УФ-отверждаемые чернила: состав и свойства¶

УФ-отверждаемые чернила — это класс полимерных композиций, предназначенных для цифровой и офсетной печати, которые переходят из жидкого состояния в твёрдое под воздействием ультрафиолетового излучения. В отличие от традиционных чернил, высыхающих за счёт испарения растворителя или впитывания в подложку, УФ-чернила полимеризуются (отверждаются) непосредственно на поверхности материала, образуя прочную плёнку. Это свойство обеспечивает высокую скорость печати, стойкость изображения к внешним воздействиям и возможность нанесения на невпитывающие поверхности — стекло, металл, пластик, керамику.

¶Состав

Основу УФ-отверждаемых чернил составляют четыре группы компонентов: олигомеры, мономеры, фотоинициаторы и пигменты, а также функциональные добавки.

• Олигомеры (олигомерные смолы) — высокомолекулярные соединения (эпоксиакрилаты, уретанакрилаты, полиэфиракрилаты), определяющие конечные физико-механические свойства плёнки: эластичность, твёрдость, адгезию к подложке и химическую стойкость. Их доля в составе обычно составляет 30–60 %.
• Мономеры — низковязкие реакционноспособные разбавители (акрилаты), которые снижают вязкость композиции до уровня, пригодного для печати, и участвуют в реакции полимеризации. Выбор мономеров влияет на скорость отверждения и степень усадки плёнки.
• Фотоинициаторы — вещества, поглощающие УФ-излучение и инициирующие цепную реакцию полимеризации. При облучении они распадаются на свободные радикалы или катионы, которые запускают сшивание молекул олигомеров и мономеров. Типичные фотоинициаторы — производные бензофенона, тиоксантона, ацилфосфиноксиды.
• Пигменты — тонкодисперсные порошки (органические или неорганические), придающие чернилам цвет и укрывистость. Для белых УФ-чернил используется диоксид титана. Пигменты должны быть стабильны к УФ-излучению и не поглощать его в спектральной области работы фотоинициаторов.
• Добавки — стабилизаторы (ингибиторы полимеризации для предотвращения преждевременного отверждения), диспергаторы (для равномерного распределения пигмента), пеногасители, воски (для регулирования трения и водоотталкивающих свойств).

¶Механизм отверждения

Процесс отверждения происходит в специальной УФ-сушилке, оснащённой ртутными, ксеноновыми или светодиодными (LED) лампами. Под действием излучения с длиной волны 200–420 нм фотоинициаторы поглощают энергию и переходят в возбуждённое состояние, после чего образуют активные частицы. Эти частицы атакуют двойные связи акрилатных групп в мономерах и олигомерах, запуская радикальную (или катионную) полимеризацию. Реакция протекает за доли секунды, образуя трёхмерную сшитую полимерную сетку. Полное отверждение происходит мгновенно, что позволяет немедленно проводить последующую обработку отпечатка (резку, ламинацию, фальцовку).

¶Виды УФ-чернил

По типу полимеризации выделяют радикальные и катионные УФ-чернила. Радикальные — наиболее распространены, отверждаются быстрее, но чувствительны к кислородному ингибированию (кислород воздуха замедляет реакцию на поверхности). Катионные (на основе эпоксидных смол) не подвержены этому эффекту, дают лучшую адгезию к металлам и стеклу, но требуют точного дозирования фотоинициаторов и чувствительны к влажности.

По консистенции различают низковязкие чернила для струйной печати (вязкость 10–20 мПа·с при температуре печати) и пастообразные УФ-офсетные краски (вязкость порядка 50–100 Па·с). Также существуют гибридные УФ-чернила, сочетающие отверждение УФ-излучением с частичным испарением растворителя.

¶Свойства

Ключевые эксплуатационные свойства УФ-отверждаемых чернил:

• Мгновенное отверждение — высокая производительность печатного процесса, отсутствие необходимости в длительной сушке.
• Высокая адгезия — хорошее сцепление с широким спектром материалов: пластиками (ПВХ, поликарбонат, акрил), металлами, стеклом, керамикой, лакированными поверхностями.
• Механическая прочность — полимерная плёнка устойчива к истиранию, царапинам и ударам.
• Химическая стойкость — устойчивость к воздействию воды, масел, слабых кислот и щелочей, бытовой химии.
• Атмосферостойкость — не выцветают под воздействием солнечного света, выдерживают перепады температур.
• Экологичность — отсутствие летучих органических растворителей в составе, минимальные выбросы в атмосферу.
• Усадка — полимеризация сопровождается уменьшением объёма на 3–8 %, что при печати на гибких материалах требует учёта деформации.

¶Применение

УФ-чернила широко используются в широкоформатной и интерьерной печати (баннеры, вывески, рекламные конструкции), в печати на упаковке (картон, гофрокартон, этикетки), при декорировании изделий из пластика и металла, в производстве электроники (печать на печатных платах), а также в офсетной печати упаковки для пищевых продуктов (при использовании сертифицированных низкомиграционных составов). В последние годы растёт применение LED-УФ-чернил, отверждаемых светодиодными источниками с длиной волны 385–405 нм, что снижает энергопотребление и нагрев подложки.

¶Ограничения

Основные недостатки УФ-чернил — относительно высокая стоимость по сравнению с сольвентными и водными аналогами, необходимость установки дорогостоящего УФ-оборудования, возможное раздражение кожи при контакте с неотверждёнными чернилами (требуются средства индивидуальной защиты), а также ограниченная гибкость плёнки, что затрудняет печать на сильно деформируемых материалах. Для пищевой упаковки требуются специальные марки чернил с низкой миграцией компонентов.