Tinta metálica UV

Respuesta rápida: Para trabajos prácticos de formulación, la detección del fotoiniciador comienza con la fuente de luz y la formación de la película, luego verifica el amarilleo, la adhesión y la integridad del curado en condiciones de producción reales.

3.12.1 Impresión de envases metálicos

Los materiales de embalaje metálicos, como material de embalaje importante en el campo del embalaje, tienen muchas ventajas sobre otros materiales de embalaje, como reciclabilidad, buena protección del contenido, apariencia y formas diversas y colores brillantes. Tienen un gran potencial de desarrollo y son reconocidos por los consumidores. Hoy en día, la tendencia de protección ambiental ecológica se ha extendido a la industria del embalaje y la impresión, y el «embalaje ecológico» se ha convertido en un tema candente dentro de la industria de la impresión y una de las tendencias de desarrollo de la tecnología de procesos de la industria de la impresión. El alto consumo de energía de la industria de impresión de envases metálicos y las grandes emisiones de escape durante el proceso de producción se han convertido en factores importantes que restringen el desarrollo y el crecimiento de las empresas de envases metálicos, y también han establecido obstáculos para el desarrollo ecológico de los envases metálicos.

En los últimos años, el proceso de impresión UV se ha vuelto cada vez más popular en la industria de impresión de envases metálicos debido a sus obvias ventajas en cuanto a conservación de energía y protección del medio ambiente. Sumado a sus enormes ventajas de costos, se ha convertido en una forma innovadora de conservación de energía y protección ambiental, y es cada vez más buscado por las empresas de envases metálicos.

3.12.1.1 Proceso tradicional de impresión de hojalata

La hojalata se recubre por dentro y por fuera y luego está lista para la impresión en color. La impresión offset se utiliza generalmente para la impresión de hojalata. La hojalata tiene una superficie lisa y no es absorbente, lo que la diferencia mucho del papel. Por lo tanto, las tintas termofijantes se utilizan para imprimir sobre hojalata, que requiere un secado a alta temperatura. En otras palabras, el proceso de impresión requiere el uso de un dispositivo de secado especial para secar la tinta. La temperatura de secado suele ser de unos 150°C y el tiempo se controla entre 10 y 12 minutos. En la actualidad, la industria nacional de impresión de hojalata utiliza principalmente hornos de túnel (en lo sucesivo denominados salas de secado) para secar la tinta. La sala de secado tiene unos 30 metros de largo y 6 metros de alto y está conectada al extremo posterior de la imprenta para secar los productos impresos. En el proceso tradicional de impresión de hojalata, no importa cuántas pasadas de impresión se requieran para completar un producto, después de completar cada pasada de impresión, la hoja impresa debe pasar por el horno de secado para secar la tinta.Cada producto impreso debe pasar por el horno de secado varias veces, lo que no sólo consume mucha energía, sino que también emite muchos COV. Por lo tanto, muchas empresas han comenzado a considerar el uso de otros métodos para reemplazar el método tradicional de calentamiento y curado, y el curado UV se ha destacado por sus ventajas de ser altamente eficiente y ahorrar energía.

3.12.1.2 Proceso de impresión UV de hojalata

La tecnología de aplicación de UV en el proceso de impresión consiste en utilizar tinta UV para curar rápidamente bajo luz ultravioleta, que tiene excelentes propiedades físicas y químicas y un alto brillo superficial. Debido a que la tinta en el proceso de impresión UV puede secarse rápidamente bajo luz ultravioleta, después de la adopción de la tecnología UV, cada unidad de impresión está equipada con un dispositivo de secado UV, que es responsable de secar rápidamente cada color de tinta. El horno de túnel que forma parte del equipo tradicional ya no es necesario. En comparación con el proceso de impresión tradicional, las principales ventajas del proceso de impresión UV son: velocidad de curado rápida, tiempo de curado corto, sin necesidad de horno, lo que no solo mejora la eficiencia de producción y ahorra energía, sino que también reduce las emisiones de COV y es bueno para el medio ambiente.

