Làm khô bằng chùm tia điện tử cho mực tối trong bao bì

Một loại mực tối có thể trông khô ở bề mặt trong khi lớp bên dưới vẫn chưa được làm khô đầy đủ. Đối với các nhà in bao bì, vấn đề không chỉ nằm ở vẻ ngoài: việc làm khô không đầy đủ có thể làm suy giảm độ bám dính và gây khó khăn trong các công đoạn gia công tiếp theo. Làm khô bằng chùm tia điện tử cung cấp một cách khác để truyền năng lượng vào lớp mực khi sắc tố hạn chế khả năng thâm nhập của ánh sáng tử ngoại.

Lợi thế của nó mang tính đặc thù. EB không phụ thuộc vào độ trong suốt quang học, nhưng việc làm khô thành công vẫn phụ thuộc vào công thức pha chế, cấu trúc vật liệu và thông số quy trình. Đây là một công nghệ cần được đánh giá dựa trên công việc in thực tế, chứ không phải là giải pháp làm khô phổ quát cho mọi màu tối.

So sánh khái niệm về sự suy giảm ánh sáng UV và sự lắng đọng năng lượng của chùm tia điện tử trong các lớp mực có sắc tố. Không theo tỷ lệ; không ngụ ý hiệu suất làm khô nào.

Tại sao mực tối có thể gây thách thức cho công nghệ làm khô bằng UV

Trong các hệ mực UV gốc tự do điển hình, chất khởi phát quang hấp thụ ánh sáng và bắt đầu quá trình trùng hợp. Các sắc tố có thể hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng đó, làm giảm năng lượng khả dụng ở độ sâu lớn hơn trong lớp mực. Các chất màu đen đậm là ví dụ quen thuộc, nhưng màu trắng đục cũng có thể gây khó khăn. Tính chất liên quan là mật độ quang tại các bước sóng đóng rắn, chứ không phải việc màu sắc có trông tối đối với mắt người hay không.

Điều này không có nghĩa là công nghệ UV không thể đóng rắn được các loại mực đục. Ví dụ, Flint Group đã tài liệu hóa một loại mực trắng đục có thể đóng rắn bằng đèn LED UV được thiết kế riêng cho quy trình này. Trước khi thay đổi công nghệ, hãy đánh giá sự tương thích giữa mực và đèn, năng lượng UV được cung cấp, độ dày lớp mực và tốc độ sản xuất cùng với nhà cung cấp. Một vấn đề về công thức hoặc thời gian phơi sáng có thể được khắc phục ngay trên dây chuyền hiện có.

Giải thích của ESI về khả năng thâm nhập của tia UV và chùm tia điện tử (EB) |Bảng dữ liệu kỹ thuật mực trắng đục đóng rắn bằng đèn LED UV của Flint Group

Cách thức đóng rắn bằng chùm tia điện tử (EB) làm thay đổi vấn đề

Một đơn vị EB tăng tốc các electron và hướng chúng vào vật liệu. Trong các hệ acrylate có thể làm cứng bằng tia EB phổ biến, năng lượng của chúng khởi động quá trình trùng hợp mà không cần chất khởi phát quang. Điều này khác với việc đun nóng mực cho đến khi dung môi bay hơi.

Độ thâm nhập của electron phụ thuộc vào mật độ và thành phần vật liệu chứ không phụ thuộc vào độ mờ quang học. Điều này khiến công nghệ EB trở nên hấp dẫn đối với các loại mực có hàm lượng sắc tố cao, nơi sự suy giảm quang học hạn chế khả năng phơi sáng bằng tia UV. Tuy nhiên, việc bổ sung sắc tố có thể làm tăng mật độ, và các chất phụ gia vẫn có thể gây cản trở phản ứng hóa học trong quá trình làm cứng. Do đó, một loại mực trắng giàu titanium dioxide và một loại mực đen chứa carbon không nên được coi là giống nhau chỉ vì cả hai đều không trong suốt.

Câu hỏi thực tiễn là liệu năng lượng đủ để đạt tới toàn bộ độ dày lớp mực trong cấu trúc đề xuất hay không. Màu sắc riêng lẻ không thể trả lời câu hỏi này, và việc tăng độ dày lớp mực hoặc thêm các lớp khác có thể làm thay đổi kết quả.

Mô tả quy trình tia electron của ESI |Phân tích kỹ thuật PCT về công nghệ UV-EB

Điện áp và tốc độ là hai thông số điều khiển khác nhau

Thông số kỹ thuật của thiết bị cần phân biệt rõ độ thâm nhập với liều hấp thụ. Việc tăng điện áp không thể thay thế việc kiểm tra liều, và tốc độ tối đa được nêu ra chỉ có ý nghĩa khi đi kèm với các điều kiện vận hành đã được quy định.

