Эта статья была завершена при содействии Gemini AI. Время чтения: ~20 мин.

УФ-офсетные чернила

УФ-краска для офсетной печати (краска для ультрафиолетовой офсетной печати) представляет собой высоковязкую пасту, расходный материал для печати, изготовленный из фотополимеризующихся смол, мономеров и фотоинициаторов, которые мгновенно отверждаются в твердую пленку под воздействием ультрафиолетового излучения. В отличие от обычных Офсетные чернила не содержат летучих органических растворителей, поэтому быстро сохнут и позволяют печатать на непористых материалах, таких как пластик, фольга и металл.

Эти чернила используются в высокоскоростной коммерческой упаковке, издательском деле и маркировке. Он обеспечивает широкую цветовую гамму, высокий глянец и мгновенную послепечатную обработку. Ужесточение законов о безопасности пищевых продуктов и охране окружающей среды вынудило производителей чернил разрабатывать рецептуры с низкой миграцией и светодиодным УФ-излучением.

Этимология и терминология

Термин «УФ-офсетная краска» относится к интеграции химии полимеров, отверждаемых ультрафиолетом, в непрямой планографический процесс офсетной литографии. Его китайский перевод — UV胶印油墨 (UV jiāoyìn yóumò), где «胶印» обозначает резиновый офсетный цилиндр, используемый для переноса красочной пленки, а «油墨» обозначает печатную краску.

В технической литературе они описываются как «офсетные чернила, отверждаемые УФ-излучением», «чернила для УФ-литографии» или «пастовые чернила, отверждаемые УФ-излучением». По химическому составу они отличаются от красок, отверждаемых УФ-излучением, используемых во флексографии, трафаретной или струйной печати. В то время как УФ-чернила для флексографии и глубокой печати представляют собой жидкие краски с низкой вязкостью, УФ-краски для офсетной печати представляют собой «пастообразные краски» из-за их высокой вязкости, консистенции и липкости.

Историческое развитие

Основополагающая наука об ультрафиолетовой фотополимеризации возникла из первых патентов на полимеры в 1940-х и 1950-х годах. Компании начали продавать УФ-отверждаемые чернила для полиграфии в конце 1960-х годов.

• 1970-е годы : УФ-краски для офсетной печати получили свое первое серьезное коммерческое применение, в первую очередь в сфере декорирования металла и упаковки. Эта технология решила серьезную проблему в промышленности: традиционное декорирование металла требовало длинных газовых термических печей для сушки чернил на основе растворителей, тогда как УФ-чернила отверждались за доли секунды, что сокращало площадь производственной линии.

• 1990-е : Промышленность внедрила катионные системы УФ-отверждения наряду с традиционными свободнорадикальными акрилатными системами. Катионные чернила на основе циклоалифатических эпоксидов обеспечивают меньшую усадку и превосходную адгезию к металлической фольге и банкам.

• 2000-е годы : Крупные производители печатной продукции (такие как Komori и Heidelberg) представили высокочувствительные и низкоэнергетические УФ-системы (H-UV и LE-UV), обеспечивающие быстрое отверждение с помощью одиночных маломощных безозоновых ртутных ламп. В то же время на рынок начали поступать твердотельные светодиодные матрицы УФ-отверждения.

• 2010-е годы – настоящее время : производители чернил разработали высокотехнологичные УФ-офсетные краски с низкой миграцией (LM) для предотвращения миграции непрореагировавших фотоинициаторов в упакованные продукты питания. Это было ответом на строгие европейские законы о безопасности пищевых продуктов.

