Het fenomeen dat de drukinkt hecht aan het oppervlak van het printsubstraat is een fenomeen van adsorptie. Meestal maken we er een grensvlakverschijnsel van. Het heeft betrekking op de hechting van atomen en moleculen van de ene stof aan het oppervlak van een andere. Er is nog een soortgelijk fenomeen dat “absorptie” wordt genoemd; het is ook een grensvlakverschijnsel. Het proces omvat de uniforme permeatie van atomen en moleculen van de ene stof door het grensvlak, waardoor ze kunnen doordringen in de binnenruimten tussen de atomen of moleculen van een andere stof. Wanneer zowel adsorptie als absorptie gelijktijdig plaatsvinden, wordt de term ‘adhesie’ gebruikt om dit fenomeen te beschrijven. Hechtsterkte, ook wel adhesie genoemd, geeft de kracht aan waarmee inkt zich aan het printoppervlak hecht. Om deze hechting te verbeteren moeten twee primaire aspecten prioriteit krijgen: de geschiktheid van de inkt voor afdrukken en de bedrukbaarheid van het substraatmateriaal.
1. Inktafdrukbaarheid
1. De cruciale rol van hars in inktformuleringen wordt onderstreept door de compatibiliteit ervan met het substraat, omdat het een cruciaal onderdeel is van het inktvehikel dat rechtstreeks van invloed is op de hechtsterkte. In de standaardpraktijk vereist de inktselectie voor metalen substraten het gebruik van epoxyhars als bindmiddel, vanwege de epoxygroepen en de reactieve aard ervan die een robuuste hechting bij verknoping bevorderen. Omgekeerd moet bij polyethyleenkunststoffen de bindhars het substraatmateriaal weerspiegelen, waarbij polyethyleen wordt gebruikt voor optimale bedrukbaarheid. Op dezelfde manier dient polypropyleen als het geschikte bindmiddel bij het printen op polypropyleensubstraten, omdat ze vergelijkbare polariteit en molecuulgewichten delen. Voor polyurethaanmaterialen zorgt het gebruik van polyurethaanhars als bindmiddel ervoor dat de inktfilmlaag uitzonderlijke duurzaamheid, slijtvastheid en hechtingseigenschappen bezit bij het afdrukken.
2. Effectief printen op een substraat vereist een nauwe afstemming van de oplosbaarheidsparameters tussen het harsoplosmiddel en de substraatcomponenten in de inkt. Wanneer deze parameters op één lijn liggen, oefent het oplosmiddel een zwellend effect uit op het substraatoppervlak, waardoor het passeren van de hars over het grensvlak en de penetratie in het inwendige van het substraat wordt vergemakkelijkt. Dit proces resulteert uiteindelijk in de vorming van een sterke en duurzame hechting tussen de inkt en het substraat.
3. Toevoeging van geschikte additieven.
Om de hechting te bevorderen is het inbouwen van geschikte hechtingsbevorderaars van het grootste belang. Deze promotors fungeren als koppelingsmiddelen, waardoor de hechting tussen de hars in de inkt en het polymeersubstraatmateriaal wordt gestroomlijnd, waardoor uiteindelijk het hechtingsvermogen van de inkt wordt verbeterd.
Bovendien speelt de opname van verknopingsmiddelen een cruciale rol bij het versterken van de hechting. Door verknopingen in de lijm te creëren, verlagen deze middelen niet alleen de filmvormingstemperatuur, maar verbeteren ze ook aanzienlijk de hechting van de inkt. Bovendien verbeteren ze de hardheid, waterbestendigheid, oplosmiddelbestendigheid en droogsnelheid van de inktfilm, wat bijdraagt aan algehele superieure prestaties.
