УФ-технологии в полиграфии

Николай Дубина
info@prodtp.ru

Начиная с 80­х годов прошлого века в полиграфии стали активно развиваться УФ­технологии. Причиной этому было появление новых химических соединений, а точнее — новых типов акриловых олигомеров и мономеров. Эти инновационные материалы произвели революцию не только в полиграфии, но и во многих других отраслях промышленности, что связано с целым рядом преимуществ, которыми обладают материалы УФ­полимеризации.

Преимущества УФ-технологии

Причиной широкого распространения материалов УФ­полимеризации являются несколько основных преимуществ:

•    экологичность — УФ­материалы не содержат никаких вредных выбросов, поскольку имеют 100­процентно сухой остаток;

•    высокая производительность и технологичность. Высокая скорость выполнения тиража — это основа современной полиграфии, и вопрос высыхания материалов является первостепенным. В идеале материалы УФ­полимеризации сохнут мгновенно, а полученный сухой оттиск можно стапелировать, вырубать, тиснить, лакировать, упаковывать, отправлять готовую продукцию заказчику и получать деньги;

•    физико­химические свойства покрытий — покрытия, образуемые красками и лаками УФ­полимеризации, обладают высокой химической стойкостью и механической прочностью.

Развитие УФ­технологий существенно расширило возможности полиграфии, например экспресс­печать оборота. Кроме того, появилась возможность печатать по разным основам, в том числе и невпитывающим. Высыхание традиционных красок на таких основах затруднено, поэтому преимущества УФ­материалов с их мгновенным закреплением в этой области неоспоримы.

Помимо полимерных основ УФ­красками можно печатать и по пористым основам: полимеризация происходит мгновенно, материал не успевает впитываться и поэтому отделка получается более качественной.

Наконец, УФ­технологиям подвластны самые разнообразные виды отделки, что также обусловлено мгновенным высыханием УФ­композиций. Вы можете накладывать много разных слоев и осуществлять сочетание разных материалов (лаков, красок, металлизированных компонентов, лаков с порошками и т.д.).

Практически все материалы, которые сегодня используются в полиграфии (материалы с цветными, металлизированными пигментами, лаки с различными добавками или прозрачные), могут быть реализованы в УФ­исполнении.

Состав красок УФ-отверждения

Рассмотрим различия в составе традиционной краски и краски УФ­отверждения (табл. 1).

Таблица 1. Различия в составе традиционной краски и краски УФ-отверждения

Компоненты краски влияют на физико­химические и технические характеристики УФ­краски.

Пигменты. Пигмент поглощает УФ­излучение, а следовательно, от него зависит, насколько глубоко УФ­излучение, падающее с источника света на отверждаемую поверхность, проникнет в массу материала для того, чтобы осуществилась объемная полимеризация. Различные пигменты поглощают УФ­излучение в разных диапазонах длин волн, и иногда спектры поглощения фотоинициатора и пигмента перекрываются, вследствие чего пигмент прерывает процесс инициирования полимеризации.

Мономеры. Мономер в краске отвечает за ее различные реологические свойства — текучесть, липкость и вязкость. Если мы возьмем разные мономеры, материалы будут полимеризоваться с разной скоростью, что повлияет на физико­химическую устойчивость пленки, которую образует светоотверждаемая композиция.

Олигомеры. Они отвечают за адгезию, краскоперенос, скорость полимеризации и за глянец.

Фотоинициаторы. Различные фотоинициаторы влияют на скорость и тип полимеризации, которая бывает поверхностной и объемной.

Добавки. Добавки в УФ­краски играют ту же роль, что и в традиционных красках. Они определяют, насколько хорошо хранится краска, насколько с ней легко работать, как она растекается, насколько гладкая поверхность, как можно осуществить нормальное наложение цветов (треппинг) и т.д.

Сушильные устройства для работы с материалами УФ-отверждения

Сушильные устройства включают следующие основные узлы: лампу, рефлектор, систему охлаждения.

Внутри кварцевого корпуса находятся пары ртути под низким давлением. Когда между электродами возникает разность потенциалов, то происходит ионизация ртути с образованием ртутной плазмы, за счет чего излучается УФ­свет.

Рис. 1. УФ-лампа для WJ-UV750

Устройство лампы всегда одинаковое, но вместо ртути могут использоваться другие металлические композиции из галлия, свинца, феррокобальта и т.д. С помощью разных источников можно получить УФ­излучение с разным диапазоном длин волн. Если это необходимо, можно сделать сушильное устройство с тремя разными лампами, однако это дорого. В большинстве случаев целесообразно использовать обычные ртутные лампы.

Среднее время жизни УФ­лампы — 1­3 тыс. рабочих часов. Очень важно, как часто включается и выключается лампа, так как при каждом включении­выключении теряется несколько рабочих часов.

Одна из важнейших составляющих сушильного устройства — рефлектор. При работе УФ­сушки 1/3 излучения (прямое УФ­излучение) попадает на отверждаемую поверхность, а остальные 2/3 — на рефлектор и, отражаясь от него, падают на основу. Следовательно, если не использовать рефлектор, 2/3 мощности лампы будет теряться.

Довольно важный вопрос — это охлаждение в процессе использования устройств УФ­полимеризации, так как во время работы температура ртутной плазмы в УФ­лампе достигает 600­800 °С. Вследствие этого УФ­лампа очень сильно нагревается, что может привести к поломке оборудования и различным дефектам печатной продукции.

Наиболее эффективный и самый современный вариант охлаждения УФ­лампы, который стали использовать не так давно, — это водяной фильтр, представляющий собой достаточно сложную систему, состоящую из кварцевых трубок, которые расположены между лампой и запечатываемым материалом и заполнены дистиллированной водой.

