Definición y clasificación de las tintas UV y sus aplicaciones
1. Descripción general de las tintas de secado por curado ultravioleta (UV)
Las tintas flexográficas de secado por curado UV, denominadas tintas UV, son esencialmente tintas líquidas que pueden pasar de estado líquido a sólido bajo la irradiación de rayos ultravioleta de una determinada longitud de onda.
Si se compara la composición de la tinta UV con la de la tinta tradicional, se observa que son muy diferentes. La diferencia radica en que la formación de la película de la tinta UV es una reacción química que va del monómero al polímero, mientras que la formación de la película de la tinta tradicional es una acción física, ya que la resina es un polímero y el disolvente es un polímero que disuelve el polímero sólido en un líquido. Esto ayuda a recubrir la tinta sobre el sustrato y, a continuación, el disolvente se volatiliza o se absorbe, de modo que el polímero líquido puede volver a su estado sólido original. La tinta UV se compone principalmente de pigmentos, prepolímeros, diluyentes reactivos, fotoiniciadores y aditivos.
El rápido desarrollo de la industria de la impresión requiere no solo alta calidad y alta eficiencia, menores costes, sino también que no contamine el medio ambiente. La tinta UV se puede imprimir en cualquier sustrato y la calidad del producto impreso es mejor que la de las tintas de impresión flexográfica a base de disolventes y agua. Buena y de bajo coste. La tinta UV se ha utilizado ampliamente en países extranjeros. En la impresión offset, la serigrafía, la impresión flexográfica y la impresión tipográfica, el consumo de tinta UV aumenta año tras año. La tasa de crecimiento anual de las tintas UV en Europa, América y Japón es del 9 % al 12 %.
2. Características de la tinta de curado por luz UV
La luz ultravioleta es una onda electromagnética con una longitud de onda más corta que la luz visible, y las diferentes longitudes de onda tienen diferentes energías. Generalmente, la longitud de onda de la luz ultravioleta utilizada para curar la tinta curable por luz UV es de 250 a 400 nm. Las fuentes de luz ultravioleta más utilizadas en la industria son las lámparas de mercurio de alta presión y las lámparas de halogenuros metálicos, que tienen la mayor eficiencia en el rango de 200-300 nm y 300-400 nm, respectivamente. Por lo tanto, las lámparas de mercurio de alta presión se utilizan comúnmente para tintas incoloras curables por UV, mientras que las lámparas de halogenuros metálicos se utilizan comúnmente para tintas de color curables por UV.
La característica fundamental de la tinta curable con luz UV que la diferencia de otros tipos de tinta es que la capa de tinta se cura y se forma en una película mediante la irradiación de luz ultravioleta intensa, y la sustancia formadora de la película se inicia mediante un fotoiniciador y sufre una rápida reacción de polimerización, que se completa en unos pocos segundos o decenas de segundos. Si no se expone a una luz ultravioleta intensa, aunque se caliente, la tinta permanecerá en un estado pegajoso durante mucho tiempo y no se curará. Las principales ventajas de la tinta curable con luz UV son: a. Puede curar la capa de tinta más gruesa de una sola vez, y el espesor máximo de la capa de tinta puede alcanzar los 100-150 μm; b. Tiempo de curado corto, menor consumo de energía, ahorro de espacio de impresión y espacio, y alta eficiencia de producción; c. Sin disolventes orgánicos, película curada casi al 100 %, sin volatilización de disolventes orgánicos, lo que reduce la contaminación ambiental; d. Aplicable a la impresión de sustratos con gran capacidad calorífica; e. Las impresiones son exquisitas, de buena calidad y alto grado, y la película de tinta curada tiene buena resistencia al calor, a los disolventes y a los arañazos.
3. Características de la composición de la tinta de curado por luz ultravioleta
La tinta de curado por luz ultravioleta, también conocida como tinta de secado ultravioleta o tinta UV. Se trata de un tipo de tinta que absorbe la energía lumínica de una determinada longitud de onda y produce una reacción fotoquímica bajo la radiación ultravioleta para completar rápidamente la conversión de líquido a sólido.
