Metodo di verniciatura UV su inchiostri da stampa convenzionali

1. Il raschietto a camera chiusa garantisce uno spessore uniforme del film di vernice. Manroland, insieme ai suoi clienti e partner fornitori, ha sviluppato nel 1993 il metodo del raschietto a camera chiusa, che assicura uno spessore estremamente uniforme del rivestimento di verniciatura. Rulli anilox con diverse capacità di trasferimento permettono di ottenere una quantità precisa di vernice, ripetibile in modo costante. La quantità di vernice trasferita dal rullo varia a seconda del lavoro; la specifica normale è compresa tra 6 e 30 cm³ per metro quadrato. In pratica, solo il 25%-35% della quantità nominale di vernice umida viene trasferita sulla superficie del supporto. Le diverse linee di retino sulla superficie del rullo anilox consentono alla macchina di trasferire quantità di vernice diverse a seconda delle esigenze. Un buon sistema di circolazione è un fattore importante. La qualità stabile del rivestimento dipende dall'apporto di vernice, dalla quantità immagazzinata, dal principio di pompaggio e dalla stabilità della temperatura; questi fattori devono essere compatibili con l'unità di verniciatura utilizzata.

2. Misurazione della lucentezza con luce riflessa. Per misurare la lucentezza si può scegliere un determinato angolo di riflessione. Una “superficie a specchio” riflette il 100% della luce. Poiché la superficie del rivestimento riflette solo una parte della luce, in considerazione del grado di lucentezza è necessario scegliere l'angolo di misurazione che fornisca dati affidabili sulla variazione di lucentezza. L'angolo di misurazione è molto importante perché i pigmenti penetrano in profondità e si verifica il fenomeno della dispersione. L'occhio umano reagisce con maggiore intensità alla lucentezza su fondo nero. 3. Test di resistenza ai graffi e di adesione. La resistenza ai graffi e l'adesione del rivestimento sono fattori importanti nei processi di finitura e indicano la durabilità della stampa. A volte gli utenti valutano queste proprietà con metodi non scientifici, ad esempio graffiando con l'unghia o applicando nastro adesivo. Si tratta di metodi di valutazione soggettivi, che dipendono dal giudizio di ogni cliente e non forniscono dati misurabili, ma possono essere usati come riferimento. In assenza di condizioni di test oggettive, dopo la produzione l'adesione del rivestimento, se non rimane stabile dopo diversi giorni, può mantenersi solo per alcune ore. Durante questo periodo l'inchiostro si ossida e si asciuga, generando gas che si accumulano tra lo strato di inchiostro e lo strato di vernice, compromettendo l'adesione. Pertanto è ragionevole verificare l'adesione solo alcuni giorni dopo il completamento della stampa. L'acetone è molto adatto per testare il grado di polimerizzazione dei rivestimenti UV. Il metodo consiste nello strofinare un panno imbevuto di acetone sulla superficie del rivestimento: se la polimerizzazione è insufficiente, il rivestimento si dissolve. L'associazione tedesca per la stampa (FOGRA) raccomanda alcune apparecchiature di test per verificare la resistenza alla delaminazione e al bloccaggio. La resistenza della stampa può essere testata secondo i metodi previsti dalle norme “DIN” 16524 e DIN 16525.

