Д о б р о   п о ж а л о в а т ь   н а   W e b - с е р в е р   ж у р н а л а   М и р   Э т и к е т к и
Архив изданий
2001
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2002
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2003
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
 
2004
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2005
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2006
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
 
2007
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2008
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2009
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
 
2010
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2011
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
2012
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
 

Мир этикетки №3'2003
Мир этикетки №3'2003
Разделы
О нас
Журнал
Реклама
Архив изданий
Архив изданий
Поиск в архиве изданий


.

ast-rf.ru: автопогрузчик в Екатеринбурге. .

 

УФ-краски и лаки: состав, основные характеристики

Михаил Яклаков

Состав УФ-красок и лаков радикального отверждения

   Олигомеры

   Реакционноспособные мономеры-разбавители

   Фотоинициаторы

Достоинства и недостатки УФ-красок и лаков радикального отверждения

УФ-лаки и краски катионного отверждения

Сравнение красок катионного и радикального отверждения

 

В российской полиграфии и упаковке за последние пять лет резко возрос интерес к УФ-краскам и лакам, а многие предприятия уже вполне уверенно их используют. В Европе, Северной Америке и Японии такие композиции успешно используются уже около двадцати лет.

В нашей стране до середины 90-х годов композиции на основе УФ-красок и лаков широко использовали только мебельщики, также производились небольшие полупромышленные партии трафаретных УФ-красок для радиоэлектронной промышленности, разработанные учеными МГУП. Отсутствие в отечественных типографиях в то время оборудования для УФ-сушки тормозило развитие российской УФ-полиграфии. Сегодня, после прихода на отечественный рынок зарубежного оборудования и технологий, ситуация в корне изменилась. Совершенно очевидно, что УФ-краски имеют очень широкие перспективы роста и на западном, и на быстро развивающемся российском рынках. Приведенные на рис. 1, 2, 3 диаграммы и данные табл. 1 наглядно иллюстрируют как нынешнее состояние, так и перспективы роста УФ-технологии1.

Для успешной работы с данными материалами необходимо хорошо знать особенности их состава, их принципиальные отличиями от традиционных лакокрасочных материалов, четко представлять их достоинства и недостатки. Только такой подход позволяет сделать технологически и экономически оправданный выбор в пользу УФ-материалов и технологии.

Состав УФ-красок и лаков радикального отверждения

В табл. 2 проведено сравнение принципиального состава различных красок для флексографской печати. Главные отличия УФ-отверждаемых материалов от традиционных лаков и красок — это, во-первых, отсутствие испаряющихся или впитывающихся растворителей, а во-вторых, наличие принципиально нового компонента — фотоинициатора.

Остановимся немного подробнее на основных составляющих УФ-краски.

В начало В начало

Олигомеры

Практически весь комплекс свойств УФ-красок (реология, скорость высыхания, химическая и механическая стойкость красочной пленки и др.) в первую очередь определяется пленкообразующим компонентом — реакционноспособными олигомерами (или смолами, как их часто называют в обычных красках). Реакционноспособными их именуют потому, что они включают функциональные акрилатные группы — как правило, концевые, являющиеся ацильными остатками акриловой (иногда метакриловой) кислоты СН2=СН-С(О)-.

Двойные С=С-связи этих групп легко могут полимеризоваться по обычному радикальному механизму с очень высокой скоростью. Специальными химическими приемами акрилатные группы (обычно — две, реже — три или более) вводят в такие хорошо известные полимеры (олигомеры) как эпоксидные смолы, полиуретаны, простые полиэфиры (например, полиалкиленоксиды). Общую схема такого акрилового олигомера представлена на рис. 4. Волнистая линия представляет полимерную цепь эпоксида, полиуретана, простого полиэфира или другого полимера.

Наиболее часто в состав УФ-красок и лаков включаются следующие олигомеры:

  • эпоксиакрилаты (еpoxyacrylates) — самые дешевые из современных олигомеров, вследствие чего они используются в составе УФ-лаков и красок чаще всего. Самое широкое применение нашли эпоксиакрилаты на основе ароматических бисфенолов;
  • полиэфиракрилаты (рolyetheracrylates) — несколько более дорогие, но менее вязкие и более эластичные пленкообразующие олигомеры. Наиболее распространены полиэфиракрилаты на основе диэтиленгликолей, полиэтиленгликолей и полипропиленгликолей;
  • олигоуретанакрилаты (оligourethaneacrylates) — самые дорогие олигомеры, позволяющие получать высококачественные и эластичные красочные пленки с очень хорошей адгезией и стойкостью к истиранию.

