Marabu INFO. Teknisk. UV-teknikens användning inom screentrycket. Författare: Thomas Enk, Michael Jansen, Dr.Wolfgang Schäfer

Transkript

1 UV-teknikens användning inom screentrycket Screen 2003 Juli Författare: Thomas Enk, Michael Jansen, Dr.Wolfgang Schäfer 1.1 Inledning 1.2. Fördelar med UV-tekniken 2. UV-härdande systems fuktionsätt 2.1 Härdningsmekanismen 2.2 Villkor för UV-härdningen 2.3 UV-torksystem 2.4 UV-lampan 2.5 Reflektorerna 2.6 Kylning 3. UV-färgernas egenskaper 3.1 Tryckmaterial 3.2 Viktiga egenskaper hos tryckfärgen 3.3 Reaktivitet 3.4 Öppethållande i schablonen 3.5 Viskositet/tixotropi 3.6 Väderbeständighet 4. Bearbetningsanvisningar 4.1 Vidhäftningsegenskaper och reptålighet 4.2 Fördelningen av UV-strålningen 4.3 Kontroll av UV-strålningseffekt 4.4 Faktorer som påverkar härdningshastigheten 4.5 Hjälpmedel till UV-färger 5. Klassificering av produkten samt arbetssäkerhet 5.1 Märkning av UV-härdande produkter 5.2 Aspekter på tryck på förpackningar och leksaker 5.3 Arbetsmiljö och hälsoskydd 6. Avslutande kommentarer Sid 1/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

2 1.1 Inledning Tryckfärgstekniken har vidareutvecklats starkt under senare år och denna utveckling är långt ifrån avslutad. Detta gäller inte bara inom området screentryck. UV-härdande och därmed lösningsmedelfria färgsystem har kommit in på flera områden då det gäller tryckfärger och lackering. Detta ligger i linje med den ökande miljömedvetenheten och är ett svar på kraven på snabba och säkra produktionsprocesser. Parallellt med detta skärps ständigt kvalitetskraven på färdiga tryckta produkter. Oberoende av användningsområde måste nyutvecklade färgsystem uppfylla kvalitetskraven på slutprodukten. Dessutom måste de vara användningssäkra och tillåta rationell och störningsfri produktion med perfekt och reproducerbart tryckresultat. 1.2 Fördelar med UV-tekniken Till skillnad mot konventionella lösningsmedelsbaserade färger används helt andra råvaror och reaktionsmekanismer i den relativt nya UV-färgtekniken. Tillsammans gör detta produktionsprocessen inom screentrycket både snabbare och mera tillförlitlig. Vid en noggrannare granskning erbjuder UV-tekniken fördelar för alla parter: Fördelar för tryckeriet Typiskt för UV-färger är den sekundsnabba torkningen, även kallad radikalpolymerisation. Detta ger möjlighet till höga tryckhastigheter, något som tidigare inte varit möjligt med lösningsmedelsbaserade färger. Just i industriella tillämpningar kan betydligt högre produktionstakter uppnås med moderna snabba maskiner. Det obegränsade schablonöppethållandet med UV-färger är ytterligare ett starkt argument vid värderingen av dessa färgsystem ur screentryckarens synpunkt. Detta innebär betydligt mindre rengöring och därmed improduktiv tid under tryckprocessen. En likformig tryckkvalitet i upplagan uppnås eftersom färgerna inte innehåller några flyktiga lösningsmedel och därmed inte påverkas av någon viskositetsförändring (färgtonförskjutning) under längre tryckupplagor. Även störningsfritt tryck av mycket fina detaljer och raster garanteras genom att färgen inte torkar in i schablonen. Just då det gäller stora upplagor och flerdelade motiv är detta en mycket värdefull egenskap. Även den perfekta reproducerbarheten hos tryckresultatet vid repeat-jobb är en fördel vid användning av UV-färger. Genom dessa fördelar går det att uppnå betydande produktivitetsökning inom många tillämpningsområden. På så sätt förbättras ekonomin och konkurrenskraften just vid stora upplagor (mycket snabb vidarebearbetning/förpackning). Frånvaron av lösningsmedel är en mycket användarvänlig aspekt och utgör ytterligare ett starkt argument för användning av UV-färger. Energibehovet för UV-härdning anses av expertis vara lägre än med varmlufttorkning, och det kompakta formatet hos en sådan torkanläggning eller inline-modul är ytterligare argument för denna intressanta och framtidsinriktade teknik. Sid 2/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

