توصیه های کاربردی برای کار با ورنی و مرکب های هیبرید

توصیه‌های کاربردی برای کار با ورنی و مرکب‌های هیبرید

در چاپ افست ورقی، ماشین‌آلات چاپ هیبرید به ماشین‌هایی گفته می‌‌شود که می‌‌توانند از مرکب‌های هیبرید، ورنی رو کار UV، مرکب‌های معمولی افست و مرکب‌های پایه آبی به راحتی استفاده کنند، بدون این‌که به تعویض لاستیک، نوردهای لاستیکی و شرایط خشک‌کن نیازی داشته باشند.

مرکب‌های هیبرید نیز به همین ترتیب از دو نوع خاصیت خشک شدن شیمیایی بهره می‌‌برند. بدین معنی که اولاً مانند مرکب‌های معمولی افست به روش نفوذ (جذب) و اکسیداسیون خشک می‌‌شوند و ثانیاً تحت تابش اشعه ماوراء بنفش مانند مرکب‌های UV پلیمری شده و تثبیت می‌‌شوند. به همین دلیل ماشین‌های افست ورقی هیبرید، خشک‌کن‌های مختلف IR، هوای داغ و UV را همزمان دارند.

اعمال ورنی‌های (کوتینگ‌ها) هیبرید نیز یک روش مقرون به صرفه و چند منظوره برای محافظت چاپ و افزایش کیفیت کار است که به‌صورت فرآیندی آسان در خط چاپ می‌‌تواند انجام گیرد، و در مقایسه با چاپ UV نیز بسیار آسان‌تر و بی‌‌دردسرتر است. درجه مراقبتی که از یک لایه ورنی UV روی مرکب هیبرید به‌دست می‌‌آید معادل براقیتی است که از چاپ با مرکب‌های چند رنگ UV حاصل می‌‌شود.

فرمولاسیون و خشک شدن مرکب‌ها و ورنی‌های افست ورقی

اصلی‌ترین مواد سازنده مرکب‌های افست، رزین (بیندر)، رنگدانه و مواد کمکی افزودنی است. تمام این مواد در یک مرکب در تعامل و عملکرد متقابل با یکدیگر هستند و همیشه این احتمال وجود دارد که یک جزء روی عملکرد اجزای دیگر مرکب تأثیرگذار باشد. بنابراین به جرأت می‌‌توان گفت که تولید یک مرکب به صورتی که خواص ویژه‌ای را در زمینه خشک شدن، سهولت چاپ، کیفیت‌های بصری، قابلیت انجام عملیات پس از چاپ، بو و مزه و ... دارا باشد، کار ساده‌ای نیست.

در مرکب افست ورقی اصلی‌ترین جزو سازنده، بیندر است که اولاً جایی برای نگه‌داری سایر اجزا محسوب می‌‌شود و ثانیاً وظیفه تشکیل فیلم با لایه روی سطح چاپ شونده را به عهده دارد.

بیندر به‌طور کلی مخلوطی از رزین (سخت‌شونده)، روغن‌های گیاهی یا معدنی و خشک‌کن است. به بیان دیگر بیندر چیزی شبیه به یک مرکب بدون رنگ یا ورنی است. روغن‌ها را برای حل کردن و روان کردن رزین سخت و چسبانک به مرکب اضافه می‌‌کنند تا مرکب به سیالیت مناسبی برسد. علاوه بر این روغن‌ها وظیفه پخش یکنواخت رنگدانه‌ها را نیز بر عهده دارند. روغن‌های گیاهی به‌طور مستقیم بر خشک شدن اکسیداتیو مرکب تأثیر می‌‌گذارند و هرگاه در مرکب به‌طور کامل جایگزین روغن‌های معدنی شدند، آن مرکب را مرکب زیست محیطی می‌‌نامند.

رزین‌ها را بر مبنای نحوه خشک شدنشان طبقه‌بندی می‌‌کنند. مرکب‌هایی که فقط به روش اکسیداسیون یا ترکیبی از اکسیداسیون و جذب، خشک می‌‌شوند دارای مقادیر بسیار زیادی آلکید رزین و روزین هستند، در این حال روغن برای این رزین‌ها مانند حلال و روان‌کننده عمل می‌‌کند.