Каждая из указанных групп олигомеров придает УФ-краскам соответствующие свойства: либо бóльшую реакционную способность, либо высокую текучесть (более низкую вязкость), либо твердость или эластичность и т.д. (см. диаграмму на рис. 5). Умелой их комбинацией можно должным образом сбалансировать свойства красок по всем требуемым показателям. Предлагаемые на рынке краски различных производителей различаются в основном типами и соотношениями входящих в их состав олигомеров, поэтому для правильного выбора краски потребителю всегда следует оговаривать с поставщиком весь комплекс требований к печатной продукции.

В начало В начало

Реакционноспособные мономеры-разбавители

В значительной степени эти низкомолекулярные соединения схожи с растворителями обычных красок, по одной принципиальной разницей: они не являются летучими соединениями, не удаляются из краски при сушке, а также наравне с олигомерами полимеризуются, формируя единую высокомолекулярную структуру твердой красочной пленки, для чего мономеры имеют такие же акрилатные группы. Естественно, что в силу указанных причин мономеры влияют на физико-химические и механические свойства красочных пленок. Некоторые наиболее распространенные мономеры приведены в табл. 3.

Необходимо отметить, что именно мономеры в основном ответственны за характерный запах «сырых» УФ-красок и лаков, а также раздражающе воздействуют на кожу и слизистые. Вследствие этого усилия исследователей и производителей УФ-красок направлены на разработку низковязких олигомеров, чтобы минимизировать содержание низкомолекулярных мономеров-разбавителей или вообще исключить их из состава красок.

В начало В начало

Фотоинициаторы

Энергии УФ-излучения даже самого жесткого диапазона С (100-280 нм, 428-599 кДж/Эйнштейн) недостаточно для разрыва С=С-связей олигомера и мономера, поэтому в состав УФ-композиций вводят специальные вещества — фотоинициаторы (ФИ), которые за счет поглощения энергии УФ-источника и соответствующих фотохимических реакций генерируют свободные радикалы (R●). Эти последние и вызывают (инициируют) реакцию полимеризации акрилатных мономеров и олигомеров (М) по следующей схеме:

  1. Инициирование:

    ФИ → R● + R●

  2. Рост цепи:

    R● + М → RМ●

    RМ● + М → RMM●

    RMM● + М → RMMМ● и т.д.

  3. Обрыв цепи (например, посредством рекомбинации):

    R-(M)х-M● + ●М-(М)х-R → R-(M)х+х+2-RM

Генерирование радикалов может происходить по двум основным схемам, в соответствии с которыми ФИ делят на две группы:

  • фотофрагментационные ФИ, молекулы которых диссоциируют на два радикала, например, эфиры бензоина, диалкилбензилкетали и др.;
  • фотоинициаторы Н-отрыва: ФИ отрывает подвижный атом водорода от молекулы мономера или олигомера (R—H) с образованием пары активных радикалов.

Фотоинициаторы Н-отрыва, к которым относятся, в частности, бензофенон и его производные, антрахиноны, тиоксантоны и др., часто используют вместе с соинициаторами — третичными аминами, которые не только выполняют роль донора протонов, повышая эффективность ФИ, но и реагируют с кислородом, существенно снижая его содержание в композиции. Последнее очень важно, так как кислород оказывает нежелательное ингибирующее действие, то есть замедляет скорость отверждения УФ-краски.

В УФ-лаках и трафаретных красках, наносимых довольно толстыми слоями, обычно используют первую группу ФИ, а для печати тонкими красочными слоями (офсет, флексо), когда контакт с кислородом и его диффузия в краску имеют решающее значение, предпочтительнее будут ФИ второй группы вместе с аминовым соинициатором.

В УФ-композициях, наносимых тонкими слоями, содержание ФИ повышено (около 8-10 %), а при толстых слоях, например в лаковых составах, содержание ФИ всегда должно быть меньше (4–6 %), иначе основная доля потока УФ-излучения будет поглощаться верхними слоями покрытия, а у основания композиция будет оставаться недостаточно отвержденной. Нарушение этого правила приводит к таким дефектам, как сморщивание покрытия (так называемая апельсиновая корка), а также к очень плохой адгезии. Поэтому повышение реактивности УФ-краски или лака посредством добавления фотоинициаторов может привести к негативным последствиям.

