TEHNOLOGIA DE POLIMERIZARE CU AJUTORUL RADIATIEI UV

TEHNOLOGIA DE POLIMERIZARE CU AJUTORUL RADIATIEI UV

Cernelurile si lacurile care nu contin sau contin cantitati mici de solvent castiga din ce in ce mai multa importanta. Bineinteles ca in aceasta categorie intra sistemele cu polimerizare UV.

Avantajele cernelurilor UV sunt evidente, initial a contat cel mai mult protejarea mediului cernelurile UV aproape ca nu contin solventi , deci nu sunt poluante. Intre timp, oricum, utilizatorii au fost convinsi de beneficiile economice ale acestui sistem. Straturile aplicate sunt uscate imediat dupa procesul de polimerizare si o procesare ulterioara se poate face imediat. Astfel productia este rapida si costurile sunt mult mai eficiente.

Sistemul de polimerizare cu ajutorul radiatiei UV consta dintr-o rasina reactiva (oligomeri sau prepolimeri) si un solvent reactiv, care se mai numeste monomer. Datorita reactiei chimice, monomerii sunt blocati intre lanturile de polimeri , contribuind astfel la formarea filmului de cerneala. Doar energia radiatiei UV nu este suficienta pentru a se produce polimerizarea. Din acest motiv, in cerneluri sau lacuri se amesteca fotoinitiatori sau fotosensibilizatori.

Se utilizeaza doua sisteme UV, bazate pe doua mecanisme de reactie diferite:

Polimerizarea radicalica UV a lacurilor si a cernelurilor.

Polimerizarea cationica UV a lacurilor si a cernelurilor.

In mod curent, o cota mare a pietei o au cernelurile cu polimerizare radicalica. Cernelurile cu polimerizare cationica sunt o exceptie, in special in aplicatiile serigrafice.

Diferentele dintre mecanismele lor, avantajele si dezavantajele lor sunt urmatoarele:

CERNELURI CU POLIMERIZARE RADICALICA

Pentru acest tip de cerneluri sunt folosite rasini nesaturate, cu grupari foarte reactive, care vor da o reactie de reticulare cu monomeri cu grupe terminale de acid acrilic (esteri acrilici). In amestec cu acrilatii, pot fi reticulati in acelasi mod si alti compusi cu duble legaturi reactive, precum rasini poliesterice nesaturate si monomeri vinilici precum stirenul.

Daca sunt expusi la radiatii UV, fotoinitiatorii se descompun spontan in radicali liberi care vor initia reactia de polimerizare. Acesti radicali reactioneaza cu dubla legatura a rasinii sau a monomerului, rezultand o crestere a (macro)radicalului. O alta molecula de rasina sau monomer se va atasa la acesti radicali. Se va produce o crestere rapida a lantului, care nu se va opri decat printr-o reactie de intrerupere a lantului. Astfel se va forma o structura macromoleculara reticulata tridimensionala, insolubila si rigida. Toate acestea se intampla in cateva secunde sau zecimi de secunda, deci imediat dupa polimerizare se formeaza o pelicula cu rezistenta mare.

Oxigenul din aer poate interfera cu aceasta reactie. Radicalii necesari pentru polimerizare au tendinta sa reactioneze cu oxigenul la suprafata, aceasta reducand randamentul polimerizarii. Expertii numesc aceasta efectul de inhibare al oxigenului. Astfel, unele cuptoare lucreaza cu gaze inerte, in acest fel viteza de reactie poate fi crescuta semnificativ sau pot fi utilizate cerneluri cu un continut scazut de fotoinitiator (scump). Echipamentele cu gaz inert sunt rar folosite in aplicatiile serigrafice, oricum uneori sunt folosite pentru aplicatii de lacuri- in special in industria de automobile.

In timpul polimerizarii are loc o contractie de volum. Aceasta are efecte negative; adeziunea pe substraturi dificile este greu de obtinut si pe de alta parte tensiunile din substrat pot cauza curbarea suprafetei; in special la materialele subtiri precum etichetele, va apare efectul de margine curbata. In general, contractia de volum in timpul polimerizarii este de aproximativ 5-15 %, in functie de compozitie.

De obicei, monomerii nereactionati din cerneala cu polimerizare radicalica UV sunt mai mult sau mai putin iritanti pentru piele si au un efect de sensibilizare a pielii. Deasemenea manipularea cernelurilor UV necesita masuri de precautie potrivite. Cernelurile polimerizate, pe de alta parte, nu prezinta nici un risc.

CERNELURI CU POLIMERIZARE CATIONICA

Polimerizarea cationica are un mecanism de reactie diferit. Rasina de baza a acestui tip de cerneala este un compus ce contine grupari oxiranice. Initiatorul folosit este un acid Lewis sau Broensted mascat, care e activat prin expunere. In continuare, procedura corespunde cu polimerizarea acida a sistemelor conventionale.