رزین‌های خشک شونده با اشعه به هیچ روغن یا حلالی احتیاج ندارند. مرکب‌ها و ورنی‌هایی که با UV یا به ندرت با اشعه الکترونی (EB) خشک می‌‌شوند معمولاً از رزین آکریلیک ساخته می‌‌شوند.

مرکب‌های کاتیونی UV نیز نوع دیگری از مرکب‌های UV هستند که با رزین اپوکسی آکریلات تولید می‌‌شوند.

به‌طور کلی رزین در مرکب‌های UV از مولکول‌های ساده و پیچیده‌ای تشکیل شده که برای سهولت در درک می‌‌توان مولکول‌های ساده را به روغن (یا حلال) و مولکول‌های پیچیده و بزرگ‌تر را به رزین مرکب‌های روغنی شباهت داد. مولکول‌های کوچک و ساده را مونومر می‌‌نامند که تأثیر مستقیمی بر ویسکوزیته و سیالیت مرکب دارند. این مولکول‌ها آزاد هستند و در فرایند خشک شدن شبکه سه بعدی نمی‌‌شوند.

مولکول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر الیگومر نام دارند. این‌ها در حقیقت زنجیرهای مولکولی هستند که از قبل کمی پلیمری شده‌اند و در براقیت نهایی، سختی، مقاومت‌های سایشی و شیمیایی لایه مرکب تأثیر مستقیم دارند.

 در مرکب‌های UV تابش اشعه باعث فعالیت آغازگرهای نوری موجود در مرکب می‌‌شود. این آغازگرها معمولاً شکسته و به دو رادیکال فعال تجزیه می‌‌شوند و مونومرها و الیگومرها را به‌صورت شبکه‌ای سه بعدی با هم پیوند می‌‌دهند. که به این عمل پلیمریزاسیون یا شبکه‌ای شدن گویند. مرکب‌های هیبرید شامل رزین‌هایی هستند که هم به روش اکسیداسیون/ جذب و هم به روش رادیکالی با اشعه UV خشک می‌‌شوند. بنابراین بهترین ویژگی‌های هر دو سیستم خشک شدن را در خود دارند. مثلاً وجود روغن در مرکب‌های هیبرید مانع از بروز پرش مرکب (که مشکلی رایج در مرکب‌های معمولی UV است) می‌‌گردد.

همچنین مرکب‌های هیبرید را می‌‌توان مستقیماً ورنی UV زد. از طرفی دیگر به دلیل خورندگی بالا و قوی بودن ترکیبات شیمیایی موجود در مرکب‌های UV، برای استفاده از این مرکب‌ها به لاستیک و نوردهای مقاوم و مخصوص و شوینده‌های ویژه‌ای نیاز است، در حالی که مرکب‌های هیبرید به نسبت ملایم هستند و برای استفاده از آن‌ها نیازی به تعویض لاستیک و نوردهای معمول در ماشین‌های افست نیست و بالاخره در استفاده از ورنی‌ها و مرکب‌های UV، به دلیل تولید ازن حتماً باید سیستم تهویه و خروج ازن در آخرین خشک‌کن پیش‌بینی شود. همچنین در مرکب‌های EB باید از خروج اشعه X به محیط جلوگیری شود در حالی که هیچ یک از این مشکلات در مرکب‌های هیبرید وجود ندارد.

 مواد خشک‌کننده و تسریع‌کننده پلیمریزاسیون:

 در مرکب‌ها همواره موادی وجود دارد که خشک شدن شیمیایی یا پلیمریزاسیون را سرعت بخشند. این مواد می‌‌توانند تدریجی عمل کنند مانند آن‌چه که در خشک‌ شدن به روش اکسیداسیون اتفاق می‌‌افتد یا آنی و سریع عمل کنند مشابه آن‌چه که در مرکب‌های UV رخ می‌‌دهد.

در مرکب‌هایی که فقط به روش اکسیداسیون خشک می‌‌شوند (یا بخشی از خشک شدن آن‌ها به این روش است)، عامل خشک‌کننده، ماده‌ای اکسیدان است که توسط ماشین‌چی به تدریج به داخل مرکب ریخته می‌‌شود.