2. Oppervlaktebehandeling van substraten voor inkten
Behandeling van kunststoffen en kunststoffilms. De diverse moleculaire structuren, dichtheden, kristalliniteiten en samenstellingen van polaire oppervlaktegroepen van kunststoffen en kunststoffilms leiden tot aanzienlijke variaties in hun eigenschappen, zelfs binnen hetzelfde kunststoftype, waar de dichtheden een breed bereik kunnen bestrijken. Deze factoren, gekoppeld aan de door productie veroorzaakte oppervlaktegladheid en de opname van stabilisatoren die zuur-base-resistentie en anti-oxidatie-eigenschappen verlenen, resulteren vaak in slechte inktadsorptiemogelijkheden. Als gevolg hiervan worden de hechting en slijtvastheid van de gedrukte inktlaag aanzienlijk beïnvloed, waardoor een oppervlaktebehandeling vóór het afdrukken noodzakelijk is. De hoeksteen van deze behandeling is het veranderen van de polariteit van het plastic oppervlak, waarbij typisch niet-polaire oppervlakken worden getransformeerd in oppervlakken die polaire groepen bezitten die in staat zijn zich te binden met de polaire groepen die in het bindmiddel van de inkt worden aangetroffen. Deze transformatie bevordert een robuuste hechting van de inkt aan het plastic oppervlak.
3. Gebruikelijke inktoppervlaktebehandelingsmethoden voor kunststoffen
(1) Corona-ontladingsbehandeling
Bij de corona-ontladingsbehandeling wordt gebruik gemaakt van een apparaat dat is gestructureerd met een hoogspanningswisselstroommotor, een uitgangstransformator en een paar elektroden. Terwijl de plastic film de nauwe ruimte tussen deze elektroden doorkruist, veroorzaakt een hoge spanning de ionisatie van zuurstof uit de lucht, waardoor ozon ontstaat. Dit proces geeft energie aan het oppervlak van de film, waardoor een corona-ontlading op gang komt die de opkomst van polaire groepen veroorzaakt. Als gevolg hiervan wordt de moleculaire polariteit intenser, waardoor de oppervlaktespanning toeneemt. Tegelijkertijd elimineert de behandeling stof en creëert microscopisch kleine inkepingen die niet waarneembaar zijn voor het menselijk oog, waardoor het oppervlak effectief wordt opgeruwd. Deze transformatie versterkt het vermogen van het substraat om inkt te absorberen, waardoor corona-ontladingsbehandeling een veel voorkomende en effectieve methode wordt in de huidige praktijk.
(2) Vlambehandelingsmethode
De vlambehandelingsmethode werkt volgens het principe van het snel blootstellen van de plastic film aan een oxiderende vlam. Deze snelle passage door de vlam elimineert microscopisch kleine onvolkomenheden, waardoor onzichtbare bramen worden verwijderd, waardoor de hechting van de inkt aan het oppervlak aanzienlijk wordt verbeterd. De essentie van deze techniek ligt in het woord ‘snel’, omdat bij elke vertraging het risico bestaat dat het oppervlak ‘verbrandt’, wat de inkthechting kan verminderen en kan resulteren in het loslaten van zowel de vlambehandelde oxidefilm als de inktlaag. De behandelingstemperatuur moet dus nauwgezet onder de thermische vervormingsdrempel van de plastic film worden gehouden om optimale resultaten te garanderen.
(3) Plasmabehandeling
Plasmabehandeling maakt gebruik van de kracht van intense elektrische velden, hoge temperaturen en laserenergie om elektronen van neutrale atomen of moleculen te strippen en deze in ionen te transformeren – een toestand waarin positieve en negatieve ladingen in evenwicht zijn, vandaar de term plasma. Een RF-generator voedt dit proces door laserenergie bij hoge spanningen uit te zenden, waardoor een kenmerkende glimontlading wordt geïnitieerd die omringende gassen ioniseert, waardoor een cascade van geactiveerde elektronen, ionen en atomen vrijkomt. Deze zeer reactieve deeltjes botsen met het plastic oppervlak, wat leidt tot structurele veranderingen in oppervlakteactieve groepen, de opkomst van nieuwe groepen of vrije radicalen en uiteindelijk een afzettingsproces. Deze dubbele chemische en fysische modificatie van het polymeeroppervlak introduceert polariteit, waardoor de nieuw verworven polaire groepen sterke bindingen kunnen vormen met de polaire componenten van het bindmiddel van de inkt, waardoor de inkthechting aanzienlijk wordt verbeterd.