3 Fördelar med tanke på tryckresultatets kvalitet Med UV-härdande färger och lacker kan betydligt högre glans uppnås än med konventionella färgsystem. Detta ger ytterligare möjligheter för grafisk design och formgivning med glanseffekter. Även i kombination med andra tryckmetoder, t ex heltäckande eller partiell ytbehandling och överlackering av offsettryckta motiv kan fördelarna med UV-screentryck utnyttjas till fullo. Samtidigt erbjuder UV-färger och UV-lacker mycket god kemisk och mekanisk beständighet i de tryckta färgskikten. Framför allt vid industriell användning, t ex i etikett- och förpackningstryck, uppfyller UV-tryckning högsta tänkbara krav på nötnings- och fyllmedelbeständighet. Genom det perfekta trycket av mycket fina detaljer utvidgas användningsområdet för screentryck betydligt dvs. finare texter och finare rastertryck. Genom samverkan av dessa egenskaper får de färdiga produkterna ett högre värde och en attraktivare framtoning. Miljöfördelar Det viktigaste argumentet ur miljösynpunkt är faktum att det inte uppstår någon miljöbelastande lösningsmedelsemission i tryckprocessen. Detta gör färgsystemet till en uppenbar favorit i diskussioner om miljöskydd och arbetssäkerhet (se även kapitel 5). 2. UV-härdande systems funktionssätt 2.1 Härdningsmekanismen Flytande UV-härdande färger och lacker reagerar på UV-strålning och bildar ett härdat färgskikt på bråkdelar av sekunder. Härdningsprocessen initieras av ett definierat kvantum UV-strålning, som startar en kedjereaktion. När komponenterna har fullbordat reaktionen har ett fast och mycket beständigt färgskikt bildats. Detta härdningsförlopp bygger på en kemisk process där korta molekylkedjor binds samman till långa tredimensionella molekylstrukturer. Denna reaktionsmekanism betecknas radikalpolymerisation. Färgens reaktionshastighet i härdningsprocessen beror i huvudsak på egenskaper som kan påverkas i receptet och tillsatserna till UV-färgen. De viktigaste komponenterna i en UV-screentrycksfärg kan beskrivas enligt följande: Prepolymerer/oligomerer = trögflytande konsthartser (vanligen olika typer av akrylater) som utgör basen för en UV-färg och uppfyller bindemedlets funktion i färgsystemet. De avgör viktiga egenskaper hos färgen, som vidhäftningsförmåga, beständighet och flexibilitet. Monomerer = reaktiva förtunningar: monomererna påverkar härdningshastigheten och ger färgen rätt viskositet för tryckprocessen. De bestämmer och styr genom sin funktion härdningstätheten i en UV-färg. Genom användning av, och fördelning av, prepolymerer och Sid 3/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

4 monomerer kan man även bestämma om färgsystemet skall vara antingen åt det flexibla eller hårda hållet. Fotoinitiatorer = startar reaktionen: fotoinitiatorerna absorberar inkommande UV-strålning och sönderdelas därmed till så kallade fria radikaler. Fria radikaler är högreaktiva molekyler som kan bilda omättade dubbelbindningar och som leder till polymerisering av akrylaterna i bindemedlet. Halten och kvaliteten hos fotoinitiatorer i färgsystemet är den primära styrande parametern för härdningsprocessen. UV-härdning Tryckt färgskikt UV-bindemedel UV-monomerer Fotoinitiator TC 2002 UV-härdning Kedjereaktion UV-ljus Inverkan av UV-ljus utlöser en kedjereaktion Fotoinitiatorer bildar fria radikaler UV-harts UV-monomerer Fotoinitiator TC 2002 Sid 4/17 UV-härdning Polymerisering UV-harts UV-monomerer TC 2002 Kemisk reaktion avslutad Tid: Färgskiktet härdar inom en sekund werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

5 Efter avslutad polymerisering har det härdade färgskiktet mycket god kemisk och mekanisk beständighet och samtidigt hög glans. UV-härdning Mekanisk vidhäftning UV-harts UV-monomerer Ingen upplösning av ytan Vidhäftning genom adhesion TC 2002 Genom avsaknaden av lösningsmedel i färgen är dess vidhäftning mot tryckmaterialet rent mekanisk och bygger på starka adhesiva krafter. UV-härdning UV-system härdar till 100 % UV-ljus 10 my ca. 10 my T C 2002 Våtfilms- och torrfilmstjocklek hos det tryckta färgskiktet blir lika eftersom färgen inte innehåller några flyktiga komponenter som avdunstar. 2.2 Villkor för UV-härdningen Som framgår av tidigare avsnitt uppvisar UV-screentrycksfärger ett komplext kemiskt förlopp i samband med härdningen. Graden av förnätning är starkt beroende av tillförd UV-energi, en energi som genereras av ett UV-torksystem med lämpliga effektdata. Det är alltså i första hand frågan om att tillföra den UV-reaktiva färgen en så stor dos strålning att genomhärdning och därmed god vidhäftning mot tryckmaterialet uppnås under den korta tid trycket passerar UV-lampan. Målet är en fullständig genomhärdning av de olika komponenterna utan att tillföra ett övermått av energi, vilket skulle kunna få negativa konsekvenser. Sid 5/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