از آن‌جا که اکسیژن هوا در فرآیند اکسیداسیون نقش دارد لایه مرکب به تدریج از بالا به سمت عمق (پایین) مرکب خشک می‌‌شود. بنابراین تشکیل یک سطح یا پوسته خشک شده به معنی خشک شدن عمق لایه چاپ شده نیست. به تجربه ثابت شده که با کمک حرارت می‌‌توان این فرایند آهسته را سرعت بخشید.

مرکب‌های هیبرید در چندین مرحله خشک و پلیمری می‌‌شوند. این مرکب‌ها توسط یک خشک‌کن UV که بعد از آخرین برج رنگ وجود دارد به‌طور عمقی خشک می‌‌شوند ولی تا قبل از این مرحله، روغن موجود در مرکب وظیفه خود را انجام می‌‌دهد و جذب این روغن توسط کاغذ باعث سست شدن و بی‌‌حرکت ماندن رنگ‌های چاپ شده نیز می‌‌گردد. در پایان برای سرعت بخشیدن به خشک شدن اکسیداتیو، وجود یک خشک کن حرارتی (که می‌‌تواند یک لامپ IR باشد) ضروری است.

هر گاه پس از چاپ رنگ‌ها و عبور از خشک کن UV پس از آخرین رنگ نیاز به یک لایه ورنی UV باشد می‌‌توان خشک کن IR را پس از برج ورنی زنی و قبل از خشک‌کن انتهایی UV قرار داد. عبور از خشک‌کن IR به لایه ورنی UV فرصت کافی می‌‌دهد تا لایه‌ای یک دست و صاف تشکیل دهد که این امر در ایجاد حداکثر براقیت بسیار مؤثر است.

 پلیمری شدن تحت اشعه UV؛ با و بدون آغازگرهای نوری:

 مرکب‌ها و ورنی‌های UV و نیز مرکب‌های هیبرید (به میزان کم‌تر) حاوی موادی به نام آغازگرهای نوری هستند که تحت تابش اشعه UV تجزیه می‌‌شوند. با شکستن هر مولکول آغازگر نوری آلی، دو یون رادیکال بسیار فعال مثبت یا منفی ایجاد می‌‌شود که این‌ها به مولکول‌های الیگومری رزین متصل می‌‌شوند و باعث شبکه‌ای شدن رزین و در نهایت خشک شدن مرکب می‌‌گردند. سازنده مرکب این مواد را از قبل به داخل مرکب می‌‌ریزد، لذا مرکب‌های UV و هیبرید باید دور از نور نگه‌داری شوند.

آغازگرهای نوری موادی بسیار خورنده هستند و به همین دلیل در ماشین‌های چاپ UV باید از نوردها و لاستیک‌های خاص استفاده شود ولی در مرکب‌های هیبرید از آغازگرهای نوری به مقدار بسیار کمتری استفاده می‌‌شود. لذا همان لاستیک و نوردها در ماشین چاپ معمولی افست برای چاپ مرکب‌های هیبرید نیز کاربرد دارد. کاهش مقدار آغازگرها در مرکب‌های هیبرید، در کاهش بوی کار تمام شده نیز اثر دارد، گرچه کارهای چاپ شده با مرکب‌های هیبرید کاملاً بدون بو نیستند.

در حال حاضر تمام مرکب‌ها و ورنی‌های UV و هیبرید که در ماشین‌های افست ورقی به‌کار می‌‌روند حاوی آغازگرهای نوری رادیکالی هستند که با دریافت مقدار کافی از تابش اشعه و لامپ‌های UV با قدرت مشخص در حدود یک ثانیه خشک می‌‌شوند. از طرف دیگر ورنی‌های UV رادیکالی را می‌‌توان با ضخامت بیشتری نسبت به ورنی‌های UV کاتیونیک چاپ کرد که این (ضخامت بالا) خود یک عامل مهم در کسب حداکثر براقیت است.

البته لازم به ذکر است که مرکب‌های UV کاتیونیک این قابلیت را دارند که پس از قطع تابش UV نیز به خشک شدن خود ادامه می‌‌دهند و این امر شاید امکان چاپ ورنی با ضخامت بالا را امکان‌پذیر سازد. ولی خشک شدن یک لایه ضخیم ورنی UV کاتیونیک به ساعت‌ها وقت احتیاج دارد.