Расположение и устройство этих трубок таково, что поглощение УФ­излучения водой минимальное, за счет чего потери в мощности, которая доходит до полимеризуемого лака или краски, весьма малы.

Новая система — инертное охлаждение УФ­лампы (УФ­лампа работает в инертной атмосфере). Под большим давлением инертный газ (азот) прокачивается через сушильное устройство, в котором отсутствует кислород. Это позволяет избежать потери энергии и ингибирующего эффекта кислорода в процессе полимеризации. Вследствие этого полимеризация происходит на порядок быстрее, а значит, используемые источники света могут быть менее мощными. В результате уменьшается проблема отвода тепла и выделяется меньше озона.

В процессе работы за устройствами необходимо ухаживать: следить за тем, насколько ваша лампа «живая», не трогать ее и рефлекторы руками без перчаток, периодически очищать УФ­лампу, протирая ее мягкой ветошью.

Увлажнение

УФ­композиция гораздо более полярная, чем традиционная масляная, а значит, в офсетной печати разница в полярности увлажняющего раствора и краски меньше, чем в стандартном случае.

Этим объясняется то, что растискивание при УФ­печати всегда выше, чем при печати обычными красками.

Данная проблема решается путем повышения полярности увлажняющего раствора.

При работе с УФ­красками необходимо регулярно измерять жесткость воды, следить за балансом «краска/вода» и каждую неделю менять увлажняющий раствор.

Для смывки разных деталей машины при работе с УФ­полимеризующимися материалами совершенно не подходят обычные смывки для традиционной печати. УФ­краску следует смывать гораздо более агрессивными средствами. Для валов, печатной формы, фотополимерной формы и офсетной резины необходимо использовать разные смывки.

Особенности полимеризации черной краски

Черный пигмент поглощает во всем диапазоне УФ­излучения. Следовательно, какой бы фотоинициатор в краску ни добавляли, спектры поглощения фотоинициатора и черного пигмента будут перекрываться и эффективность УФ­излучателя будет снижаться. Тем не менее в результате на оттиске мы должны получить полимеризованную красочную пленку. Для этого черную краску необходимо печатать с первой секции, чтобы она прошла через максимальное число УФ­сушек.

В ситуации, когда после первой секции сушильного устройства нет, все равно рекомендуется ставить черный цвет первым. В этом случае «мокрым по мокрому» на черный накладываются другие цвета, через которые проникает часть света и черная краска полимеризуется. В противном случае черная краска не пропускала бы УФ­свет и те цвета, которые были нанесены до черного, не смогли бы отверждаться.

Таким образом, можно нормально полимеризовать плашки с высокой плотностью запечатки — 200­300%.

Часто приходится печатать насыщенные черные плашки в два прогона (с двух секций), причем первым слоем мы наносим небольшое количество краски, а вторым прогоном даем необходимую нам оптическую плотность.

Добавки в УФ-краски

В случае если краска не полимеризуется, одним из способов решения проблемы может стать добавление фотоинициатора, так как с его помощью можно повысить эффективность полимеризации или ускорить ее. Однако следует избегать передозировки фотоинициатора, потому что его избыток приводит к излишней полимеризации, в результате чего краска становится хрупкой.

Если краска слишком вязкая, может возникнуть выщипывание и появятся проблемы с наложением красок — в этом случае в ее состав можно добавить разбавитель. При этом вводить его необходимо очень аккуратно, так как, если сильно разбавить краску, потеряется ее интенсивность, а самое главное, концентрация фотоинициатора сильно разбавленной краски понижается, и в результате получается неполимеризованный красочный слой.

Сравнительно недавно появившиеся на рынке полиграфии УФ­краски быстро завоевали прочные позиции и все чаще используются для получения оттисков высокого качества. Многие типографии для работы с материалами УФ­полимеризации переоборудуют свои машины или покупают новые. Это связано с растущей конкуренцией в области производства полиграфической продукции, которая заставляет предприятия, работающие на данном рынке, искать пути повышения производительности и качества за счет использования самых современных расходных материалов. Таким образом, печать УФ­красками является одним из наиболее перспективных направлений в современной полиграфии.

Рис. 2. УФ-офсет

Офсетная листовая печать

Рассмотрим основные способы печати красками УФ­отверждения и их преимущества.

Краски УФ­отверждения в офсетной печати завоевывают все большую популярность, расширяется ассортимент продукции, печатающейся красками УФ­отверждения, которая до недавнего времени печаталась масляными или фолиевыми красками.

При сравнении обычной и УФ­технологии понятно, что стоимость краски УФ­отверждения в два­три раза выше стоимости краски для традиционного офсета, поэтому экономия, безусловно, заключается в уменьшении отходов печатных основ, которые составляют главную статью потерь.

Также нелишне упомянуть и о временных затратах на многостадийных операциях, а точнее, о сокращении времени на высыхание краски для последующей обработки.

В офсетной печати краски УФ­отверждения используются на листовых и ролевых печатных машинах.

Листовая печать

В первую очередь это печать по невпитывающим основам: различным видам пластика, металлизированным основам для выпуска элитной упаковки, рекламы, пластиковых карт. Печать по данным основам фолиевыми красками была затруднена, — очень большие ограничения вводились на толщину красочного слоя, высоту стапеля на приемке, баланса «краска/вода» и т.д.

К новым «приобретениям» красок УФ­отверждения можно отнести печать пивной этикетки на металлизированной бумаге. Основные преимущества: возможность стапелирования в полную высоту приемного устройства и быстрота послепечатной обработки.

Основным преимуществом печати открыток красками УФ­отверждения является получение красочных оттисков «с лица» на мелованном слое и «с оборота» на беленом слое. Не происходит сильного проваливания краски в пористую оборотную беленую сторону. Другое преимущество — возможность печати и нанесения в линию лака УФ­отверждения, что является неотъемлемой частью отделочного процесса в выпуске открыток.

