Dette papir blev afsluttet med hjælp fra Gemini AI. Læsetid: ~20 min.

UV offset blæk

UV offset blæk (ultraviolet offset blæk) er en højviskos forbrugsvare til pasta, der er fremstillet af fotopolymeriserbare harpikser, monomerer og fotoinitiatorer, der hærder øjeblikkeligt til en fast film under ultraviolet stråling. I modsætning til konventionel offset blæk , det indeholder ingen flygtige organiske opløsningsmidler, så det tørrer hurtigt og udskriver på ikke-porøse underlag som plastik, folie og metal.

Denne blæk bruges i højhastigheds kommerciel emballering, udgivelse og etikettering. Den leverer en bred farveskala, højglans og øjeblikkelig behandling efter tryk. Strammere fødevaresikkerheds- og miljølove tvang blækproducenter til at udvikle lav-migrering og LED-UV-formuleringer.

Etymologi og terminologi

Udtrykket 'UV offset blæk' refererer til integrationen af ​​ultraviolet hærdelig polymerkemi i den indirekte planografiske proces med offset litografi. Dens kinesiske oversættelse er UV胶印油墨 (UV jiāoyìn yóumò), hvor '胶印' repræsenterer gummitæppecylinderen, der bruges til at overføre blækfilmen, og '油墨' betegner trykfarven.

I teknisk litteratur beskrives det som 'UV-hærdeligt offset-blæk' 'UV-litografisk blæk' eller 'UV-hærdende pastablæk.' Det er kemisk adskilt fra UV-hærdeligt blæk, der bruges til flexografi, screen- eller inkjetprint. Mens flexografisk og dybtryks-UV-blæk er flydende blæk med lav viskositet, er UV-offset-blæk en 'pastablæk' på grund af dets høje viskositet, krop og klæbeevne.

Historisk udvikling

Den underliggende videnskab om ultraviolet fotopolymerisering stammer fra tidlige polymerpatenter i 1940'erne og 1950'erne.nk-virksomheder begyndte at sælge UV-hærdeligt blæk til grafisk kunst i slutningen af ​​1960'erne.

• 1970'erne : UV offset blæk fik deres første store kommercielle fodfæste, primært inden for metaldekoration og emballageapplikationer. Teknologien løste en kritisk industriel flaskehals: traditionel metaldekoration krævede lange, gasfyrede termiske ovne for at tørre opløsningsmiddelbaseret blæk, mens UV-blæk hærdede på en brøkdel af et sekund, hvilket forkortede produktionslinjens fodaftryk.

• 1990'erne : Industrien introducerede kationiske UV-hærdende systemer sammen med traditionelle fri-radikale acrylatsystemer. Kationisk blæk, baseret på cycloalifatiske epoxider, tilbød lavere krympning og overlegen vedhæftning til metalliske folier og dåser.

• 2000'erne : Store presseproducenter (såsom Komori og Heidelberg) introducerede højfølsomme lavenergi-UV-systemer (H-UV og LE-UV), hvilket muliggør hurtig hærdning med enkelt, laveffekt ozonfri kviksølvlamper. Samtidig begyndte solid-state LED UV-hærdende arrays at komme ind på markedet.

• 2010'erne – i dag : blækproducenter udviklede højkonstrueret UV-offset-blæk med lav migration (LM) for at forhindre migration af ureagerede fotoinitiatorer til emballerede fødevarer. Dette var et svar på strenge europæiske fødevaresikkerhedslove.

  Æra	Milepæl	Teknisk påvirkning
  1940'erne-1950'erne	Tidlige UV-patenter	Grundlaget for fotopolymerisation
  Slutningen af ​​1960'erne	Første kommercielle blæk	Øjeblikkelig hærdning på ikke-porøst papir
  1970'erne	Kommerciel adoption	Udvidelse til emballage, plastik og metal
  1990'erne	Kationiske UV-systemer	Lavt svind, metalemballage
  2000'erne	H-UV / LE-UV & LED UV	Lavere energi, kviksølv-fri lampe arrays
  2010'erne - i dag	UV med lav migration	Overholdelse af fødevaregodkendt emballage

Sammensætning og kemi

I modsætning til konventionel arkfodret offset blæk (fremstillet med mineralske eller vegetabilske tørrende olier, der tørrer over timer gennem absorption og oxidation), indeholder UV offset blæk ingen flygtige opløsningsmidler eller flygtige organiske forbindelser (VOC'er). De er 100 % faststofsystemer: hver flydende komponent i blækformlen reagerer kemisk for at blive en del af den endelige faste polymerfilm.