6 Den tillförda energin bestäms av bland annat följande faktorer: Effekt och antal lampor i UV-torksystemet Reflektorutformning och dess underhåll Lampavstånd fokuseringspunkt Transportbandhastighet Vid korrekt samspel mellan dessa faktorer uppstår förutsättningar för korrekt UV-härdning. 2.3 UV-torksystem För UV-härdning krävs speciella torksystem. Dessa består av följande komponenter som är avstämda till varandra för tillförlitlig härdning av UV-färgsystemen. UV-lampa Reflektor Kylning Transportband Funktionssättet hos dessa komponenter beskrivs nedan. 2.4 UV-lampan UV-lampan består av kvartsglasrör som innehåller kvicksilver under vakuum. Lampan i sig själv är tillverkad i högkvalitativt kvartsglas som har mycket god genomsläpplighet för UV-strålning. Förutom kvicksilver finns det i kvartsröret ädelgas som är viktig för generering av en ljusbåge. Denna gas möjliggör tändning av UV-rören då en tändspänning appliceras. Gasen joniseras och det bildas en ljusbåge, så att temperaturen stiger och kvicksilvret förångas. I denna fas uppstår det för UV-härdningen viktiga ljusspektrumet, som ligger inom våglängdsområdet 200 till 400 nm. Detta UV-strålningsområde motsvarar känsligheten hos de i UV-färgen ingående fotoinitiatorerna och sörjer för initiering av den sekundsnabba polymeriseringen. Vid sidan av den egentliga UV-strålningen, som bara uppgår till 15 till 25 procent av strålningseffekten, uppstår även en andel starkt synligt ljus och en avsevärd andel infraröd strålning. Den stora mängden infraröd strålning bidrar i sin tur till kraftig värmeutveckling, vilket kan vara till fördel för UV-härdningen men även kan innebära problem för vissa tryckmaterial och som därför måste reduceras med lämpliga åtgärder. Yttertemperaturen på UV-lampans glaskolv kan uppgå till grader. Konventionella UV-lampor, även kallade mellan- och högtryckskvicksilverlampor, tillverkas inom effektområdet 80 till 240 watt/cm. Genom speciell dopning (tillsatser) i lamporna med metallhalogenider (t ex gallium eller järn) förutom kvicksilvret kan strålningsspektrumet förskjutas så att det anpassas bättre till reaktionsbetingelserna i de strålningskänsliga UV-färgerna. Sid 6/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

7 Ytterligare en möjlighet att variera UV-effekten i härdningsanläggning är att använda ett transportband med steglöst variabel hastighet. Konventionella UV-lampor har normalt en livslängd på över timmar, under vilken period man emellertid måste räkna med en kontinuerlig effektminskning. Mot slutet av sin livslängd kan en UV-lampa visserligen se ut att fungera korrekt, men den avger inte längre tillräcklig UV-effekt. Därför är det viktigt att UV-lampan regelbundet och noggrant kontrolleras och vid behov byts ut. En större effektminskning under den normala UV-emissionen ger alltid härdningsproblem vid tillverkningsprocessen och vid oförändrad produktionshastighet. UV-lampa Lamptyp Kvartslampa Kvicksilverbeläggning Mellan- eller högtryckskvicksilverlampa TC Reflektorerna Effektutbytet från en UV-lampa utan reflektor skulle bara vara 40 procent av det möjliga utbytet. Genom användning av reflektorer kommer även resterande 60 procent till nytta för UVhärdningsprocessen. Detta betyder att reflektorerna har till uppgift att öka den tillförda energin, men även att rikta/reflektera strålningen till fokuspunkten på tryckmaterialet med hjälp av lämplig reflektorgeometri. Följande faktorer kännetecknar en bra aluminiumreflektor: Polerad aluminium för optimal reflektion Kvartsbeläggning som korrosionsskydd Riktad reflektion för noggrann fokusering Aluminium är ett utmärkt reflektormaterial och lämpar sig bäst för uppgiften att rikta UVstrålningen. I detta sammanhang används polerat material, för att få högsta möjliga utbyte av den så kallade sekundärstrålningen. Beroende på aktuell tillämpning och beroende på reflektorns geometri fokuseras UV-strålarna till en specifik bandbredd. Sid 7/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

8 Elliptiska reflektorer erbjuder totalt sett bästa möjliga fokusering, vilket innebär högsta möjliga effekttäthet hos UV-strålningen, även om det samtidigt ger hög värmestrålning på tryckmaterialet. Det går att minska materialytans temperatur genom att anpassa reflektorgeometrin till semifokusering. Effekttätheten blir emellertid lägre. En speciell metod att reducera värmetillförseln är att använda dikromatiska reflektorer. Ett i flera skikt vacuumbelagt kvartsglas reflekterar därmed de för härdningen viktiga UV-strålarna mot materialet, men släpper ut den IR-strålning som genererar värme, och låter värmen absorberas i en kylare. Optimal styrning av temperaturen vid samtidigt högsta möjliga energiutbyte kan därmed garanteras. 2.6 Kylning Förutom olika reflektorutformningar för reducering av temperaturen till en acceptabel nivå finns andra konstruktionsmässiga kylningsåtgärder för UV-torksystem. Begränsning av den höga temperaturen är mycket viktigt för att undvika skador på grund av överhettning i reflektor-lampsystemet, men även vid härdning av värmekänsliga tryckmaterial är effektiv kylning avgörande för att tryckmaterialet skall bibehålla korrekta mått. Därför är kylsystemets kvalitet viktig. Man måste hitta den rätta kompromissen för att undvika negativ inverkan på härdningseffekten. Vi skiljer mellan följande kylsystem: Luftkylning utanför reflektorutrymmet, vilket innebär att reflektorns utsida kyls med hjälp av kraftiga fläktar och omgivningsluft. Dessa system kallas heta system, eftersom den uppvärmda luften skickas direkt tillbaka till omgivningen. Luftkylning i reflektorutrymmet, där kall luft leds in i reflektorutrymmet och den uppvcrmda luften ventileras bort. Vid denna metod går en del av UV-effekten förlorad eftersom syret i den tillförda luften reagerar i UV-ljuset och bildar ozon. Indirekt vattenkylning på reflektorns utsida genom ett slutet vattenkylsystem som inte påverkar UV-effekten. Direkt vattenkylning med ett dubbelväggigt vattenfyllt rör som helt omger UV-lampan. Här absorberas en betydande mängd IR-strålning, men även en del UV-strålning. Till detta kommer effektminskning på grund av absorptionsförluster då strålningen går från ett medium till ett annat. Dessa förluster kan bara kompenseras med högre lampeffekt. Temperaturhantering är en viktig faktor för effektiv drift av en UV-anläggning. Värme är välkommet för polymeriseringsprocessen i UV-systemen, ja till och med nödvändig, men den måste vara styrbar och kunna begränsas. Samverkan mellan lampeffekten, reflektoregenskaperna och åtgärderna för värmereducering under UV-härdning är viktiga nycklar för framgång med UVteknik. Sid 8/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

