Как происходит УФ-печать? Кто же не знает. Источник УФ-излучения засвечивает чернила на материале. А точнее? УФ-излучение сообщает энергию, необходимую для начала полимеризации. А еще точнее? Это уже надо говорить дольше и показывать.
Механизм радикальной полимеризации
В общем, струйные УФ-чернила для широкоформатной печати состоят из фото-восприимчивых частиц, колорантов (пигменты или красители), фотоинициаторов и добавок. УФ-реактивные «строительные блоки», которые отвечают за полимеризацию придают составу существенную часть свойств. Эти компоненты должны обладать соответствующей функциональностью для запуска полимеризации свободных радикалов и преимущественно основываются на моно-и мультифункциональных акрилат-мономерах и олигомерах.
Фотоиндуцированная полимеризация проходит в четыре этапа, как показано на рисунке 1. На первом этапе фотоинициатор разлагается под воздействием УФ-облучения с образованием свободных радикалов (шаг 1).
Нестабильность углерод-углеродных двойных связей акрилатных групп мономера (или олигомеров) открывает путь к реакции с этим фотосгенерированным радикалом, увеличивая их количество и запуску цепной реакции полимеризации (шаг 2). На следующем этапе сформированный радикал реагирует с другими акрилатными группами для создания полимерной цепи, которая в конечном итоге и приводит к отверждению струйных чернил. В теории распространение реакции (шаг 3) будет продолжаться, пока все акрилатные группы участвуют и полимеризуются. Тем не менее, во время процесса полимеризации увеличивается вязкость чернил, что приводит к торможению расширения «сети». Кроме того, также может произойти прекращение реакции (шаг 4) из-за рекомбинации радикалов или диспропорционирования. Оба процесса приводят к дезактивации распространения радикалов, и таким образом — к прерыванию реакции полимеризации.
Рисунок 1: Механизм радикальной полимеризации:
Шаг 1: образование свободных радикалов; шаг 2: формирование цепи; шаг 3: расширение цепи; шаг 4: завершение реакции (а рекомбинация, б диспропорционирование).
Акрилатный материал для радикальной полимеризации
Одной из главных проблем в развитии струйных УФ-чернил является их требовательность. В дополнение к обычным требованиям, таким как длительный срок хранения, чернила должны подходить для различных печатных устройств. В частности, для достижения высокого качество печати поверхностное натяжение и вязкость чернил должны отвечать требованиям используемой печатающей головки. В отличие от красок и лаков используемых в традиционных методах печати, таких как литография, флексография и трафарет, струйные чернила должны обладать очень низкой вязкостью. Это ограничение существенно уменьшает долю вязких веществ и клеев, которые могут быть включены в состав чернил. Акриловые олигомеры, которые используются в УФ-отверждаемых составах, зачастую слишком вязкие для струйных целей. По этой причине, чаще используются акрилатные мономеры. Получается, что скорость отверждения УФ-чернил зависит от количества функциональных возможностей каждого акрилатного мономера. Для того, чтобы обеспечить разумную скорость отверждения часто нужно добавить небольшое количество мономеров высокой вязкости, способных образовывать три-четыре связи. Кроме соответствующей вязкости, очень важный для струйной технологии физический параметр — поверхностное натяжение, которое будет определять положение мениска внутри дюзы при образовании капли. Поверхностное натяжение должно быть достаточно высоким, чтобы чернила в соплах не выливались, но достаточно низким, чтобы гарантировать выброс чернильных капель.
Еще один важный параметром, который должен быть рассмотрен — это адгезия к носителю. Самым сложным вопросом разработки чернильной формулы становится адгезия к некоторым пластикам. Этот параметр определяется, в основном химической активностью используемых акрилатов. Проблем не возникает с целым рядом материалов: полиметилметакрилат, поливинилхлорид, полиамид и поликарбоната. Такие мономеры, как 2-феноксиэтилакрилат (рис.2а) и тетрагидрофурфурил акрилат (рис. 2 b) становятся отличным выбором для увеличения адгезии к полярным пластикам и обычно входят в формулы многих чернила. Неполярные пластмассы, таких как политетрафторэтилен, полиэтилен, полипропилен и полистирол проблемнее. Для них эффективность по
казывает, например, 1,3-бутиленгликоль диакрилат (рис 2c).
Рисунок 2: Некоторые акрилаты, которые способствуют адгезии к полимерной подложке: а) 2-феноксиэтилакрилат, b) тетрагидрофурфурил акрилат, с} 1,3-бутиленгликоль диакрилат
Катионные системы
Несмотря на то, катионные системы отверждения традиционно были ориентированы на нишевые приложения, этот тип химии имеет много преимуществ, в том числе отлчину. адгезию к металлам, полиолефинам и стеклу. Они также обеспечивают меньшую усадку при полимеризации и устойчивы к кислородной ингибиции. Механизм отверждения на основе реакции катионной полимеризации эпоксидов или винилэфиры. Эта реакция индуцируется фотогенерированными кислотными группами и приводит к «сшиванию» мономеров и олигомеров, и, следовательно, к образованию полимерной «сети». Тем не менее, механизм этой системы не всесилен и полимеризациия существенно тормозится при наличии влаги (вода может выступать в качестве реагента), так что влажность воздуха в помещении влияет на процесс. Но основным недостатком является, конечно, узкий круг сырья для чернил доступного разработчику, чем ограничивается гибкость всей системы.
Пока что хорошо изученным и самым применяемым на практике останется состав чернил на основе акрилатов и механизм радикальной полимеризации.
