УФ-печать по винилу: информация для размышления

С внедрением УФ-печати пошли разговоры об использовании новой технологии для печати на ПВХ-пленках и банерных тканях. Скептики напоминали, что эти материалы порой ведут себя капризно. Оптимисты отвечали, что УФ все нипочем. Практика у всех разная, а пока предлагаем немного теории и эксперимента, проведенного за рубежом.

Экспериментальная часть

Использованы два реальных ПВХ-носителя, которые продаются различными поставщиками под квази-идентичными названиями. Чтобы не заниматься рекламой они названы носитель 1 и носитель 2. Рассмотрим материалы под электронным микроскопом.



Рисунок 1
(а) Сечение носителя 1 под электронным микроскопом. Ясно различимы текстильные волокна, наполнитель и покрытие. Толщина покрытия различается. Видно, что наполнитель с высокими порядковыми номерами (яркие точки) сосредоточен во внутреннем слое, тогда как верхний слой состоит только из более легких материалов.
(б) BSE изображение поверхности носителя 1. Неоднородность покрытия обнаруживается по ярким пятнам – они показывают, что покрытие имеет разрывы и в этих точках просвечивает основной наполнитель. Различия можно увидеть и в верхнем слое тоже. Например, яркие зерна соответствуют более высокому проценту кремния.
(в) ИК-спектр носителя 1 измеряется в пяти различных точках на поверхности. Нарушения могут быть обнаружены в местах отпечатков пальцев (выявлены нарушения, которые указывают на неравномерное распределение наполнителя и т.д.).
(г) Первый и второй запуск ДСК (10 К/мин). В первом фазовый переход около 50C («память» - thermal history), который может быть стерт. Во второй серии во всем диапазоне температур обнаружены только слабые переходы.



Рисунок 2
(а) Сечение носителя 1 под электронным микроскопом. Ясно различимы текстильные волокна, наполнитель и покрытие. Органический слой пронизан тяжелыми наполнителями, которые могут быть идентифицированы как сульфат бария и оксид титана с помощью анализа EDX. Верхний слой полимера толще и более однородный.
(б) BSE изображение поверхности носителя 2. Подтверждается однородный состав и на поверхности, лишь с отдельными «проколами»..
(в) ИК-спектры носителя 2 в пяти различных точках. Есть лишь несколько химических неоднородностей.
(г) Первый и второй запуск ДСК (10 К/мин). Результаты термического анализа аналогичен носителю 1.

Осмысление результатов

Хотя материалы продаются под сходными именами, они существенно различаются по толщине поверхностного слоя, однородности, а также по типу и распределению наполнителя. Например, для носителя 1 явны резкие колебания толщины полимерного покрытия толщиной с выходом на поверхность наполнителей. В то же время в носителе 2 мы видим однородный поверхностный слой с равномерным распределением компонентов.

Даже из этих простых электронно-микроскопических исследований, которые согласуются с результатами ИК-спектроскопии, можно сделать вывод, что винил от разных производителей - даже с похожими названиями продуктов - может на практике вести себя по-разному из-за материально-химических различий. Неоднородность поверхностного слоя или распределения добавок, пластификаторов и т.п. может иметь негативное влияние на поведение носителя при сгибании (микро-разрывы). Этот эффект усиливается при внешнем воздействии, таком как холод (возникают микроскопические трещины при механической нагрузке) или влажность (вымывание наполнителей и пластификаторов).

Эти процессы, происходящие на микроуровне, во многих случаях непосредственно не ограничивают использование материалов, тем не менее имеют влияние на дальнейшее использование, отделочные процессы и струйную печать. Трудности струйной печати УФ-чернилами на виниле возникают из-за высоких скоростей и краткого времени облучения чернил. При этом неоднородность или очень тонкое покрытие может привести к местным отслоениям краски. Некоторые наполнители также оказывают негативное воздействие на поверхность подложки (выход пластификатора наружу), ограничивая возможности образования химических связей чернил с носителем. Механические напряжения или трещины в подложке (например, микро-разрывы из-за воздействия холода), конечно, не могут быть «заклеены» УФ-чернилами и приводят к проблемам с адгезией, поэтому проблемы струйной печати на виниле закономерно учащаются в зимние месяцы.

Другой фактор, который не следует игнорировать в струйной печати на виниле – это температурная «память» (thermal history) материалов для печати. Как видно из рисунков 1d и 2d, образцы субстратов свидетельствуют о заметном тепловом переходе на отметке ок.50С. Он отражает условия производства (скорость охлаждения покрытия), транспортировки, хранения. Последствия могут быть ликвидированы с помощью стабилизации (прогрева субстрата выше текущей температуры - здесь ок. 50-60С). В особенно «памятливых» местах наблюдается интенсивное взаимодействие полимерных цепей. Если чернила сталкиваются с такими напряженными области полимеров, требуется значительно больший вброс энергии для полимеризации чернил с приемлемой адгезией. Принтер не способен принять во внимание «память» материала, а значит в этих участках адгезия будет слабее и/или менее однородной. Это чревато дальнейшим снижением адгезии и повышенным образованием микро-трещин на носителе (например, перегибы, холодные условия окружающей среды и механические нагрузки и т.д.). Разумеется не нужно засовывать материал в печь. Чтобы стереть «память» может оказаться достаточно нагрева рабочего стола и тепла от УФ-ламп в крупноформатных принтерах. Хотя тепло прямо пропорционально дозе УФ, все таки грани параметров печатного процесса достаточно узки. Если увлечься можно переборщить как с отверждением чернил (УФ-доза слишком высока), так и с нагревом материала (полезет пластификатор).

Заключение

Хотя подходящий выбор сырья делает УФ-печать на виниле технически возможной, большой разброс результатов все-таки может возникать в связи с адгезией чернил, снижением гибкости и т.п. при прочих равных условиях печати (те же чернила, принтер и т.д.). Специфические параметры материала (толщина слоя полимера, однородность, распределение наполнителя и пластификатора, «память» и т. д.) также играют решающую роль, и могут сильно отличаться друг от друга в разных субстратах и ограничить практические области применения. Таким образом в организации УФ-печати на ПВХ-материалах рекомендуется уделять внимание не только параметрам печати, но и вдумчивому выбору, транспортировке и хранению материалов.