Pigmenter (10% til 25% efter vægt)

Organiske og uorganiske pigmenter er udvalgt for deres høje renhed, farvestyrke og lysægthed. Fordi pigmenter fungerer som lysblokerende filtre, der absorberer eller spreder den hærdende UV-stråling, er deres belastning, kemi og gennemsigtighed omhyggeligt optimeret. Pigmenter, der anvendes i blæk med lav migration, skal også have ekstremt lave niveauer af primære aromatiske aminer (PAA'er).

Præpolymerer og oligomerer (25 til 45 vægtprocent)

Disse er de primære filmdannende rygrader, der bestemmer blækkets endelige glans, elasticitet, kemikalieresistens og gnidningsmodstand. Almindelige materialer omfatter epoxyacrylater, polyesteracrylater og polyurethanacrylater. Hyperforgrenede polyester akrylharpikser vælges ofte for at opnå høj tværbindingsdensitet uden at køre viskositeten for høj.

Monomerer og reaktive fortyndingsmidler (25-40 vægt-%)

Disse er multifunktionelle acrylater med lav viskositet (såsom tripropylenglycoldiacrylat, TPGDA eller trimethylolpropantriacrylat, TMPTA), der fungerer som opløsningsmiddelfasen under fremstillingen. Efter hærdning deltager de i tværbindingsreaktionen for at blive en del af polymermatrixen, hvilket betyder, at intet opløsningsmiddel fordamper til atmosfæren.

Fotoinitiatorer (3% til 10% efter vægt)

Disse er meget følsomme forbindelser, der undergår kemisk spaltning eller hydrogenabstraktion, når de udsættes for specifikke bølgelængder af UV-lys, hvilket genererer de frie radikaler eller kationer, der er nødvendige for at initiere polymerisation. Eksempler omfatter benzophenon, thioxanthoner og acylphosphinoxider (hyppigt valgt til LED UV-systemer).

Tilsætningsstoffer og stabilisatorer (1 til 5 vægtprocent)

Disse omfatter polymerisationsinhibitorer i beholderen (såsom monomethylether af hydroquinon, MEHQ) for at forhindre for tidlig gelering under opbevaring, skumdæmpende midler, glidemidler (såsom polyethylen- eller PTFE-voks) for at forbedre gnidningsmodstanden og rheologimodifikatorer.

Klassificering og typer

UV offset blæk er klassificeret baseret på deres kemiske polymerisationsmekanisme, krav til hærdningslamper og applikationssikkerhedsparametre.

Fri-radikal UV-blæk

Dette er den mest almindelige klasse af UV offset blæk, baseret på acrylatkemi. De tørrer ekstremt hurtigt, men er udsat for ilthæmning på overfladen. De hærdes typisk med standard mellemtryks kviksølvbuelamper og udviser høj glans og god mekanisk modstand.

Kationisk UV blæk

Baseret på epoxy- og vinylethermonomerer hærder disse blæk via ringåbningspolymerisation initieret af fotogenererede syrer. De udviser ingen ilthæmning, meget lavt svind og fremragende vedhæftning til ikke-porøse metaller, hvilket gør dem til standardvalget til tredelt metaldekoration og rørudskrivning. De hærder dog langsommere end frie radikaler og er meget følsomme over for luftfugtighed i trykrummet.

LED UV blæk

LED UV-blæk er specifikt formuleret til at matche de snævre spektrale emissioner fra UV LED-lamper (typisk monokromatisk ved 385 nm eller 395 nm). De indeholder højt specialiserede fotoinitiatorer, der absorberer energi i dette snævre område. Disse blæk hærder under 'kolde' LED-lamper, hvilket gør dem ideelle til tynde, varmefølsomme plastikfilm.