Краски УФ­отверждения в листовой офсетной печати подразделяются на:

•    краски, предназначенные для печати по невпитывающим основам с возможностью последующей ламинации;

•    краски по впитывающим основам;

•    универсальные краски.

Выбор краски зависит от запечатываемой основы.

Офсетная ролевая печать

Ролевая печать красками УФ­отверждения производится на узкорулонных печатных машинах таких производителей, как DRENT, Muller Martini, Komori Chambon. Основная выпускаемая продукция — это упаковка для молочных продуктов, семян; печать на ламинированном ПВХ и выпуск бесконечных формуляров для банков, операторов сотовой связи и т.д. на офсетной бумаге.

Используемая краска маркируется приставкой WEB в названии и должна быстро закрепляться (скорость печати до 300 м/мин), не иметь остаточного запаха и быть универсальной для печати как на пылящих газетных или офсетных бумагах, так и на мелованных.

Другое предназначение ролевой краски УФ­отверждения — это печать журналов и газет с высоким качеством (качеством технологии Heat set) на обычных ролевых машинах, предназначенных для печати газет (Cold set) с установленными сушильными модулями и заменой на красочных валиках офсетной резины на универсальную (с возможностью печати УФ­красками и красками Cold set).

Преимущество данной технологии заключается в отсутствии дорогостоящей и громоздкой газовой сушки; на одной печатной машине можно печатать газеты и журналы высокого качества. Скорость печати максимальная, краска не имеет летучих растворителей, и при закреплении 100% краски остается на поверхности бумаги, делая оттиск четким и красочным, при этом уменьшается расход краски, поскольку в красках heat set от 40 до 60% занимает растворитель и при сушке он улетучивается. Также отсутствует операция по нанесению силиконовой эмульсии, так как эмульсия нужна для восстановления влажности бумажного полотна после прохождения газовой сушки. Еще одно преимущество: нет проблем с перетискиванием на матовых бумагах при плотной запечатке.

Листовой сухой офсет

Листовой сухой офсет может использоваться при печати упаковки, рекламы, CD­дисков, пластиковых карт. Узкорулонный сухой офсет используется в комбинации с секциями высокой, флексо и трафаретной печати для получения фотографического качества растровых изображений элитной самоклеящейся этикетки.

Преимуществом данной технологии является более четкое изображение, меньшее растискивание, больший красочный слой. К недостаткам относятся отсутствие конкуренции по расходным материалам и, как следствие, очень высокие цены на печатные формы.

Флексографическая печать

Для данного способа печати используются сольвентные, водные и УФ­отверждаемые краски.

Сольвентные краски используются для печати гибкой упаковки на широкоформатных машинах, водные краски заняли нишу печати по гофрокоробам, а УФ­флексопечать завоевала рынок самоклеящейся этикетки. Отличительная особенность данного способа печати состоит в том, что за один прогон на печатной машине помимо печати можно сделать ламинацию различных основ, холодное и горячее тиснение фольгой, нанесение лаков УФ­отверждения, перламутровых лаков, высечку этикетки.

Пожалуй, по получению различных эффектов флексографская печать красками УФ­отверждения имеет наибольшие возможности по сравнению с другими способами печати.

Сегодня к упаковке и этикетке предъявляется все больше требований по дизайну, оформлению, а также качеству печати — яркости, насыщенности и глянцу. Известно, что качество печатной продукции определяется многими факторами, но в первую очередь применяемыми красками. И именно благодаря краскам можно достичь необходимой яркости, проработки тонов и насыщенности цветов. Высокие качественные характеристики упаковки и этикетки обеспечиваются применением красок, отверждаемых под действием УФ­излучения.

Существуют два принципиально различающихся вида реакции фотополимеризации — радикальный и катионный, и два типа УФ­отверждаемых лакокрасочных материалов — с радикальным и катионным механизмами отверждения.

Таблица 2. Сравнение катионной и радикальной систем отверждения

При радикальном механизме отверждения фотоинициатор поглощает свет и генерирует свободные радикалы; при катионном образуются катионы, которые инициируют полимеризацию. В качестве связующего в радикальных лакокрасочных материалах применяются акрилаты (олигоэфир — или олигоуретанакрилаты), а в катионных — в основном эпоксидные смолы.

Наиболее широкое распространение получили радикальные материалы. Это связано с их меньшей стоимостью по сравнению с катионными, однако у радикальных материалов имеется и ряд существенных недостатков:

•    недостаточная адгезия и стойкость на истирание, особенно при запечатывании различных пленочных материалов для изготовления колбасной оболочки (например, полиамида);

•    наличие остаточного запаха;

•    невозможность их использования для печати пищевой упаковки.

Эти недостатки полностью отсутствуют у катионных УФ­материалов.

Как видно из таблицы, в большинстве случаев радикальные краски обеспечивают качественную печать при невысокой стоимости. Однако для достижения наилучших печатно­технических и потребительских свойств рекомендуется использовать краски катионного типа.

Основными красками УФ­отверждения, используемыми во флексографической печати, являются краски радикальной полимеризации. И здесь стоит отметить основные серии используемых красок:

•    краски для печати самоклеящейся этикетки;

•    краски для печати колбасной оболочки технические;

•    краски для печати термоусадочных рукавов.

Из всего многообразия красок для печати самоклеящихся этикеток стоит выделить краски с высокой пигментацией и хорошей текучестью. Ведь именно эти свойства позволяют печатать высоколиниатурными анилоксовыми валами и получать яркие, контрастные с минимальным растискиванием оттиски и тем самым уменьшать расход краски, мощность УФ­сушек, улучшать адгезию к основе.