Uzual, rasina folosita este cicloalifatica epoxi, cu reactivitate mare. Protonul continut de acid induce deschiderea inelelor epoxidice, initiind polimerizarea cu lanturi continue, in crestere. Contractia de volum cu acest tip de polimerizare este mai scazut, in general circa 3-5%, caz in care adeziunea este mai buna pentru alte substrate.

Contrar cu polimerizarea initiata radicalic, aici produsii scindarii fotoinitiatorului rezista mai mult; astfel reactia continua si dupa expunere. Polimerizarea incepe la suprafata, si apoi continua lent. Acidul poate difuza prin substratul inca lichid si sa polimerizeze aceste parti care nu au fost expuse direct. Procesul de polimerizare continua la intuneric. Acest proces poate fi avantajos pentru imprimari cu cerneluri foarte opace, cand razele UV nu penetreaza tot stratul, catre substrat, care pe de alta parte ar cauza o polimerizare insuficienta in cazul cernelurilor cu polimerizare radicalica.

Combinarea epoxizilor cu polioli permite ajustarea pe scara larga a proprietatilor filmului de cerneala de la rigid la flexibil, in functie de cerintele individuale.

Procesarea cernelurilor UV cu polimerizare cationica nu necesita masuri speciale, datorita urmatoarelor proprietati care trebuiesc luate in consideratie. De obicei, cand se lucreaza cu orice tip de cerneala, masina trebuie sa fie curatata in prealabil, chiar si cele mai mici urme de substante alkaline pot incetini sau chiar stopa polimerizarea completa. De exemplu contaminarea cu amine poate sa fie din cauza aminelor continute des de cernelurile UV radicalice. Deasemenea, unii pigmenti sau filleri au proprietati alkaline, deci lacurile de acoperire UV cationice nu pot polimeriza peste cerneluri ce contin pigmenti alcalini. In plus, agentii si aditivii auxiliari pot avea caracter alcalin; daca sunt adaugati in cerneluri, acestea vor deveni inutilizabile. Deci sunt necesare intotdeauna pre-teste.

Unul dintre avantajele esentiale este acela ca este insensibila fata de oxigen. Oricum, umiditatea crescuta poate avea efecte defavorizante asupra polimerizarii. Folosirea unui cuptor IR inaintea celui UV poate fi destul de avantajoasa. Pe deoparte umiditatea relativa este redusa, iar pe dealtaparte chiar si o mica crestere de temperatura va imbunatati viteza de reactie in timpul expunerii UV. Deci caldura va mari post polimerizarea dupa uscare.

In general cernelurile UV cationice au un potential de risc mai scazut decat cernelurile cu polimerizare radicalica. Mirosul cernelii lichide precum si a celei polimerizate este scazut. Aceste proprietati sunt favorabile pentru utilizatori.

Pe scurt, toate avantajele sunt:

Filmele au o foarte buna flexibilitate

Aderenta pe plastice, metale si sticla este foarte buna

Aproape ca nu au miros

Rezistenta excelenta la abraziune

Rezistenta chimica buna

Efect de bariera mare

In ciuda acestor proprietati excelente sunt si urmatoarele limitari:

Ca la toate sistemele epoxidice, rezistenta outdoor este inca limitata, chiar daca se pot obtine imbunatatiri semnificative folosind anumiti aditivi

Pretul materialelor prime pentru cernelurile si lacurile UV cationice sunt mult mai mari decat al celor pentru sistemele radicalice comune. La acest aspect am vrea sa punem punct pe afinitatea lacurilor epoxi conventionale, care pot fi procesate fie in cuptor, fie ca sisteme in doi componenti. Procesarea acestor sisteme conventionale costa mai mult timp si mai multi bani decat sistemele cu polimerizare UV, facand astfel diferente mari de cost ale materialelor. Ca intreg, tehnologia UV, poate fi chiar mai ieftina.

Chiar daca cantitatea de cerneluri si lacuri UV cationice folosite este complet scazuta, Departamentul de Cercetare si Dezvoltare al Coates urmareste indeaproape acest tip de cerneluri. In special pentru acele aplicatii unde folosirea cernelurilor UV conventionale vor ajunge la limita capacitatii, ne asteptam sa ajungem sa stapanim noi cerinte tehnice. In plus, preturile actuale mari pentru fotoinitiatori vor scade incet, dar sigur.

Daca aceasta tendinta continua, cernelurile UV cationice vor castiga sigur semnificatie in viitor. Coates Screen Inks GmbH este deja pregatit pentru a face fata acestor noi cerinte.Edwin Tafelmeier

Research & Development

Coates Screen Inks GmbH

PAGE 2