Общие требования к лаку, излучению и запечатываемому материалу
К лакам те же требования, что и к печатным краскам: они должны противодействовать формированию склеенных блоков и отмарыванию оттисков в приёмном стапеле. Кроме того, иметь высокую совместимость с печатными красками. Под этим понимается равномерность нанесения лака на красочный слой, высокая адгезия и устойчивость к химическому воздействию. Следовательно, излучение для сушки или отверждения лаковой плёнки не должно оказывать влияния на красочный слой. Но краска должна высохнуть до нанесения лакового покрытия, чтобы обеспечить основу для его закрепления. Необходимо учитывать и мощность воздействия на запечатываемый материал: его нельзя чрезмерно нагревать и пересушивать; некоторые искусственные материалы не переносят теплового воздействия ИК- и УФ-излучения. Запечатываемый материал должен соответствовать типу излучения. При УФ-отверждении, например, может появиться остаточный запах на поверхности бумаги. В случае применения УФ-лака катионной полимеризации волокна бумаги не должны содержать щёлочей. Излучение не должно высвобождать в лаке какие-либо нежелательные вещества. Некоторые УФ-лаки содержат фотоинициаторы, выделяющие под действием излучения побочные продукты, например, изопропил-тиоксантон (ITX). По меньшей мере, свободными от миграции должны быть лаки для пищевой и фармацевтической упаковки.
Нужен и источник излучения высокой эффективности. Высвобождаемая энергия должна произвести максимальное действие для образования плёнки лака, как можно меньше нагревая запечатываемый материал и окружающую среду.
Таблица. Эффективные области электромагнитного спектра при образовании плёнки различных видов лаков
Глянцевым лакам требуется определённое время на растекание для формирования гладкой поверхности. Это время выдержки УФ-лаков в несколько раз больше, чем у дисперсионных. Во избежание потери времени обычно удлиняют участок прохождения оттиска на этом этапе, избегая снижения скорости печати. Для этого машины с лакированием в линию оснащаются удлинённой приёмкой. На большинстве машин она вдвое длиннее обычной, а на высокопроизводительных — втрое. В последние годы растёт применение водно-дисперсионных лаков, а машины для такого лакирования имеют вдвое удлинённую приёмку.
Технология сушки лаков на водной основе
Они высыхают за счёт впитывания в запечатываемый материал и испарения частиц воды, в т. ч. благодаря вытяжке насыщенного парами воды воздуха. В листовой печати тепловые излучатели (ИК-излучение) снабжены одной или несколькими ИК-лампами. Однако типов ИК-излучения несколько. Средневолновые ИК-излучатели быстрого отклика (MIR, FMIR) комбинируются с коротковолновыми лампами медленного отклика (SIR), поскольку спектры их излучений хорошо дополняют друг друга в области максимальной абсорбции воды при 3000 нм. Увы, КПД такой комбинации всё равно недостаточно высок.
В качестве альтернативы КВА предлагает Carbon-Twin-IR-излучатель (CIR) производства Heraeus Noblelight, кривая макс. интенсивности которого приходится на 2000 нм. Хотя значение кривой интенсивности 2400 нм идеально у средневолновых излучателей (Slow MIR, SMIR), они слишком медленно реагируют на сигнал включения и обладают невысокой плотностью излучения. И наоборот: CIR-излучателя включается за 1-2 с (почти как FMIR), давая высокую, стабильную и однородную плотность излучения, достаточную для покрытия зоны до 3 м при мощности излучения 60–80 Вт/см. Поэтому его КПД наивысший среди всех, а потребление электроэнергии наименьшее. Поскольку даже выделения меньшего количества тепла достаточно, чтобы перевести в неустойчивое состояние молекулы воды в лаке (как выборочно происходит в микроволновой печи), запечатываемый материал нагревается не так сильно, как от других ИК-излучателей, поэтому подойдут даже чувствительные к нагреву материалы (принцип высокочастотной сушки — см. врезку).
Часто ИК-сушка применяется в сочетании с ракелем горячего воздуха. Как в конце автоматической мойки автомобиля, горячий воздух через раздувы подаётся на лист, удаляя испаряющуюся влагу с лакового покрытия.