Краски для печати по колбасной (полиамидной) оболочке должны отвечать требованиям по адгезии и температурному воздействию, так как сначала производят печать, а потом набивают оболочку и варят в кипящей воде.

Краски для печати термоусадочной пленки должны быть пластичными (термоусадка может быть на 70% от первоначальных размеров), высокопигментированными и реактивными, поскольку УФ­сушки выделяют большое количество ИК­излучения и при печати могут деформировать пленку.

Высокая печать

Этот способ печати распространен в меньшей степени, чем флексографический. Высокая печать вобрала в себя качество офсетной печати с возможностью печати по стандартным самоклеящимся материалам, а также по рельефным материалам, тканям (этикетки для одежды), фольге (кашированные крышки для йогуртов). Краски для высокой печати имеют повышенную липкость, Возможно нанесение таких красок большим слоем, чем в офсете. Четкость растровых изображений при высокой печати выше, чем при флексографической печати.

Трафаретная печать

В узкорулонной печати довольно широко используется трафаретная печать красками УФ­отверждения (плоская или ротационная). Только этим способом можно получить очень толстый слой краски с ярко выраженным рельефом (в среднем 10 мкм). Все остальные способы обеспечивают максимум 4­5 мкм. Поэтому трафарет широко применяют в комбинации с другими способами. Например, на прозрачный материал трафаретным способом наносят белую кроющую краску, а изображение печатают флексографским способом.

Самостоятельно многокрасочная трафаретная печать используется редко. Стоимость сеток для ротационной печати очень высока (превышает стоимость флексографских форм в разы), а тиражестойкость ниже, поэтому, если нет задачи создать рельеф, ротационный трафарет применять очень дорого. У плоского трафарета формы дешевые, но скорость печати относительно низкая, и его использование для средних и больших тиражей оказывается затруднительным.

Рис. 3. Трафаретная печатная машина Progress 5371 с УФ-сушкой (на заднем плане)

Выбор ракеля, трафаретной сетки и печатной формы

Принимая во внимание отличительные особенности этих красок при нанесении их трафаретным способом, очень важно правильно выбрать ракель и тип трафаретной сетки.

При выборе ракеля для печати красками УФ­отверждения важно, чтобы он был правильно заточен и не имел никаких зазубрин и неровных участков по своей кромке. Дефекты при печати УФ­красками с использованием плохо заточенных ракелей будут более заметны, чем при печати красками на растворителях.

Для выбора типа ракеля и условий его установки рекомендуем пользоваться следующими правилами:

•    твердость ракельного полотна — максимально возможная для данных условий использования;

•    угол наклона ракеля — 75°;

•    давление ракеля — минимальное (ракель должен слегка касаться поверхности трафаретной формы);

•    скорость движения ракеля — максимально возможная для перенесения как можно более тонкого слоя краски.

Очень важный фактор, который надо учитывать, — это воздействие УФ­краски (мономеров) на ракельный материал, которое приводит к разбуханию ракеля после длительного контакта. Эффект разбухания появляется и при работе с красками на растворителях, однако из­за того, что растворители испаряются, эти краски оказывают менее вредное воздействие на ракель и позволяют ему работать более длительное время.

Эффект разбухания зависит от марки материала, применяемого для изготовления ракеля, например ракели из полиуретана более устойчивы к УФ­краскам, чем ракели из неопрена. Значительное разбухание ракеля приводит к серьезным проблемам с качеством печати. Для сохранения свойств ракеля и улучшения качества выполнения работы необходимо использовать следующие процедуры:

•    при каждой остановке машины более чем на 5 мин счищать краску с поверхности ракеля;

•    иметь, как минимум, два ракеля для работы, чтобы менять их через каждый рабочий день (1­й ракель работает, 2­й отдыхает не менее 24 часов).

Из­за большого влияния, оказываемого ракелем на результат печати красками УФ­отверждения, производители создали ряд специальных ракельных материалов и специальные виды ракелей.

Трехслойный ракель — относительно новая концепция ракельных материалов, подходящих для данного применения. В середине композиционный ракельный материал имеет большую твердость, которая, добавляя жесткости ракельной системе, обеспечивает лучший угол при печати и более тонкий слой краски на оттиске. Другой специальный вид — это приклеенная по кромке металлической пластины тонкая полоса полимерного материала, так называемый RKS­ракель, который также обеспечивает высокое качество печати.

При выборе трафаретной сетки необходимо помнить, что толщина красочного слоя до и после отверждения приблизительно одинакова, поэтому выбирают сетку с большим количеством нитей на сантиметр, чем при печати красками на растворителях.

УФ­краски не сохнут на сетке и обладают отличной стабильностью поведения, что позволяет использовать сетки саржевого переплетения (TW) от 140 н/см и выше. Для обычных работ хорошо подходят сетки 140­34, имеющие относительно маленькую открытую поверхность — в сочетании с подходящей трафаретной печатной формой (с тонким эмульсионным слоем) достигаются хорошие результаты печати.

Высокий уровень натяжения сетки при печати УФ­красками — также очень важный фактор. Если натяжение недостаточное, угол между кромкой ракеля и сеткой уменьшается, что ведет к увеличению толщины красочного слоя. Достаточной величиной натяжения считается 18­24 н/см. При четырехкрасочной печати важно, чтобы натяжение сеток для всех четырех цветов было одинаковым.

При растровой многокрасочной печати бывает достаточно сложно отпечатать темные участки, так как потеря деталей изображения в 80% тонов и более происходит из­за увеличения размера растровой точки (краска затекает на те участки, которые должны остаться открытыми). В помощь печатникам были выпущены каландрированные сетки, которые на заключительной стадии производственного процесса были пропущены через горячие ролики (каландры) и поэтому имеют сглаженными одну или обе стороны сетки. У каландрированных сеток меньше ячейка и толщина самой сетки, что снижает количество проходящей через сетку краски.

