой лакокрасочный материал используют для разных видов печати, к примеру, флекса, офсета, трафаретного типа, а еще для воспроизведения графики растрового типа.

Его можно наносить на любые виды поверхностей – пластмассовые, бумажные, полиэтиленовые, причем и тонким, и толстым слоем.

Общие сведения

Во время печати обязательно применяют ультрафиолетовые лампы, которые помогают закрепить нанесенную на поверхность изделий краску. Некоторые красочные материалы, которые способы отвердевать под воздействием ультрафиолетовых лучей являются токсичными, и ими ни в коем случае нельзя печатать на продуктовых упаковках. Зато при просыхании они не будут выделять в окружающую среду растворители, в отличие от составов сольвентного типа. Но при применении ламп выделяется озон, который бывает токсичным, если его концентрация в воздухе очень высокая.

Особенности лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы ультрафиолетового отверждения отличаются от простых, основных составов на растворителях, способностью просыхать и «схватываться» практически мгновенно.

Вот иные особенности окрашивающих материалов с ультрафиолетовым отверждением:

Жесткость структуры.
Более липкая и вязкая.
Устойчивость ко влаге.
Не истирается так быстро, как краски сольвентного типа.
Застывает (то есть просыхает) лишь под воздействием ультрафиолетового излучения.

В составе чернил, отверждаемых ультрафиолетом, есть:

Специальное связующее в жидком виде, которое помогает превратиться в твердую пленку, и полимеризуется под воздействием ультрафиолетовых лучей.
Краситель или пигмент, который будет придавать основной цвет покрытию.
Фотоинициатор, который участвует в химической реакции затвердевания или отверждения красочного слоя.
Ультрафиолетовый отвердитель представляет собой олигомеры, а именно вязкие различные вещества, которые отвердевают под воздействием ультрафиолетовых лучей.
Мономеры – растительные масла и растворители.
Воски, добавки и различные наполнители.

Обратите внимание, что окрашивающий состав представляет собой ни что иное, как порошок из отверждаемых полимеров, который прогревается, начинает плавиться и образует прочную пленку на пластмассе, бумаге или даже древесине.

Интересной особенностью лакокрасочных материалов с ультрафиолетовым отверждением является то, что на белоснежном строительном материале слой будет закрепляться быстрее, а на темном намного медленнее, потому что светлый фон лишь отталкивает ультрафиолетовое излучение, а вот черный поглощает.

Методы отверждения

Финальной стадией в получении слоя лакокрасочных материалов будет просушивание. Дисперсные среды во время просыхания красок и порошковых лаков – это воздух. Пленка получится, потому что полимерные твердые частицы в составе материала начинает образовывать прочную связь, и сначала расплавляются, а после отверждаются. Окрашивающий состав прогревается до +115 градусов и застывает за несколько минут.

Источники ультрафиолета

Для красок УФ-отверждения следует оптимизировать процесс сушки и отвердевания, а это будет напрямую зависеть от выбора излучателя ультрафиолета.

Источниками ультрафиолетового света могут быть такие приборы:

Ртутные лампы.
Светодиодные, безэлектродные или кварцевые излучатели.
Ксеноновые или люминесцентные осветительные приборы
LЕD UV просушивающие лампы.

Главным правилом при выборе лакокрасочного отверждающего покрытия машины будет частота излучения прибора обязательно должна совпадать с частотой поглощения фотоинициатором, который будет отвечать за оптимальную дозу лучей UV типа, а также способность окрашивающих материалов вступать в химические реакции.

Для отвердевания лакокрасочных порошковых материалов можно использовать лампы с широким спектром, но у них есть большие недостатки:

Токсичность.
Энергозатратность.

Обратите внимание, что все перечисленные выше устройства при нагревании начинают выделять в воздух много озона, а он, как известно, негативно воздействуют на человеческого здоровье.

Качественные характеристики покрытия

Полимеры, которые отверждаются, в составе красок и лаковых составов в процессе просыхания способны образовывать прочную пленку. Толщина слоя не будет воздействовать на качество получаемого результата. Лакокрасочный материал будет ровно ложиться, не станет растекаться за контуры изображения,

а еще равномерно распределяются. На качество будут оказывать воздействие следующие факторы:

Окрашивающий состав, в который входит разбавитель, пигменты, смолы, фотоинициатор, синергетик и наполнители.
Обрабатываемая поверхность.
Условия, в которых будет произведено окрашивание.
Доза излучения
Разновидность ультрафиолетового прибора.
Расстояние между лампами и от источника излучения до самой подложки.

Покрытие из краски получится устойчивым ко влаге, прочным, не будет выцветать под воздействием солнечного света, остальных видов излучений, и потому даже полноценные изображения, которые нанесены посредством ультрафиолетовых отверждаемых красок, будут получаться высококачественными.

