UV technológia

Az UV technológia elméleti alapjai:

Az UV sugárzással történő kezelési módszert a 90-es évek elején, eldobható öngyújtók nyomásánál használatos festékeknél vezették be, melyek érthető módon egyetlen meglévő UV kezelő egység által termelt hőt sem tudtak elviselni. Az első, sokszínes in-line szitanyomás számára tervezett UV sugárzást alkalmazó rendszert egy már mára már megszűnt holland vállalat mutatta be az 1992-es FESPA kiállításon.

Ezt a rendszert később Spanyolországban is alkalmazták, s itt még napjainkban is működik. A fent említett vállalat különálló UV sugárzást felhasználó kezelő egységeket is kifejlesztett, de ezek a rendszerek visszafogott sikert arattak. Nem a sokszínes in-line gépek számára készültek, s az elvárásoknak megfelelően a felhalmozhatóság pontjáig történt a festékek kezelése. Ez gondot jelentett mind a sebességet, a teljesítményt, mind pedig a költségeket tekintve.

Ezen korai tapasztalatok mutattak rá arra, hogy az UV sugárzással történő kezelés számára a legjobb párosítást a sokszínű nyomtatási sorok jelentenék. A sokszínes in-line alkalmazások során nem szükséges, és nem is kívánatos, hogy minden egyes fázisnál teljes kezelés menjen végbe. Továbbá, mivel minden egyes szín nyomása egy sorban (in-line) történik, a részlegesen kezelt nyomatok felhalmozására sincs szükség.

Az UV sugárzással történő kezelés folyamata:

Csak úgy, mint a hagyományos UV kezeléses rendszereknél, az UV sugárzással történő kezelés is a megvilágításért felelős lámpától, s a lámpa hullámhosszára érzékeny festékrendszertől függ. Mivel a lámpa radikálisan eltérő, a festéknek ehhez kell igazodnia a megfelelő kezelés érdekében.

Az UV sugárzással történő kezelés rendszere emlékeztet a sokszínű in-line gépeknél használatos, hagyományos „híd” típusú kezelési rendszerekhez. Azonban a hagyományos lámpákat tekintve nagyobb mértékben alkalmazza a vakuban található izzóhoz hasonlóan működő, speciális „doped” lámpákat, azzal a különbséggel, hogy ezek nagyobbak és hatékonyabbak. Mivel nagy teljesítményű generátorok energiáját ötvözik, ezek a villanófényes izzók meglehetősen nagy intenzitású fényenergiát bocsátanak ki, mindössze 5-10 milliszekundumra. Amikor a nyomtatandó alap a kezelési egységhez ér, általában egy-két vaku elég a festék kezeléséhez, addig, amíg a felülnyomás meg nem történik. A generátorok 0.8 másodpercen belül újratöltődnek, s a működés teljes ideje villanásonként 1 másodperc.

Az UV „villanó” lámpák hidegek maradnak, mivel működésük nem állandó, s ezért leadják a hőenergiát. Csakis akkor kapcsolnak be illetve ki, amikor szükséges. Ezen kívül a kezelési folyamat szüneteiben – úgy, mint a beállítás vagy a termelés „megállói” – a lámpák üresjáratban vannak, s nem vonnak el energiát.

Az UV kezelés olyan polimerizációs folyamat, mely magában foglalja a festék reakcióját a kezelőlámpa felől érkező fénnyel szemben. A fent említett folyamat szempontjából igen lényeges szerepet játszanak a szabad gyökök, melyek a fényérzékeny szer UV sugárzásakor bekövetkező aktiválódásakor szabadulnak fel. A klasszikus UV kezelés során ezen szabad gyökök nagy része a festék fölötti levegő oxigénjével reakcióba lép. Más szóval, ezen akadály következtében nem vesznek részt a festék kezelésében. Az utóbbi jelenség „oxigén általi tiltás”-ként ismert, s az UV szárító hatékonyságát kíméletlenül korlátozza.