При изготовлении трафаретной печатной формы следует принимать во внимание два основных фактора: стекло копировальной рамы и фотоформа (диапозитив) должны быть чистыми, насколько это возможно, то есть не должно быть никаких частиц пыли, которые приводят к появлению крошечных отверстий. Такие дефекты могут быть на форме и при печати красками на растворителях, но поскольку эти краски быстро сохнут на форме, то после нескольких оттисков отверстия забиваются краской и больше не оказывают вредного воздействия на качество печати. При работе с УФ­красками такого произойти не может — ведь краски не могут засохнуть в этих отверстиях, а следовательно, дефекты при печати будут постоянными.

Толщина копировального слоя на трафаретной форме должна быть строго регулируемой, чтобы слой переносимой краски был как можно тоньше — это предотвратит появление проблем.

Качественный оттиск. Брак в печати

В первую очередь необходимо обратить внимание на два важных параметра:

•    адгезия краски к поверхности запечатываемого материала;

•    степень УФ­отверждения краски.

Краски УФ­отверждения, подобно краскам на растворителях, обладают связующим, в котором находятся диспергированные пигменты. Химический состав базы различается, а следовательно, различается формула УФ­красок, которая выбирается в зависимости от предполагаемого применения и запечатываемого материала. Поэтому, если предстоит использование нового материала для печати, нужно подобрать соответствующую краску по технической информации или связавшись с поставщиком красок.

Рис. 4. Тест стойкости УФ-печати по оргстеклу с помощью скотча

Большинство проблем с адгезией УФ­красок связаны с неполным отверждением краски. Для определения причины необходимо провести тест на скотч. К сожалению, определить это не так просто. Сначала вы должны внимательно рассмотреть скотч. Если красочный слой с запечатываемого материала перешел на скотч частично, то это, вероятнее всего, свидетельствует о неполном отверждении красочного слоя, и в этом случае сначала требуется проверить все параметры, влияющие на УФ­отверждение краски, и только затем говорить о проблемах самой подложки. Возможно, что хорошим методом убедиться в том, что «виновата» не печатная основа, является пробная печать краской, в которую добавлено около 5% прозрачной базы. Эта добавка, возможно, даст желаемый результат, если проблема в неполном отверждении красочного слоя — при разбавлении краска становится немного прозрачнее для проникновения УФ­лучей и внутренние слои краски отверждаются лучше.

Если краска перешла на скотч полностью, то, вероятнее всего, вы имеете действительно плохую адгезию к запечатываемому материалу. Для решения проблемы необходимо связаться с поставщиками краски или запечатываемого материала.

Проблема УФ­отверждения в 75% случаев связана с недостаточной полимеризацией, при которой УФ­излучение не полностью проникает сквозь красочный слой и поэтому внутренний слой краски остается жидким. Эта же проблема может приводить к возникновению трещин на поверхности краски, что связано с неодинаковой усадкой верхнего отвержденного слоя красочной поверхности и нижнего неотвержденного. В условиях производства одним из способов обнаружить эту проблему является метод «большого пальца». Это когда большой палец помещается на запечатанную поверхность и с небольшим давлением проворачивается. Если поверхность краски деформируется или смазывается, это говорит о недостаточном отверждении.

При возникновении этой проблемы необходимо логически подойти к ее решению. Во­первых, проверьте параметры модуля или устройства УФ­отверждения:

а) все ли УФ­лампы функционируют правильно,

б) на какой мощности функционируют УФ­лампы (50%, 100%),

в)  чистоту и состояние ламп и отражателей,

г)  время выработки ламп,

д) скорость транспортера.

Проверка по этому списку поможет выявить проблемы, связанные с УФ­сушкой. Пункты в), г) и д) особенно важны, так как часто нарушаются. Если на этой стадии проверки ничего не выявлено, то необходимо исследовать параметры печати:

е) правильность выбора трафаретной сетки,

ж) использование рекомендованного ракеля,

з)  угол установки ракеля,

и) правильность установки давления ракеля,

к)  острота кромки ракельного полотна.

Вышеупомянутые параметры определяют толщину красочного слоя, и их настройка позволяет решить проблемы недостаточного УФ­отверждения.

Необходимо, чтобы добавляемый в краску реактивный разбавитель был полностью отвержден. Добавляйте только требуемое количество разбавителя.

Проверьте, не истек ли срок годности УФ­краски.

Обратите внимание на то, какой цвет печатается. Это важный фактор, так как не все цвета имеют одинаковый уровень реактивности. Ниже указаны приблизительные различия в скорости УФ­отверждения разных цветовых тонов УФ­красок, напечатанных при одинаковых условиях.

Уровень реактивности цветовых тонов красок УФ­отверждения по убыванию:

•    фиолетовый;

•    красный;

•    желтый/оранжевый;

•    синий;

•    черный;

•    зеленый;

•    розовый (пастель);

•    зеленый/голубой (пастель).

Для увеличения реактивности цветов, которые имеют более длительное время УФ­отверждения, можно добавить в краску до 15% прозрачной базы без видимого изменения оттенка краски. Прозрачная основа увеличивает прозрачность краски для УФ­лучей, поэтому красочный слой отверждается быстрее.

Трафарет всегда является эксклюзивным видом печати, а внедрение УФ­материалов позволило значительно увеличить возможности отделки (толщина наносимого слоя, глянец, глиттеры, счищаемые краски и т.д.). Свойство УФ­материалов моментально закрепляться позволило производителям трафаретного оборудования увеличить скорость работы до 4­5 тыс. отт./ч, что также привело к популяризации данного метода печати.