Достоинства и недостатки технологии отверждения ультрафиолетом

Способ ультрафиолетового отверждения является полностью экологичным. Остальные достоинства современной технологии таковы:

Небольшой временной промежуток для просыхания лакокрасочных средств.
Высокая степень производительности.
Экономичность, так как просушивание готовых изделий не занимает много времени.
Использование по частям, к примеру, окрашивание того или иного участка поверхности.
Вторичное применение остатка лакокрасочного материала или даже стекшего лакового/красочного состава.
Нанесение тоненьким слоем достаточно для высокого качества готовых изделий.
Устойчивость и прочность окрашенной поверхности
Малая степень взрывной опасности.
Безопасность для человеческого здоровья.

Но учтите и тот факт, что у красок ультрафиолетового отверждения, а точнее технологии в целом есть определенные недостатки:

Применения на автоматических линиях окупается лишь при большом объеме производства.
Стоимость на лакокрасочные материалы выше аналогичных фолиевых или сольвентных.
Если требуется окрашивать неплоские поверхности, просушивание будет занимать куда больше времени.
Для получения высокого качества процесс отверждения следует замедлить.

Более того, если на прокрашенной поверхности появились дефекты слоя, к примеру, капли, подтеки, то они чаще всего являются неустраняемыми. На рынке лакокрасочных материалов есть несколько видов окрашивающих составов, которые просыхают под воздействием ультрафиолетовых лучей.

Специфика ЛКМ УФ-отверждения

В печатных цехаъх применяют акриловые, водоразбавимые, а еще лаки полиэфирного типа и красочные средства, которые отверждаются ультрафиолетовым излучением.

Акриловые

Такие типы красок буквально за несколько минут просыхают и отличаются высокой степенью реактивности, а еще имеют практически 100%-ный сухой остаток. В составе есть ультрафиолетовых отвердитель, а прочность и твердость полученного слоя дают возможность применять материалы при окрашивании покрытий паркетного типа. Они полностью экологичные, и во время просыхания практически не выделяют испарения. Но при контакте с открытой кожей они способы нанести вред, и потому производить работы с лакокрасочными акриловыми составами следует в респираторе, перчатках и очках. Из-за высокой степени вязкости акриловые лакокрасочные материалы нельзя наносить методом распыления.

Полиэфирные

Такие лаковые составы и краски недорогостоящие, но для идеального просыхания требуется обдувание. Отверждаются при воздействии огромного количества ультрафиолетовых ламп. Подойдут для нанесения посредством распыления, и слои лакокрасочного материала имеют свойство желтеть при отверждении ультрафиолетом.

Водоразбавимые

Характеристики таких материалов следующие:

Высокое качество.
Экологичность.
Безопасность.

Обратите внимание, что лакокрасочные материалы водоразбовимого вида не желтеют, а еще пригодны для распыления. При просыхании они образуют прочные пигментные слои с высоким качеством. Они в полной мере безвредные при попадании на открытые участки кожного покрова. Еще они куда дороже. Чем полиэфирные и акриловые средства, и для них требуется конвективная сушка.

Для вас мы подготовили таблицу сравнения полиэфирных, акриловых и водоразбавимых красок ультрафиолетового отверждения.

Особенности и применение красок УФ-отверждения

Краска УФ-отверждения содержит вещества, которые реагируют на воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому высыхают на воздухе. Такой красочный материал применяют для различных видов печати, например, офсета, флекса, трафаретной, для воспроизведения растровой графики. Его наносят на любые поверхности — бумажные, пластмассовые, полиэтиленовые, толстым или тонким слоем.

В процессе печати используют УФ-лампы, которые закрепляют нанесенную на изделие краску. Некоторые красочные материалы, которые отвердевают под воздействием ультрафиолетовых лучей, токсичны, ими нельзя печатать на продуктовых упаковках. Зато во время высыхания они не выделяют в воздух растворителей, в отличие от сольвентных составов. Однако при использовании ламп выделяется озон, который может быть токсичным, если его концентрация в воздухе высока.

Особенности красок

Краска ультрафиолетового отверждения отличается от обыкновенных, основанных на растворителях составов, способностью высыхать и «схватываться» почти мгновенно. Другие особенности УФ-красящих материалов:

жесткая структура;
более вязкая, липкая;
устойчива к влаге;
не истирается так быстро, как сольвентные краски;
застывает (высыхает) только под воздействием УФ-излучения.

В составе УФ-отверждаемых чернил:

пигмент или краситель, который придает основной цвет покрытию;
специализированное жидкое связующее, которое превращается в твердую пленку, полимеризуется под воздействием УФ-лучей;
фотоинициатор, который участвует в химической реакции полимеризации или отверждения красочного слоя;
УФ-отвердитель — это олигомеры, которые представляют собой вязкие вещества, отвердевающие под воздействием ультрафиолета;
мономеры — растворители, растительные масла;
добавки, воски и наполнители.