3.12.2 Preparación de tintas metálicas UV

Las tintas metálicas UV son tintas fotopolimerizables que se pueden imprimir directamente sobre la superficie de materiales metálicos (incluidos sustratos metálicos con tratamientos superficiales y materiales metálicos con acabados superficiales), y los formuladores suelen comparar el fotoiniciador catiónico C CAT-261 con el fotoiniciador OXE-02 al optimizar la ventana de curado y la adhesión. Los materiales metálicos comúnmente utilizados en la impresión incluyen cobre, aluminio, hierro, acero inoxidable y placas de titanio con acabado de espejo, así como materiales metálicos con un tratamiento superficial como placas de aluminio poroso anodizado, placas de fosfatado de hierro, láminas de hierro galvanizado, hierro niquelado y hierro cromado, y materiales metálicos con un acabado superficial como láminas de metal recubiertas con pintura en polvo o esmalte horneado.

Los diferentes metales tienen diferentes propiedades superficiales y el tipo de tinta UV utilizada también debe ser diferente; de lo contrario, pueden surgir problemas como una mala adherencia y grietas frágiles de la capa de tinta cuando el metal se dobla.

Las tintas UV para metales se dividen en los siguientes tipos: tintas UV para metales generales, tintas UV para metales especiales, tintas para metales UV elásticas, tintas para metales UV resistentes a altas temperaturas, tintas para metales UV con efectos decorativos especiales, tintas UV anticorrosión para grabado de metales y series de barnices para metales UV.

Cada tinta metálica UV tiene una secuencia de color de impresión óptima. La velocidad de fotocurado de las tintas UV de diferentes colores varía, algunas se curan lentamente y otras rápidamente.No es posible imprimir ningún color primero, como ocurre con las tintas solventes autosecantes. Las tintas metálicas UV para serigrafía, especialmente cuando se imprimen en varios colores, generalmente siguen el principio de imprimir los colores oscuros primero y los colores claros al final.

Las tintas metálicas UV de diferentes colores tienen un orden de curado óptimo. El orden de curado de las tintas metálicas UV es:

oro, plata → negro → azul → rojo → amarillo → barniz transparente incoloro

Las tintas oscuras requieren más energía ultravioleta, se secan más lentamente y la luz ultravioleta no penetra fácilmente la capa de tinta, lo que dificulta el curado de la capa subyacente. Por lo tanto, primero se deben imprimir tintas oscuras; Las tintas claras se curan fácilmente y solo requieren una exposición a la luz. Si se imprimen primero tintas claras, la tinta de color claro inevitablemente se curará en exceso, la capa de tinta se volverá quebradiza y la adherencia será deficiente, mientras que la capa de tinta oscura no se curará lo suficiente, la dureza de la superficie será baja y la resistencia al desgaste y a los disolventes serán deficientes. Las tintas metálicas UV se pueden curar inmediatamente después de la impresión y la capa de tinta se cura una vez después de imprimir cada color. Cuando se cura la tinta del segundo color, la tinta del primer color ya ha sido expuesta a la luz dos veces. Si se trata de un patrón de cuatro colores, cuando se cura la tinta del cuarto color, la tinta subyacente ya se ha expuesto a la luz y se ha curado cuatro veces.