باید توجه داشت که در چاپ‌هایی با سرعت بالا فقط یک خشک‌کن UV پایان خط برای  خشک شدن کامل کفایت نمی‌‌کند و باید خشک‌کن UV دیگری در مسیر داشت تا جمع کل زمان تابش اشعه بیشتر شود. و این خود زمانی را که ورنی برای یکنواخت و صاف شدن داشت از بین می‌‌برد.

تحقیقات زیادی برای تولید مرکب‌هایی که امروزه به آن‌ها Duall-Cure می‌‌گویند نیز در دست انجام است. این مرکب‌ها در اصل توسط اکسیداسیون و نفوذ به کاغذ خشک می‌‌شود ولی در ابتدا مختصری توسط اشعه UV سطح‌شان خشک می‌‌شود (Pre-hardning)، به صورتی که کارهای چاپ شده بدون تأخیر برای عملیات تکمیلی آماده می‌‌باشند. اگر این تحقیقات به نتیجه مطلوب برسد مرکب‌های دو مرحله‌ای یا همان duall cure را می‌‌توان به عنوان سومین گزینه چاپی روی ماشین‌های چاپ هیبرید و نیز دومین گزینه برای ماشین‌های معمولی در نظر گرفت.

در همین جا لازم است اشاره شود که مرکب‌های EB به آغازگرهای شیمیایی یا نوری نیاز ندارند، زیرا اشعه X در سیستم EB  آنقدر قوی است که خود مولکول‌های الیگومر را بدون وجود رادیکال آزاد به فعالیت و پلیمری شدن وادار می‌‌کند.

از آنجایی که اشعه EB خاصیت میکروب‌کشی هم دارد این روش بیشتر برای چاپ بسته های استریل به‌کار می‌‌رود. البته این روش به سرمایه‌گذاری سنگین اولیه نیاز دارد که این سرمایه‌گذاری، با خشک شدن هم زمان چاپ زیر و رو در حالی که اشعه فقط به یک طرف می‌‌تابد توجیه می‌‌شود.

اثرات رنگ مواد رنگ‌زا بر خشک شدن

پیگمنت‌ها عامل رنگ دهنده در مرکب‌ چاپ افست ورقی می‌‌باشند. این مواد به دو دسته آلی و معدنی تقسیم‌بندی شده و به‌صورت توده‌ای از کریستال‌های به هم چسبیده‌اند که به این توده آلگومرات گویند. پیگمنت‌ها در رزین یا بیندر پخش می‌‌شوند.

هر قدر اندازه ذره‌ای پیگمنت‌ها بزرگ‌تر و هر قدر غلظت آن‌ها در مرکب بیشتر باشد مرکب سریع‌تر خشک یا پلیمریزه می‌‌شود.

در مرکب‌های هیبرید از پیگمنت‌هایی استفاده می‌‌شود که خواص شیمیایی، اندازه ذره‌ای و غلظت آن‌ها تا حد بسیار زیادی به مرکب‌های معمولی افست شباهت دارد. به همین دلیل مسایلی مانند رشد نقطه در مرکب‌های هیبرید دقیقاً مشابه مرکب‌های معمولی افست رخ می‌‌دهد و برای استفاده از آن‌ها‌، برعکس مرکب‌های UV نیازی به تغییرات خاص نیست. لذا استفاده از مرکب هیبرید روی ماشین‌های ورقی معمولی بسیار آسان‌تر است و تغییر کاربری ماشین چاپ برای مرکب افست هیبرید به مراتب آسان‌تر از تغییر کاربری ماشین چاپ از افست معمولی به افست UV می‌‌باشد.

ولی به هر حال در مرکب‌های هیبرید، بخشی از پیگمنت‌ها مشابه پیگمنت‌های مرکب UV می‌‌باشند. لذا تأثیراتی که رنگ این مقدار از پیگمنت‌ها بر فرآیند خشک شدن توسط UV می‌‌گذارند کاملاً مشابه تأثیرات رنگ پیگمنت‌های مرکب UVاست. بدین معنی که هر قدر طول موج رنگ مرکب بیشتر باشد (یعنی از منطقه UV دورتر باشد) تأثیرات اشعه UV بر خشک شدن آن مرکب کم‌تر است. به بیان دیگر تأثیر یک لامپ UV بر رنگ زرد پروسس و قرمزهای تنپلات کم‌تر است.