9 3. UV-färgernas egenskaper Härdningsmekanismen för UV-färger genom radikalpolymerisation ger det tryckta färgskiktet speciella egenskaper i jämförelse med lösningsmedelbaserade färger. 3.1 Tryckmaterial Under senare år har materialutvecklingen gått fort framåt och urvalet av material som går att trycka med UV-färgteknik utökats betydligt. Förutom klassiska material som PVC, styren, polykarbonat, akryl, polyeten och polypropen, liksom papper, papp och kartong, går det nu att trycka på material som förbehandlad polyester, lackerade ytor, metall och glas. Därför finns det för de flesta tillämpningar inom screentrycket möjlighet att välja mellan UVhärdande och lösningsmedelbaserade screentrycksfärger. Ytterligare information som beslutsunderlag finns i de olika färgseriernas tekniska datablad. 3.2 Viktiga egenskaper hos tryckfärgen Glans Generellt karakteriseras alla UV-härdande färger och lacker av mycket hög glans. Glansen kan mätas med en glansgradsmätare enligt DIN , varvid man utan problem uppnår värden på över 85 enheter. För det matta området finns särskilda UV-färgserier tillgängliga. Om en speciell grad av glans önskas (t ex sidenglans) kan en högblank färg inte justeras i efterhand med matteringspulver eller andra tillsatser, utan måste beaktas vid färgtillverkningen. Täckförmåga Enklaste och bästa härdning av UV-färger får vi alltid vid opigmenterade lacker, eftersom den avgörande djuphärdningen som bygger på UV-strålning genom den tryckta lackfilmen då inte påverkas av störande färgpartiklar, som tex. pigment, på vägen från ytan ner till tryckmaterialet. Därför är typen av pigmentblandning och mängden tillsatt UV-härdande bindemedel hårt styrd och kan av färgtekniska skäl (reaktionshastighet) inte varieras mer än till en viss grad. Därför är också många kulörer idag monopigmenterade, mycket blanka och i jämförelse med lösningsmedelsbaserade kulörer något mindre täckande. Även tjockleken på det tryckta färgskiktet, som kan styras genom korrekt val av screenväv (och även tryckparametrar), är i högsta grad avgörande för optimal genomhärdning av färgen. Flexibilitet Inom detta område har de största framstegen inom UV-området gjorts under senare år. Tidigare tenderade färgerna vara mycket hårda och spröda, med väl kända resultat som kantresning hos tryckta självhäftande folier. Idag har vi tillgång till ett mycket flexibelt färgsystem som tillåter större töjning i folien och till och med djupdragning som vacuumformning. Beständighet Här kommer några mycket stora fördelar med UV-färger till sin rätt. Exempelvis ligger den mekaniska hållfastheten hos en glänsande UV-färg mycket högt då det gäller torrnötning. Även den Sid 9/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

10 kemiska beständigheten mot olika fyllmedel, rengöringsmedel och testvätskor (såväl sura som alkaliska) är mycket god. Flexibla UV-färger är dock generellt sett mindre beständiga än de hårdare multifunktionellt härdade UV-färgerna. En skillnad i jämförelse med lösningsmedelbaserade färger ligger i sämre vattenbeständighet. Eftersom UV-färger endast häftar adhesivt mot materialytan kan färgskiktets vidhäftning mot substratet reduceras starkt av längre tids vattenpåverkan. Denna effekt kan förbättras betydligt genom tillsats av sk. vidhäftningsförbättrare. 3.3 Reaktivitet Även inom härdningshastigheten har stora framsteg gjorts under senare år med högreaktiva färger. Idag uppnår man i praktiken tryckhastigheter på upp till tryck/tim, t ex vid CD- eller flasktryck, eller 80 till 100 m/min vid etikettryck rulle till rulle och detta även vid varierande färgskikttjocklek (8 till 12 µ). Denna markanta ökning av härdningshastigheten öppnar nya användningsområden och förbättrar möjligheterna för screentryck i snabba tryckmaskiner i kombination med andra tryckmetoder. Avgörande för hög härdningshastighet är, förutom färgrecepturen i basfärgen, en kontrollerad färguppbyggnad (skikttjocklek), effekten hos UV-torksystemet, färgen på det material som skall tryckas och den valda färgtonen. Vid bearbetning av flexibla UV-färgsystem måste man utgå från en lägre härdningshastighet eftersom förnätningsgraden och reaktiviteten är lägre hos flexibla färger. Dessa speciella faktorer beskrivs närmare i avsnitt Öppethållande i schablonen Det är en av de stora fördelarna med UV-färger att de inte kan reagera utan UV-strålning och produktiviteten ligger därmed alltid högt tack vare obegränsat schablonöppethållande i schablonen. Man behöver alltså inte stanna tryckmaskinen för att lösa upp färg som torkat in i schablonens fina detaljer. 3.5 Viskositet/tixotropi UV-färger är normalt tryckfärdiga men skall röras noggrant homogena innan tryckningen inleds. Beroende på användningsområde och tryckhastighet erbjuds olika inställningar av färgviskositeten i vissa färgserier. Viskositeten kan för en aktuell färg minskas ytterligare genom tillsats av en reaktiv förtunnare (OBS! begränsad mängd). Tixotropi (flytförmåga) hos UV-färger är vid tillverkningen anpassad till olika användningsområden. Sid 10/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