  Эра	Веха	Техническое воздействие
  1940-е-1950-е годы	Ранние патенты на УФ-излучение	Основы фотополимеризации
  Конец 1960-х годов	Первые коммерческие чернила	Мгновенное отверждение на непористой бумаге
  1970-е годы	Коммерческое внедрение	Расширение производства упаковки, пластика и металла
  1990-е годы	Катионные УФ-системы	Низкая усадка, металлическая упаковка.
  2000-е	H-UV / LE-UV и светодиодный УФ	Низкоэнергетические, безртутные лампы
  2010-е – настоящее время	УФ с низкой миграцией	Соответствие пищевой упаковке

Состав и химия

В отличие от обычных листовых офсетных красок (изготовленных из минеральных или растительных олиф, которые высыхают в течение нескольких часов за счет абсорбции и окисления), УФ-краски для офсетной печати не содержат летучих растворителей или летучих органических соединений (ЛОС). Это 100% твердые системы: каждый жидкий компонент в формуле чернил вступает в химическую реакцию и становится частью окончательной твердой полимерной пленки.

Пигменты (от 10% до 25% по весу)

Органические и неорганические пигменты выбираются из-за их высокой чистоты, силы цвета и светостойкости. Поскольку пигменты действуют как светоблокирующие фильтры, которые поглощают или рассеивают отверждающее УФ-излучение, их содержание, химический состав и прозрачность тщательно оптимизируются. Пигменты, используемые в красках с низкой миграцией, также должны иметь чрезвычайно низкий уровень первичных ароматических аминов (ПАА).

Преполимеры и олигомеры (от 25% до 45% по массе)

Это основные пленкообразующие основы, которые определяют окончательный блеск, эластичность, химическую стойкость и стойкость к истиранию чернил. Обычные материалы включают эпоксидакрилаты, полиэфиракрилаты и полиуретанакрилаты. Сверхразветвленные полиэфирные акриловые смолы часто выбирают для достижения высокой плотности сшивки без слишком высокого повышения вязкости.

Мономеры и реактивные разбавители (от 25% до 40% по массе)

Это многофункциональные акрилаты с низкой вязкостью (такие как диакрилат трипропиленгликоля, TPGDA или триакрилат триметилолпропана, TMPTA), которые действуют как фаза растворителя во время производства. После отверждения они участвуют в реакции сшивания и становятся частью полимерной матрицы, что означает, что растворитель не испаряется в атмосферу.

Фотоинициаторы (от 3% до 10% по массе)

Это высокочувствительные соединения, которые подвергаются химическому расщеплению или отделению водорода под воздействием УФ-излучения определенной длины волны, генерируя свободные радикалы или катионы, необходимые для инициирования полимеризации. Примеры включают бензофенон, тиоксантоны и оксиды ацилфосфина (часто выбираемые для светодиодных УФ-систем).

Добавки и стабилизаторы (от 1% до 5% по весу)

К ним относятся ингибиторы полимеризации в банках (такие как монометиловый эфир гидрохинона, MEHQ) для предотвращения преждевременного гелеобразования при хранении, пеногасители, антискользящие вещества (такие как полиэтилен или воски ПТФЭ) для улучшения стойкости к истиранию и модификаторы реологии.

Классификация и типы

УФ-краски для офсетной печати классифицируются на основе механизма химической полимеризации, требований к лампе для отверждения и параметров безопасности применения.

Свободнорадикальные УФ-чернила

Это наиболее распространенный класс УФ-офсетных красок, основанный на акрилатной химии. Они высыхают очень быстро, но подвержены ингибированию кислорода на поверхности. Обычно они отверждаются с помощью стандартных ртутных дуговых ламп среднего давления и обладают высоким блеском и хорошей механической стойкостью.

Катионные УФ-чернила

Эти чернила, основанные на мономерах эпоксидной смолы и винилового эфира, отверждаются посредством полимеризации с раскрытием цикла, инициируемой фотогенерируемыми кислотами. Они не ингибируют кислород, имеют очень низкую усадку и превосходную адгезию к непористым металлам, что делает их стандартным выбором для декорирования трех частей металла и печати на тубах. Однако они затвердевают медленнее, чем свободнорадикальные краски, и очень чувствительны к влажности в типографском помещении.

Светодиодные УФ-чернила

Светодиодные УФ-чернила специально разработаны с учетом узкого спектра излучения УФ-светодиодных ламп (обычно монохромного с длиной волны 385 или 395 нм). Они содержат узкоспециализированные фотоинициаторы, поглощающие энергию в этом узком диапазоне. Эти чернила затвердевают под воздействием «холодных» светодиодных ламп, что делает их идеальными для тонких термочувствительных пластиковых пленок.

