Zjawisko, które tusz przylegania do powierzchni podłoża drukarskiego następuje zjawisko adsorpcji. Zwykle traktujemy to jako zjawisko międzyfazowe. Dotyczy przylegania atomów i cząsteczek jednej substancji do powierzchni drugiej. Istnieje inne podobne zjawisko zwane „absorpcją”, jest to również zjawisko międzyfazowe. Proces ten polega na równomiernym przenikaniu atomów i cząsteczek jednej substancji przez granicę faz, umożliwiając im przenikanie do wewnętrznych przestrzeni pomiędzy atomami lub cząsteczkami innej substancji. Gdy zarówno adsorpcja, jak i absorpcja zachodzą jednocześnie, do opisania tego zjawiska stosuje się termin „adhezja”. Siła przyczepności, zwana także przyczepnością, oznacza siłę, z jaką atrament przylega do powierzchni druku. Aby zwiększyć tę przyczepność, należy priorytetowo potraktować dwa główne aspekty: przydatność atramentu do drukowania i drukowalność materiału podłoża.
1. Możliwość drukowania atramentem
1. Krytyczną rolę żywicy w recepturach tuszy podkreśla jej kompatybilność z podłożem, będąc kluczowym składnikiem nośnika atramentu, który bezpośrednio wpływa na siłę przyczepności. W standardowej praktyce dobór farb do podłoży metalowych wymaga użycia żywicy epoksydowej jako spoiwa ze względu na zawarte w niej grupy epoksydowe i reaktywny charakter, który zapewnia silną przyczepność po usieciowaniu. I odwrotnie, w przypadku tworzyw polietylenowych żywica wiążąca powinna odzwierciedlać materiał podłoża, wykorzystując polietylen w celu uzyskania optymalnej drukowalności. Podobnie polipropylen służy jako odpowiednie spoiwo podczas drukowania na podłożach polipropylenowych, ponieważ mają one porównywalną polaryzację i masę cząsteczkową. W przypadku materiałów poliuretanowych zastosowanie żywicy poliuretanowej jako spoiwa zapewnia, że warstwa farby ma wyjątkową trwałość, odporność na zużycie i właściwości przyczepne podczas drukowania.
2.Efektywny druk na podłożu wymaga ścisłego dopasowania parametrów rozpuszczalności pomiędzy rozpuszczalnikiem żywicy i składnikami podłoża w farbie. Gdy te parametry się zrównają, rozpuszczalnik powoduje pęcznienie powierzchni podłoża, ułatwiając żywicie przemieszczanie się przez powierzchnię styku i penetrację do wnętrza podłoża. Proces ten ostatecznie skutkuje powstaniem silnej i trwałej adhezji pomiędzy farbą a podłożem.
3.Dodanie odpowiednich dodatków.
Aby zwiększyć przyczepność, najważniejsze jest dodanie odpowiednich promotorów przyczepności. Promotory te działają jako środki sprzęgające, usprawniające wiązanie pomiędzy żywicą w tuszu a polimerowym materiałem podłoża, ostatecznie podnosząc przyczepność atramentu.
Ponadto dodatek środków sieciujących odgrywa kluczową rolę we wzmacnianiu przyczepności. Tworząc wiązania sieciujące w kleju, środki te nie tylko obniżają temperaturę tworzenia powłoki, ale także znacząco poprawiają przyczepność farby. Dodatkowo zwiększają twardość warstwy farby, wodoodporność, odporność na rozpuszczalniki i szybkość schnięcia, przyczyniając się do ogólnej doskonałej wydajności.