11 3.6 Väderbeständighet Idag finns högvärdiga UV-färgsystem som inte står konventionella lösningsbaserade färger efter då det gäller långsiktig väderbeständighet. Om det tryckta motivet övertrycks med en lika beständig UV-skyddslack blir beständigheten upp till fem år i normalt mellaneuropeiskt klimat och i specifika fall ännu bättre. Begränsningar av detta värde gäller främst färgtoner med hög vit- eller lackandel (större andel än 30 procent). 4. Bearbetningsanvisningar Goda resultat med UV-färger grundläggs på ett tidigt stadium genom korrekt färgval och under den härdningsprocess som i ett UV-torksystem slutförs på en bråkdel av en sekund. För att kunna arbeta optimalt under sådana omständigheter måste vissa bearbetningsanvisningar och generella krav beaktas: Likformig UV-strålning över hela banbredden Anpassning av UV-dosen till varierande produktionshastigheter Utbyte av UV-lampan i tid beroende på antal drifttimmar (max till h) Optimalt underhållen och rengjord UV-tork (framför allt reflektorerna och UV-lampan) Ingen förändring av lampavståndet i förhållande till materialytan och därmed av fokuseringen Banddrivning, frammatning eller rotation av tryckmaterialet under UV-lampan måste vara likformig. 4.1 Vidhäftning och reptålighet Omedelbart efter UV-härdningen och efter nedkylning till rumstemperatur måste det tryckta färgskiktet bestå ett vidhäftnings- och reptålighetsprov enligt DIN dvs. full vidhäftning. Dessa prov görs med hjälp en gittersnitt-kniv och tejptest, liksom med ett skrapprov med fingernageln. Här är endast värden på GT 0 eller 1 acceptabla, vilket bekräftar god vidhäftning på tryckmaterialet. Om dessa testmetoder däremot skulle leda till att större färgpartiklar lossnar är det tryckta färgskiktet ohärdat eller den valda färgen olämplig för den aktuella tillämpningen. Avgörande i sammanhanget är djuphärdningen, dvs. den UV-strålning som passerar genom den tryckta färgfilmen till gränsytan mellan substrat och färg. Det är detta som avgör graden av vidhäftning. För optimal djuphärdning och därmed vidhäftning är den långvågiga UV-strålningen i UV-Boch UV-A-området av särskild betydelse. Parallellt med detta är även ythärdningens kvalitet av högsta betydelse. Målet är att uppnå en beständig och klibbfri yta som senare inte kan smeta av färg i en stapel eller på rulle. Här är den energirika, kortvågiga UV-strålningen i UV-C-området av betydelse. Generellt sett har nästan alla UV-färger en efterhärdningseffekt under de första 24 timmarna, vilket ytterligare förbättrar såväl vidhäftningen och reptåligheten som den kemiska beständigheten. Detta är ju bra, men efter vidhäftningstestet omedelbart efter UV-härdningen kan man inte avgöra hur Sid 11/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