Ví dụ cụ thể về thiết bị, PCT nêu thông số kỹ thuật của dòng Core 100 ở mức điện áp 80–100 kV, với liều bề mặt tối đa là 30 kGy tại tốc độ dây chuyền 183 m/phút và điện áp 100 kV, cùng mức khí trơ nitơ không vượt quá 200 ppm oxy. Đây là các thông số do nhà sản xuất công bố cho máy đó, chứ không phải công thức khuyến nghị áp dụng cho mọi loại mực in.

Các loại mực in và lớp phủ EB gốc tự do điển hình đòi hỏi kiểm soát oxy, thường sử dụng nitơ. Việc tăng tốc độ dây chuyền cần được xác minh thực nghiệm, chứ không được mặc định là an toàn chỉ vì liều chiếu xạ hiển thị không thay đổi: các nghiên cứu đã chứng minh hiệu ứng phụ thuộc tốc độ liều trong một số công thức acrylate.

Thông số kỹ thuật của PCT Core 100 |Nghiên cứu của RadTech về hiệu ứng tốc độ liều

Vị trí của EB trong in bao bì

Các ứng dụng EB thương mại bao gồm mực in bao bì flexo và offset, cũng như các lớp phủ bảo vệ trên bề mặt. Sun Chemical cung cấp các sản phẩm chuyên biệt có khả năng đóng rắn dưới tia EB dành cho bao bì giấy, bìa cứng, phim và nhựa. Đây là một quy trình công nghiệp đã được thiết lập, chứ không phải một hiện tượng in ấn mới được phát hiện.

Mực in và vật liệu nền phải được kiểm định cùng nhau. Một loại mực in UV hiện có không tự động trở thành mực in EB được phê duyệt, ngay cả khi thành phần nhựa có liên quan. Việc giảm phụ thuộc vào độ trong suốt của sắc tố cũng không đảm bảo độ bám dính, độ linh hoạt hoặc hiệu suất hàn nhiệt.

EB có thể hạn chế việc làm nóng vật liệu nền so với một số phương pháp sấy, nhưng đây không phải là quá trình không sinh nhiệt. Một số loại vật liệu nền có thể bị ảnh hưởng bởi bức xạ. Độ ổn định của màng và hiệu suất trong gia công chuyển đổi cần được đánh giá cùng với quá trình đóng rắn mực in.

Cũng cần xác định rõ lớp nào đang được đóng rắn. Lớp vecni phủ trên bề mặt (overprint varnish) được đóng rắn bằng EB trên cuộn vật liệu đã in không chứng minh rằng mực in nền là loại có thể đóng rắn bằng EB. Việc đóng rắn lớp phủ bảo vệ không tự động dẫn đến việc đóng rắn mực in nền không liên quan nằm bên dưới.

Dòng mực in EB thương mại của Sun Chemical |Bài thuyết trình về mực in và lớp phủ EB của Sun Chemical

Ý nghĩa của điều này đối với trang trí bằng lá kim loại và hiệu ứng toàn ảnh

Quá trình làm cứng bằng chùm electron mô tả cách một lớp phản ứng được làm cứng; việc chuyển lá kim loại lạnh và quá trình đúc–làm cứng mô tả các quy trình trang trí. Đây không phải là những thuật ngữ có thể hoán đổi cho nhau. Các hệ thống đúc–làm cứng dựa trên chùm electron (EB) tồn tại, nhưng việc sử dụng chúng không chứng minh rằng một lớp phủ UV thông thường, keo dán hoặc màng đúc tương thích với chùm electron.

Đối với bao bì đã trang trí, hãy xác định thứ tự các lớp và mặt bị chiếu xạ trước khi lựa chọn quy trình. Vật liệu nằm giữa chùm tia và lớp phản ứng ảnh hưởng đến việc truyền năng lượng. Một lớp kim loại mỏng và một lớp giấy bạc nhôm khối lượng lớn là hai cấu trúc khác nhau; chỉ riêng đặc điểm bề ngoài kim loại không phải là phép kiểm tra tính tương thích.

Kiểm tra việc chuyển lá kim loại và giải phóng, độ bám dính cũng như bất kỳ công đoạn in phủ nào tiếp theo trên cấu trúc thực tế. Đối với công việc đúc–làm cứng, cần đánh giá thêm khả năng sao chép họa tiết và khả năng giải phóng màng. Chỉ riêng một lớp phủ cứng không chứng minh được rằng quy trình trang trí đã thành công.