На заметку! Красящий состав представляет собой порошок из отверждаемых полимеров, который нагревается, расплавляется и образует прочную пленку на бумаге, пластмассе или древесине.

Интересная особенность красок ультрафиолетового отверждения в том, что на белом материале слой закрепляется быстрее, а на темном — медленнее, потому что светлый фон отталкивает УФ-излучение, а черный, наоборот, поглощает.

Способы отверждения

Последняя стадия в получении слоя лакокрасочного материала — сушка. Дисперсная среда в процессе высыхания порошковых лаков и красок — воздух. Пленка получается, потому что твердые полимерные частицы в составе материала образуют прочную связь, сначала расплавляются, потом отверждаются. Красящий состав нагревается до 110 градусов и застывает в считанные секунды.

Источники ультрафиолета

Оптимизация процесса отвердения зависит от выбора ультрафиолетового излучателя. Источниками УФ-света могут быть:

безэлектродные, светодиодные, кварцевые излучатели;
ртутные лампы;
люминесцентные, ксеноновые осветительные приборы;
Led UV сушильные лампы.

Главное правило при выборе отверждающей лакокрасочное покрытие машины — частота излучения прибора должна совпадать с частотой поглощения фотоинициатором, который отвечает за оптимальную дозу UV лучей и способность красящих материалов вступать в химическую реакцию.

Для отверждения порошковых лакокрасочных материалов можно применять и лампы широкого спектра, однако у них есть существенные недостатки:

энергозатратность;
токсичность.

Внимание! Перечисленные приборы при нагреве выделяют в воздух большое количество озона, который пагубно влияет на здоровье.

Качество покрытия

Отверждаемые полимеры в составе красок и лаков образуют в процессе высыхания прочную пленку. Толщина слоя не влияет на качество результата. Лакокрасочный материал:

ложится ровно;
не растекается за границы изображения;
распределяется равномерно.

На качество оказывают влияние:

красящий состав, в который входят пигмент, разбавитель, смола, фотоинициатор, наполнители, синергетик;
окрашиваемая поверхность;
условия, в которых происходит покраска;
доза излучения;
вид УФ-прибора;
расстояние между лампами и от источника излучения до подложки.

Красочное покрытие получается прочным, устойчивым к влаге, не выцветает под воздействием солнечного света, другого излучения, поэтому даже полноцветные изображения, нанесенные при помощи УФ-отверждаемых красок, выходят высококачественными.

Преимущества и недостатки технологии УФ-отверждения

Метод ультрафиолетового отверждения экологичен. Другие плюсы современной технологии:

короткий период высыхания лака или краски;
высокая производительность;
экономичность, потому что сушка готовых изделий не занимает времени;
применение частями, например, окрашивание определенного участка поверхности;
вторичное использование остатка ЛКМ или стекшего лакокрасочного материала;
нанесения тонким слоем достаточно для высокого качества готового изделия;
прочность и стойкость окрашенной поверхности;
малая взрывоопасность;
безопасность для здоровья.

У технологии УФ-отвердения есть и недостатки:

использование на автоматических линиях окупается только в случае высоких объемов производства;
цена лакокрасочных материалов выше аналогичных сольвентных или фолиевых;
если нужно окрашивать неплоские поверхности, сушка занимает больше времени;
для достижения высокого качества процесс отверждения должен быть замедлен.

Кроме того, если на окрашиваемой поверхности образовались дефекты слоя, например, подтеки, капли, чаще всего они неустранимы.

На рынке лакокрасочных материалов существует несколько видов красящих составов, которые высыхают под воздействием ультрафиолета.

Специфика красок УФ-отверждения

В печатных цехах используются акриловые, водоразбавимые, полиэфирные лаки и красочные материалы, которые отверждаются УФ-излучением.

Акриловые

Эти краски высыхают буквально за несколько минут и отличаются высокой реактивностью, обладают почти 100%-ным сухим остатком. В составе отсутствует УФ-отвердитель. Твердость и прочность получившегося слоя дает возможность использовать материал при покраске паркетных покрытий. Они экологичные, в процессе высыхания почти не выделяют испарений. Однако при контакте с открытой кожей вредят эпидермису, поэтому работать с акриловыми ЛКМ надо в перчатках, респираторе и очках. Из-за высокой вязкости акриловые ЛКМ нельзя наносить способом распыления.

Полиэфирные

Эти краски и лаки недорогие, но для полного высыхания требуется обдув. Отверждаются при воздействии большого количества ультрафиолетовых ламп. Подходят для нанесения распылением. Слои ЛКМ имеют свойство желтеть во время отверждения УФ.

Водоразбавимые

Характеристики этих лакокрасочных материалов:

экологичность;
высокое качество;
безопасность.

Водоразбавимые ЛКМ не желтеют и пригодны для распыления. При высыхании образуют прочные пигментные слои высокого качества. Абсолютно безвредны при попадании на открытую кожу. Они дороже акриловых и полиэфирных, требуют конвективной сушки.