12 stor denna efterhärdningseffekt kommer att bli man måste därför ha full vidhäftning direkt efter tryck. 4.2 Fördelningen av UV-strålningen För likformig UV-effekt över hela banbredden måste man veta att UV-lampans effekt avtar tydligt mot belysningsområdets ytterkanter. För att undvika skillnader i härdningseffekt måste strålningsområdet sträcka sig ca 10 cm utanför det maximala formatet som skall tryckas. 4.3 Kontroll av UV-strålningseffekt För att garantera en likformig UV-härdning vid fortlöpande produktion måste UV-torkens effekt regelbundet (helst en gång i veckan) mätas och kontrolleras. För detta ändamål finns instrument som UV-integratorer eller proffessionella instrument (t ex UV Power MAP) med optisk indikering av UV-effekten över ett specifikt spektralområde, plus temperaturmätning. Med sådan utrustning kan man mäta strålningsdosen (intensitet x tid) i millijoule/cm² och man har därmed alltid kunskap om nivå och kvalitet hos UV-strålningen. Tillsammans med uppgifterna från drifttidmätaren och det optiska tillståndet hos de inre komponenterna som reflektor och lampa ger detta alltid konkret information om UV-torksystemet. Bara på så sätt kan stråldosen hållas konstant och likformiga härdningsresultat uppnås. 4.4 Faktorer som påverkar härdningshastigheten Varje UV-färgserie är till sin receptur anpassad till de speciella krav för respektive tillämpning (t ex olika tryckmaterial, tryckhastigheter etc.) och till kraven som ställs på den tryckta UV-färgen (t ex flexibilitet och kemisk beständighet). Färgerna är därför unika till sina härdningsegenskaper. Detta visar sig tydligt i exemplet med flexibla, hårda eller höghållfasta UV-färger. För att få ett flexibelt UV-färgskikt måste härdningsgraden inne i färgskiktet reduceras (ingen tredimensionell förnätning), vilket samtidigt innebär en minskning av reaktiviteten. På så sätt kan man med flexibla UV-färger inte tillämpa lika höga bandhastigheter eller taktfrekvenser som med hårda och reaktiva färger, med oförändrad stråldos. Därför måste varje färgsort, innan tryckprocessen påbörjas, testas med avseende på sin lämplighet för det speciella tryckjobbet. Det finns emellertid ytterligare påverkande faktorer: Tjocklek hos det tryckta färgskiktet Ju tjockare det tryckta färgskiktet är desto mera strålningseffekt krävs för genomhärdning (mj/cm²), om inte produktionshastigheten (bandhastigheten) skall reduceras. Här har naturligtvis även valet av screenväv och vid fina texter och rastertryck även schablonens uppbyggnad en central inverkan. Generellt sett används finare vävar för UV-tryck. Detta kompenserar bla. det tjockare färgskikt som UV-färgen ger med sitt 100% fasta innehåll dvs. färgen innehåller i princip inga komponenter som reducerar färgskiktstjockleken genom avdunstning. Detta bör särskilt beaktas vid rastertryck för att undvika för hög punktuppbyggnad. Sid 12/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

13 Olika färgtoner Som nämnts ovan försvårar pigmenteringen i princip UV-härdningen. Pigmentpartiklarna avlänkar en del av UV-strålningen, reflekterar den och kan till och med absorbera den. Därför måste stråldosen ofta ökas för pigmenterade färgsystem i jämförelse med opigmenterade lacker. Olika färger hos substratet Även dessa påverkar härdningshastigheten. I det optimala fallet är substratet vitt och reflekterar inkommande UV-strålar tillbaka genom färgskiktet. Om substratet är transparent, färgat eller till och med svart finns inte denna effekt och man behöver då en högre stråldos. 4.5 Hjälpmedel till UV-färger För optimal inställning av UV-färgen till produktionsprocessen finns det, förutom möjligheten att kunna påverka stråldosen eller tjockleken hos det tryckta färgskiktet, även möjlighet att ställa in färgen med hjälp av olika tillsatser. Här kan tex. pigmenthalten reduceras med hjälp av en tillsats av UV-trycklack och därmed öka reaktiviteten. Detta sker dock på bekostnad av täckförmågan samt väderbeständigheten vid utomhusanvändning. Ytterligare en möjlighet är en mindre tillsats av fotoinitiatorer till UV-färgen, vilket finns som hjälpmedel (accelerator typ B1 eller B2). Fördelen med detta är att täckförmågan praktiskt taget inte påverkas alls. Vidare finns olika typer av vidhäftningsförbättrare (typ UV-HV 2, UV-HV 4 mfl.) för användning på svåra substrat eller för förbättring av den kemiska beständigheten. Beroende på färgsort måste man emellertid här räkna med förkortad bearbetningstid (potlife) för den blandade färgen. 5. Klassificering av produkten och arbetssäkerhet UV-härdningstekniken utnyttjar UV-strålning för själva härdningsprocessen och används idag för härdning av screentrycksfärger men även inom offset- och flexotryck, liksom för andra typer av lacker och häftämnen. Även om dessa system saknar flyktiga lösningsmedel (VOC) som kan utgöra hälsofaror vid högre koncentrationer och som dessutom utgör en miljöbelastning, måste man beakta säkerhetsföreskrifterna vid hantering av dessa UV-produkter och framför allt beakta säkerheten vad beträffar arbetsmiljö och hantering. 5.1 Märkning av UV-härdande produkter Så som redan nämnts i avsnitt 2.1 består UV-härdande produkters bindemedel vanligen av prepolymerer (oligomerer) och akrylatbaserade monomerer som i vid bemärkelse kan betraktas som derivat av akrylsyra, samt andra råmaterial. Dessa derivat delas in i två klasser: Stenomeriska akrylat, vilket är exakt definierade produkter med låg molekylvikt och smal molekylviktsspridning Eurymeriska akrylat, som är produkter med högre molekylvikt och bredare molekylviktsfördelning Sid 13/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