A fenti jelenséggel szemben megoldást jelenthet a festék feletti levegőnek egy nem reagáló gázzal – mint például a nitrogén – való helyettesítése. Ez teszi lehetővé, hogy valamennyi UV megvilágítás által termelődött szabad gyök részt vegyen a polimerizációs folyamatban. A nitrogént használó rendszerek sokkal hatékonyabbak a hagyományos UV szárítókkal szemben, s a kezelés alacsonyabb hőmérsékleten folyik. Az árnyoldala viszont az, hogy a nagy mennyiségű nitrogén szükséglet miatt igen magasak a működtetés költségei, így használata célszerűtlenné válik a sokszínes in-line nyomdagépeknél.

Az UV sugárzásos kezelés esetében minden egyes villanás energiája oly intenzív, hogy a szabad gyökök lavináját eredményezi. Utóbbi bármilyen oxigén által akadályoztatás nélkül létrehozza a festék polimerizációját. Az UV sugárzásos technológiát tekintve ez az energia intenzitás jelenti a kulcsot az azonnali kezeléshez.

UV festék típusai:

Vízbázisú UV festékek

Az UV festékek valamennyi reagáló komponense részt vesz a kezelés folyamatában. Ez azt jelenti, valamennyi oligomer, reagáló hígítószer és photoinitiator (kép létrejöttét elősegítő szer) használatosak egy megfelelő UV kezelés során.

Az UV festékek 4 fő komponense a következő:

· Reagáló hígítószerek

· Oligomerek
· Adalékok
· Photoinitiatorok

Reagáló hígítószerek (monomerek):

A reagáló hígító vagy monomer egy egyszerű, könnyű vegyszer, mely oldószerhez hasonlít abban a tekintetben, hogy csökkenti a viszkozitást, és az oldat valamennyi komponensét szuszpendálja. A monomerek részben meghatározzák a festék felületi tulajdonságait, úgy mint fényesség, keménység és rugalmasság. Ezek azok a vegyszerek, melyek biztosítják az UV festékek reagáló képességét, mind a kezelés sebessége, mind pedig a tapadási tulajdonságok vonatkozásában.

Oligomerek (gyanták):

A kémia nyelvén szólva, az UV festékekben található gyanta tulajdonképpen az ún. oligomer. Mint ahogy az a hagyományos festék rendszereknél szokásos, a gyanta jelenti a festék „gerincét”. Ez határozza meg a festék viszkozitását és az adhéziós tulajdonságait.

Adalékok (a pigmenteket is beleértvén):

Az adalékok közé tartoznak a pigmentek, nedvesítő szerek, vastagító szerek és az ún. kitöltő porok. Az adalékok erősítik a festék olyan tulajdonságait, mint a fényesség mértéke, viszkozitás, bevonatok közti adhézió és rugalmasság.

Photoinitiatorok (a kép létrejöttét elősegítő szerek):

A photoinitiator az a vegyszer, amely aktiválódik, s ennek következtében megindítja a reakciót, amennyiben ultraibolya fény éri. Az aktiválódott szer energiát ad le a többi komponensnek, stimulálván az összekötés folyamatát az egyes molekula láncok között. Ehhez a ponthoz érve, bármely aktiválódott komponens rendelkezik azzal a képességgel, hogy más összetevőknek energiát adjon át. Valamennyi, aktiválódott illetve energiával rendelkező komponenst „szabad radikálisnak” nevezünk. Az ún. szabad radikális tartja mozgásban a kémiai reakciót energiájánál fogva.

Mivel a polimerizációs láncreakció folytatódik, minden egyes kémiai láncolat tovább növekszik addig, míg az alább említett két dolog közül az egyik meg nem történik:

· Az aktiválódott láncok valamennyi elérhető reagáló komponenst felhasználják, s ez utóbbi egy teljes mértékben kezelt filmréteget eredményez.
· Egyéb idegen anyag, mint az oxigén, lassíthatja vagy megszüntetheti a reakciót. Ez utóbbi egy nem megfelelően kezelt festékréteget eredményez.