زیرا این پیگمنت‌ها بخش زیادی از تابش طیفی UV را جذب می‌‌نمایند و مقدار کمتری از اشعه را عبور می‌‌دهند و بدین طریق تا حدودی در مقابل اشعه مانع می‌‌شوند.

در مرکب‌های هیبرید این مشکل را می‌‌توان توسط افزودن کمی ماده اکسیدکننده که سرعت اکسیداسیون را افزایش می‌‌بخشد بهبود داد. بنابراین مرکب زرد یا قرمز هیبرید توسط بخش اکسیداتیو خود سریع‌ترخشک شده و سپس برای خشک شدن نهایی از خشک‌کن UV عبور می‌‌کند. بدیهی است که این راه‌حل ساده در مورد مرکب‌های افست UV غیرقابل اجراست.

لزوم استفاده از مواد افزودنی

 اجرای موفق یک کار چاپی به تأثیرات متقابل مواد شمیایی موجود در مرکب (رزین، پیگمنت، روغن، خشک‌کننده‌ها و تسریع‌کننده‌های واکنش) و نیز تأثیرات فیزیکی دیگری مانند شرایط ماشین چاپ، فضای چاپخانه، ویژگی‌های سطح چاپ شونده، خشک کن و ... بستگی دارد. برای انجام یافتن این سناریوی پیچیده چاپخانه‌ها ناگزیرند که از مواد افزودنی و کمکی بهره گیرند.

افزودنی‌ها، موادی شیمیایی هستند که بسته به وظیفه‌شان از رویه بستن مرکب جلوگیری می‌‌کنند، یا مثلاً مانع از خشک شدن مرکب روی نوردها، تیغه و سایر اجزای ماشین می‌‌شوند. یا این‌که حتی باعث بهبود و تسریع در امر خشک شدن یک‌رنگ خاص می‌‌گردند.

دیسپرس‌کننده‌ها نوع دیگری از افزودنی‌ها هستند که باعث می‌‌شوند روغن موجود در مرکب‌ها مانند یک لایه محافظ کاملاً دور پیگمنت‌ را فرا بگیرد و از رسوب و تغییرات فاز پیگمنت در طی زمان جلوگیری کند. تینرها یا حلال‌ها هم وظیفه تنظیم خواص سیالیت را به عهده دارند.

افزودنی‌های دیگری هم بر پایه روغن‌های سیلیکونی وجود دارند که برای مرکب‌های افست بدون آب مناسبند. گروه دیگری از افزودنی‌ها برای تنظیم PH، کنترل کشش سطحی و امولسیون نشدن مرکب در محلول آب به‌کار می‌‌روند. این دسته از افزودنی‌ها تأثیرات متقابل مرکب، کاغذ و محلول آب را تنظیم می‌‌کنند. و بالاخره افزودنی‌هایی با عنوان یکنواخت‌کننده‌ها باعث می‌‌شوند تا لایه‌ مرکب چاپ شده هر چه سریع‌تر و قبل از خشک شدن، یک دست و هم طراز شوند که این امر برای کسب براقیت بالا ضروری است. جالب اینجاست که تمام این افزودنی‌ها به‌طور طبیعی در مرکب‌های هیبرید، قابل مصرف است و به جز واکس‌ها که در اعمال لایه ورنی پس از چاپ مزاحمت ایجاد می‌‌کنند، تمام این افزودنی‌ها به سادگی توسط اپراتورها قابل مصرف می‌‌باشند.

در پایان این بخش ذکر این نکته ضروی است که صرف استفاده از یک مرکب هیبرید به معنی اجرای راحت و بی‌ دغدغه یک کار چاپی نیست و چاپ مرکب‌های هیبرید نیز مشابه مرکب‌های UV و معمولی به تنظیمات و اصلاحات لازم توسط اپراتور نیازمند می‌‌باشند. و این امر صرفاً از پیچیدگی و تعداد عوامل دخیل در فرمولاسیون و تأثیرات متقابل مرکب، کاغذ، ماشین چاپ، خشک کن و ... ناشی می‌‌شود.

https://www.linkedin.com/in/mohammadreza-mehdizade

09101436763