УФ-чернила с низкой миграцией

Чернила с низкой миграцией предназначены для устранения риска химической миграции в упаковке продуктов питания, напитков и фармацевтических препаратов. Они полностью исключают небольшие летучие мономеры и фотоинициаторы в пользу олигомеров с высокой молекулярной массой и полимерных фотоинициаторов (таких как Omnipol BP или Omnipol TX), которые превышают 1000 Дальтон. Это предотвращает их миграцию через картон или пластиковые подложки.

Механизм отверждения: фотополимеризация.

Процесс сушки УФ-офсетных красок представляет собой физико-химический фазовый переход, вызванный фотополимеризацией, заменяющей более медленное испарение растворителя или окислительное сшивание традиционных красок.

Когда красочная пленка проходит под УФ-лампой, фотоинициаторы поглощают УФ-фотоны и переходят в возбужденное состояние. Они быстро подвергаются гомолитическому расщеплению (фотоинициаторы типа I) или отрыву водорода от соинициатора (фотоинициаторы типа II) с образованием активных свободных радикалов. Эти радикалы затем атакуют двойные связи акрилатных мономеров и олигомеров, создавая активные мономерные радикалы, которые распространяются через слой краски.

Уравнение скорости полимеризации этого процесса можно смоделировать как:

• Rₚ представляет скорость полимеризации.

• [M] представляет собой концентрацию мономера.

• kₚ и kₜ — константы скорости распространения и завершения соответственно.

• φ – квантовый выход инициирующих радикалов.

• Iₐ — интенсивность поглощенного света.

За долю секунды эти реакционноспособные частицы образуют сильно сшитую трехмерную полимерную сетку.

Ингибирование кислорода

Ключевой химической проблемой при свободнорадикальном УФ-отверждении является ингибирование кислорода. Атмосферный кислород O₂ действует как поглотитель радикалов. Он реагирует с инициирующими или распространяющимися радикалами, образуя неактивные пероксирадикалы, которые замедляют затвердевание на поверхности чернил. Чтобы преодолеть эту проблему, химики по производству красок добавляют аминные синергисты для поглощения кислорода, или принтеры продувают зону отверждения азотом (азотные подушки).

Этот механизм мгновенного отверждения дает принтеру явное преимущество: УФ-краски для офсетной печати могут оставаться на красочном валу неограниченное время, не высыхая и не образуя пленки. Нет необходимости смывать красочные шлейфы после остановки печати.

Ключевые технические свойства и испытания

Поскольку УФ-краски для офсетной печати должны работать на высокоскоростных печатных машинах и на непористых подложках, их физические и химические свойства строго определяются и измеряются.

Реология и вязкость

УФ-краски для офсетной печати представляют собой высокоструктурированные неньютоновские тиксотропные жидкости. Их вязкость падает под действием высоких скоростей сдвига прижимных валков (до 10 000 с⁻⊃1;), что обеспечивает плавный перенос краски, но мгновенно восстанавливается на пластине, предотвращая растискивание и растекание. Вязкость измеряется с помощью вискозиметров с падающим стержнем (согласно ISO 12644) или ротационных вискозиметров, что дает динамический диапазон от 15 до 40 Па·с.

Такс

Липкость — это мера внутреннего сцепления чернил и силы, необходимой для разделения красочной пленки между вращающимися валками или между офсетным полотном и подложкой. Липкость измеряется в соответствии со стандартом ISO 12634 с использованием TackOscope или Inkometer при стабильной температуре 30°C или 32°C. Если клейкость слишком высокая, волокна будут выдергиваться из бумаги (подхватывание); если он слишком низкий, чернила эмульгируются, вызывая образование накипи или окрашивание.

Сравнение с традиционными офсетными чернилами

Технические и эксплуатационные различия между УФ-офсетной печатью и обычными офсетными красками на масляной основе объясняют, почему типографии переходят на УФ-технологию.