Таблица сравнения акриловых, полиэфирных и водоразбавимых красок УФ-отверждения

Описание	Реактивность	Экологичность	Стоимость	Недостатки
Акриловые	Высокая	Не выделяют испаренийВредят при контакте с кожей	Невысокая	Нельзя распылять
Полиэфирные	Низкая	Экологичны	Невысокая	Желтеют во время высыханияДля полного отвердения надо пройти стадию обдува и туннель
Водоразбавимые	Высокая	ЭкологичныБезвредны при контакте с кожей	Высокая	Нужна конвективная сушка

к содержанию ↑

УФ-краски в печати

Технология отверждения ультрафиолетом используется почти во всех способах печати:

трафаретной всех видов;
флексопечати;
шелкографии;
офсетной листовой и рулонной;
полиграфии;
широкоформатной, на струйных принтерах.

Благодаря уникальным свойствам красящих материалов почти мгновенно отверждаться, печатать УФ-красками можно на разных материалах:

бумаге;
древесине;
пластмассе;
пленке;
пластике.

Если печать производится на невпитывающих материалах, например, полиэтиленовых пленках, необходимо контролировать натяжение поверхности, потому что проблема сцепления красящего слоя с пленкой или пластиком может быть миной замедленного действия. Дефекты станут видны позже, а исправить брак будет невозможно, поэтому натяжение проверяют специальными чернилами или тестовыми карандашами.

Во время печати должны соблюдаться следующие климатические условия:

температура от 18 до 24 градусов;
влажность от 50 до 60%.

Важно! Свет от ламп дневного освещения и солнечные лучи не должны попадать на печатную машину, банки с красящими материалами. Для защиты на окнах надо использовать желтые фильтры и лампы безопасного желтого и белого спектра.

Готовые изделия можно покрывать лаками UV отверждения, которые защищают продукцию и создают специальные эффекты, например, глянцевую или матовую поверхность. УФ-лакирование считается экологичной, безопасной и экономически выгодной технологией.

В целом, краски и лаки, отверждаемые ультрафиолетом, пользуются популярностью в печатных цехах Москвы, потому что даже при печати на «капризных» материалах дают хорошие результаты.

УФ-отверждаемые ЛКМ: характеристики и преимущества применения

Способ отверждения ЛКМ УФ-излучением получил промышленное развитие в конце 1960-х гг. и в настоящее время считается одним из наиболее перспективных. К его достоинствам относятся относительно высокая производительность, малые затраты энергии, несложное оборудование. Однако отверждаться под действием УФ-излучения способно лишь ограниченное число ЛКМ.

УФ-излучение используют главным образом при получении покрытий из материалов, способных отверждаться за счет реакции полимеризации. Принцип отверждения основан на способности УФ-лучей инициировать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной химической структуры. Энергия УФ-излучения достаточно высока – 3,1-12,4 эВ, что в 2-4 раза выше энергии лучей видимого света. Энергия двойной связи С=С составляет 6,3 эВ, и это позволяет проводить отверждение покрытий с удовлетворительной скоростью при нормальной температуре. Согласно DIN 5031, УФ-область спектра разделяется на следующие участки:

самое короткое волновое УФ-С-излучение (длины волн λ = 100-280 нм), которое обладает наиболее высокой энергией и абсорбируется, как правило, в верхних слоях покрытия. Оно используется для полимеризации печатных красок и лаков до полного отверждения;
УФ-В (λ = 280-315 нм) инициирует реакции полимеризации и обеспечивает лучшее отверждение благодаря большей длине волны;
УФ-А (λ = 315-380 нм) применяют для отверждения в очень толстом слое;
УФ-М (λ = 380-450 нм) – для отверждения пигментированных составов.

Процесс полимеризации можно разделить на стадии инициирования, развития и завершения. На стадии инициирования в результате химического распада фотоинициатора под действием УФ-излучения образуются реакционноспособные частицы (свободные радикалы). В частности, распад бензоина и его производных приводит к образованию свободных радикалов, реагирующих с С=С-связями.

С экологической точки зрения важным преимуществом УФ-отверждения является то, что в этом случае используются только реакционноспособные 100 %-ные вещества и поэтому не возникают проблемы, связанные с регенерацией растворителя. Потребляемая энергия невелика. Отверждение происходит при комнатной температуре, поэтому можно отверждать ЛКМ на подложках, чувствительных к высоким температурам. Но наиболее важным преимуществом этого метода является экономический фактор. Отверждение происходит с высокой скоростью, управление установками относительно простое, для выполнения работ требуются минимальные рабочие площади и минимум людских ресурсов. Несомненным преимуществом является и то, что конечные продукты имеют высокое качество.