14 Råvaruleverantörerna tillhandahåller säkerhetsdatablad för tillverkarna av UV-härdande screentrycksfärger. Tryckfärgstillverkarna måste sedan ta fram egna säkerhetsdatablad för den färdiga UV-härdande produkten i enlighet med de gemensamma reglerna inom EU. Närmare bestämt måste följande EU-direktiv beaktas: Materialdirektivet 67/548/EEG Preparatdirektivet 88/379/EEG Direktivet om säkerhetsdatablad 91/155/EEG och 93/112/EEG Beroende på sammansättningen av de UV-härdande produkterna kan dessa delas in som: Märkningsfria (dock sällan förekommande) Irriterande för huden Irriterande för ögonen Allergiframkallande Detta innebär att de flesta UV-produkter måste förses med etiketter med Andreaskors och beteckningen Irriterande, och i ett fåtal fall med påskriften Hälsoskadligt samt med relevanta upplysningar om dess specifika risker (R-fraser) och säkerhetsanvisningar (S-fraser) Aspekter på tryck på förpackningar och på leksaker Inom förpackningsområdet används såväl absorberande som icke absorberande tryckmaterial. Absorberande material är olämpliga för UV-härdande screentrycksfärger, eftersom monomerer och fotoinitiatorer kan absorberas av tryckmaterialet och därmed bara få begränsad påverkan av härdningsreaktionen. Vidare måste man skilja mellan tryckta förpackningar där screentrycksfärgen kommer i direkt respektive indirekt kontakt med förpackningens innehåll. För tillämpningar där det är frågan om direkt kontakt med tryckfärgen och förpackningens innehåll kan användning av UV-härdande screentrycksfärger inte rekommenderas. Vid indirekt kontakt med förpackningens innehåll är problemet att graden av härdning för UVhärdande screentrycksfärger inte kan bestämmas med enkla metoder under produktionen, utan endast genom speciella komplicerade analysmetoder i efterhand. Vid sådan analys kan det ofta påvisas att härdade UV-screentrycksfärger, även under goda betingelser, kan innehålla små mängder ohärdade monomerer, fotoinitiatorer och fragment av dessa i färgskiktet. Dessa kan under vissa förhållanden migrera ur färgskiktet och då utgöra en hälsorisk (allergi). För att minimera denna potentiella risk är kontrollen av härdningsprocessen oerhört viktig. Därför måste så som beskrivits ovan, reflektorerna kontinuerligt undersökas och lampeffekten regelbundet mätas. Vid noggrant upprätthållande av dessa villkor kan UV-härdade screentrycksfärger och produkter användas för tryckning på utsidan på förpackningar som innehåller livsmedel, hudvårdsmedel, rengöringsmedel eller medicinska instrument. Sid 14/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

15 Ytterligare säkerhet kan uppnås om man låter ett oberoende analysinstitut analysera ett under produktionsbetingelser tryckt prov för att mäta migrering av ohärdade komponenter. Resultatet levereras i form av ett säkerhetsintyg. Att trycka på leksaker med UV-härdande screentrycksfärger/produkter utgör ett specialfall. Generellt sett måste man avråda från detta eftersom små barn ofta suger på leksaker och saliv kan innebära att eventuella ohärdade monomerer, fotoinitiatorer och fragment av dessa kan extraheras från färgskiktet, vilket skulle utgöra en hälsorisk fara för barnet. 5.3 Arbetsmiljö och hälsoskydd Med tanke på arbetsskydd och hälsoskydd och miljöpåverkan finns vissa viktiga punkter som måste beaktas på grund av den speciella sammansättningen hos UV-härdande produkter. Inga flyktiga lösningsmedel I UV-härdande screentrycksfärger/produkter förekommer i normala fall inga flyktiga organiska lösningsmedel (VOC). Därför påverkas medarbetare och miljö inte heller av sådana ämnen som finns i stor mängd konventionella färger. Vidare kan inga brandfarliga blandningar mellan lösningsmedelångor och luft bildas, varför det inte föreligger någon brand- eller explosionsfara. Naturligtvis kan UV-härdade screentrycksfärger brinna eller polymerisera men först då påverkas av öppen eld eller stark värme. Pigmentering UV-härdande screentrycksfärger är generellt fria från tungmetaller (DIN EN 71, del 3) och innehåller organiska pigment. Hudirritation och allergirisk Vid hantering av UV-färger bör man alltid undvika direkt hudkontakt med den våta eller ohärdade färgen, eftersom färgen är klassad som hudirriterande och risk för sensibilisering dvs allergirisk. Om allergi har framkallats kan förnyad kontakt med UV-härdande screentrycksprodukter även i små doser leda till extremt starka reaktioner. Därför måste man alltid bära skyddshandskar när man hanterar våt ohärdad UV-färg. Hantering och arbete med UV-härdande färger faller under Arbetsmiljöverkets föreskrift Härdplaster AFS 1996:4. Denna skrift kan hämtas på Arbetsmiljöverkets hemsida under adressen : Hygien UV-härdande produkter torkar inte i luft. Därför måste man tillämpa extremt hög renlighet när man arbetar med dessa material. Hudpartier som kommer i kontakt med produkten måste omgående tvättas av med vatten och tvål. Man skall under inga omständigheter rengöra huden med lösningsmedel eftersom detta avlägsnar det skyddande hudfettet med risk att färgens beståndsdelar lättare absorberas av huden. Förorenade klädesplagg skall omgående bytas och förorenade torktrasor skall genast läggas i förslutna behållare. Sid 15/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