UV-blæk med lav migration

Blæk med lav migration er designet til at eliminere risikoen for kemisk migration i fødevarer, drikkevarer og farmaceutiske emballager. De udelukker fuldstændigt små, flygtige monomerer og fotoinitiatorer til fordel for højmolekylære oligomerer og polymere fotoinitiatorer (såsom Omnipol BP eller Omnipol TX), der overstiger 1000 Dalton. Dette forhindrer dem i at vandre gennem pap- eller plastsubstrater.

Hærdningsmekanisme: Fotopolymerisation

Tørreprocessen af ​​UV offset blæk er en fysisk-til-kemisk faseovergang drevet af fotopolymerisation, der erstatter den langsommere opløsningsmiddelfordampning eller oxidative tværbinding af traditionelle blæk.

Når blækfilmen passerer under en UV-lampe, absorberer fotoinitiatorerne UV-fotonerne og går over til en exciteret tilstand. De gennemgår hurtigt homolytisk spaltning (Type I fotoinitiatorer) eller hydrogenabstraktion fra en co-initiator (Type II fotoinitiatorer) for at generere aktive frie radikaler. Disse radikaler angriber derefter dobbeltbindingerne af acrylatmonomererne og -oligomererne, hvilket skaber aktive monomerradikaler, der forplanter sig gennem blæklaget.

Polymerisationshastighedsligningen for denne proces kan modelleres som:

• Rₚ repræsenterer polymerisationshastigheden.

• [M] repræsenterer monomerkoncentrationen.

• kₚ og kₜ er henholdsvis udbredelses- og termineringshastighedskonstanter.

• φ er kvanteudbyttet af initierende radikaler.

• Iₐ er intensiteten af ​​absorberet lys.

På en brøkdel af et sekund danner disse reaktive arter et stærkt tværbundet, tredimensionelt polymernetværk.

Ilthæmning

En vigtig kemisk udfordring i fri-radikal UV-hærdning er ilthæmning. Atmosfærisk oxygen O2 virker som en radikalopfanger. Det reagerer med initierende eller udbredende radikaler og danner inaktive peroxyradikaler, som stopper med at hærde på blækkets overflade. For at overvinde dette tilføjer blækkemikere aminsynergister for at forbruge ilt, eller printere renser hærdningszonen med nitrogen (nitrogentæpper).

Denne øjeblikkelige hærdningsmekanisme giver printeren en klar fordel: UV-offset blæk kan sidde på blækvalsetoget i det uendelige uden at tørre eller flå. Ingen grund til at vaske blæktog op efter et pressestop.

Nøgle tekniske egenskaber og test

Fordi UV offset blæk skal fungere på højhastighedspresser og ikke-porøse substrater, er deres fysiske og kemiske egenskaber nøje defineret og målt.

Rheologi og viskositet

UV offset blæk er meget strukturerede, ikke-newtonske, tixotrope væsker. Deres viskositet falder under de høje forskydningshastigheder af presserulletoget (op til 10.000 s⁻⊃1;) for at tillade jævn blækoverførsel, men gendannes øjeblikkeligt på pladen for at forhindre prikforøgelse og blødning. Viskositeten måles ved hjælp af viskosimeter med faldende stang (iht. ISO 12644) eller rotationsviskosimeter, hvilket giver et dynamisk område på 15 til 40 Pa·s.

Tack

Vedhæftning er målet for blækkets indre sammenhæng og den kraft, der kræves for at splitte blækfilmen mellem de roterende ruller eller mellem tæppet og substratet. Klæbeevnen måles under ISO 12634 ved hjælp af et TackOscope eller Inkometer ved en stabiliseret temperatur på 30°C eller 32°C. Hvis klæbeevnen er for høj, vil den trække fibre fra papiret (plukning); hvis for lavt, vil blækket emulgere, hvilket forårsager afskumning eller toning.

Sammenligning med konventionel offset blæk

De tekniske og operationelle forskelle mellem UV offset og konventionel oliebaseret offset blæk forklarer, hvorfor trykkerier skifter til UV-teknologi.