Las superficies metálicas frescas tienen una alta energía libre superficial (500 a 5000 mN/m), que es mucho mayor que la de los materiales poliméricos orgánicos (<100 mN/m). Esta alta energía libre superficial es muy beneficiosa para la adhesión de la tinta. De hecho, muchos metales son propensos a oxidarse en el aire, formando una película de óxido en la superficie, lo que reduce la energía libre de la superficie y afecta la adhesión de la tinta. Sin embargo, la energía libre superficial de la mayoría de las películas de óxido metálico es aún mayor que la de las tintas UV, por lo que las tintas UV tienen un buen efecto humectante sobre los sustratos metálicos. Sin embargo, un problema común con las tintas UV aplicadas a sustratos metálicos es que la adhesión de la tinta al metal no es buena. Sin la adición de un aditivo que promueva la adhesión, es difícil que las tintas UV logren una adhesión ideal al metal. Esto puede deberse a que la superficie del sustrato metálico es densa, lo que dificulta la penetración y absorción de las tintas UV. La interfaz de contacto efectiva es pequeña, a diferencia del papel y la madera, que tienen superficies rugosas con poros, y de los plásticos, que pueden hincharse con el aceite para formar una estructura de anclaje permeable. Además, debido a que las tintas UV curan rápidamente, la tensión interna causada por la contracción del volumen no se puede liberar y la reacción actúa sobre la adhesión de la capa de tinta al sustrato metálico, reduciendo la adhesión.Las superficies metálicas suelen contaminarse fácilmente con grasa, lo que tampoco favorece la adhesión del revestimiento ni la protección contra la corrosión del metal. Para conseguir una buena adherencia, protección contra la corrosión y una superficie limpia en superficies metálicas, se suele realizar una limpieza, un tratamiento físico y un tratamiento químico antes de imprimir con tinta. La forma más sencilla de limpiar es limpiar la superficie metálica con un paño de algodón empapado en disolvente o sumergir las piezas metálicas directamente en el disolvente para lavarlas. Un método más eficaz es el desengrasado con vapor, que consiste en colgar las piezas metálicas en un transportador y transportarlas sobre un disolvente halogenado hirviendo en un tanque, de modo que el disolvente se condense en la superficie de las piezas metálicas y disuelva la grasa, logrando así el propósito de limpieza. El tratamiento físico, como el pulido con chorro de arena de la superficie del metal, elimina la superficie corroída y forma una nueva superficie rugosa. Esto se utiliza principalmente para algunas piezas industriales crudas, como puentes, tanques, etc. Además, se utiliza la limpieza con chorro de alúmina al vacío, limpieza con arena de acero o adhesivo soluble en agua, limpieza con pellets de plástico y, a veces, limpieza con chorro de agua a alta presión para la limpieza de superficies. El tratamiento químico comúnmente implica el uso de ácido fosfórico o fosfato para grabar suavemente la superficie del metal con un ácido, formando una capa de sales de hierro/fosfato ferroso de cierta forma para mejorar la adhesión del recubrimiento, pero la resistencia a la corrosión solo mejora ligeramente. La superficie metálica tratada debe limpiarse a fondo para eliminar las sales solubles. Las superficies de aluminio están cubiertas con una capa fina y densa de óxido de aluminio, por lo que generalmente sólo es necesario limpiar la superficie. El problema principal de las tintas metálicas UV es también resolver la adhesión entre la capa de tinta y el metal. Los oligómeros y diluyentes reactivos en la formulación de tinta pueden formar enlaces de hidrógeno o enlaces químicos con la superficie del metal, lo que puede mejorar en gran medida la adhesión entre el recubrimiento y el metal. En términos generales, los oligómeros y diluyentes reactivos que contienen grupos carboxilo y grupos hidroxilo, especialmente aquellos que contienen grupos carboxilo, tienen un efecto más significativo sobre los sustratos metálicos y tienen un efecto significativo en la mejora de la adhesión (Tabla 3-48). Al mismo tiempo, el uso de oligómeros