4. Il supporto è l'elemento di base. I fattori che influenzano l'effetto della verniciatura sono il materiale di base, il metodo di applicazione della macchina e la qualità e uniformità di questi fattori. Nei nostri test sono stati utilizzati otto supporti di qualità diversa, tra cui materiali riciclati (GT e GD) e materiali a fibre vergini (GC). Questi materiali non solo hanno gradi diversi, ma anche una qualità di applicazione in macchina differente. Di norma si eseguono due o tre applicazioni in macchina, con strumenti quali rullo raschietto, spazzola ad aria, lama ad aria e macchina accoppiatrice. (Nota: per evitare confusione, dobbiamo distinguere i diversi tipi di rivestimento. Il rivestimento applicato in cartiera su carta o cartone (pigmento) e il rivestimento che esalta l'effetto della stampa, cioè la vernice di finitura, sono diversi. Per eseguire una serie di test utili in condizioni identiche, ogni materiale è stato usato con lo stesso spessore. Su carte di gradi diversi, il numero di applicazioni di pigmento ha un'influenza evidente sulla qualità. I materiali riciclati con due applicazioni in macchina danno risultati molto peggiori rispetto a tre applicazioni. Il cartone in fibre vergini, applicato solo due volte e poi incollato, presenta una superficie liscia con una lucentezza simile a quella di tre applicazioni. La durezza superficiale dell'applicazione in macchina influisce anch'essa sulla lucentezza: strumenti di applicazione più duri producono una superficie più liscia e aumentano la lucentezza. Prevedere la lucentezza ottenibile in base all'assorbenza d'acqua e d'olio non è utile. In laboratorio, dopo il trattamento di verniciatura, le caratteristiche di lucentezza dei diversi gradi di cartone sono più pratiche rispetto alla verniciatura UV in linea. In base alla quantità di inchiostro e vernice utilizzati, le proprietà intrinseche del supporto hanno un'influenza piuttosto importante sul grado di lucentezza. La levigatezza e l'assorbenza della superficie pigmentata determinano l'effetto del rivestimento. I cartoni di grado elevato presentano una levigatezza superficiale uniforme; sebbene lievi variazioni siano inevitabili, soprattutto nei cartoni di materia prima naturale, esse influenzano comunque la lucentezza. Il grado del cartone influisce sui risultati fino al 30%. Va notato che, anche se aumentare la quantità di vernice può ridurre le differenze di lucentezza, questo test è indipendente dal grado di vernice (poiché sono state utilizzate vernici di produttori diversi).

D'altra parte, il cartone con tre applicazioni in macchina, usando ogni volta la stessa quantità di vernice, permette di ottenere una superficie più liscia. Le differenze tra i materiali con tre applicazioni in macchina possono essere attribuite alla formulazione del pigmento di applicazione, agli strumenti di applicazione e alla sequenza di trattamento.

5. La scelta dell'inchiostro è molto importante. L'inchiostro ha due effetti negativi sul rivestimento di verniciatura: a causa della repulsione dell'inchiostro, l'acqua della vernice dispersa di fondo sulle aree stampate del foglio non può essere assorbita completamente dal supporto. Pertanto il grado di miscelazione tra inchiostro e vernice dipende dalla viscosità di entrambi. L'inchiostro appena stampato inizia il suo processo di asciugatura; anche se il secondo strato di vernice UV si è indurito, l'asciugatura continua al di sotto. Ciò può causare deformazioni della superficie del rivestimento e può essere influenzato dai prodotti dell'asciugatura ossidativa. Queste reazioni riducono la lucentezza e compromettono l'adesione. A causa di questa interrelazione, la lucentezza della verniciatura UV dipende principalmente dal tipo di inchiostro scelto. Per garantire una certa lucentezza si dovrebbero usare inchiostri ad assorbimento rapido. Tuttavia possono verificarsi macchie di inchiostro, che limitano la quantità assorbita. Quando la prima unità di stampa utilizza un inchiostro ad assorbimento molto rapido, nelle unità successive l'inchiostro si divide e si trasferisce sul caucciù, producendo macchie. Pertanto situazioni diverse vanno trattate separatamente. In fase di stampa si dovrebbe usare la minor quantità possibile di soluzione di bagnatura, riducendo l'accumulo di inchiostro sul caucciù e diminuendo il rischio di macchie. L'inchiostro scelto ha anche una certa relazione con il fenomeno del set-off sul lato posteriore della pila di uscita.