2. Obróbka powierzchniowa podłoży pod farby
Obróbka tworzyw sztucznych i folii z tworzyw sztucznych. Zróżnicowane struktury molekularne, gęstości, krystaliczność i skład grup polarnych powierzchni tworzyw sztucznych i folii z tworzyw sztucznych prowadzą do znacznych różnic w ich właściwościach, nawet w obrębie tego samego rodzaju tworzywa sztucznego, gdzie gęstości mogą obejmować szeroki zakres. Czynniki te, w połączeniu z gładkością powierzchni wynikającą z produkcji i dodatkiem stabilizatorów, które nadają odporność na kwasy i zasady oraz właściwości przeciwutleniające, często powodują słabą zdolność adsorpcji atramentu. W konsekwencji, przyczepność i odporność na zużycie zadrukowanej warstwy farby są znacząco osłabione, co powoduje konieczność obróbki powierzchni przed drukowaniem. Podstawą tej obróbki jest zmiana polarności powierzchni tworzywa sztucznego, przekształcając typowo niepolarne powierzchnie w takie, które posiadają grupy polarne zdolne do wiązania się z grupami polarnymi znajdującymi się w spoiwie atramentu. Ta przemiana zapewnia mocne przyleganie farby do powierzchni tworzywa sztucznego.
3. Typowe metody obróbki powierzchni atramentów w tworzywach sztucznych
(1) Leczenie wyładowaniami koronowymi
W procesie wyładowań koronowych wykorzystuje się urządzenie składające się z silnika prądu przemiennego o wysokim napięciu, transformatora wyjściowego i pary elektrod. Gdy folia z tworzywa sztucznego przechodzi przez wąską przestrzeń między elektrodami, wysokie napięcie wyzwala jonizację tlenu atmosferycznego, w wyniku czego powstaje ozon. Proces ten pobudza powierzchnię folii, inicjując wyładowanie koronowe, które powoduje pojawienie się grup polarnych. W konsekwencji polarność molekularna nasila się, podnosząc napięcie powierzchniowe. Jednocześnie zabieg eliminuje kurz i tworzy mikroskopijne wgłębienia, niedostrzegalne dla ludzkiego oka, skutecznie szorstkując powierzchnię. Ta transformacja zwiększa zdolność podłoża do wchłaniania atramentu, dzięki czemu obróbka wyładowaniami koronowymi jest powszechną i skuteczną metodą w obecnych praktykach.
(2) Metoda obróbki płomieniem
Metoda obróbki płomieniowej opiera się na zasadzie szybkiego poddawania folii z tworzywa sztucznego działaniu płomienia utleniającego. To szybkie przejście przez płomień eliminuje mikroskopijne niedoskonałości, wybijając niewidoczne zadziory, znacznie zwiększając przyczepność atramentu do powierzchni. Istota tej techniki kryje się w słowie „szybki”, ponieważ każde opóźnienie grozi „spaleniem” powierzchni, co może zmniejszyć przyczepność farby i spowodować oddzielenie zarówno warstwy tlenku poddanego obróbce płomieniowej, jak i warstwy farby. Dlatego też, aby zapewnić optymalne rezultaty, należy starannie utrzymywać temperaturę obróbki poniżej progu odkształcenia termicznego folii z tworzywa sztucznego.
(3) Obróbka plazmowa
Leczenie plazmą wykorzystuje moc intensywnych pól elektrycznych, wysokich temperatur i energii lasera do odrywania elektronów od neutralnych atomów lub cząsteczek i przekształcania ich w jony – stan, w którym ładunki dodatnie i ujemne znajdują się w równowadze, stąd termin plazma. Generator RF napędza ten proces, emitując energię lasera o wysokim napięciu, inicjując charakterystyczne wyładowanie jarzeniowe, które jonizuje otaczające gazy, uwalniając kaskadę pod napięciem elektronów, jonów i atomów. Te wysoce reaktywne cząstki zderzają się z powierzchnią tworzywa sztucznego, powodując zmiany strukturalne w grupach powierzchniowo czynnych, pojawienie się nowych grup lub wolnych rodników, a ostatecznie proces osadzania. Ta podwójna chemiczna i fizyczna modyfikacja powierzchni polimeru wprowadza polarność, umożliwiając nowo nabytym grupom polarnym tworzenie silnych wiązań z polarnymi składnikami spoiwa farby, co znacznie poprawia przyczepność farby.