Esta tinta no contiene disolventes y solo bajo irradiación ultravioleta puede producirse rápidamente la reacción fotoquímica, con lo que se consigue un secado rápido. Precisamente gracias a esta característica, se supera el problema de que la tinta tiende a cambiar de rendimiento en la imprenta y se resuelve el problema del secado rápido después de transferir la tinta a la superficie del sustrato. Estas tintas no solo cumplen los requisitos de impresión multicolor a alta velocidad en una sola pasada, sino que también facilitan la impresión de materiales no absorbentes.
Al igual que otras tintas, la tinta de curado por luz UV está compuesta por pigmentos, aglutinantes y materiales auxiliares, pero debido a que necesita fotorreacciones químicas para secarse, existen requisitos específicos para el uso de aglutinantes de tinta, es decir, el uso de materiales de enlace sólido a la luz. El aglutinante fotocurable se compone principalmente de resina fotosensible o prepolímero, agente reticulante, fotoiniciador y otras sustancias.
1) Pigmento
El requisito de la tinta de curado por luz UV para los pigmentos es que la propiedad de mezcla sea buena y que la tinta de curado por luz UV no se gelifique dentro del período de almacenamiento efectivo después de la mezcla; cuando se utilizan pigmentos juntos, la dosis de cada pigmento en la tinta fotopolimerizable debe ser precisa; los pigmentos deben tener una alta concentración en la tinta, un color brillante, una excelente dispersabilidad y suficiente poder tintóreo; se deben seleccionar pigmentos con baja tasa de absorción del espectro ultravioleta, para no obstaculizar la velocidad de curado de la tinta fotopolimerizable; cuando el pigmento se expone a la luz ultravioleta o se requiere que no cambie de color durante la reacción de curado.
Los diferentes pigmentos tienen diferentes absorciones y reflexiones del espectro ultravioleta, por lo que la velocidad de curado de la tinta fotopolimerizable también es diferente debido a los diferentes pigmentos. Los pigmentos con buena transparencia se fijan más rápidamente debido a su alta transmitancia UV; el negro de carbón tiene una mayor capacidad de absorción de los rayos UV y es el que cura más lentamente; los pigmentos blancos son muy reflectantes, lo que también dificulta el curado.
De acuerdo con los principios anteriores, los pigmentos utilizados en las tintas de curado por luz UV suelen incluir dióxido de titanio, amarillo bencidina, azul ftalocianina, rojo permanente, rojo melocotón, rojo zafiro, rojo intenso resistente a la luz, negro de carbón, etc.
2) Material adhesivo de curado por luz
En la tinta de curado por luz ultravioleta, el aglutinante fotocurable es especialmente importante. Los requisitos que debe cumplir son: el aglutinante fotocurable debe ser de color claro y tener buena transparencia; la actividad fotocurable debe ser alta y debe secarse instantáneamente bajo la luz ultravioleta; el brillo después de la película debe ser bueno, la adhesión debe ser fuerte y la dureza y la resistencia al impacto deben ser excelentes; el índice de acidez del aglutinante fotocurable no debe ser demasiado alto (generalmente inferior a 20), de lo contrario, es fácil que se gelifique cuando se almacena la tinta; la humectabilidad con el pigmento debe ser buena. Para los aglutinantes curables por UV, no solo se puede seleccionar una resina fotocurable, sino que se utilizan principalmente dos o más resinas fotocurables o prepolímeros y agentes reticulantes. Por ejemplo, se pueden utilizar una o más resinas acrílicas como base. Los materiales más utilizados son configuraciones trifuncionales basadas en resinas de uretano, epoxi o poliéster.
En aplicaciones prácticas, una gran parte no es realmente una resina, sino un éster de compuestos insaturados, también conocidos como monómeros activos, como TMPTA CAS 15625-89-5, NPGDA CAS 2223-82-7, HDDA CAS 13048-33-4, IBOMA CAS 7534-94-3, etc. Sin embargo, pueden utilizarse en combinación con resinas fotocurable para facilitar el curado por fotopolimerización. El triacrilato de trimetilolpropano es un diluyente altamente reactivo y de baja viscosidad (generalmente 0,05-0,15 Pa·s, 25 ℃), que puede proporcionar dureza y brillo, y puede aumentar la velocidad de fijación, siendo especialmente adecuado para formulaciones que requieren una menor viscosidad y una mayor reactividad.
