УФ-краски: радикальные или катионные?

Дмитрий Токманцев,
технический специалист
компании «ЯМ Интернешнл»

Рис. 1. Подавляющее большинство производителей машин для печати УФ-красками выпускает только узкорулонные машины. Итальянская фирма Carint-Cargraf - одна из немногих, кто выпускает широкорулонные УФ - флексографские машины. На фото - модель Dracoflex

Прежде 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;
  
  
• отсутствие засыхания краски в печатной секции без воздействия УФ-лучей.

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).

Рис. 2. Спектр УФ-лампы

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%).

Рис. 3. Образцы флексографской печати красками MIRAGE Quartz, изготовленные на зарубежных и российских предприятиях. Британская компания MIRAGE - единственный в мире производитель катионных УФ-красок для высокой печати

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

Существуют 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:

• недостаточная адгезия и стойкость на истирание, особенно при запечатывании различных пленочных материалов для изготовления колбасной оболочки (например, полиамида);
  
  
• 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.