Substratkompatibilitet og applikationer

UV offset blæk hærder via lys stråling snarere end opløsningsmiddel fordampning eller absorption, så de fungerer godt på ikke-porøse og ikke-absorberende underlag.

• Plast og film : Udstrakt brugt til at udskrive på polyvinylchlorid (PVC), polyethylenterephthalat (PET), polypropylen (PP) og polyethylen (PE) ark til loyalitetskort, klare foldeæsker og industrietiketter. Før udskrivning skal plastoverfladen gennemgå corona- eller plasmabehandling for at hæve overfladespændingen til over 38 dyn/cm for at sikre korrekt blækvedhæftning.

• Metaliseret karton og metal : Bruges til luksuskosmetik, high-end spiritus og aerosoldåser. Kationisk blæk eller meget fleksibel fri-radikal blæk er udvalgt til at modstå bøjning, stempling eller prægning efter hærdning uden at revne.

• Syntetisk papir : Ideelt til ikke-absorberende syntetiske underlag (såsom Yupo eller Teslin), der bruges i udendørs kort, tags og industrielle sikkerhedsetiketter.

• Bestrøget og ubestrøget papir : I avanceret kommerciel udskrivning forhindrer UV-hærdning blæk i at synke ned i papirfibre (udbrændt), holder prikkerne skarpe og producerer levende farver, høj kontrast og dybe sorte faste områder.

Hærdningsudstyr

Integrationen af ​​UV offset blæk kræver specialiserede hærdningssystemer installeret for enden af ​​pressen eller mellem trykkeenheder.

Mellemtryks Mercury Arc-lamper

Disse er traditionelle UV-lamper, der bruger en elektrisk lysbue afladet gennem fordampet kviksølv til at udsende et bredt spektrum af UV-stråling, primært mellem 200 nm og 450 nm. De er ofte dopet med jern eller gallium for at flytte det spektrale output mod længere bølgelængder for dybere blækpenetrering. Kviksølvlamper forbruger store mængder energi, producerer ekstrem varme (der kræver vandkølede køleruller eller luftkøling), genererer ozon (som skal udluftes) og har en kort driftslevetid på omkring 1.500 timer.

LED UV-arrays

LED UV-arrays anvender solid-state lysemitterende dioder til at udsende smalbåndet monokromatisk UV-lys, typisk ved 365 nm, 385 nm, 395 nm eller 405 nm. De bruger op til 70 % mindre energi end kviksølvlamper, udsender nul ozon, har en driftslevetid på over 20.000 timer og er 'kolde'. Denne lave varmeydelse forhindrer tynde plastikfilm i at blive skæv under højhastighedsudskrivning.

til 1:00

Interdeck vs. End-of-Press-konfigurationer

Printere bruger to hovedkonfigurationer:

• Interdeck-hærdning : UV-lamper monteres mellem individuelle farvestationer. Dette er afgørende, når der udskrives på ikke-porøst plast, for at fryse blækprikken øjeblikkeligt, hvilket forhindrer farveblødning (grænser for vådfangning), før den næste farve påføres.

• End-of-Press-hærdning : Højintensitetslamper hærder hele den flerfarvede blækfilm fuldstændigt, før arkene kommer ind i leveringsbunken, hvilket forhindrer blokering.

Kvalitetsstandarder og overholdelse

Formuleringen, brugen og testningen af ​​UV offset blæk skal overholde strenge internationale industrielle og regulatoriske standarder.

ISO 12647-2 & ISO 2846-1

I henhold til ISO 12647-2 skal udskrifter fremstillet med UV offset blæk være i overensstemmelse med målrettede solide kolorimetriske CIELAB-koordinater og standardtoneværdistigningskurver (TVI). ISO 2846-1 specificerer de nøjagtige farve- og gennemsigtighedskoordinater for procesblæk (CMYK), når de måles under D50 standard lyskilde med en 2° observatør på Phönix Imperial APCO II/II referencepapir.

schweizisk forordning SR 817.023.21 (SIO)

Dette er det globale benchmark for blæk til fødevareemballage. Bilag 10 til SIO viser fuldt vurderede stoffer (del A, med specifikke migrationsgrænser) og ikke-listede stoffer (NLS, del B). NLS må ikke migrere ind i den emballerede mad over grænsen på 10 ppb (0,01 mg/kg) for detektion, og kræftfremkaldende stoffer, mutagener eller reproduktionstoksiner (CMR'er) er fuldstændig forbudte.