Oldószer bázisú festékek:

Az oldószer alapú festékek abban térnek el az UV festékektől, hogy nem mechanikai, hanem inkább kémiai reakció során hozzák létre a végső filmréteget.  Az oldószer alapú festékek összetevői: adalékok, gyanta, oldószer és katalizátor. Túlnyomó részüket az oldószer alkotja, mely hő hatására elpárolog, ezáltal az alap felületén az egyéb komponensek szabadon száradhatnak.

Az oldószer alapú festékek 4 fő komponense:

· Oldószerek
· Adalékok
· Gyanták
· Katalizátorok

Oldószerek:
A hagyományos rendszerű oldószerek hasonlóak az UV festékekben található monomerekhez. Az oldat összes alkotóelemét szuszpendálják, valamint csökkentik a viszkozitást. A szárítás folyamata során az oldószer zöme elpárolog, ezáltal a festékek visszamaradt részét az alap felületén hagyja.

Adalékok (a pigmenteket is beleértvén):

Az adalékanyagok közt vannak pigmentek, nedvesítő- és vastagító szerek, kitöltő porok, melyek minden egyes specifikus alkalmazás számára testre szabott festéket biztosítanak.

Gyanták:
Az oldószer alapú festékek gyantái hasonlóak az UV festékek gyantáihoz, a festéket az alaphoz kötik.

Katalizátorok:
A katalizátor olyan vegyszer, mely tovább folytatja az elkezdett kémiai reakciót az energiaforrás megszűnését követően. A nyomtatás után az alapnak időre van szüksége, lehetővé téve ezáltal a katalizátor számára a száradási folyamat folytatását.

Hagyományos (híd) rendszer:

Mint azt a neve is jelzi, a „híd” elnevezésű UV kezelőegység két vagy több olyan lámpával rendelkezik, mely a nyomtatási szakaszok közt átível a szalag fölött. Amint a nyomtatott lemez egyik állomástól a másik felé tart, átmegy ez alatt a „híd” alatt, s a festékréteg kellőképpen kezelt lesz a következő színnel történő nyomáshoz. A „híd rendszer” egy mozgó alkatrészek nélküli, egyszerű rendszer, így a karbantartás mindössze a reflektorok tisztítására és (hozzávetőlegesen 1500 óra elteltével) a lámpák cseréjére korlátozódik.

A „híd rendszer” esetében az a sebesség, mellyel a nyomtatott lemez egyik állomásról a másik felé halad, a kezelési folyamat sebessége által korlátozott. Mivel a lemeznek olyan nagy távolságot kell megtennie a nyomtatás állomásától, át a kezelési szakaszon a következő fázisig, ez a fajta rendszer viszonylag lassú.

Scanner (letapogató) típusú:

A „letapogató” UV kezelőegység mozgó lámpákat alkalmaz, ez által lehetővé teszi egy adott lemez kezelését, egy másik nyomtatásával egy időben. Miután a nyomat eléri azt a pontot, a lemez tovább halad egy speciális UV kezelő szakaszhoz, ahol a lámpák letapogatják, és keresztül megy a kezelés folyamatán. Ezzel egy időben, a következő lemezre nyomtatnak. Ez a tervezés már lehetővé teszi a nagyobb nyomtatási sebességet, ennél fogva optimalizálható a kezelési sebességektől független nyomtatási szakaszok közti szállítási sebesség.

A mozgó alkatrészek miatt a „letapogató” UV kezelő rendszer gyártása költségesebb, és nagyobb mértékű karbantartást igényel. Az UV lámpák által termelt hő és maró gázok korlátozhatják a mozgó alkatrészek élettartamát, amennyiben nem megfelelő a karbantartás.

Villanó lámpás:

A legfrissebb lehetőség az UV „villanófényes” kezelési rendszer, amely másodpercek alatt kezelt felületet biztosít, hőtermelés, illetve a termelési sebesség korlátozása nélkül.

Az új „villanófény” kezelésű egységek „doped” lámpákat használnak, melyek az UV fény nagy intenzitású villanásait közvetítik. Ezek a rendszerek általában két másodperc alatt kezelik a nyomatok felületét, nem termelnek ózont vagy túlságosan nagy mennyiségű hőt.

A villanó fényes UV szárítási technológia nem olyan festéket igényel, mint az előző kettő.