y diluyentes reactivos con baja contracción de volumen también ayuda a mejorar la adhesión. Algunos diluyentes reactivos tienen cierta permeabilidad a los metales, lo que también ayuda a mejorar la adhesión (consulte la Tabla 3-49). Tabla 3-48 Efecto de los monómeros que contienen carboxilo sobre la adhesión de tintas UV al metal Tabla 3-49: Diluyentes reactivos que son fácilmente permeables sobre sustratos metálicos Agregar promotores de adhesión es un medio importante para mejorar la adhesión de las tintas metálicas UV.Se utilizan comúnmente resinas con grupos carboxilo, acrilatos que contienen grupos carboxilo, fosfatos de acrilato, agentes de acoplamiento de siloxano, agentes de acoplamiento de titanato, etc. Los mercaptanos no se pueden utilizar porque huelen demasiado, pero tienen un fuerte efecto sobre las superficies de oro, que son extremadamente inertes. Para promotores de adhesión de metales adecuados para tintas metálicas UV, consulte la Tabla 3-50. Los monómeros o resinas ácidos contienen grupos ácidos que pueden corroer levemente las superficies metálicas y formar complejos con átomos o iones metálicos de la superficie, fortaleciendo la adhesión entre la capa de tinta y la superficie metálica. Generalmente, la cantidad de promotores de adhesión de éster fosfato en la fórmula es baja y no supera el 1%. Los agentes de acoplamiento de silicona promueven la adhesión a sustratos metálicos porque después de la hidrólisis, pueden condensarse con los óxidos o grupos hidroxilo en la superficie del metal para formar un enlace químico interfacial y mejorar la adhesión. Los agentes de acoplamiento de silicona adecuados incluyen KH550, KH560, KH570 y algunas resinas UV modificadas con silicona. Los agentes de acoplamiento de titanato se utilizan en tintas metálicas UV para mejorar la adhesión a sustratos metálicos. Los agentes de acoplamiento de titanato adecuados incluyen titanato de tetraisooctilo, titanato de tetraisopropilo y titanato de n-butilo. Tabla 3-50 Promotores de adhesión para tintas metálicas UV En comparación con los sistemas de fotopolimerización radical, es más probable que las tintas de fotopolimerización catiónica logren una buena adhesión al metal. El curado catiónico tiene una baja contracción y una gran cantidad de enlaces éter formados después de la polimerización que pueden actuar sobre la superficie del metal, todo lo cual puede mejorar la adhesión. Sin embargo, el ácido protónico superfuerte producido por la fotólisis de fotoiniciadores catiónicos no solo inicia la polimerización catiónica y la reticulación, sino que también corroe el sustrato metálico, lo que obviamente es perjudicial para la adhesión del recubrimiento y no ayuda a mejorar la adhesión. Sólo reduciendo la concentración del fotoiniciador catiónico se puede mejorar la adhesión. Además, los fotoiniciadores catiónicos comúnmente utilizados, como las sales de tiourea o las sales de yoduro, tienen una absorción ultravioleta <300 nm, que no es compatible con las fuentes de luz ultravioleta. Su eficiencia de fotoiniciación es extremadamente baja. Se debe agregar una pequeña cantidad de un fotoiniciador de radicales libres como ITX, que puede absorber energía luminosa en la región de onda larga del espectro violeta y transferir energía a la sal de tiourea, excitando indirectamente el fotoiniciador y mejorando la eficiencia de la fotoiniciación. Dado que el aglutinante de las tintas de impresión UV consiste en monómeros o prepolímeros acrílicos insaturados, tiene propiedades de solubilidad diferentes a las del aglutinante de las tintas termocurables tradicionales (principalmente alquídicas).Los monómeros acrílicos insaturados son muy agresivos y hacen que el caucho sintético de los rodillos y las mantillas se expanda y dañe la capa fotosensible de la superficie de la plancha de impresión de PS, provocando que la imagen se desprenda. Por lo tanto, al imprimir con tintas de impresión UV, es necesario utilizar rodillos, mantillas y agua de lavado especialmente diseñados para tintas de impresión UV. La placa de PS debe hornearse a alta temperatura para mejorar la resistencia a la corrosión de la capa de imagen.