(4) Chemische en oplosmiddelbehandelingsmethode
Door gebruik te maken van chemische en oplosmiddelbehandelingsmethoden ondergaat het plastic oppervlak oxidatie met een oxidatiemiddel. Deze oxidatiereactie veroorzaakt de vorming van hydrofiele groepen en andere functionele delen op het oppervlak van de plastic film, waardoor interacties met de polaire groepen in inkt worden bevorderd. Door gebruik te maken van oxidatie wordt de adsorptie van inkt op het oppervlak aanzienlijk versterkt. Voor dikkere filmtoepassingen wordt behandeling met oplosmiddelen een optie, waarbij gebruik wordt gemaakt van oppervlakteactieve stoffen of gechloreerde oplosmiddelen zoals dichloorethaan, pentachloorethaan en trichloorethyleen. Deze aanpak wijzigt de bevochtigbaarheid van het oppervlak van de plastic film en kan additieven neutraliseren die tijdens de productie worden geïntroduceerd, zoals weekmakers en antioxidanten. Tegelijkertijd omvatten chemische behandelingsmethoden de toepassing van specifieke chemicaliën, zoals kaliumpermanganaat, chloorsulfonzuur en cycloalkylchroomzuur, rechtstreeks op het oppervlak van de plastic film. Dit chemische etsproces verbetert, door middel van corrosie, het vermogen van de film om inkt te bevochtigen, waardoor uiteindelijk de hechting van de inkt en de algehele printkwaliteit worden verbeterd.
(5) Behandeling voor eliminatie van statische elektriciteit
De noodzaak van eliminatie van statische elektriciteit voorafgaand aan het printen op plastic films, die van nature goede elektrische isolatoren zijn die gevoelig zijn voor accumulatie van statische lading en stofaantrekking, is van het grootste belang voor het optimaliseren van de inkthechting. De hoeksteen van dit proces ligt in de toepassing van antistatische middelen, voornamelijk op siliconenbasis of op oppervlakteactieve stoffen gebaseerde formuleringen. In het geval van antistatische siliconenmiddelen bestaan de voorbereidende stappen uit het ontdoen van vet en vocht van het oppervlak met behulp van oplosmiddelen zoals methanol of ethanol. Vervolgens wordt het middel nauwgezet aangebracht, hetzij door middel van borstelen, rollen of onderdompelen, waardoor een grondige dekking wordt gegarandeerd. Dit proces, dat optimaal wordt uitgevoerd bij temperaturen tussen 30°C tot 40°C of 60°C tot 80°C gedurende ongeveer 3 uur, vereist een grondige droging en een rustperiode van 5 uur na het aanbrengen om maximale effectiviteit mogelijk te maken voordat met het printen wordt begonnen. Als alternatief werken oppervlakteactieve antistatische middelen op een ander mechanisme, waardoor de geleidbaarheid wordt verbeterd en de oppervlakteweerstand om statische ladingen af te voeren wordt verminderd. Hun applicatiemethoden weerspiegelen die van siliconenmiddelen, waarbij gebruik wordt gemaakt van walscoating of onderdompeling, waardoor een vergelijkbaar niveau van nauwkeurigheid tijdens het proces wordt gegarandeerd. Beide benaderingen zijn er, via verschillende mechanismen, op gericht om statische elektriciteit te elimineren en het oppervlak van de plastic film voor te bereiden op een optimale inkthechting.
Hoewel de bovengenoemde behandelingsmethoden breed toepasbaar zijn op verschillende soorten plastic, bestaan er bepaalde kunststoffen die inherent zijn voorzien van polaire groepen op hun oppervlak, zoals polystyreen en polyvinylchloride (PVC). Deze materialen, gekenmerkt door hun ruwe textuur en relatief lage dichtheid, vertonen unieke eigenschappen die voorbehandeling overbodig maken. Bijgevolg kunnen ze direct worden onderworpen aan drukprocessen zonder dat voorafgaande oppervlaktemodificaties nodig zijn.