Горячий воздух используется и в рулонном офсете — времена газовых сушек уходят. Современные подвесные сушки обдувают горячим воздухом бумажную ленту с обеих сторон. Существенная длина сушки — компромисс между скоростью движения полотна и макс. температурой его нагрева. Однако многие типы бумаги настолько пересушиваются, что наряду с охлаждением их необходимо снова увлажнить. На многих газетных машинах перед сушкой есть дополнительные устройства для нанесения стирающихся красок или разбавленного водой клея. Их можно применять и для водно-дисперсионного лакирования в линию. Испаряемая влага не оказывает отрицательного влияния на использование отработанного воздуха с содержанием паров растворителей для получения энергии при их сожжении, например, для охлаждения валиков.
Технологии отверждения для УФ-лаков
Как правило, они нуждаются в излучениях, покрывающих область спектра от УФ-С до УФ-В. Однако излучение УФ-А исключать не следует, потому что цветные пигменты УФ- и гибридных печатных красок по-разному поглощают спектры УФ-В/С — в зависимости от тона краски. Для отверждения УФ-лаков применяется исключительно финишная УФ-сушка. Чтобы увеличить время выдержки, УФ-модуль с тремя излучателями располагается всегда на последней позиции удлинённой сушки.
Стандартные источники излучения со средним давлением — ртутные кварцевые лампы. В листовом офсете нет альтернативы эксимерным лампам (см. врезку «Есть ли альтернатива эксимерным лампам?»), потому что иные источники требуют специальных фотоинициаторов, которые содержатся только в лаках и красках для флексопечати.
В стандартном УФ-излучателе одна или две лампы находятся перед рефлекторами, которые чаще всего охлаждаются водой и служат защитными шторками для предохранения запечатанного материала и деталей машины при её остановке. Фильтруют вредное ИК-излучение — специальное дихроичное покрытие на поверхности рефлекторов («холодный излучатель») или полупрозрачные зеркальные стекла («холодное зеркало»); вариант-опция — кварцевое стекло для ламп.
Повышает эффективность и инертный газ азот: создаваемый им защитный слой препятствует попаданию кислорода на запечатываемый материал и ускоряет отверждение. Это имеет смысл только при печати по чувствительным к температуре материалам, когда мощность УФ-излучения должна быть минимальной. Тогда энергия излучения очень мала, а выделение тепла уменьшается на 80%, что понижает температуру в приёмном стапеле до 15 °С. Или увеличивается скорость печати, потому что время нахождения листов под лампами может быть уменьшено. Технические потери в листовом офсете значительно выше, чем в узкорулонной печати, так как запечатываемые материалы толще, а высокая скорость проводки листов через инертную камеру нарушает её герметичность.
В отличие от Carbon-Twin-IR, двойные УФ-лампы применяются редко из-за их высокой производительности.
Некоторые производители предлагают и парные лампы, но намного важнее геометрия рефлекторов. В листовом офсете предпочитают произвольно изогнутые — рассеянные лучи попадают и на те части листа, где проецируются тени от выводного транспортёра приёмки. Другая геометрия нашла применение в рулонном офсете: эллиптическая выпуклость способствует фокусировке лучей, которые идут параллельно друг другу, концентрируясь на узком участке. Но это не подходит для отверждения лаковых покрытий. При работе с УФ-красками и лаками, а также гибридными красками, требуется вытяжка озона в области финишной сушки. Сильно пахнущий и вредный для здоровья озон возникает при превращении 2-атомных молекул кислорода в 3-атомные под воздействием УФ-излучения. Нужна и непрозрачная защита от излучения, потому что высокая плотность энергии может привести к солнечным ожогам и даже раку кожи у персонала.