Совместимость субстратов и применение

УФ-краски для офсетной печати отверждаются за счет светового излучения, а не испарения или поглощения растворителя, поэтому они хорошо работают на непористых и невпитывающих подложках.

• Пластмассы и пленки : широко используются для печати на листах поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полипропилена (ПП) и полиэтилена (ПЭ) для карт лояльности, прозрачных складных коробок и промышленных этикеток. Перед печатью пластиковая поверхность должна пройти обработку коронным разрядом или плазмой, чтобы поднять поверхностное натяжение выше 38 дин/см и обеспечить надлежащую адгезию чернил.

• Металлизированный картон и металл : используются для изготовления элитной косметики, элитных спиртных напитков и аэрозольных баллончиков. Катионные чернила или высокоэластичные свободнорадикальные чернила выбираются так, чтобы выдерживать изгиб, штамповку или тиснение после отверждения без растрескивания.

• Синтетическая бумага : идеально подходит для невпитывающих синтетических материалов (таких как Yupo или Teslin), используемых в уличных картах, бирках и этикетках промышленной безопасности.

• Бумага с покрытием и без покрытия . В высококачественной коммерческой печати УФ-отверждение предотвращает проникновение чернил в волокна бумаги (выгорание), сохраняя четкость точек и создавая яркие цвета, высокую контрастность и сплошные области глубокого черного цвета.

Оборудование для отверждения

Для использования УФ-офсетных красок требуются специальные системы закрепления, установленные в конце печатной машины или между печатными секциями.

Ртутные дуговые лампы среднего давления

Это традиционные УФ-лампы, в которых используется электрическая дуга, разряжаемая через испаренную ртуть, для излучения широкого спектра УФ-излучения, в основном от 200 до 450 нм. Их часто легируют железом или галлием, чтобы сместить спектральный выходной сигнал в сторону более длинных волн и обеспечить более глубокое проникновение чернил. Ртутные лампы потребляют большое количество энергии, выделяют сильное тепло (требуются охлаждающие валы с водяным охлаждением или воздушное охлаждение), выделяют озон (который необходимо удалять) и имеют короткий срок службы — около 1500 часов.

Светодиодные УФ-матрицы

В светодиодных УФ-матрицах используются твердотельные светодиоды для излучения узкополосного монохроматического УФ-света, обычно с длиной волны 365, 385, 395 или 405 нм. Они потребляют до 70% меньше энергии, чем ртутные лампы, не выделяют озона, имеют срок службы более 20 000 часов и работают «в холодном состоянии». Низкая тепловая мощность предотвращает деформацию тонких пластиковых пленок во время высокоскоростной печати.

до 1:00

Конфигурации Interdeck и конфигурации окончания печати

Принтеры используют две основные конфигурации:

• Межпалубное отверждение : УФ-лампы устанавливаются между отдельными цветными станциями. При печати на непористых пластиках очень важно мгновенно заморозить красочную точку, предотвращая растекание цвета (пределы захвата влаги) перед нанесением следующего цвета.

• Отверждение в конце печати : лампы высокой интенсивности полностью отверждают всю многоцветную красочную пленку до того, как листы попадут в стопку доставки, предотвращая слипание.

Стандарты качества и соответствие

Состав, использование и тестирование УФ-красок для офсетной печати должны соответствовать строгим международным промышленным и нормативным стандартам.

ИСО 12647-2 и ИСО 2846-1

В соответствии со стандартом ISO 12647-2 отпечатки, выполненные с использованием УФ-офсетных красок, должны соответствовать заданным сплошным колориметрическим координатам CIELAB и стандартным кривым увеличения значения тона (TVI). ISO 2846-1 определяет точные координаты цвета и прозрачности триадных красок (CMYK) при измерении под стандартным источником света D50 с углом наблюдения 2° на эталонной бумаге Phönix Imperial APCO II/II.

Швейцарский указ SR 817.023.21 (SIO)

Это мировой эталон чернил для упаковки пищевых продуктов. В Приложении 10 к SIO перечислены полностью оцененные вещества (Часть А, с конкретными пределами миграции) и вещества, не включенные в список (NLS, Часть B). NLS не должны мигрировать в упакованные пищевые продукты выше предела обнаружения 10 частей на миллиард (0,01 мг/кг), а канцерогены, мутагены или репродуктивные токсины (CMR) полностью запрещены.