(4) Metoda obróbki chemicznej i rozpuszczalnikowej
Stosując metody obróbki chemicznej i rozpuszczalnikowej, powierzchnia tworzywa sztucznego ulega utlenieniu za pomocą środka utleniającego. Ta reakcja utleniania powoduje powstawanie grup hydrofilowych i innych ugrupowań funkcjonalnych na powierzchni folii z tworzywa sztucznego, sprzyjając interakcjom z grupami polarnymi obecnymi w tuszu. Wykorzystując utlenianie, adsorpcja atramentu na powierzchni jest znacznie zwiększona. W przypadku zastosowań z grubszymi warstwami opcją staje się obróbka rozpuszczalnikiem z wykorzystaniem środków powierzchniowo czynnych lub chlorowanych rozpuszczalników, takich jak dichloroetan, pentachloroetan i trichloroetylen. Takie podejście modyfikuje zwilżalność powierzchni folii z tworzywa sztucznego i może zneutralizować dodatki wprowadzone podczas produkcji, takie jak plastyfikatory i przeciwutleniacze. Równolegle metody obróbki chemicznej obejmują nakładanie określonych środków chemicznych, takich jak nadmanganian potasu, kwas chlorosulfonowy i kwas cykloalkilochromowy, bezpośrednio na powierzchnię folii z tworzywa sztucznego. Ten proces trawienia chemicznego, poprzez korozję, zwiększa zdolność folii do zwilżania atramentem, ostatecznie poprawiając przyczepność atramentu i ogólną jakość druku.
(5) Leczenie eliminujące elektryczność statyczną
Konieczność eliminacji elektryczności statycznej przed drukowaniem na foliach z tworzyw sztucznych, które z natury są dobrymi izolatorami elektrycznymi podatnymi na gromadzenie się ładunków statycznych i przyciąganie kurzu, ma ogromne znaczenie dla optymalizacji przyczepności atramentu. Podstawą tego procesu jest zastosowanie środków antystatycznych, głównie na bazie silikonu lub środków powierzchniowo czynnych. W przypadku silikonowych środków antystatycznych etapy przygotowawcze polegają na usunięciu z powierzchni tłuszczu i wilgoci za pomocą rozpuszczalników takich jak metanol lub etanol. Następnie środek nanosi się skrupulatnie, pędzlem, wałkiem lub zanurzeniem, zapewniając dokładne krycie. Proces ten, optymalnie prowadzony w temperaturach od 30°C do 40°C lub 60°C do 80°C przez około 3 godziny, wymaga dokładnego suszenia i okresu odpoczynku wynoszącego 5 godzin po aplikacji, aby zapewnić maksymalną skuteczność przed rozpoczęciem drukowania. Alternatywnie, środki antystatyczne będące środkami powierzchniowo czynnymi działają w oparciu o inny mechanizm, zwiększając przewodność i zmniejszając opór powierzchniowy w celu rozproszenia ładunków statycznych. Ich metody aplikacji przypominają metody aplikacji środków silikonowych, polegające na powlekaniu wałkiem lub zanurzeniu, zapewniając podobną dokładność podczas procesu. Obydwa podejścia, poprzez różne mechanizmy, mają na celu wyeliminowanie elektryczności statycznej i przygotowanie powierzchni folii z tworzywa sztucznego pod kątem optymalnej przyczepności atramentu.
Chociaż wyżej wymienione metody obróbki mają szerokie zastosowanie w przypadku różnych typów tworzyw sztucznych, istnieją pewne tworzywa sztuczne z natury posiadające grupy polarne na swojej powierzchni, takie jak polistyren i polichlorek winylu (PVC). Materiały te, charakteryzujące się szorstką teksturą i stosunkowo małą gęstością, wykazują unikalne właściwości, które sprawiają, że obróbka wstępna nie jest konieczna. Dzięki temu można je bezpośrednio poddawać procesom drukowania, bez konieczności wcześniejszych modyfikacji powierzchni.