Образование плёнки при нанесении двух и более лаков
Двойное лакирование применяется чаще, хотя в специальных конфигурациях машин налагается и больше слоёв лака. Для этого требуются не просто сушильные устройства, а их сочетания. В машинах двойного лакирования водно-дисперсионный лак создаёт твёрдую основу (праймер) для последующего высокоглянцевого УФ-лакирования. Нанесение праймера необходимо, чтобы ещё влажные оксидативно сохнущие краски могли покрываться УФ-лаком в линию. При нанесении двух слоёв водно-дисперсионного лака в первый могут включаться пигменты для спецэффектов (металлический, перламутровый глянец и т. д.). До нанесения второго слоя первый должен полностью высохнуть, поэтому перед последней лаковой секцией размещают две промежуточные с ИК-сушками и ракелями горячего воздуха. В зависимости от типа второго лака на финишной сушке удлинённой приёмки применяются модули УФ- или ИК-излучения с ракелем горячего воздуха.
Образующие плёнку составляющие печатного масляного лака принципиально не отличаются от печатной краски, поэтому не нуждаются в излучениях или обдувах при отверждении. При гибридной отделке матовый или гранулированный печатный масляный лак накладывается выборочно на ещё влажные гибридные краски, а затем вся поверхность лакируется глянцевым УФ-лаком. Он отталкивается от фрагментов печатного лака, что позволяет добиться эффекта выборочного лакирования за счёт контраста между глянцевыми и матовыми областями. Промежуточные сушки типа УФ-А располагаются за последней печатной секцией (для мгновенного отверждения на мелованной бумаге и картоне) и после лакировальной, в которой наносится масляный лак. Высокая температура на финишной УФ-сушке ускоряет оксидативное отверждение масляного лака. Решающее влияние оказывает подача воздуха на поверхность листа или на стапель. Воздуходувные устройства способствуют стабильной проводке листа, формированию стапеля и распылению частиц противоотмарывающего порошка, которые не дают листам склеиваться в стапеле. Здесь достаточно раздува воздуха, стабилизирующего проводку листа. Но чтобы не повредить глянцевую поверхность оттиска, при лакировании следует применять как можно меньше порошка, а лучше всего вообще от него отказаться.
Глянцевый контраст при использовании масляного лака можно получить в сочетании с нагретым Drip-off-лаком или с Twin-Effect-лаком нормальной температуры. Эти глянцевые специальные лаки собираются в капли, как УФ-лак при гибридной отделке от взаимодействия с фрагментами печатного лака. Поскольку они на водной основе, также необходима ИК-сушка с ракелем горячего воздуха. Они не дают глянца, сравнимого с УФ, а также не позволяют добиться многообразных эффектов гибридной технологии.
КВА поставляет машины Rapida в специальной конфигурации, в т. ч. для двухстороннего лакирования в линию с промежуточными сушильными устройствами до и после механизма переворота листа и двумя финишными сушками. Благодаря быстрому образованию плёнки лака, технология не создаёт проблем отмарывания на печатном цилиндре при работе с переворотом. Некоторые специальные машины с двойным лакированием позволяют дополнительно наносить в линию специальные лаки или белила, что требует промежуточной секции сушки перед первой печатной секцией.
Источники: Primarc; fogra; UV практическое руководство BG — рабочей группы УФ-печати.
* KBA Process, № 4, 2007. Публикуется с разрешения и при содействии «КБА-РУС».
Практические советы из семинара по лаку КВА
1. Чистка
Вырабатывание тепла и постоянный раздув воздуха при транспортировке листов, оседание частиц противоотмарывающего порошка и бумажной пыли за счёт накопления статических зарядов загрязняют сушку. Необходимо регулярно очищать лампы излучения, рефлекторы и сенсоры, иначе неизбежны значительные потери мощности излучения.
Для сушки VariDry КВА рекомендует еженедельный демонтаж УФ-модулей из конечных и промежуточных сушек и ежемесячный демонтаж ИК-модулей из лаковых секций или конечных сушек, после чего лампы (осторожно: опасность повреждения!), рефлекторы (осторожно: легко поцарапать!) с помощью чистой ветоши и качественного бензина очищают и контролируют на отсутствие повреждений, а при необходимости меняют.
Регулярно должны очищаться фильтры компрессоров для раздува и вакуума, чтобы преждевременно не загрязнялись излучатели. В УФ-сушках должна происходить эффективная вытяжка не только пыли, но и озона.