УФ-лакирование

Доля УФ­лакирования в полиграфическом производстве растет из года в год. Прежде всего это обусловлено уникальными свойствами, которые придает УФ­лак оттиску по сравнению с традиционными способами лакировки (масляные, водные, органические лаки).

Преимущества технологии УФ­лака состоят в следующем:

•    ярко выраженный декоративный эффект;

•    повышенная стойкость к истиранию;

•    повышенная химическая стойкость;

•    хорошая адгезия к большинству субстратов;

•    мгновенное высыхание

К недостаткам технологии УФ­лакирования можно отнести следующее:

•    УФ­лаки агрессивны;

•    при работе УФ­ламп выделяется озон;

•    технология требует специального оборудования;

•    лаковая пленка сохраняет запах (за исключением лаков катионной полимеризации).

В типографии лаки УФ­отверждения наносятся офсетным, трафаретным, вальцовым, флексографским и глубоким способами.

Рис. 5. Пример УФ-лакирования

Вальцовый способ нанесения УФ-лаков

Использование лакировальной машины — один из главных способов нанесения лаковых покрытий. Он обеспечивает хорошее качество и достаточно высокую производительность (до 8 тыс. отт./ч).

Существуют две принципиально разные конструкции лакировальных машин — стандартная (без выборочного лакирования) и захватного типа.

Стандартные машины намного проще в устройстве, а следовательно, дешевле. Их применяют для изготовления упаковки с использованием специального клеящегося УФ­отверждаемого лака и соответствующего клея.

Машины захватного типа значительно лучше подходят для изготовления упаковки, так как с их помощью легко осуществить выборочное лакирование, что позволяет применять более дешевые «неклеящиеся» лаки. При этом используется флексографская форма, порезанная офсетная резина или специальная лакировальная пластина, вырезанная вручную или на плоттере.

Заказчик постоянно требует улучшения глянца отлакированных оттисков, но существует ограничение на максимальное количество лака (обычно не более 7 г/м2),
которое можно нанести без образования сильной «апельсиновой корки». Основным условием получения высококачественной лаковой пленки является достаточное время растекания — оно напрямую зависит от длины транспортера и скорости работы машины.

Поэтому при покупке оборудования нужно обратить внимание на расстояние между модулем нанесения лака и УФ­сушкой. Также необходимо устройство для подогрева лака (обычно до 30­40 °С). Нагрев лака снижает его вязкость, а следовательно, он лучше растекается. Но бумага в момент нанесения лака остается холодной, что неизбежно снижает температуру лака и соответственно качество оттиска. Подогрев оттиска после нанесения лака до секции УФ­сушки позволяет заметно улучшить глянец (это возможно при наличии промежуточной ИК­сушки).

Также важна опция удаления противоотмарывающего порошка, избыток которого на оттиске может привести к повышенной шероховатости поверхности лаковой пленки. При лакировании тонкой бумаги нужно предварительно убедиться в возможностях машины (современное оборудование позволяет работать с субстратами плотностью от 60 г/м2).

Реверсный способ лакирования, в отличие от традиционного, позволяет наносить больший слой лака. На обычной лакировальной машине при прохождении листа через лакировальную секцию происходит разделение слоя наносимого лака между наносящим валом и бумагой.

В результате на поверхности лакового слоя образуется характерный рельеф, так называемая апельсиновая корка, которая сохраняется на оттиске после полимеризации лака. Данный эффект функционально зависит от времени растекания лака или от длины машины. Избавиться от «апельсиновой корки» при разумных размерах лакировальной машины, к сожалению, не удается.

Принципиальное отличие реверсного лакирования состоит в том, что обрезиненный лаконаносящий вал вращается против хода листа. В результате удается избежать разделения лаковой пленки после зоны контакта, а нанесение лака больше напоминает полив. Этот способ позволяет полностью исключить появление «апельсиновой корки» и получить качественное покрытие. Однако данный способ имеет ряд ограничений: низкая производительность (в среднем 1500 отт./ч), высокий расход лака (до 10 г/м2), сложности при склейке лакированной продукции и нанесении лака на тонкие бумаги.

В любом случае, в отличие от альтернативных вариантов высококачественной отделки печатной продукции — трафаретного или припрессовки пленки, — реверсное УФ­лакирование обладает неоспоримыми преимуществами:

•    хороший декоративный эффект достигается при меньшей толщине покрытия (реверсное лакирование — 8­10 мкм, трафаретное лакирование — 15­25 мкм, ламинирование — 12­20 мкм);

•    при реверсном варианте используются обычные лаки УФ­полимеризации для вальцовых машин, которые существенно дешевле трафаретных;

•    на пленке лака, нанесенного трафаретным способом, видны небольшие кратеры (особенность технологии) — при реверсном вальцовом нанесении поверхность идеально гладкая;

•    для получения аналогичного результата не нужно организовывать в типографии трафаретный участок со всеми его атрибутами, включая специальное формное отделение;

•    лакировальная машина с реверсным нанесением может работать в обычном режиме нанесения лака со скоростью до 8 тыс. отт./ч;

•    процент брака при реверсном лакировании гораздо ниже, чем при припрессовке пленки.

Таким образом, применение реверсного УФ­лакирования целесообразно на предприятиях, специализирующихся на выпуске высококачественной листовой печатной продукции (открытки, обложки, рекламная продукция, некоторые виды упаковки класса «люкс»).

Нанесение УФ-лака на офсетной машине

В этом случае существует два варианта нанесения лака: через секцию увлажнения и через красочный аппарат. В первом случае переделка машины заключается в замене дукторного вала увлажнения с чехлом на резиновый вал жесткостью порядка 40 ед. по Шор А и всех резиновых валиков аппарата увлажнения на стойкие к УФ­материалам, а кроме того, может понадобиться установка ограничивающих ракелей на дукторном вале увлажнения. При этом красочный аппарат не участвует в нанесении лака и может быть разобран. Такой способ позволяет наносить до 7 г/м2 лака.

