Zjawisko fizyczne, jakim jest promieniowanie UV, zostało zastosowane w poligrafii na początku lat 70. XX wieku. Od tego czasu nastąpiło wiele zmian w konstrukcji i funkcjonowaniu maszyn drukujących z systemem utrwalania światłem UV. Najważniejszym elementem tego sposobu „suszenia” jest lampa/żarnik UV.
Promieniowanie UV jest niezbędne, aby zainicjować reakcję fotopolimeryzacji. Zakres promieni UV mieści się w przedziale od 100 [nm] do 380 [nm]. Można go podzielić na 3 części: UV-C, UV-B oraz UV-A. Promieniowanie UV-A (100-280 nm) jest wysokoenergetyczne i niezbędne do utrwalania lub polimeryzacji farb bądź lakierów UV, zapewniając bardzo dobre utrwalanie powierzchniowe. Pasmo światła UV-B (280-315 nm) pomaga podtrzymać reakcję, a dzięki większej długości fali pozwala na głębszą penetrację warstwy powłoki. Natomiast promieniowanie UV-C (315-380 nm), które jest najbliższe zakresowi światła widzialnego i na co dzień jest odpowiedzialne za powstawanie opalenizny skóry ludzkiej, w przypadku farb lub lakierów powoduje utrwalanie ich głębszych warstw.
Kolejnym aspektem jest to, jak głęboko promienie UV wnikają w warstwę farby. Ma to duże znaczenie dla ich producentów – muszą oni uwzględniać w recepturach różne stopnie absorpcji pigmentów. Na przykład kolor magenta ma wysoką absorpcję światła UV (340 nm), żółty – znacznie niższą. Z kolei czarny pigment ma naturalnie najgorszą absorpcję spośród wszystkich stosowanych pigmentów.
We współczesnej praktyce poligraficznej aż 90 proc. systemów UV stosuje utrwalanie w oparciu o lampy rtęciowe. Żywotność takich lamp wykorzystywanych w drukarniach to około 1000 godzin pracy (dane producentów lamp). Oprócz kosztów istotnym problemem jest bez wątpienia emisja ciepła, która powoduje podniesienie temperatury farb, lakierów, ale przede wszystkim podłoży drukowych. Standardowe lampy rtęciowe wydzielają energię o długości fali od 200 do 600 nanometrów. Niestety tylko 5 proc. wyemitowanej energii zostaje wykorzystane do utwardzenia farb i lakierów UV, natomiast pozostałe 95 proc. zamienia się w energię cieplną. Dlatego tak ważne są kontrola i poprawne działanie wentylatorów, które skutecznie odbierają tę energię.
Szybki rozwój gospodarczy wymusza na przedsiębiorstwach obniżanie kosztów produkcji w maksymalny sposób. Odpowiedzią na rosnące wymagania było stworzenie lamp LED (Light Emitting Diodes), które stały się „przyjacielem” każdej dziedziny przemysłu. Lampy LED znalazły zastosowanie również w produkcji poligraficznej, gdzie do utrwalania farb i lakierów UV wykorzystuje się zazwyczaj lampy emitujące fale o długości: 365, 385, 395 oraz 405 nm. Lampy LED emitują energię, z której aż 20 proc. wykorzystane jest do procesu utrwalania, a kolejne 80 proc. zostaje przekształcone w energię cieplną. To, co zasługuje na uwagę, to praktycznie nieograniczona żywotność lamp. Nie istnieje jednak żadna wiążąca norma określająca, jakiej długości fali należy użyć. Dlatego farby i lakiery UV różnych producentów mogą zachowywać się w różny sposób na maszynach drukujących, w związku z czym efektywność utwardzania promieniowaniem UV LED powinna być optymalizowana.
Oprócz mniejszego zużycia prądu, zredukowanej emisji ciepła oraz niemal nieograniczonej żywotności, utwardzanie lampami LED posiada również inne korzyści, które wynikają z niskiej temperatury „suszenia”. Lampy LED UV mogą utrwalać powłoki na podłożach, których nie można było zastosować w maszynach wyposażonych w lampy rtęciowe z uwagi na ich wrażliwość na ciepło. Pozwoliło to poszerzyć gamę stosowanych mediów o nowe, ciekawe materiały. Nie można też zapominać o minusach utrwalania za pomocą lamp UV LED. Monochromatyczne światło padające na zaaplikowany lakier powodowało jego żółknięcie już przy niskich mocach utrwalania.
Podążając za trendami technologicznymi związanymi z UV LED nasze laboratorium (w ramach działania 1.3 projektu dofinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego) rozpoczęło prace nad lakierami, które byłyby kompatybilne w tego typu zastosowaniach. Oprócz oferty gotowych lakierów UV LED mamy możliwość przeprowadzania badań fizykochemicznych powłok utrwalonych za pomocą lamp UV LED. Zakres badań obejmuje: wyznaczanie statycznego i dynamicznego współczynnika tarcia (COF), ocenę odporności na ścieranie i zarysowania, określanie stopnia adhezji lakierów/farb UV LED do różnego rodzaju podłoży, badanie stopnia migracji składników lakieru stosując najbardziej restrykcyjne warunki określania możliwości zastosowania zadrukowanego i polakierowanego podłoża do kontaktu z żywnością.
Nasze laboratorium opracowuje lakiery, które wykazują znacznie mniejsze żółknięcie w porównaniu do konkurencyjnych produktów, gotowych utrwalonych powłok za pomocą lamp UV LED na różnego rodzaju podłożach.
Druk w systemie UV-LED ma olbrzymi potencjał i zapewnia wiele korzyści w konfrontacji z drukiem konwencjonalnym. Technologia UV-LED jest bardzo obiecująca; niezbędny będzie dalszy rozwój w zakresie dostarczanych lamp i materiałów eksploatacyjnych do tego typu utrwalania. Z pewnością zwiększy się ich dostępność, a co za tym idzie, niezbędna będzie optymalizacja produkcji poligraficznej za pomocą odpowiednich farb oraz lakierów LED-UV, których produkcja nadal jest relatywnie skomplikowana.
Opracowano na podstawie materiałów firmy Print Coatings
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