16 Rengöring av screenramar och tryckutrustning Vid rengöring skall man vara särskilt noggrann med att undvika hudkontakt med rengöringsvätskan och se till att rengöringsvätskan inte stänker upp i ögonen (bär skyddsglasögon!). UV-strålning Inverkan av kortvågig UV-C-strålning på huden kan leda till solbränna eller i värsta fall till bestående hudskador. UV-C-strålning kan få svåra följder om den påverkar ögonens hornhinna eller näthinna. Därför måste UV-strålningen från UV-torksystem avskärmas fullständigt med lämpliga åtgärder. Även stickljus från UV-torkens öppningar från långt håll skall undvikas eller avskärmas. Ozon Ozon bildas genom inverkan av kortvågig UV-C-strålning (< 250 nm) på syre. Ozon är en giftig gas som har en karakteristisk och mycket intensiv lukt (Nivågränsvärde: 0,1 ppm, förnimmelsegräns: 0,01 ppm - Ozon luktas långt före den uppnått skadliga nivåer). Därför måste alla UV-torkanläggningar vara försedda med en effektiv ventilationsanordning. Bildandet av ozon kan undvikas genom användning av speciella UV-lampor, vilket emellertid innebär att en betydande andel av den för härdning av UV-färger viktiga kortvågiga strålningen kommer att saknas. Även bortfiltrering av ozon från avluften från UV-torksystemet genom användning av t ex lämpliga aktiva kolfilter kan vara en möjlig lösning. Halveringstiden för ozongasen är relativt kort och ozon sönderfaller till vanligt syre igen. Avfall från UV-produkter Inga speciella krav ställs på destruering/deponering av tryckta och härdade material. Dessa material kan hanteras som normalt avfall för förbränning eller kan lämnas till återvinnig beroende på typ av tryckmaterial som har använts. Tömda och renskrapade förpackningar kan antingen brännas eller återvinnas. Däremot måste ohärdade färger och färgrester betraktas som riskavfall (avfallskod 55903) och skall hanteras i enlighet med lokala myndigheters föreskrifter. Detta gäller även tryckta material där screentrycksfärger och lacker inte är genomhärdade. Därför skall all makulatur och alla feltryck genomhärdas om de är tryckta med UV-härdande produkter. Generellt gäller för UV-härdande screentrycksfärger samma som för konventionella screentrycksfärger: fara för människa och miljö föreligger endast om materialet inte hanteras korrekt. För att hantera de specifika egenskaperna hos UV-härdande screentrycksfärger och produkter på rätt sätt i den dagliga hanteringen är det viktigt att alla medarbetare som kommer i kontakt med UVhärdande färger utbildas på detta material och görs medvetna om de aktuella farorna. I de UVseminarier som tillverkare av dessa tryckfärgsystem erbjuder spelar dessa teman en viktig roll. Vidare skall påverkade medarbetare ges tillgång till säkerhetsdatablad för alla UV-härdande screentrycksprodukter som används. Om man vid hantering av UV-härdande screentrycksfärger och produkter följer dessa självklara skyddsåtgärder finns det enligt dagens kunskap inga hälsofaror för människor och heller inga miljöfaror. 6. Avslutande kommentarer Sid 16/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de

17 Andelen UV-härdande system av den totala volymen av screentrycksfärger och lacker har ökat kontinuerligt under senare år. De här i texten inledningsvis beskrivna fördelarna har haft en så positiv inverkan inom vissa tillämpningsområden att UV-tekniken idag nästan är allenarådande inom flera produktområden. Bra exempel på detta är CD-industrin eller förpackningstryck på flaskor, liksom direkt tryck på plastförpackningar och i rotativt screentryck för produktion av högkvalitativa etiketter. Här skulle de enorma produktivitetsökningarna på flerfärgsmaskiner helt enkelt inte ha varit möjliga utan UV-teknik. Även inom det grafiska screentrycket har UV-färger och lacker fått ett starkt genomslag inom vissa tillämpningsområden, t ex på flerfärgsmaskiner för tryckning av plakat, genomlysta affischer (Citylight) och skyltar. För alla dessa marknadssegment utrustas nya maskiner idag uteslutande med UV-torkning. Denna positiva utveckling kommer med säkerhet att fortsätta även under kommande år. För många tillämpningar kan man med UV-färger räkna med ytterligare ökning av produktivitet och kvalitet på de tryckta produkterna. För många användare finns dock fortfarande en viss osäkerhet och i många fall rädsla för att lämna invanda och väl beprövade arbetsmetoder och att ställa in sig på en ny teknik. Detta är förståeligt och därför lägger tillverkare av screentrycksfärger och väv, schablonmaterial och maskiner stor vikt vid att noggrant och objektivt informera och utbilda intresserade användare. Icke desto mindre finns det även användningsområden där lösningsmedelsbaserade färgsystem fortfarande erbjuder fördelar. Därför är god rådgivning till användarna på ett tidigt stadium före en omställning mycket viktig för att undvika eventuella problem vid övergång till UV-teknik. Om ett företag inte kan utvärdera UV-tekniken hos sig själv kan de vända sig till färgtillverkaren för att utvärdera tex. ett speciellt tryckjobb och testa detta hos färgtillverkaren. Därmed kan företaget lättare fatta ett väl grundat beslut med hänsyn till investeringskostnader för en lämplig UVutrustning. Genom sådan individuell rådgivning, utbildningar, seminarier och annan information tex. i form av artiklar i facktidskrifter kan mycket göras för att screentryck i alla sina mångsidiga användningsområden skall kunna utnyttja UV-tekniken optimalt. På så sätt kan denna moderna teknik få möjlighet att visa sina fördelar och breddas ytterligare. Detta ligger i alla aktörers intresse, inte minst med tanke på vår gemensamma miljö. Sid 17/17 werke GmbH & Co. KG Telefon: +49-(0) info@marabu-druckfarben.de