EU nr. 10/2011 og EF nr. 1935/2004

Disse EU-regler regulerer materialer i kontakt med fødevarer og håndhæver en overordnet migrationsgrænse (OML) på 60 ppm (10 mg/dm²) fra det endelige emballagemateriale til fødevarer.

TPCH (CONEG) & RoHS

Begrænser summen af ​​bly, cadmium, kviksølv og hexavalent chrom i emballageblæk til mindre end 100 ppm.

Miljø- og sundhedsaspekter

Mens UV offset blæk giver betydelige miljømæssige fordele, præsenterer deres reaktive kemiske natur unikke håndterings- og sikkerhedskrav.

Pressroom fordele

UV offset blæk indeholder ingen flygtige organiske opløsningsmidler, så de eliminerer VOC-emissioner fra presserummet. De reducerer også behovet for anti-set-off spray pulvere - og holder arbejdsmiljøet renere og sundere.

Den fokuserer på den kemiske mekanisme af UV-blækhærdning for at popularisere viden om udskrivningsoverholdelse af plastikfødevareemballage og hvordan man minimerer migrationen af ​​uhærdede monomerer.

Fotoinitiator Migrationsrisici

I 2005 migrerede Isopropyl Thioxanthone (ITX) - en fotoinitiator brugt i den ydre karton blæk - til Nestlé babymælk i Italien. Under oprulningen på rullen pressede den trykte yderside mod den utrykte inderside, der var i kontakt med fødevarer, og ITX blev overført, hvilket forurenede den flydende mælk. Denne krise omformede industrien. Det pressede på vedtagelsen af ​​strenge retningslinjer for blæk med lav migration, herunder Nestlé Guidance Note og EuPIA Exclusion Policy.

Den demonstrerer og forklarer migrationsmekanismen for blækkomponenter i fødevareemballager, samt hvordan blækindustrien udvikler produkter med lav migration ved at forbedre formler for at sikre fødevaresikkerhed.

Arbejdsmiljø og førstehjælp

Uhærdede acrylatmonomerer og -oligomerer i UV-blæk sensibiliserer huden og kan forårsage irritation, rødme, kemiske forbrændinger og blærer.

• Hudkontakt : Operatører skal straks vaske den berørte hud med store mængder sæbe og vand. Advarsel: Brug aldrig petroleumsopløsningsmidler eller blækfortyndere til at rense UV-blæk fra huden, da de fremskynder hudens indtrængning.

• Øjeneksponering : Skyl straks øjnene med koldt vand i mindst 15 minutter og søg professionel lægehjælp med sikkerhedsdatabladet (SDS).

• PPE : Operatører skal bære nitril- eller butylbeskyttelseshandsker og sikkerhedsbriller ved håndtering af uhærdet blæk eller UV-vaskeopløsningsmidler.

Almindelige problemer og fejlfinding

Den komplekse kemi af UV offset blæk og deres interaktion med dæmpningssystemet kan introducere tydelige trykfejl.

FAQ

Hvad er UV offset blæk?

UV offset blæk er et meget viskøst, pasta-lignende trykforbrugsstof formuleret med fotopolymeriserbare akrylharpikser, monomerer og fotoinitiatorer. I modsætning til konventionel opløsningsmiddelbaseret blæk hærder den øjeblikkeligt til en fast polymerfilm ved eksponering for ultraviolet lys, og frigiver nul flygtige organiske forbindelser.

Hvordan tørrer UV offset blæk?

I modsætning til almindeligt blæk, der tørrer langsomt over timer gennem absorption og oxidation, hærder UV offset blæk øjeblikkeligt. Når de udsættes for ultraviolet lys, udløser dens fotoinitiatorer en hurtig fotopolymerisationsreaktion, der tværbinder monomerer og oligomerer til en tør, solid plastikfilm på under et sekund.