Az UV fény:

Amikor az energia belép az UV festék rendszerbe, a következő fordulhat elő:

· A photoinitiatorok aktivizálódnak az UV energia révén, és szabad radikálisokat hoznak létre.

· A fényérzékennyé tevő szerek megkötik az UV energiát, párhuzamosan azzal a folyamattal, melyben a photoinitiatorok szabad gyököket hoznak létre.

· A szabad gyökök bármilyen szenet átalakítanak: a kettős szénkötést egyes kötéssé

· A kémiai kötés felszakításának folyamata újabb szabad gyököt hoz létre, mely cserébe szintén átalakítja a szenet: egy másik molekula kettős szénkötését egyes kötéssé, összekötvén ezáltal a két molekulát.

A keresztkötés és a szabad gyökök generálása mindaddig folytatódik, amíg az alábbiak közül az egyik előfordul:

·   Nem marad reaktív (reagáló) kötés

·   A folyamat lelassul (oxigén, egy funkciós monomer, stb. által)

A festékrendszer hatékonysága az UV energiával való kapcsolatba lépést, és a keresztkötéses hálózat létrejöttét tekintve a következő tényezőktől függ:

· A photoinitiatorok koncentrációja

· A photoinitiator hullámhossz érzékenysége

· Az UV fényforrás kibocsátási spektruma

· Az UV fényforrás sugárzásának időtartama és intenzitása

· A kialakulás során a pigmentek koncentrációja

· Az UV kezelésnek alávethető anyag mennyisége (vastagság)

· A felület UV lámpa alatt eltöltött ideje

Lámpafajták:

· Nagy nyomású higanylámpák

· Közepes nyomású higanylámpák

· Mikrohullámmal aktivált lámpák

· Doped izzók

Az UV festék kezelésének szabályai:

Az UV kezelés fázisai:

Négy különálló fázis létezik, melyen az UV festéknek keresztül kell mennie, mielőtt megvalósulna a teljes kezelés.

Az UV kezelés 4 fázisa:

· Elsőként a festékréteg legfelső részét éri behatás. Ennek a festékréteg további részére nézve fontos szerepe van. Ezt a réteget éri a levegőben található oxigén, mely lassítja a kezelés folyamatát.
· A festékréteg zöme akkor megy keresztül a kezelési folyamaton, mikor az UV sugárzás mélyen behatol a festékréteg szerkezetébe. Ebben a szakaszban a réteg egészén egy rugalmas polimer képződik.
· Az UV sugárzás az alap felületén polimerizációt eredményez, elősegítvén ezáltal az erős adhéziós kötést. A megfelelő tapadást elsősorban a kezelés időtartama befolyásolja, a festékrétegen belül előfordulhat az intenzitás lanyhulása és zsugorodás amint a polimerizációs folyamat előrehalad.
· Az utókezelésre akkor kerül sor, ha a festékréteget már eltávolítottuk az UV sugárzás forrásától. Általában a festékréteg a kezelést követően rögzített, fél-plasztikus állapotban van. Miután a megvilágítás következtében növekszik a tapadás mértéke és a felület keménysége, még 24 órán át további kémiai reakciók mennek végbe.

Jellemző UV festék felhasználási területek:

A modern UV festékek már minden anyagon megfelelő tapadást érnek el, azonban vannak jó időjárásálló és kevésbé jó időjárásálló festékek, ezeket meg kell kérdezni a gyártótól főleg a négyszín color festékek esetében. A modern festékek már megfelelő kültéri ellenállósággal rendelkeznek, általában a kültéri pigmenttel rendelkező festékek drágábbak, mint a normál társaik.

Munka az UV festékekkel:

Az UV szárítás alapja, hogy megfelelő UV energiaközléssel történik az UV szárítás. Olyan helyeken, ahol különböző anyagokat nyomtatunk ott mindenképpen ajánlott UV méter mérő eszköz használata, amelyet a szalagra helyezünk és adott szalag sebesség mellett áteresztjük rajta.

Minden direkt színnek más és más energiára van szüksége ugyanazon tapadásra egy adott anyaghoz.