Факторами, влияющими на качество покрытий УФ-отверждения, являются: рецептура ЛКМ, толщина пленки, окрашиваемая поверхность, скорость линии (доза излучения), атмосфера, тип УФ-лампы, расстояния между лампами и от лампы до подложки. Традиционная рецептура ЛКМ УФ-отверждения включает смолу, реактивный разбавитель, фотоинициатор, синергетик, добавки, наполнители и пигменты. Тип пленкообразователя определяет защитные и физико-механические свойства покрытий, а также реакционную способность.

Активный разбавитель – компонент, участвующий в образовании пленки при полимеризации, влияет на вязкость исходного ЛКМ. Фотоинициатор определяет реакционную способность ЛКМ, необходимую дозу УФ-излучения. Добавки улучшают смачивание подложки, растекаемость, пеногашение, блеск покрытия. К пленкообразователям, способным отверждаться под действием УФ-излучения, относятся эпоксиакрилаты, эпоксиэфиракрилаты, полиэфиракрилаты, ненасыщенные полиэфиры, уретанакрилаты, уретанакрилаты двойного отверждения.

В качестве активных разбавителей используют следующие вещества:

моноакрилаты – гидроксиэтиленметакрилат, изоборнилакрилат, феноксиэтилакрилат;
диакрилаты – бутандиолдиакрилат, дипропиленгликольдиакрилат, неопентилгликольдиакрилат, трипропиленгликольдиакрилат;
триакрилаты – триметилпропантриакрилат, глицеринтриакрилат, пентаэритритакрилат.

С увеличением функциональности активных разбавителей от одного до трех возрастает их реакционная способность, увеличивается твердость образующегося покрытия, но при этом снижается его эластичность.

Инициаторы УФ-отверждения представляют собой соединения, которые за счет поглощения УФ-излучения переходят в возбужденное состояние с последующим внутримолекулярным распадом, приводящим к образованию радикалов. УФ-сенсибилизаторы – соединения, которые, поглощая энергию, передают ее другим молекулам, образующим радикалы. Для разных областей применения разработаны различные классы УФ-инициаторов. Большинство УФ-инициаторов содержат группу бензоила, различные заместители которой определяют длину волны, при которой достигается максимальная абсорбция УФ-излучения, активность, выход радикалов и, соответственно, оптимальная область применения.

Простейшим инициатором является бензофенон и его алкилпроизводные, которые при взаимодействии с соединениями – донорами водорода образуют радикалы, инициирующие реакцию полимеризации. Другой тип фотоинициаторов – давно известные бензоиновые эфиры. При расщеплении они образуют два очень активных радикала. Наиболее современными продуктами, применяемыми в качестве УФ-инициаторов, являются моно- и дибензоилфосфиноксиды. Они отличаются высокой реакционной способностью и хорошей стабильностью. Бензоилфосфиноксиды абсорбируют излучение в длинноволновой УФ-области. Эти инициаторы рекомендуются для использования в составе пигментированных ЛКМ. Выход радикалов и максимальная абсорбция – решающие факторы при выборе типа и количества инициатора для УФ-отверждаемых ЛКМ.

В качестве источника УФ-излучения используют микроволновые безэлектродные УФ-излучатели, ртутные лампы низкого давления и ртутные излучатели высокого давления. Ртутный излучатель высокого давления имитирует характерный спектр с основными линиями λ = 254, 302, 313, 405 и 456 нм. Излучение в этой волновой области обладает высокой энергией, достаточной для расщепления фотоинициатора и инициирования радикальной полимеризации. Мощность излучения не может характеризовать интенсивность и энергетическую плотность попадающего на отверждаемую пленку УФ-излучения, так как в данном случае необходимо также принимать во внимание следующие факторы: геометрию рефлектора и силу фокусировки, расстояние от излучателя до подложки, а также атмосферу, в которой происходит отверждение.

Для фокусировки УФ-излучения на подложке применяют рефлекторы, которые собирают УФ-излучение в пучок или отражают. В основном используют два типа рефлекторов. Самым сильным является эллиптический рефлектор, создающий фокальную линию, на которой находится максимум УФ-излучения. Расстояние до окрашенной подложки должно быть точно установлено. В параболическом рефлекторе излучение отражается параллельно, и фокальной линии не образуется.

Виды красок ультрафиолетового отверждения и рейтинг марок, как наносить

Ультрафиолетовые краски отличаются особым составом. Благодаря специфическим компонентам такие вещества реагируют на влияние ультрафиолетового излучения. В большинстве случаев они используются для разных видов печати – в частности, для флекса, офсета, трафаретов. Также с помощью таких материалов удается воспроизводить растровую графику. Наносить этот вид красителей можно на различные типы поверхностей – бумагу, пластик, полиэтилен.

Краски УФ-отверждения: свойства и особенности

При использовании красок с ультрафиолетовым отверждением применяют специальные лампы. С их помощью удается зафиксировать нанесенное вещество. Некоторые материалы из этой категории обладают высокой степенью токсичности. Потому их запрещено наносить на пищевые упаковки. Однако после высыхания такие материалы не выделяют растворители, как это делают сольвентные составы.