6. Materiale di fondo. Per la verniciatura UV in linea su inchiostri convenzionali si usa di norma una vernice dispersa come fondo. Gli inchiostri offset convenzionali e le vernici UV sono prodotti chimici incompatibili, e questo “strato intermedio” deve essere applicato in tempi molto brevi sul foglio, in modalità bagnato su bagnato. La soluzione sintetica dispersa a base acquosa contiene il 40%-45% di solidi; la viscosità, che varia con la temperatura, può essere regolata aggiungendo acqua. Una volta applicata la vernice dispersa sul foglio, una quantità considerevole di acqua deve essere assorbita dal supporto, mentre una parte evapora. Solo a questo punto il polimero inizia la sua azione legante, formando un film di vernice compatto. Pertanto, nel processo di produzione in linea, il materiale di fondo deve asciugarsi il più rapidamente possibile. La velocità di asciugatura raggiungibile, la flessibilità, la capacità di penetrazione, la forza di sovrastampa, la viscosità, la lucentezza e l'adesione dipendono dal materiale di base e dagli additivi utilizzati. Dall'uso di diversi tipi di materiale di fondo e dall'aumento delle quantità impiegate si evince chiaramente la funzione importante del materiale di fondo. In particolare sulle superfici con elevata copertura di inchiostro, l'influenza del materiale di fondo è più evidente. Sostituendo un rullo anilox da 13 cm³/m² con uno da 18 cm³/m², il rivestimento UV risulta più liscio e la lucentezza più elevata. Ciò è particolarmente evidente sulle superfici ad alta copertura. È facile riconoscere l'influenza dei diversi tipi di materiale di fondo. Su superfici a piena copertura al 200%, gravi deformazioni si osservano solo con materiali di fondo morbidi. I materiali di fondo duri, prima della verniciatura UV, appaiono già con una superficie liscia. Tuttavia la resistenza ai graffi diminuisce. Minore è la quantità utilizzata, maggiore è l'influenza del tipo di materiale di fondo. Questi test dimostrano chiaramente che l'asciugatura tra le unità di verniciatura è estremamente importante. Se, prima della verniciatura UV, il tempo e il grado di asciugatura sono insufficienti, anche con il miglior materiale di fondo e la quantità ottimale non si può raggiungere la massima lucentezza. Pertanto, per la verniciatura con due unità di verniciatura si raccomanda l'uso di un gruppo di asciugatura prolungata.

7. Vernici UV. Attualmente nella stampa offset si usano prevalentemente rivestimenti UV a polimerizzazione chimica. Queste vernici UV contengono leganti, diluenti reattivi e fotoiniziatori. Sotto irradiazione UV avviene una reazione di reticolazione che indurisce la vernice. La luce UV fa sì che il fotoiniziatore rilasci radicali chimici, innescando la polimerizzazione degli acrilati e formando legami reticolari a catena lunga. L'ossigeno tuttavia ostacola questa reazione. Per le vernici a polimerizzazione cationica, la luce UV innesca la formazione di ioni e una reazione a catena che porta all'indurimento. Grazie alla continuità della polimerizzazione, sebbene la velocità di indurimento sia più lenta, la polimerizzazione può essere completa. I rivestimenti UV a polimerizzazione cationica sono spesso usati nel settore degli imballaggi alimentari, perché non hanno odore e si induriscono completamente. I nostri test si sono concentrati sui rivestimenti UV a polimerizzazione chimica. Aumentare la quantità di vernice UV può migliorare la lucentezza, ma l'effetto è inferiore rispetto all'aumento della quantità di materiale di fondo.

Nei test, aumentando la quantità di vernice UV da 20 cm³/m² a 30 cm³/m², indipendentemente dal grado di copertura dell'inchiostro, la lucentezza aumenta di almeno 10 punti.

Nel determinare la quantità di vernice UV, non dimenticare che, a causa della viscosità, se la quantità è troppo elevata diventa difficile applicarla in modo fluido. Riscaldare la vernice UV a 40 °C può migliorarne la fluidità e aumentare la lucentezza. Anche la geometria del rullo anilox influisce sulla fluidità della vernice. Oltre alla capacità di trasferimento, conta anche il numero di linee di retino. Solo un rivestimento privo di bolle può produrre un buon effetto di lucentezza. Quando le celle del rullo anilox sono piene di vernice, si formano piccole bolle di microschiuma all'interno della vernice. Questo fenomeno può essere migliorato con l'aggiunta di antischiuma, unitamente a un sistema di circolazione della vernice ben progettato, che eviti di agitare eccessivamente la vernice.