При нанесении лака через красочный аппарат необходимо заменить все его валы на стойкие к УФ­материалам, при этом секция увлажнения отключается. Этот способ менее технологичен, так как позволяет наносить не более 3 г/м2 лака, причем используются более вязкие и дорогие лаки.

В любом случае, качество нанесения лака на переоборудованной офсетной машине ниже, чем на лакировальной. Это обусловлено как не приспособленной к нанесению лака системой, так и малым расстоянием между нанесением лака и сушкой, особенно в том случае, когда лампы встраиваются в приемку машины. Заметно улучшить качество оттисков можно путем использования приставной сушки.

Одним из недостатков УФ­лаков является невозможность их нанесения «в линию» на традиционные масляные офсетные краски. Здесь возможен компромисс, который заключается в применении специального водно­дисперсионного праймера на офсетных печатных машинах с двумя лакировальными секциями.

Первая секция, оснащенная ИК­сушкой и обдувом горячим воздухом, служит для нанесения водно­дисперсионного грунта, во второй секции наносится УФ­лак.

Такая технология нанесения на первый взгляд выглядит очень привлекательной: нет нужды использовать дорогие и сложные в работе УФ­отверждаемые краски, отсутствует лишний прогон для нанесения УФ­лака. Но не все так просто.

Во­первых, для достижения приемлемого результата необходимо подобрать очень специфическую пару «грунт/лак». Во­вторых, нужно обеспечить достаточное нанесение этих материалов. В­третьих, сильно ужесточаются требования к подбору бумаги и картона — не на каждом субстрате можно добиться хорошего качества.

Но даже при соблюдении всех вышеизложенных условий качество лакировки будет уступать традиционному нанесению УФ­лака «по сухому». Это вызвано тем, что даже самый хороший водно­дисперсионный грунт не может высохнуть моментально и создать достаточный барьер между незакрепившейся масляной краской и УФ­лаком. Следствием этого явления становится заметное снижение уровня глянца в областях с высокой плотностью запечатки.

Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо на стадии цветоделения осуществлять «вычитание из­под черного» для уменьшения толщины красочного слоя. Также следует подобрать краску с высоким содержанием пигмента и хорошим закреплением.

Одним из самых распространенных видов работ при офсетном нанесении УФ­лака является изготовление упаковки из картона.

При этом перед полиграфистом ставятся четыре основные задачи:

•    возможность последующей склейки;

•    достаточный слой лака, обеспечивающий эстетический результат (глянец или матовость) и устойчивость к внешним воздействиям (как правило, к истиранию);

•    высокая производительность;

•    конкурентная себестоимость.

Три последних требования однозначно определяют выбор оборудования для нанесения лака: либо офсетная машина (красочный аппарат, секция увлажнения, лакировальная секция), либо лакировальная машина, при этом речь может идти только о нанесении лака «по сухому» вторым прогоном, так как УФ­лакирование в линию по традиционным офсетным краскам не обеспечивает необходимого качества.

Флексографский способ нанесения лака в данном варианте не может обеспечить необходимую толщину лаковой пленки, а трафаретный слишком дорог.

Как обеспечить возможность последующей склейки при нанесении лака офсетным способом или на лакировальной машине?

Существует три способа:

•    сплошное лакирование плюс склейка специальным клеем (по лаку);

•    сплошное лакирование плюс фрезерование клапанов для склейки плюс склейка обычным клеем;

•    выборочное лакирование плюс склейка обычным клеем.

При нанесении УФ­лака с помощью офсетной машины можно воспользоваться фотополимерной, резиновой или специальной «лакировальной» формой.

Выборочное лакирование на лакировальной машине возможно только на марках типа Steinemann TopSpot или аналогах. Эти машины также существенно дороже таких, как COLIBRI, на которых выборочное лакирование производить нельзя. Кроме того, всегда следует помнить о стоимости форм для лакирования.

Нанесение УФ-лака трафаретным способом

В основном трафаретная печать служит для изготовления эксклюзивных каталогов, упаковки и т.д.

Возможности для УФ­лакирования в этом способе печати гораздо выше, чем во всех остальных. Это объясняется достаточно простым нанесением практически любого слоя лака (до 20­25 г/м2), что обеспечивает ярко выраженный декоративный эффект. Очень часто для придания оттиску более выразительного вида интересный дизайн сочетают с выборочным лакированием (что также легкодостижимо в этом способе печати) или с двумя видами лаков — матовым и глянцевым.

Лаки для трафаретной печати отличаются от офсетных и флексографских большей вязкостью: около 2­3~ DIN 4 против 40­60” DIN 4. Также эти лаки содержат очень большое количество поверхностно­активных веществ (ПАВ), которые служат для уменьшения поверхностного натяжения лаковой пленки и лучшего растекания по запечатываемой поверхности. Если лак по каким­либо причинам не содержит достаточного количества ПАВ, то высохшая лаковая пленка будет иметь структуру трафаретной сетки.

Также нужно быть осторожным при нанесении большого слоя УФ­лака на картонную упаковку — лаковая пленка может потрескаться в местах сгиба. В этом случае нужно или пытаться подобрать более пластичный лак, или уменьшить толщину наносимой пленки.

Нанесение УФ-лака флексографским способом

Применение УФ­лакирования в флексографской печати началось достаточно давно, и сейчас большинство выпускаемых машин оборудовано хотя бы одной УФ­сушкой в последней печатной секции. Так как краски и лаки для флексографской печати имеют приблизительно одинаковую консистенцию и могут наноситься из последней секции, мы имеем полное право назвать ее печатной.