Ứng dụng đúc–làm cứng của ESI |Thảo luận của ESI về khả năng thâm nhập vật liệu

Những yếu tố cần xác minh trước khi áp dụng chùm electron

Bắt đầu với công việc khó in hơn, thay vì lớp phủ rõ ràng trên vật liệu nền dễ in. Gửi cho nhà cung cấp thiết bị và mực in các thông tin sau: loại vật liệu nền, trình tự các lớp, độ bao phủ sắc tố, lượng mực tối đa có thể in, tốc độ mục tiêu và các công đoạn xử lý tiếp theo. Bao gồm cả vùng in đặc dày và bất kỳ lớp trắng đục nào trong mẫu thử.

• Thỏa thuận phương pháp đánh giá độ đóng rắn riêng cho từng công thức, sau đó kiểm tra độ bám dính, khả năng chống mài mòn và hiện tượng dính dính. Bề mặt khô khi chạm không phải là bằng chứng đủ để khẳng định độ đóng rắn toàn diện.
• Đánh giá yêu cầu đối với bao bì thành phẩm, bao gồm độ bám dính khi ép ghép, khả năng gập, hàn nhiệt hoặc trang trí bằng lá kim loại (foil) nếu có liên quan. Ghi chép đầy đủ điều kiện vận hành và tiêu chí chấp nhận.
• Đối với bao bì thực phẩm, đánh giá cấu trúc dự kiến tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm và các yêu cầu về di chuyển chất. Việc không chứa chất khởi phát quang (photoinitiator-free) không đồng nghĩa với việc không có hiện tượng di chuyển chất (migration-free) hay tự động đáp ứng tiêu chuẩn tiếp xúc thực phẩm.
• So sánh chi phí lắp đặt, nitơ, làm mát, điện, bảo trì và mức độ sử dụng thực tế với quy trình hiện tại. Bao gồm các yêu cầu về tích hợp kỹ thuật và bảo vệ bức xạ.

EuPIA nhấn mạnh việc xác minh theo từng ứng dụng cụ thể đối với vật liệu tiếp xúc thực phẩm. Hướng dẫn an toàn về mực đóng rắn bằng năng lượng của EuPIA cũng xác định chùm tia điện tử (EB) là bức xạ ion hóa, do đó cần có biện pháp che chắn đầy đủ. Đây là các yêu cầu áp dụng, chứ không phải những vấn đề biến mất ngay khi mực đã đóng rắn thành công.

Hướng dẫn của EuPIA về mực vật liệu tiếp xúc thực phẩm |Hướng dẫn của EuPIA về việc sử dụng an toàn mực đóng rắn bằng năng lượng

Các câu hỏi thường gặp về đóng rắn bằng chùm tia điện tử (EB)

Chùm tia điện tử (EB) có làm màu in đậm hơn không

Không tự thân nó. EB có thể cho phép sử dụng công thức mực giàu sắc tố phù hợp để đóng rắn mà không phụ thuộc vào khả năng truyền ánh sáng. Kết quả thị giác cuối cùng vẫn do mực, lớp mực phủ, vật liệu nền và thiết kế tạo nên.

Liệu mọi dây chuyền UV đều có thể chuyển trực tiếp sang EB được không

Không. Việc tích hợp thiết bị, hóa chất mực hoặc lớp phủ đã được phê duyệt, kiểm soát oxy và khả năng tương thích với vật liệu nền cần được thiết lập rõ ràng. EB không phải là một bóng đèn thay thế lắp vào bất kỳ đơn vị UV nào.

Liệu quá trình làm khô bằng chùm tia điện tử (EB) có giống với công nghệ in khắc vi mô bằng chùm tia điện tử hay không?

Không. Quá trình làm khô (curing) tạo phản ứng trùng hợp cho vật liệu phản ứng. Trong khi đó, in khắc vi mô (lithography) dùng để tạo các hoa văn tinh xảo trong giai đoạn sản xuất ban đầu hoặc chế tạo vi mạch; hai quy trình này giải quyết những vấn đề sản xuất khác nhau.

Việc đánh giá hiệu quả của phương pháp làm khô bằng chùm tia điện tử (EB) là cần thiết khi độ suy giảm quang học liên tục gây hạn chế đối với một công việc đóng gói cụ thể. Quyết định nên dựa trên kết quả làm khô được xác minh xuyên suốt toàn bộ cấu trúc mục tiêu và hiệu năng đạt yêu cầu của sản phẩm đóng gói hoàn chỉnh, chứ không chỉ dựa vào màu mực hay tốc độ danh nghĩa của máy.