Hvad er forskellen mellem UV offset blæk og konventionel offset blæk?

Konventionel offset blæk er afhængig af organiske opløsningsmidler eller vegetabilske olier og tørrer langsomt over timer. UV offset blæk er opløsningsmiddelfri, 100 % solide systemer, der hærder øjeblikkeligt under UV-lamper, hvilket muliggør udskrivning på ikke-porøse plastik, folier og metal, mens de producerer ingen emissioner af flygtige organiske forbindelser.

Hvorfor koster UV offset blæk mere end almindelig blæk?

UV offset blæk er væsentligt dyrere, fordi det er afhængigt af højtydende syntetiske materialer, herunder specielle akryloligomerer, reaktive monomerfortyndingsmidler og avancerede fotoinitiatorer, snarere end billigere mineralske eller vegetabilske olier, der kræver meget kompleks kemisk behandling at fremstille.

Er UV offset blæk sikkert til fødevareemballage?

Standard UV-blæk udgør migrationsrisici, men specialiserede UV-offset-blæk med lav migration er sikre til indirekte kontakt med fødevarer. Disse er formuleret med store, polymere fotoinitiatorer og højmolekylære oligomerer, der modstår diffusion, fuldt ud i overensstemmelse med de strenge schweiziske forordninger SR 817.023.21 bilag 10 grænser.

Hvad er LED UV offsettryk?

LED UV-offsettryk bruger energieffektive lysdiode-arrays i stedet for traditionelle kviksølvdamplamper til at hærde UV-blæk. Den fungerer ved specifikke monokromatiske bølgelængder, udsender ingen ozon og kører kold, hvilket beskytter varmefølsomme plastfilmsubstrater mod vridning under højhastighedsproduktion.

Indeholder UV offset blæk VOC'er?

Nej, standard UV offset blæk indeholder ingen eller næsten nul flygtige organiske forbindelser. Fordi de ikke indeholder nogen fordampende mineralske opløsningsmidler eller vandblandbare alkoholer, reagerer 100 % af den våde blækfilm, der påføres pressepladen, kemisk og bliver en del af det hærdede faste tryklag.

Referencer og citater

ISO 2846-1:2017 , Grafisk teknologi — Farve og gennemsigtighed af trykfarvesæt til firefarvetryk — Del 1: Arkfødet og heat-set rotationsoffset litografisk tryk.

ISO 12647-2:2013 , Grafisk teknologi — Proceskontrol til produktion af halvtone farveseparationer, prøvetryk og produktionstryk — Del 2: Offset litografiske processer.

ISO 12634:2017 , Grafisk teknologi - Bestemmelse af klæbeevne af pastafarver og køretøjer ved hjælp af et roterende klæbemåler.

ISO 12644:1996 , Grafisk teknologi - Bestemmelse af reologiske egenskaber af pastafarver og køretøjer ved hjælp af viskosimeteret med faldende stang.

Swiss Federal Food Safety and Veterinary Office (FSVO), forordning af FDHA - SR 817.023.21 , om materialer og genstande beregnet til at komme i kontakt med fødevarer (kapitel 12 & bilag 10).

European Printing Ink Association (EuPIA), Good Manufacturing Practice (GMP) for trykfarver formuleret til materialer i kontakt med fødevarer.

Nestlé, Nestlé-vejledning om emballageblæk (ekskluderingspolitik og minimeringslister).

Det tyske forbundsinstitut for risikovurdering (BfR), anbefaling IX : Farvestoffer til plast og forbrugsvarer (PAA-migreringsgrænser).

Kipphan, H. (2001). Handbook of Print Media: Technologies and Production Methods , Springer-Verlag.

IARC monografier om evaluering af kræftfremkaldende risici for mennesker, bind 65, trykfarver og processer.

Bassemir, R. (1995). The Physical Chemistry of Radiation Curable Offset Inks , Journal of Imaging Science and Technology.

Toyo Ink Group, teknisk dokumentation : Formulering af akrylatmonomerer og hyperforgrenede polyesterakrylharpikser i UV-pastablæk.