На рис. 6 схематично представлен процесс отверждения УФ-композиций с образованием сшитого сетчатого полимера. В данном случае сшитая пространственная структура обеспечивает высокую химическую и механическую стойкость красочных пленок УФ-покрытий.

В начало В начало

Достоинства и недостатки УФ-красок и лаков радикального отверждения

Производство этикетки является одной из самых перспективных областей для применения УФ-материалов. Особенно большой интерес представляют УФ-лаки. Наряду с отличным декоративным эффектом сшитая структура УФ-полимера придает запечатанной поверхности высокие защитные свойства: химическую устойчивость, стойкость к механическим воздействиям. В ряде случаев не требуется даже больших затрат на оборудование — достаточно оснастить одну печатную секцию флексомашины УФ-модулем. При этом УФ-лак без проблем наносится на водные и органорастворимые флексографские краски.

Что касается пигментированных УФ-красок, то благодаря их мгновенному закреплению они незаменимы для трафаретной печати, особенно многокрасочной. Наиболее устойчивый рост использования УФ-красок характерен в настоящее время для флексографии. Высокий глянец УФ-красок во многих случаях устраняет необходимость нанесения лака, к тому же по своим защитным свойствам такие краски практически не уступают лакам.

УФ-краски применяются в основном для печати на различных бумагах и картонах. Если необходимо запечатывать фольгу, металлизированные пленки, а иногда и обычные полимерные пленки, то подход к выбору УФ-красок должен быть более осторожным. Очень быстрое закрепление, усадка и значительные внутренние напряжения создают некоторые проблемы с адгезией к подобным субстратам. Поэтому в этой ситуации предпочтительнее использовать традиционные органорастворимые краски, на которые затем можно наносить УФ-лак.

Главные преимущества и недостатки УФ-красок и лаков представлены в табл. 4 и 5.

В начало В начало

УФ-лаки и краски катионного отверждения

Для решения проблем, связанных с адгезией при использовании рассмотренных выше УФ-композиций радикального отверждения, была разработана группа УФ-красок и лаков так называемого катионного отверждения. Фотоинициаторами для этих красок являются специальные соединения — четвертичные ониевые соли кислот Льюиса, например триарилсульфониевые соли, которые под воздействием УФ-облучения распадаются с образованием активного катиона, инициирующего полимеризацию (рис. 7).

В отличие от радикальных УФ-красок в качестве связующего-пленкообразователя здесь используются не акрилаты, а эпоксидные смолы — обычно низковязкие алифатические эпоксиды, полимеризующиеся по катионному механизму с раскрытием эпоксидного цикла (рис. 8, 9).

Главные особенности катионных УФ-красок — низкая чувствительность к кислороду и возможность дальнейшего протекания полимеризации даже в темноте. Начальный мощный импульс УФ-облучения необходим для высокого выхода инициирующих катионов. Скорость катионных композиций закрепления ниже, чем у радикальных, но зато внутренние напряжения в отвержденном полимере успевают релаксировать за счет конформационных перегруппировок макромолекулярных цепей. Поэтому катионные УФ-краски имеют очень высокую адгезию, в том числе и к проблемным субстратам.

В начало В начало

Сравнение красок катионного и радикального отверждения

В табл. 6 и 7 приведены сравнительные характеристики, обеих групп УФ-композиций, позволяющие сделать обоснованный выбор между ними.

Катионные УФ-краски во многом превосходят радикальные, но стоят значительно дороже. Применение катионных композиций целесообразно только в тех случаях, когда требуется очень высокая адгезия к пластикам и металлам, или предъявляются жесткие требования к термостойкости и химической устойчивости красочного оттиска. По этим показателям катионные УФ-краски сравнимы с двухкомпонентными каталитическими красками, превосходя их по экологичности и по скорости отверждения. Еще одно достоинство катионных систем — отсутствие проблем с раздражающим действием и запахом, присущих радикальным краскам. Однако столь сложные материалы требуют, очень высокой культуры работы.

Мир Этикетки 3'2003