8. L'asciugatura è fondamentale. In pochi secondi, i materiali che conferiscono colore e lucentezza vengono applicati sul supporto. Sebbene i fornitori si sforzino di far passare rapidamente questi strati da liquidi a solidi, la stampa ad alta velocità pone dei limiti. Pertanto il processo di verniciatura deve essere supportato dal metodo di asciugatura scelto. ① L'asciugatura è determinata dalla velocità di produzione. La produzione ad alta velocità è naturalmente auspicabile, ma va tenuto presente che i metodi di asciugatura descritti si avvalgono solo dei dispositivi di asciugatura. Con l'aumentare della velocità di produzione diventa difficile asciugare e indurire completamente. Dopo la stampa, ciò causa direttamente una reazione tra le due facce dei fogli nella pila di uscita; se il fenomeno è visibile, si parla di set-off. Le caratteristiche qualitative della stampa con verniciatura UV si stabilizzano solo dopo alcuni giorni. A seconda dell'inchiostro e della vernice utilizzati, la lucentezza e la qualità dell'adesione possono ancora cambiare dopo 24 ore. Tuttavia, i cambiamenti non sono sempre un difetto. Per mantenere stabile la superficie del rivestimento indurito ad alta velocità, dopo l'asciugatura non si deve permettere che al di sotto avvengano cambiamenti. I fogli si accumulano uno sull'altro nella pila di uscita e subiscono una pressione considerevole; pertanto la superficie del foglio deve essere sufficientemente indurita per non danneggiarsi a contatto con il retro del foglio sovrastante. Questa superficie indurita è prodotta dall'energia luminosa appropriata generata dal dispositivo di asciugatura UV. L'asciugatura fa salire la temperatura della pila di uscita, causando set-off e persino incollaggio dei fogli. È quindi della massima importanza applicare l'energia di asciugatura appropriata al momento giusto. Pertanto, dopo le unità di stampa e verniciatura, sono davvero necessarie lampade a infrarossi (IR), con l'ausilio di aria fredda e calda e aspirazione. Si raccomanda di utilizzare due gruppi di asciugatura prolungata di tipo a trasferimento tra le due unità di verniciatura. Se si ritiene che solo il tempo di asciugatura determini l'effetto di lucentezza, allora tra le due unità di verniciatura si può aggiungere un ulteriore gruppo di trasferimento, per garantire che la velocità di produzione possa aumentare del 40% senza compromettere l'effetto di lucentezza. L'energia erogata dal dispositivo di asciugatura deve essere adeguata alla velocità di produzione. L'energia erogata dagli UV deve seguire la velocità della macchina da stampa, ma con una relazione non lineare. L'energia erogata dagli IR segue invece un modello lineare. Quando la velocità della macchina da stampa aumenta, la lucentezza diminuisce a causa della variazione della copertura dell'inchiostro.

Come accennato in precedenza, l'intervallo di tempo tra l'applicazione di ciascuno strato determina la formazione di uno “strato di base” stabile. La carta si muove tra le unità di stampa a una velocità di 10.000 fogli all'ora; l'inchiostro ha meno di un secondo per penetrare nella carta. Questi test mostrano che, alle normali velocità di produzione, confrontando la lucentezza dell'inchiostro stampato nella prima e nell'ultima unità di stampa, quella dell'ultima unità risulta peggiore. Questi risultati possono servire come riferimento per la disposizione del layout e la determinazione della sequenza dei colori di stampa. Tuttavia, quando si stampa con inchiostri convenzionali, all'aumentare della velocità di stampa la lucentezza diminuisce; questo problema intrinseco dell'inchiostro è un fatto innegabile. Come detto, una combinazione selezionata di inchiostro, vernice e dispositivo di asciugatura può ridurre al minimo la perdita di qualità.