4. Inktbehandeling van metalen substraatmaterialen
Tijdens de transport- en opslagfasen worden metalen beschermd door een beschermende coating van roestbestendige olie en processmeermiddel. Deze metalen, die inherent reactief zijn, hebben echter de neiging om bij langdurige blootstelling atmosferisch vocht en zuurstof te absorberen, wat leidt tot de vorming van een oxidefilm. Deze oxidefilm vormt, in combinatie met de roestbestendige olielaag, een formidabele barrière tegen inkthechting en veroorzaakt afstotings- en anti-bevochtigingseffecten. Het wordt dus noodzakelijk om het metalen oppervlak vóór het printproces door middel van een passende behandeling voor te bereiden.
5. Inktbehandeling voor glasoppervlak
Glas, dat voornamelijk bestaat uit SiO2, vertoont een uniek structureel kenmerk waarbij siliciumatomen in de matrix zijn ingebed, terwijl zuurstofatomen het oppervlak domineren. Deze configuratie resulteert in een hoge oppervlakte-energie, waardoor het vatbaar wordt voor interacties met externe stoffen. Bij blootstelling aan lucht reageert het glasoppervlak bijvoorbeeld met waterstof om hydrofiele groepen te genereren, met name OH (hydroxyl)-eenheden, die zich ophopen op het oppervlak, waardoor de hechting van de inkt wordt belemmerd. Bovendien vormt de aanwezigheid van alkali-ionen, vooral die welke Na-O-bindingen vormen, op het glasoppervlak een extra uitdaging. Deze bindingen zijn gevoelig voor verstoring in de aanwezigheid van lucht en water, waardoor het probleem van de inkthechting wordt verergerd. Daarom zijn voorbereidende oppervlaktebehandelingen noodzakelijk voordat er op glas wordt geprint. In het volgende deel worden verschillende gebruikelijke behandelmethoden beschreven die voor dit doel worden gebruikt.
(1) Lipofiele behandeling
Lipofiele behandeling is een strategische aanpak waarbij silaankoppelingsmiddelen op het glasoppervlak worden aangebracht. Dit proces bevordert de vorming van lipofiele groepen, waardoor de affiniteit van het glas voor inkt aanzienlijk wordt verbeterd. Eén implementatie houdt in dat het oppervlak wordt bedekt met een 0.5% tot 1% oplossing van het koppelingsmiddel opgelost in ethanol, wat bij hydrolyse een robuuste affiniteit tot stand brengt. Als alternatief kan het koppelmiddel vooraf in de inkt worden gemengd in een concentratie van 1% tot 5%, waardoor het na het printen spontaan op het glasoppervlak kan diffunderen.
(2) Ontvettingsbehandeling
Deze stap richt zich op het verbeteren van de bevochtigbaarheid door oliën en vetten van het glasoppervlak te verwijderen. Dit kan worden bereikt door te wassen met oplosmiddelen zoals aceton of methylethylketon (MEK), of door dichloorethyleendamp te gebruiken voor een effectief ontvettingsproces.
(3) Sterke zuurbehandeling
Er wordt een sterke zuurbehandeling toegepast als middel om alkali-ionen van het glasoppervlak te verwijderen. Deze methode is ontworpen om de hechting van de inkt verder te versterken, waardoor een optimale printkwaliteit en duurzaamheid wordt gegarandeerd.
(4) Fysieke behandeling
Vervolgens komen fysieke behandelingsmethoden in beeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van fijn schuurpoeder voor licht zandstralen of waterschuurpapier voor waterslijpen. Deze technieken zijn bedoeld om het glasoppervlak te verfijnen door verontreinigingen te verwijderen, waardoor het vermogen om inkt te accepteren en eraan te hechten wordt vergroot.
Meer informatie over inkten kunt u bekijken op:
Wat zijn de prestatietestitems voor inkt?
ONZE PIGMENTPOEDERPRODUCTEN