Тем не менее, важно учитывать, что применение ламп сопровождается синтезом озона. При повышении концентрации в воздухе данное вещество бывает достаточно токсичным.

Ультрафиолетовые краски отличаются от простых составов, которые содержат растворители, способностью быстро высыхать. К другим особенностям этого типа материалов относят следующее:

жесткая структура;
стойкость к влаге;
липкая и вязкая консистенция;
отсутствие быстрого истирания;
высыхание лишь под действием ультрафиолета.

Состав и способы отверждения

В красках, которые твердеют под влиянием ультрафиолета, присутствуют следующие компоненты:

Краситель или пигмент – придает покрытию конкретный оттенок.
Особый связующий компонент в жидком виде – способствует превращению материала в твердую пленку. Она застывает под влиянием ультрафиолета.
Фотоинициатор – принимает участие в химической реакции затвердевания.
Ультрафиолетовый отвердитель – является олигомером. В эту группу входят вязкие компоненты, которые приобретают твердую консистенцию под влиянием ультрафиолета.
Мономеры – представляют собой растительные масла и растворители.
Дополнительные компоненты и воск.

По сути, краска с УФ-отверждением – это порошок, который включает отверждаемые полимеры. По мере прогревания состав плавится, формируя прочную пленку на пластике, бумаге или дереве.

Отличительной особенностью красок этого типа считается то, что на белой поверхности они фиксируются достаточно быстро, тогда как на темном покрытии процесс полимеризации происходит намного медленнее.

Дело в том, что светлый фон отталкивает ультрафиолетовое излучение, а черный – поглощает его.

Заключительным этапом нанесения ультрафиолетовых красителей считается сушка. Дисперсной средой при просыхании красителей и лаков является воздух. Образование пленки связано с тем, что полимерные твердые фрагменты, которые есть в составе материала, формируют прочную связь. Они вначале плавятся, а затем – приобретают твердую текстуру. В процессе использования материала его вначале нагревают до +115 градусов. Благодаря этому он высыхает в течение нескольких минут.

Сфера применения

Уникальные характеристики материала позволяют применять его в разных сферах. Ультрафиолетовые красители выпускают для разных видов печати – цифровой, трафаретной или офсетной. Свойства таких материалов помогают воплощать нестандартные дизайнерские решения.

Их часто используют на мебельном производстве и при оформлении интерьеров. Такие материалы позволяют печатать на картоне и бумаге. Их допустимо наносить на стеклянные, металлические, деревянные, керамические поверхности.

Качество и стойкость покрытия

В составе этого вида красок присутствуют отверждаемые полимеры. Во время высыхания они формируют пленку высокой прочности. При этом качественные характеристики покрытия не зависят от его толщины.

Для красок с УФ-отверждением характерны такие особенности:

равномерное нанесение;
отсутствие растекания.

Качество покрытия зависит от таких факторов:

состав красителя – он включает пигменты, растворители, смолу, синергетики, фотоинициатор;
тип поверхности;
условия нанесения красителя;
доза излучения;
разновидность используемого ультрафиолетового устройства;
расстояние между лампами и покрытием.

Достоинства и недостатки УФ-отверждения

Метод ультрафиолетового отверждения считается экологичным. К другим преимуществам этой технологии относят следующее:

короткий срок высыхания средств;
экономичный расход;
возможность применения частями – при этом допустимо окрашивать определенную часть поверхности;
возможность вторичного применения остатков краски или стекшего покрытия;
высокая степень прочности и стойкости окрашенной поверхности;
возможность нанесения тонким слоем для получения качественного покрытия;
невысокий уровень взрывной опасности;
безвредность для организма человека.

При этом важно учитывать, что такие материалы и технология, которая подразумевает их применение, отличаются определенными минусами. К ключевым недостаткам относят следующее:

плохая окупаемость в случае применения на автоматических линиях – это возможно лишь при больших объемах производства;
высокая цена – красители с УФ-отверждением стоят дороже, чем фолиевые или сольвентные;
длительный период сушки при окрашивании неплоских поверхностей;
необходимость замедления процесса отверждения для получения высокого качества покрытия;
невозможность устранения дефектов на окрашенной поверхности – к ним относятся капли или потеки.

Разновидности и рекомендации по выбору

В печатных цехах часто используют акриловые и водорастворимые составы. Также нередко применяют полиэфирные материалы. Каждая из разновидностей отличается определенными преимуществами и недостатками.

Акриловые

Этот вид красителей сохнет за несколько минут. Для них характерен высокий уровень реактивности. К тому же краски обладают почти стопроцентным сухим остатком. Такие вещества включают ультрафиолетовый отвердитель. После нанесения этого типа материалов удается получить прочный и твердый слой. Потому сфера их применения довольно широка.