ЕС № 10/2011 и ЕС № 1935/2004.

Эти правила Европейского Союза регулируют материалы, контактирующие с пищевыми продуктами, и устанавливают общий предел миграции (OML) 60 ppm (10 мг/дм⊃2;) из конечного упаковочного материала в пищевые продукты.

ТПЧХ (CONEG) и RoHS

Ограничивает содержание свинца, кадмия, ртути и шестивалентного хрома в упаковочных красках до уровня менее 100 ppm.

Аспекты окружающей среды и здоровья

Хотя УФ-краски для офсетной печати обеспечивают существенные экологические преимущества, их реактивная химическая природа предъявляет уникальные требования к обращению и безопасности.

Преимущества пресс-центра

УФ-краски для офсетной печати не содержат летучих органических растворителей, поэтому они исключают выбросы летучих органических соединений из печатного цеха. Они также сокращают потребность в распыляемых порошках, препятствующих отслаиванию, сохраняя рабочую среду более чистой и здоровой.

Основное внимание уделяется химическому механизму отверждения УФ-чернил с целью популяризации знаний о соответствии требованиям печати на пластиковой упаковке пищевых продуктов и о том, как свести к минимуму миграцию неотвержденных мономеров.

Риски миграции фотоинициаторов

В 2005 году изопропилтиоксантон (ITX) — фотоинициатор, используемый в чернилах на внешней упаковке — мигрировал в детское молоко Nestlé в Италии. Во время намотки на катушку внешняя сторона с печатью прижималась к внутренней стороне, контактирующей с пищевыми продуктами, без печати, и ITX переносился, загрязняя жидкое молоко. Этот кризис изменил отрасль. Это подтолкнуло к принятию строгих руководящих принципов использования чернил с низким уровнем миграции, включая Руководство Nestlé и Политику исключения EuPIA.

Он подробно демонстрирует и объясняет механизм миграции компонентов чернил в упаковке пищевых продуктов, а также то, как производители чернил разрабатывают продукты с низкой миграцией путем улучшения формул для обеспечения безопасности пищевых продуктов.

Гигиена труда и первая помощь

Неотвержденные акрилатные мономеры и олигомеры в УФ-красках повышают чувствительность кожи и могут вызвать раздражение, покраснение, химические ожоги и образование волдырей.

• Контакт с кожей : Операторы должны немедленно промыть пораженную кожу большим количеством воды с мылом. Предупреждение: никогда не используйте нефтяные растворители или разбавители чернил для очистки кожи от УФ-чернил, поскольку они ускоряют проникновение через кожу.

• Попадание в глаза : Немедленно промойте глаза прохладной водой в течение не менее 15 минут и обратитесь за профессиональной медицинской помощью согласно паспорту безопасности (SDS).

• СИЗ : Операторы должны носить нитриловые или бутиловые защитные перчатки и защитные очки при работе с неотвержденными чернилами или растворителями, смывающими УФ-излучение.

Распространенные проблемы и их устранение

Сложный химический состав УФ-красок для офсетной печати и их взаимодействие с увлажняющей системой могут привести к появлению явных дефектов печати.

Часто задаваемые вопросы

Что такое УФ-офсетная краска?

УФ-краски для офсетной печати представляют собой высоковязкие пастообразные расходные материалы для печати, в состав которых входят фотополимеризуемые акриловые смолы, мономеры и фотоинициаторы. В отличие от обычных чернил на основе растворителей, они мгновенно затвердевают в твердую полимерную пленку под воздействием ультрафиолета, не выделяя летучих органических соединений.

Как сохнут УФ-краски для офсетной печати?

В отличие от обычных красок, которые высыхают медленно в течение нескольких часов за счет впитывания и окисления, УФ-краски для офсетной печати затвердевают мгновенно. Под воздействием ультрафиолетового света его фотоинициаторы запускают быструю реакцию фотополимеризации, которая сшивает мономеры и олигомеры в сухую твердую пластиковую пленку менее чем за секунду.