2. Проверка износа излучателей
Из-за постоянной работы и частого вкл./выкл. лампы быстро изнашиваются — уменьшается интенсивность излучения, снижается эффективность. Необходимо постоянно сравнивать показания счётчика рабочих часов ИК- и УФ-ламп на пультах управления сушек с указаниями производителей. До истечения заявленного срока службы лампы надо заменить, даже если они ещё горят. А также контролировать прозрачность кварцевого стекла ламп, так как «молочные» пятна, образующиеся при старении УФ-излучателей, не пропускают необходимое количество излучения.
3. Проверка мощности
Эффективность ИК-излучателя можно проверить металлическим пробником и контактным термометром, определив затраты энергии за интервал времени на достижение нужной температуры. При регулярных тестах на скорость высыхания разных по толщине слоёв водно-дисперсионного лака при определённых параметрах регулировки сушки можно выявить потери мощности и старение ИК-ламп. Для этого есть температурный датчик настройки энергии излучения, но он не производит абсолютные измерения. Наряду с более-менее достоверным тестом отверждения, УФ-лампы можно проверить УФ-дозиметром, показания которого позволяют сравнить установленные и фактические значения мощности.
4. Контроль спектра
График мощности ИК-излучателя — постоянная кривая без всплесков с единственной, постепенно поднимающейся и спадающей точкой максимума. С течением времени кривая становится более плоской, что говорит только о снижении интенсивности, принцип же действия не изменяется, но этого достаточно для проверки старения.
Ртутные УФ-лампы имеют множество всплесков в металлогаллоидном спектре, что важно при отверждении многих субстанций (лак, краска, белила) и проведении реакции (старт, глубинное действие, сквозное отверждение). Чтобы целенаправленно воздействовать на эти субстанции (по возможности с незначительной абсорбцией цветных или белых пигментов) или для поддержания определённых этапов реакции, отдельные лампы следует заменить на специальные, наиболее подходящие в данном случае. Поэтому в специально дотированном излучении, например для белил или катионных фотоинициаторов, при чередовании электродов с металлами (индий, галлий, железо) мешающие процессу пики будут спадать, а полезные соответственно увеличиваться.
С помощью УФ-радиометра можно определить, какие части УФ-спектра и в каком количестве излучаются. Портативный радиометр измеряет только интеграл дозирования в диапазонах УФ-А/В/С. Положение и высота пиков определяются лишь лабораторными измерительными устройствами. Но желательно, чтобы переносные радиометры для печатного цеха обладали и такой способностью, поскольку из-за старения и потери мощности происходит изменение спектра УФ-излучения. Более того, в течение срока службы ламп спектр сдвигается от области УФ-С к УФ-А. Из-за дрейфа, даже несмотря на высокую мощность излучения, образование плёнки на слоях лака и краски существенно ухудшается. Печатник должен всегда поддерживать излучение УФ-С «свежим». Поэтому при замене одной лампы в конечной сушке все три лампы должны быть расположены в соответствии с их износом/возрастом. В начале новая (она производит наибольшее УФ-С-излучение, что необходимо для стартовой реакции фотоинициаторов и отверждения лака), далее — бывшая первая, а последней ставят бывшую второй.
Высокочастотная сушка для печатных машин?
Физики уже давно пытаются изобрести высокочастотную (ВЧ) сушку, испаряющую воду эффективнее, чем Carbon-Twin-IR. ВЧ-сушка действует целенаправленно (подобно излучению в микроволновой печке), но в другом диапазоне и значительно быстрее. В печатной машине она предпочтительнее, ведь запечатываемый материал оставался бы холодным. Трудно предсказать, когда это произойдёт: одна из причин — необходимость обновления линейки ВД-лаков. В них должно быть кардинально уменьшено или полностью исключено содержание гидрозолей. Твёрдые частицы должны быть растворены в воде и при её испарении выпадать в осадок, подобно кристаллам соли из морской воды в установках опреснения. Вот почему это не только физическая проблема — абсолютно новый продукт придётся создать и производителям лаков. Будет ли новый лак на водной основе так хорош и универсален, как существующие водно-дисперсионные, — вопрос спорный.