3.12.3 Tinta UV para grabado de metales

El grabado de metales es un medio técnico de utilizar un tratamiento químico (grabado químico, lijado químico) o un tratamiento mecánico (pulido con chorro de arena mecánico, estampado en relieve, etc.) para procesar una superficie de metal brillante en una superficie de cristal rugosa cóncava y convexa. La dispersión de la luz produce un efecto visual especial, dando al producto un estilo artístico único. Como tecnología de procesamiento químico científica y precisa, el grabado químico se utiliza ampliamente en una variedad de materiales metálicos. La clave para grabar materiales metálicos es doble: proteger la pieza que necesita grabarse; y grabe completamente la parte que no necesita grabarse, para obtener la imagen deseada.

Se clasifica según el tipo de reacción química durante el grabado:

① Grabado químico. Proceso: pregrabado → grabado → enjuague → inmersión en ácido → enjuague → decapado resistente → enjuague → secado.

② Grabado electrolítico. Proceso: carga → encendido → grabado → enjuague → inmersión en ácido → enjuague → resistencia al decapado → enjuague → secado.

El grabado químico se puede clasificar según el tipo de material a grabar de la siguiente manera:

① Grabado en cobre. El proceso: limpiar la superficie de la placa de cobre pulida o cepillada → tinta resistente a los rayos UV para serigrafía → curado UV → grabado → enjuague → eliminar la capa de tinta resistente a los rayos UV → enjuague → postratamiento → secado → producto terminado.

En este proceso, se utiliza tinta resistente a los rayos UV para serigrafiar directamente la imagen, a fin de proteger la pieza deseada de la corrosión. La parte no impresa se elimina durante el grabado. Por lo tanto, la tinta resistente a los rayos UV utilizada requiere una fuerte adhesión al metal, resistencia a ácidos (o álcalis) y resistencia a la galvanoplastia.

② Grabado en acero inoxidable. Proceso: limpieza de la superficie de la placa → tinta fotorresistente líquida para serigrafía → secado → exposición con una película → revelado → lavado → secado → inspección y reparación de la placa → curado de la película → grabado → eliminación de la capa protectora → lavado → postratamiento → secado → producto terminado.

Este proceso implica recubrir la placa con tinta resistente fotopolimerizable, exponerla a la luz, desarrollarla para formar un patrón resistente y luego grabarla.Se puede utilizar pulverización, brocha, rodillo o inmersión para aplicar una capa uniforme de tinta resistente fotolitográfica a la superficie del metal para formar una película fotosensible. Sin embargo, para superficies planas de pequeño tamaño, la serigrafía es el método más cómodo y fiable. Las tintas fotolitográficas resistentes también requieren una fuerte adhesión al metal, resistencia a ácidos (o álcalis) y resistencia a la galvanoplastia.

Para la preparación de resistencias resistentes a los rayos UV y fotoimagen, consulte el Capítulo 4 sobre tintas para PCB.

Cómo los formuladores suelen evaluar este tema del fotoiniciador

Cuando los compradores técnicos o los formuladores analizan los fotoiniciadores, el marco de decisión más útil suele ser la calidad del curado más el ajuste de la aplicación: qué paquete cura de manera confiable, mantiene una apariencia aceptable y aún funciona bajo la lámpara, el espesor de la película y las condiciones del sustrato del proceso real.

Primero haga coincidir el paquete con la lámpara: las lámparas de mercurio, los LED UV y los sistemas de luz visible pueden clasificar los mismos fotoiniciadores de manera muy diferente.
Compruebe el curado en profundidad y el curado en superficie por separado: una película que se siente seca en la parte superior aún puede estar débil en la parte inferior.
Equilibrar el amarilleo con la reactividad: la ruta de curado profundo más fuerte no siempre es la mejor opción comercial si el riesgo de color o migración se vuelve inaceptable.
Utilice la fórmula final como punto de referencia: la carga de pigmento, el paquete de monómero y el espesor de la película pueden cambiar la clasificación aparente del mismo iniciador.

Referencias de productos recomendados

CHLUMINIT 261: Una referencia directa de fotoiniciador catiónico cuando se analizan rutas de curado catiónico.
CHLUMINIT TPO-L: Una fuerte referencia de bajo amarilleamiento para sistemas UV orientados a LED.
CHLUMINIT 819: Útil cuando una formulación necesita una absorción más fuerte y un soporte de curado más profundo.
CHLUMINIT 184: Un punto de referencia clásico de radicales libres para el curado rápido de superficies en muchos sistemas UV.

Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

¿Por qué son tan comunes los paquetes de fotoiniciadores combinados?
Debido a que un producto puede controlar el amarilleo o el ajuste de la lámpara mientras que otro mejora la profundidad de curado o el rendimiento de la velocidad de la línea, el paquete completo suele ser más resistente que cualquier grado individual.

¿La curación incompleta siempre debe resolverse agregando más iniciador?
No automáticamente. La verdadera limitación puede ser la lámpara, el espesor de la película, el tono del pigmento o el resto del sistema reactivo en lugar de una simple dosis insuficiente.