4. Obróbka atramentowa metalowych materiałów podłoża
Na etapie transportu i przechowywania metale są zabezpieczone powłoką ochronną z oleju nierdzewnego i smaru procesowego. Jednakże metale te, z natury reaktywne, mają tendencję do pochłaniania wilgoci atmosferycznej i tlenu podczas długotrwałej ekspozycji, co prowadzi do tworzenia warstwy tlenkowej. Ta warstwa tlenku w połączeniu z odporną na rdzę warstwą oleju stanowi potężną barierę zapobiegającą przyleganiu atramentu, powodując efekt odpychania i zapobiegający zwilżaniu. Dlatego konieczne staje się przygotowanie powierzchni metalu poprzez odpowiednią obróbkę przed procesem drukowania.
5. Obróbka atramentowa powierzchni szklanej
Szkło, składające się głównie z SiO2, wykazuje unikalną charakterystykę strukturalną, w której atomy krzemu są osadzone w jego matrycy, podczas gdy atomy tlenu dominują na jego powierzchni. Taka konfiguracja skutkuje dużą energią powierzchniową, predysponującą ją do oddziaływań z substancjami zewnętrznymi. Na przykład pod wpływem powietrza powierzchnia szkła reaguje z wodorem, tworząc grupy hydrofilowe, zwłaszcza grupy OH (hydroksylowe), które gromadzą się na jej powierzchni, utrudniając przyczepność atramentu. Ponadto obecność jonów alkalicznych, zwłaszcza tworzących wiązania Na-O, na powierzchni szkła stanowi dodatkowe wyzwanie. Wiązania te są podatne na przerwanie w obecności powietrza i wody, co pogarsza problem przyczepności farby. W związku z tym przed drukowaniem na szkle konieczna jest wstępna obróbka powierzchni. W kolejnej części omówiono kilka typowych metod leczenia stosowanych w tym celu.
(1) Leczenie lipofilowe
Obróbka lipofilowa to podejście strategiczne polegające na nałożeniu silanowych środków sprzęgających na powierzchnię szkła. Proces ten sprzyja tworzeniu się grup lipofilowych, znacząco poprawiając powinowactwo szkła do atramentu. Jedno z rozwiązań polega na pokryciu powierzchni 0.5% do 1% roztworem środka sprzęgającego rozpuszczonego w etanolu, który po hydrolizie zapewnia silne powinowactwo. Alternatywnie, środek sprzęgający można wstępnie zmieszać z farbą w stężeniu od 1% do 5%, co umożliwi jego spontaniczną dyfuzję na powierzchnię szklaną po zadrukowaniu.
(2) Obróbka odtłuszczająca
Ten etap koncentruje się na zwiększeniu zwilżalności poprzez wyeliminowanie olejów i tłuszczów z powierzchni szkła. Można to osiągnąć poprzez przemycie rozpuszczalnikami, takimi jak aceton lub keton metylowo-etylowy (MEK), lub alternatywnie, stosując pary dichloroetylenu w celu skutecznego odtłuszczenia.
(3) Obróbka mocnym kwasem
Aby wyeliminować jony alkaliczne z powierzchni szkła, stosuje się obróbkę mocnym kwasem. Metoda ta ma na celu dalsze wzmocnienie przyczepności atramentu, zapewniając optymalną jakość i trwałość druku.
(4) Leczenie fizyczne
Następnie wchodzą w grę metody obróbki fizycznej, wykorzystujące drobny proszek ścierny do lekkiego piaskowania lub wodny papier ścierny do szlifowania wodą. Techniki te mają na celu uszlachetnienie powierzchni szkła poprzez usunięcie zanieczyszczeń, zwiększając w ten sposób jej zdolność do przyjmowania i przylegania atramentu.
Więcej informacji na temat Atramentów możesz sprawdzić:
Pigment do zastosowań atramentowych
Jakie są elementy testowania wydajności atramentu?
NASZE PRODUKTY PIGMENTOWE W PROSZKU