Есть ли альтернатива эксимерным лампам?
Для флексопечати — однозначно «да». Для листовой печати сейчас нет подходящих УФ-красок и лаков. То есть разработка КВА уникальна. Хотя на Drupa-2004 MAN Roland представила полуформатную машину с эксимерной системой сушки Seccomatic Blue, почин никто не поддержал. Действительно ли эксимерные системы настолько хороши?
-
Эксимерный излучатель нагревается до 30 °С, против 600 °С для стандартных УФ-ламп. Поэтому возможна печать на чувствительных к температуре материалах, что идеально для флексографии. При остановках машины излучатель отключается для экономии энергии, а при старте мгновенно готов к работе. Охлаждение происходит сразу и не требует затрат.
- Эксимерные лампы с разряженным инертным газом имеют очень узкий спектр излучения — при флексопечати и на Seccomatic Blue в области 308 нм (ксенон-хлор-эксимер). При этом не остаётся неприятного запаха, возникающего при образовании озона и воздействии на поверхность бумаги, нет опасного для здоровья УФ-излучения. Не нужны вентиляция и защита.
Помимо достоинств, имеются и недостатки:
-
Мощность излучения эксимерных ламп по всей длине спектра не так высока, как у лампы с ртутными парами (с сегодняшними макс. 50 Вт/см это лишь её пятая часть). Поэтому необходимы расходы для поднятия КПД. Вместо одного стандартного излучателя — 5 эксимерных, а места не хватает. В качестве альтернативы возможно использование атмосферы инертного газа, которая удерживает мешающий кислород воздуха, но это требует высоких затрат для накопления азота и применение инертной камеры. Seccomatic Blue достигает высоких показателей за счёт спаренных излучателей, специальных рефлекторов и тока высокой частоты от 15 до 25 кВт.
-
При длине волны 308 нм начинают действовать только несколько специальных фотоинициаторов. Поэтому смолы в лаках и красках должны содержать специальные преполимеры (димеры). (Отсюда происхождение слова эксимер: сокращение английского словосочетания excited di-mer — «возбуждаемый димер», что также указывает на механизм сшивания макромолекул.) Поэтому обычные УФ-лаки и краски, реагирующие на УФ-А/В/С, здесь не применяются.
Как отверждается лак при печати на металле?
С приобретение в 2003 г. компаний Bauer+Kunzi и LTG-Mailaender в 2006 г. KBA MetalPrint стала ведущим производителем машин для печати на металле. Ещё до объединения Bauer+Kunzi использовала в своей продукции печатные секции и другие модули КВА Rapida.
Чтобы избежать просвета металлической поверхности или имитировать этикетку, металл обычно покрывают кроющими белилами, что улучшает закрепление на нём печатных красок. Металл не грунтуют только при имитации золотого, серебряного или медного тонов. Заключительное лакирование высокоглянцевым бесцветным лаком снова придаёт запечатанному металлу специфический блеск и защищает красочный слой.
Машины от KBA MetalPrint могут оснащаться туннельными печами горячего воздуха и УФ-сушками, которые обычно используются при печати на металле, для сушки и отверждения грунтовки и бесцветного лака при финишной отделке.
Туннельные печи длиннее подвесных: лакированные листы проходят через такую печь вертикально, чтобы лак полностью высох за 20-30 мин при сохранении нормальной рабочей скорости. Это относится к грунтовке и финишному лакированию.
За счёт быстрого образования плёнки на УФ-красках можно производить УФ-лакирование в линию, экономя время и место (по сравнению с необходимым для оборудования отверждения горячим воздухом). Поэтому всё больше компаний, печатающих по металлу, выбирают УФ-технологию. Промежуточная УФ-сушка закрепляет печатные краски непосредственно перед лакированием. Для завершения процесса достаточно одной конечной УФ-сушки нормального размера при сокращении дистанции обработки до 5 м. И продукт готов немедленно!