Акриловые краски отвечают требованиям экологичности. Во время сушки они почти не выделяют испарений. Однако при попадании на открытые участки тела вещества могут принести вред. Потому при работе рекомендуется пользоваться индивидуальными средствами защиты. Еще одной особенностью таких веществ считается высокий уровень вязкости. Потому материалы нельзя наносить при помощи распыления.

К достоинствам таких красок относятся:

высокая прочность;
безопасный состав;
минимальное количество испарений.

При этом вещества отличаются и минусами:

высокая стоимость;
вредное влияние на кожу;
высокая степень вязкости.

Полиэфирные

Эти материалы отличаются доступной ценой. Однако для их полноценной сушки требуется обдув. Отверждение красителей осуществляется под действием множества ультрафиолетовых ламп. Такие вещества допустимо наносить при помощи распыления. При этом их слои могут приобретать желтый оттенок под влиянием ультрафиолета.

К плюсам полиэфирных красителей относятся:

небольшая цена;
возможность нанесения путем распыления;
хорошая укрывистость.

При этом материалы отличаются и некоторыми минусами:

необходимость в использовании обдува;
нестабильность;
пожелтение под действием ультрафиолета.

Водорастворимые

Эти красители считаются дорогими, но отличаются безопасным составом. Они не приобретают желтый оттенок и годятся для распыления. По мере высыхания материалы формируют прочные пигментные слои, которые отличаются высоким качеством. Эти вещества полностью безвредны даже при попадании на кожу.

К плюсам водорастворимых красок относятся:

безопасный состав;
стабильность;
возможность наносить путем распыления.

При этом вещества имеют и ряд минусов:

высокая стоимость;
потребность в конвективной сушке.

Рейтинг лучших марок УФ-краски

Сегодня производством таких красок занимаются самые разные бренды. К популярным маркам относятся:

VAN SON (Нидерланды);
MEGAMI (Япония);
Excure (Бельгия).

Что потребуется для окраски

Во время печати важно обеспечивать оптимальные климатические условия:

температура на уровне +18-24 градуса;
влажность – 50-60 %.

Отверждение зависит от выбора ультрафиолетового излучателя. Они могут иметь следующие разновидности:

ртутные лампы;
светодиодные, безэлектродные, кварцевые устройства;
LED-лампы;
люминесцентные, ксеноновые приборы.

При выборе устройства важно учитывать, что частота его излучения должна совпадать с частотой поглощения фотоинициатором. Этот компонент отвечает за нужную дозу ультрафиолетовых лучей и способность красителей вступать в реакции.

С целью полимеризации порошковых красок допустимо пользоваться и лампами широкого спектра. Но они имеют некоторые минусы:

токсичность;
большой расход энергии.

Правила подготовки поверхности

В случае нанесения красок на невпитывающие поверхности, такие как пленки, важно следить за их натяжением. Дело в том, что сцепление красителя с пленкой или пластиком может быть несовершенным. Как следствие, со временем высока вероятность появления дефектов. Потому оценивать степень натяжения стоит особыми чернилами или карандашами.

Технология нанесения материала

Наносить краситель требуется специальными устройствами. При этом важно следить, чтобы солнечные лучи и свет от дневных ламп не попадали на машину, которая используется для печати, и емкости с красками. Чтобы защитить окна, обычно применяют желтые фильтры. Все лампы должны иметь безопасный спектр. Он бывает желтым или белым.

Длительность высыхания

На готовые изделия допустимо наносить лаки ультрафиолетового отверждения. Они обеспечивают защиту продукции и помогают создавать особые эффекты – к примеру, глянцевую или матовую поверхность. Продолжительность высыхания ультрафиолетовых красителей невелика. Довольно часто их полимеризация происходит мгновенно.

Сроки и условия хранения

Чтобы краски дольше сохраняли свои свойства, рекомендуется держать их при температуре +5-25 градусов. На них не должны попадать прямые солнечные лучи.

Расход краски на 1 м квадратный

1 килограмма красителей обычно хватает на 80 квадратных метров поверхности.

Меры предосторожности

При использовании таких средств важно избегать их попадания на слизистые покровы и кожу. Работать требуется в хорошо проветриваемых помещениях.

Особенности и применение красок УФ-отверждения

УФ-краски: радикальные или катионные?

Сегодня к упаковке и этикетке предъявляется все больше требований по дизайну, оформлению, а также качеству печати — яркости, насыщенности и глянцу. Известно, что качество печатной продукции определяется многими факторами, но в первую очередь печатными красками. И именно благодаря краскам можно достичь необходимой яркости, проработки тонов и насыщенности цветов. Высокие качественные характеристики упаковки и этикетки обеспечиваются применением красок, отверждаемых под действием УФ-излучения. В данной статье подробно рассмотрена сама технология УФ-отверждения, типы и характеристики УФ-отверждаемых красок, а также их компоненты.