В чем разница между УФ-офсетной краской и обычной офсетной краской?

Обычные офсетные краски основаны на органических растворителях или растительных маслах и сохнут медленно, в течение нескольких часов. УФ-краски для офсетной печати представляют собой 100% твердые системы, не содержащие растворителей, которые мгновенно отверждаются под воздействием УФ-ламп, что позволяет печатать на непористых пластиках, фольге и металле, не выделяя при этом летучих органических соединений.

Почему УФ-офсетные чернила стоят дороже, чем обычные?

УФ-краски для офсетной печати значительно дороже, поскольку в их основе лежат высокоэффективные синтетические материалы, в том числе специальные акриловые олигомеры, реактивные мономерные разбавители и современные фотоинициаторы, а не более дешевые минеральные или растительные масла, для производства которых требуется очень сложная химическая обработка.

Безопасны ли УФ-офсетные чернила для упаковки пищевых продуктов?

Стандартные УФ-краски представляют риск миграции, но специализированные УФ-краски для офсетной печати с низкой миграцией безопасны при непрямом контакте с пищевыми продуктами. В их состав входят крупные полимерные фотоинициаторы и высокомолекулярные олигомеры, которые противостоят диффузии и полностью соответствуют строгим ограничениям Швейцарского постановления SR 817.023.21, Приложение 10.

Что такое светодиодная УФ-офсетная печать?

В светодиодной УФ-офсетной печати для отверждения УФ-красок вместо традиционных ртутных ламп используются энергосберегающие светодиодные матрицы. Он работает на определенных монохроматических длинах волн, не выделяет озона и работает в холодном состоянии, защищая термочувствительные пластиковые пленки от деформации во время высокоскоростного производства.

Содержат ли УФ-офсетные краски летучие органические соединения?

Нет, стандартные УФ-краски для офсетной печати не содержат или почти не содержат летучих органических соединений. Поскольку они не содержат испаряющихся минеральных растворителей или смешивающихся с водой спиртов, 100% влажной красочной пленки, нанесенной на прессовую пластину, вступает в химическую реакцию, становясь частью отвержденного твердого печатного слоя.

Ссылки и цитаты

ISO 2846-1:2017 , Графическая технология. Цвет и прозрачность наборов печатных красок для четырехцветной печати. ​​Часть 1. Листовая и термофиксированная рулонная офсетная литографическая печать.

ISO 12647-2:2013 , Графическая технология. Управление процессом производства полутоновых цветоделений, пробных и производственных отпечатков. Часть 2. Процессы офсетной литографии..

ISO 12634:2017 , Графическая технология. Определение липкости пастообразных красок и носителей с помощью ротационного измерителя липкости.

ISO 12644:1996 , Графическая технология. Определение реологических свойств пастообразных красок и транспортных средств с помощью вискозиметра с падающим стержнем.

Швейцарское федеральное управление по безопасности пищевых продуктов и ветеринарии (FSVO), Постановление FDHA – SR 817.023.21 о материалах и изделиях, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами (Глава 12 и Приложение 10).

Европейская ассоциация печатных красок (EuPIA), Надлежащая производственная практика (GMP) для печатных красок, разработанных для материалов, контактирующих с пищевыми продуктами.

«Нестле», Руководство «Нестле» по упаковочным краскам (политика исключений и списки минимизации).

Немецкий федеральный институт оценки рисков (BfR), Рекомендация IX : Красители для пластмасс и потребительских товаров (пределы миграции PAA).

Кипфан, Х. (2001). Справочник печатных СМИ: технологии и методы производства , Springer-Verlag.

Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека, том 65, Печатные краски и процессы.

Бассемир, Р. (1995). Физическая химия радиационно-отверждаемых офсетных красок , Журнал науки и техники обработки изображений.

Toyo Ink Group, Техническая документация : Состав акрилатных мономеров и сверхразветвленных полиэфирных акриловых смол в УФ-пастах.