El poliéster insaturado es un polímero de alto peso molecular con una estructura lineal de dobles enlaces insaturados. Cualquier monómero que pueda reticularse y copolimerizarse con este polímero de alto peso molecular se denomina agente reticulante, también conocido como «agente puente». El poliéster se reticula formando una estructura de red. El agente reticulante tiene dos funciones principales: la reticulación y el curado en la fotopolimerización; como diluyente, reduce la viscosidad del sistema y mejora la fluidez de la resina. El agente reticulante ideal es también un diluyente reactivo ideal, que puede seleccionarse según los siguientes principios. Tiene mejor miscibilidad con la resina, puede disolver y diluir el poliéster insaturado y puede participar en la reacción de fotocurado; tiene buena fotosensibilidad y excelente fotocurado. Actividad; mejora las propiedades físicas de la película después del curado; baja volatilidad, inodoro, no tóxico; fuentes abundantes, barato. Para elegir un agente reticulante adecuado, también es necesario tener en cuenta las características de la propia resina, integrar diversos factores y aprender unos de otros para obtener mejores resultados.
En el sistema de polimerización, además del monómero, se añade un compuesto que se descompone o excita fácilmente con la luz, denominado fotosensibilizador (también llamado sensibilizador). La fotopolimerización resultante se denomina fotopolimerización fotosensibilizada. El fotosensibilizador utilizado para mejorar la fotopolimerización suele absorber luz con una longitud de onda más larga que el monómero y se descompone para generar radicales libres; o la fotoexcitación provoca reacciones secundarias que generan radicales libres, lo que provoca la fotopolimerización.
Existen dos categorías principales de fotosensibilizadores que se utilizan habitualmente en las tintas de curado por luz UV: las cetonas, como la benzofenona, el bibenzoyl, la cetona zhuchi, la p-fenilbenzofenona y la acetofenona halogenada; y la benzoína y sus éteres, como la benzoína, el éter metílico de benzoína, el éter de benzoína, el éter butílico de benzoína y la alfa-metil benzoína. Su característica común es que todas contienen grupos cetónicos aromáticos y básicos. La diferencia entre ellos es que los benzoínicos pueden activar monómeros olefínicos a través de la acción fotoquímica, por lo que son tanto fotosensibilizadores como fotoiniciadores, mientras que los benzoínicos a menudo necesitan interactuar con otras moléculas después de la acción fotoquímica. Para iniciar la polimerización de monómeros etilénicos, es estrictamente un fotosensibilizador, no un buen fotoiniciador, y a menudo necesita utilizarse junto con otros compuestos. No obstante, la característica común de estos dos tipos de sustancias es que hay grupos de cetonas aromáticas en el grupo, que primero realizan la fotosensibilización. La dosis de fotosensibilizador en la tinta de curado por luz UV es generalmente del 1 % al 10 % (fracción en masa), preferiblemente del 3 % al 6 %. Cuando la cantidad de fotosensibilizador es demasiado pequeña, la velocidad de «puenteo» de la luz se ralentiza, lo que no es conveniente para la aplicación. Por otro lado, si la cantidad de fotosensibilizador es excesiva, la velocidad de fotopolimerización no aumentará necesariamente, lo que no solo es económicamente irrazonable, sino que también reducirá la resistencia de la conjuntiva curada y afectará al rendimiento de la película de tinta.
En el proceso de polimerización por radicales libres, debido a la existencia de pequeñas cantidades de algunas sustancias, no puede producirse la polimerización de los monómeros y las resinas insaturadas, lo que se denomina inhibición de la polimerización, y las sustancias que provocan este fenómeno se denominan inhibidores de la polimerización. 01 %〜0,20 %. El inhibidor de la polimerización no debe inhibir la reacción de fotopolimerización, solo debe añadirse para evitar la reacción de polimerización térmica, por lo que la cantidad de poliéster insaturado debe ser del 0,01 % al 0,20 %.
3) Auxiliares
Las ceras se utilizan a menudo como agentes auxiliares en las tintas para mejorar la resistencia a la fricción de las tintas y reducir la viscosidad. Los requisitos básicos para el uso de ceras en tintas son un punto de fusión alto y que sean microcristalinas. Las ceras que se pueden utilizar en tintas son ceras microcristalinas y ceras de polietileno. Además, se añade una pequeña cantidad de aminas terciarias, derivados de la fosfina, etc., como agentes auxiliares.