Широкое распространение УФ­лакирования в флексографской печати вызвано полным отсутствием проблем в использовании этой технологии — УФ­лаки прекрасно ложатся «в линию» на водные, органические и УФ­отверждаемые краски. Основным видом работ, выполняемых с помощью данного вида печати, является изготовление этикеток и упаковки на различных субстратах (бумага, металлизированная бумага, различные пленки), что делает применение УФ­лака незаменимым.

Для данного вида продукции главная цель — произвести впечатление на покупателя, а значит, интересный дизайн и качественная печать должны сопровождаться ярко выраженной декоративной отделкой. Также немаловажным требованием является хорошая стойкость оттисков к истиранию, а иногда и к химическим веществам (в случае печати этикеток). Всего этого можно достичь благодаря применению УФ­лакировки.

Эволюция УФ-технологии

Наряду со стандартной УФ­технологией существуют различные вариации, связанные с техническими инновациями в области разработки источников УФ­излучения.

Ближе всего к стандартной технология так называемого холодного УФ. Используются те же ртутные УФ­лампы, но меньшей мощности. В модуле установлена специальная система охлаждения, и вместо воздуха между лампой и печатным оттиском подается инертный газ (азот). В результате повышается эффективность УФ­лампы за счет оптимального температурного режима работы и отсутствия ингибирования кислородом. Основным недостатком такого технического решения является необходимость использовать азот, однако в этом случае материалы содержат меньше фотоинициаторов, так как кислород препятствует полимеризации. Как известно, фотоинициаторы стоят довольно дорого, поэтому снижение их концентрации приведет к снижению сырьевой себестоимости. Тем не менее производители не только не снизили цены на расходные материалы для этой технологии, но и поставляют их дороже, чем стандартные. Они объясняют это тем, что объемы производств небольшие, поэтому издержки на производство выше. Несмотря на то что за счет низкой температуры УФ­сушки эта технология позволяет печатать на термочувствительных пластиках, она пока не получила широкого распространения.

Дальнейшая эволюция источников УФ­света привела к появлению светодиодных УФ­сушек LED­UV.

Эта относительно молодая технология находится в стадии развития. В качестве источников УФ­излучения используются светодиоды. В отличие от УФ­ламп светодиоды обладают очень узким спектром излучения, что значительно затрудняет выбор фотоинициаторов. Кроме того, мощность светодиодов очень низкая, и торможение полимеризации кислородом становится серьезной проблемой. Для печати с LED­UV­сушками используются нечувствительные к реакции с кислородом катионные материалы. Это также позволяет печатать пищевую упаковку. К тому же LED­UV­сушки потребляют мало энергии, почти не нагреваются, занимают меньше места и служат значительно дольше обычных УФ­ламп.

Особняком стоит электронно­лучевое отверждение (Electronic Beam). В данной технологии вместо ультрафиолетового света используется пучок электронов. Источник излучения по строению напоминает электронно­лучевую трубку от телевизора, но крупнее и гораздо большей мощности. Из­за больших размеров и высокого энергопотребления на печатных машинах устанавливается только одна сушка на выходе, поэтому при разработке материалов необходимо тщательно подбирать липкость, так как все материалы наносятся «мокрым по мокрому».

Отверждение происходит в атмосфере инертного газа (азота), так как кислород не только тормозит полимеризацию, но и препятствует проникновению электронов через слой воздуха. Пучок электронов обладает значительно большей энергией, чем ультрафиолетовый свет, поэтому в красках и лаках для этой технологии нет необходимости в фотоинициаторах, то есть ЭЛ­краски отличаются от УФ­красок в первую очередь отсутствием фотоинициаторов. Благодаря своей высокой энергии электроны проникают глубоко в запечатываемый материал и способствуют отверждению не только нижних слоев краски, но и краски, впитавшейся в поры субстрата. Эта особенность способствует распространению электронно­лучевой технологии среди производителей пищевой упаковки.

* * *

Из всего вышесказанного можно заключить, что технология УФ­лакирования в современной полиграфии незаменима и имеет огромное будущее. Столь отличные от других способов лакирования свойства лаковой пленки объясняются 100­процентным сухим остатком УФ­лаков.

Также хотелось бы отметить, что для любых способов нанесения УФ­лаков существуют специальные добавки, которые могут значительно менять свойства как самого лака, так и лаковой пленки. Например, добавки для улучшения скольжения (двусторонняя лакировка), для улучшения смачивания (сложные материалы, нелакируемые краски), для уменьшения проникновения в пористые основы, для эффекта оптического отбеливания (специальный синий краситель), для повышения реактивности (фотоинициаторы), различные пеногасители и т.д.

Часто, говоря об УФ­лакировке, мы подразумеваем глянцевую отделку, но существуют также матовые и шелковистые (полуматовые) лаки.

Также есть специальные лаки, которые без проблем поддаются горячему тиснению фольгой.

Несмотря на массу возможностей, которые дает УФ­лакировка, в ряде случаев защитных свойств лаковой пленки недостаточно. В первую очередь имеется в виду, что лаковая пленка не усиливает прочностных свойств бумаги или картона, то есть если при сгибе картон ломается, то лаковая пленка тоже трескается. Также не всегда можно обеспечить достаточную защиту от сильных химических реагентов. В обоих приведенных примерах наиболее целесообразным является применение ламинации.

Литература:

1. Сборник статей по полиграфии. Коллектив авторов. Москва, 2011.
2. Современные технологии издательско­полиграфической отрасли. Ф.Романо, 2006.
3.  Энциклопедия по печатным средствам информации. Кипхан Г. Москва, 2

КомпьюАрт 5'2015