Дмитрий Токманцев,
технический специалист
компании «ЯМ Интернешнл»

П режде чем начать разговор об УФ-красках, выделим основные их особенности:

короткое время высыхания;

постоянная вязкость в процессе печати вследствие отсутствия растворителя;

наилучшая адгезия к различным трудно запечатываемым пленочным материалам;

максимальная устойчивость оттисков к световому, химическому и физическому воздействиям;

Оттиску, запечатанному УФ-красками, можно придать великолепный блеск с помощью отделки УФ-лаками. Они обеспечивают наиболее высокий глянец среди всех применяемых в полиграфии лаков, кроме того, имеют самое короткое время высыхания.

С ламинацией или без?

УФ-краски применяются в основном в узкорулонной (до 600 мм) флексографии для выпуска этикеточной и упаковочной продукции, что обусловлено прежде всего экономическими факторами. На широкорулонных машинах (свыше 600 мм) используются водные и спиртовые краски (они дешевле более чем в два раза). Оттиски, запечатанные красами на основе растворителей, имеют не самые высокие показатели химической и механической стойкости, и для придания конечному продукту более высоких потребительских свойств их часто подвергают ламинированию (припрессовке другого пленочного материала).

Только УФ-краски придают оттискам на пленке высокую стойкость к влиянию света, влаги, различным химическим растворителям, механическому воздействию и т. д. Только УФ-краски могут позволить отказаться от ламинирования при изготовлении различной упаковочной продукции. Отсутствие операции ламинирования и применения специальных ламинаторов позволяет значительно упростить процесс и снизить затраты на выпускаемую продукцию, так как суммарные затраты на использование УФ-красок в итоге оказываются ниже, чем при печати водными или спиртовыми красками с последующим ламинированием.

Закрепление УФ-красок на оттиске происходит практически мгновенно за счет реакции фотополимеризации. УФ-краски не содержат растворителя и состоят в основном из связующего (65–70%), пигмента (20–25%) и различных добавок, регулирующих печатно-технические и потребительские свойства (5–10%).

К недостаткам этих красок стоит отнести их относительно высокую стоимость (что связано прежде всего с пока относительно небольшой долей их использования в общем объеме потребляемых красок), а также образующийся при работе УФ-ламп озон. Для его удаления печатная машина должна иметь фильтры и вытяжную систему. Некоторые типы ламп благодаря водяному охлаждению и определенному составу излучения образуют минимальное количество озона (например, лампы фирмы Ushio, устанавливаемые в узкорулонных флексографских машинах и машинах высокой печати Ko-Pack, образуют минимальное количество озона — в пределах ПДК).

В модулях УФ-сушки печатных машин применяются либо ртутные, либо специальные галогенные лампы. Пример спектра УФ-ламп — на рис. 2. Мощность этих ламп должна составлять порядка 100–200 Вт/см2. Точное значение зависит от характера печатаемого изображения, скорости 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.

Распределение эмиссии в спектре показывает, на какую длину волны приходится наибольшее по мощности излучение УФ-лампы. Как видно, максимум мощности падает на диапазон 340–360 нм.

Два типа полимеризации

С уществуют два принципиально различающихся вида реакции фотополимеризации — радикальный и катионный, и два типа УФ-отверждаемых лакокрасочных материалов — с радикальным и катионным механизмами отверждения.

При радикальном механизме отверждения фотоинициатор поглощает свет и генерирует свободные радикалы; при катионном образуются катион и анион, которые выполняют функции свободных радикалов. В качестве связующего (ФПК) в радикальных лакокрасочных материалах применяются акрилаты (олигоэфир- или олигоуретанакрилаты), а в катионных — в основном эпоксидные смолы.

Наиболее широкое распространение получили радикальные материалы. Это связано с их меньшей стоимостью по сравнению с катионными. Однако у радикальных материалов имеется и ряд существенных недостатков:

наличие остаточного запаха — существенное препятствие к их использованию для печати пищевой упаковки;

деформация пленочных материалов типа термоусадочного ПВХ при УФ-сушке.

Эти недостатки полностью отсутствуют у катионных УФ-материалов.

Более детальное сравнение радикальной и катионной систем на примере флексографских красок УФ-отверждения приводится в таблице. Как видно из нее, радикальные краски обеспечивают качественную печать при невысокой стоимости. Однако для достижения оптимальных печатно-технических и потребительских свойств целесообразно использовать УФ-краски катионного типа.

Состав УФ-лаков и красок

О сновной частью УФ-материалов является связующее (так называемая фотополимеризующаяся композиция — ФПК), которое и определяет сам факт отверждения краски под действием УФ-излучения и связанные с этим преимущества. Пигмент, как правило, идентичен используемым в других типах красочных систем (органические пигменты, а также сажа и диоксид титана для черной и белой красок).

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

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. В основном именно природой олигомера определяются многие печатно-технические и потребительские свойства УФ-отверждаемых покрытий.