4. Indicadores técnicos e imprimibilidad de las tintas curables por UV
1) Especificaciones de la tinta curable por UV
El color es similar al de la muestra estándar; la finura es de 15~25 μm; la fluidez es de 20~35 mm; el poder tintóreo es del 90 %~110 %; la viscosidad es de 15~25 (32 ℃); la resistencia al impacto es de 29,4 N m; 1~2 s.
2) Imprimibilidad de las tintas curables por UV
Mezcla de tintas. Las tintas fotopolimerizables se pueden mezclar entre sí, pero no con tintas generales. Cuando se cambia de la tinta original a una tinta fotopolimerizable, se debe lavar antes de imprimir.
Limpieza de la tinta. Producto específico para tintas fotopolimerizables aplicado a disolventes de limpieza. Durante la impresión, si el disolvente de limpieza permanece en el rodillo de tinta, la mantilla y el rodillo de agua, provocará un secado deficiente de la tinta y una mala entintada, por lo que debe eliminarse por completo.
Material auxiliar. Entre los materiales auxiliares hay reductores de viscosidad, secantes y endurecedores. El reductor de viscosidad se utiliza para reducir la viscosidad de la tinta y la cantidad añadida debe ser inferior al 5 %. Si se supera esta cantidad, se reducirá el endurecimiento de la tinta; el secante se utiliza para aumentar la velocidad de asimilación de la tinta fotosensible, y la cantidad añadida debe ser inferior al 2 %; el endurecedor máximo es del 10 %, por encima del cual no tiene ningún efecto. Este adyuvante es un producto especial para tintas fotopolimerizables, y no se pueden utilizar adyuvantes generales.
5. Puntos principales del uso de tintas fotopolimerizables
Debido a las características de secado de la tinta UV, tiene una amplia gama de aplicaciones y es especialmente adecuada para la impresión en materiales no absorbentes. Si no se tiene en cuenta el factor precio, la tinta de curado por luz UV se puede utilizar en máquinas de impresión de diversos métodos de impresión, y los materiales de impresión son papel, plástico y película plástica, papel de aluminio, metal, etc.
Cuando se imprime con tinta de curado por luz UV, la parte de salida del papel de cada grupo de colores de la máquina de impresión debe estar equipada con un dispositivo de irradiación de luz UV, y la longitud y la potencia del tubo de la lámpara deben determinarse en función del formato de impresión. Por lo general, la distancia entre el tubo de la lámpara y el material impreso es de unos 20 cm o menos. Por lo general, está equipada con un rodillo de tinta de impresión especial y una mantilla.
Durante el proceso de uso de la tinta UV, no debe mezclarse con tinta general. En la impresión, al cambiar de la tinta original a la tinta de curado por luz UV, se debe limpiar la tinta original y sustituirla por tinta de curado por luz UV, y se deben utilizar agentes auxiliares especiales para ajustar la adaptabilidad de la tinta. Por ejemplo, reductor de viscosidad, endurecedor, secante, etc. La función del reductor de viscosidad especial es reducir la viscosidad de la tinta de curado por luz UV, y su cantidad añadida debe controlarse dentro del 5 %, ya que, de lo contrario, se reducirá la dureza de la tinta; el endurecedor de película sirve para mejorar la resistencia de la capa de tinta, y el límite máximo es del 10 %; la función del agente secante es acelerar la velocidad de curado de la tinta, y la cantidad añadida debe controlarse dentro del 2 %.
En mitad de la impresión o al final de la misma, es necesario limpiar el rodillo de tinta, la mantilla, la plancha de impresión, el rodillo de agua y el tintero. Se debe utilizar el disolvente de lavado especial para tintas de curado por luz ultravioleta, y la limpieza debe ser minuciosa para evitar un mal entintado o un mal secado de la tinta. Espere a que se produzca el fallo.
El uso y almacenamiento de la tinta de curado por luz ultravioleta debe evitar la luz solar directa y debe almacenarse en un lugar oscuro a 20 °C. El período de almacenamiento no debe ser demasiado largo y el período de validez general es de 6 meses.
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