Ультрафиолетовые чернила

УФ чернила (они же – УФ-отверждаемые чернила, UV-чернила, UV-ink, ультрафиолетовые чернила) – это чернила, которые отверждаются под воздействием ультрафиолетовых лучей.

УФ чернила относятся к новому поколению расходных материалов для струйной печати. Их закрепление на носителе происходит не за счёт испарения жидких компонентов, а под влиянием ультрафиолетовых лучей.

Закрепление УФ чернил на носителе под воздействием ультрафиолетового излучения от источника

На поверхности бумаги УФ чернила формируют плотную глянцевую чернильную плёнку, устойчивую к ультрафиолету и влаге. Такая плёнка имеет достаточную гибкость и эластичность.

Формирование полимерных связей при отверждении плёнки

Отверждение чернил продолжается ещё некоторое время после окончания воздействия УФ-излучения. Полная полимеризация чернил происходит после включения в химическую реакцию всех их элементов. На скорость отверждения чернил значительное влияние оказывает мощность УФ-лампы. Чем она выше, тем быстрее отверждаются чернила. В состав УФ чернил входят фотоинициаторы, мономеры, олигомеры, красители и добавки.

Фотоинициаторы

Фотоинициаторы принимают активное участие на начальной и завершающей стадии отверждения УФ чернил. После поглощения ультрафиолетовых лучей они проникают в реагенты, которые инициируют химическую реакцию полимеризации, и участвуют в превращении чернил в эластичную гладкую плёнку. В УФ чернилах используются такие типичные фотоинициаторы, как бензофенон и п-метил-диэтаноламин.

Мономеры

Мономеры – это вещества, которые на начальном этапе печати УФ чернилами выполняют функции растворителя. После прохождения ультрафиолетовой лампы мономеры обеспечивают соединение всех компонентов чернил и переход в состояние полного отверждения плёнки на  носителе. Мономеры модифицируют текучесть, вязкость и консистенцию чернил. Но вместо того, чтобы испариться, как в обычных чернилах, они образуют твёрдую плёнку, связывающую пигмент с запечатываемым материалом.

Олигомеры

Олигомеры – это жидкие смолы с низкой молекулярной массой, которые формируют химический каркас УФ чернил. Они обеспечивают прочность, эластичность и адгезию полученного изображения, его устойчивость к внешним воздействиям.

Красящие вещества

Чаще всего в УФ чернилах в качестве красящих веществ или колорантов используются пигменты, реже – красители. Пигменты относительно безопасны для человека, они имеют высокую светоотражающую способность и долговечность по сравнению с красителями.

Добавки

Добавки вводятся в состав УФ чернил для улучшения их характеристик. Они могут иметь увлажнители, стабилизаторы, регуляторы pH, а также компоненты, отвечающие за поверхностное  натяжение чернил, их вязкость, скорость закрепления, растекание, адгезию и устойчивость к внешним агрессивным факторам.

Массовая доля типичных компонентов в составе УФ чернил охарактеризована в таблице.

Массовая доля типичных компонентов УФ чернил для струйной печати

Компоненты	Массовая доля, %
	основная формула	альтернативная формула
Мономеры	До 90 %	75-80
Олигомеры	До 40 %	? 11
Пигменты	До 10 %	3
Фотоинициаторы	До 10 %	? 8
Добавки	До 10 %	? 2

Как только УФ чернила распыляются на носитель, над местом запечатывания проходит ультрафиолетовая лампа. Её свет поглощается фотоинициаторами, которые входят в состав чернил. Поглощая ультрафиолет, такие фотоинициаторы выделяют свободные радикалы, которые, в свою очередь, начинают химическую реакцию полимеризации, передавая свою высвобожденную энергию другим элементам чернил. Реакция продолжается до тех пор, пока все элементы чернил не связываются между собой. Вода, которая входит в состав чернил, испаряется, а остальные элементы полностью закрепляются на носителе.

Высыхание влажной чернильной плёнки под воздействием ультрафиолетового излучения называется отверждением или полимеризацией. Полимеризация протекает мгновенно, за десятые доли секунды. При этом в твёрдую субстанцию превращаются все фракции чернил, то есть УФ чернила на 100 % являются твёрдыми веществами в отличие от растворителей в сольвентных чернилах, которые улетучиваются, уменьшая чернильный слой.

Пользователи могут заметить характерный неприятный запах, который издаёт изображение, сделанное УФ чернилами. Такой запах может сохраняться долгое время. Причин может быть несколько: использование производителями дешёвых фотоинициаторов, использование в качестве мономеров летучих органических компонентов, несовпадение спектра излучения ультрафиолета с сенсибилизацией фотоинициаторов, а также малая мощность ультрафиолетовой лампы или её износ.

УФ чернила не содержат летучих органических компонентов, поэтому они экологичны и не наносят вреда окружающей природной среде. Тем не менее, некоторые компоненты таких чернил могут стать источниками раздражения для чувствительных глаз и кожи человека. Если они попадут на кожу, не следует ждать их высыхания, ведь такие чернила отверждаются только под воздействием ультрафиолета. Их нужно сразу смыть с загрязнённого участка кожи проточной водой. Сотрудникам, обслуживающим струйную печатную технику,  работающую на УФ чернилах, лучше защитить себя от попадания чернил на кожу и в глаза при помощи специальных очков, нитриловых перчаток и фартука. При попадании чернил на одежду нужно немедленно заменить её на новую, не дожидаясь, пока чернила пропитают ткань и достигнут кожи. Перед утилизацией таких чернил их следует осветить ультрафиолетовой лампой до полного отверждения. После этого их можно без страха упаковывать и отправлять в контейнер с бытовыми отходами. Но в процессе УФ-печати не только чернила могут служить факторами риска, определённую опасность для организма человека представляют источник излучения, превышение концентрации озона и воздействие ультрафиолетового излучения. Перечисленные факторы охарактеризованы в таблице.

Факторы риска для организма человека при печати струйными УФ чернилами

Факторы	Содержание факторов
Источник излучения	В большинстве ультрафиолетовых ламп используются пары ртути, ядовитые для человека. Поэтому следует избегать повреждения приборов и утилизировать отработанные лампы в соответствии с установленными нормами
Озон	В малых количествах озон полезен, в больших может вызвать головную боль, тошноту, сухость носоглотки. Поэтому при использовании в высокопроизводительных струйных печатающих устройствах мощных ультрафиолетовых ламп следует оснастить рабочую зону вытяжкой
Излучение	Типичным эффектом от использования ультрафиолетовых ламп может стать загар. Но его симптомы могут появиться не сразу, а через несколько часов после облучения. Особенно вредно ультрафиолетовое излучение для глаз, поэтому оператору следует избегать прямых взглядов на работающую лампу и следить за исправностью защитных щитков, установленных на принтере

При работе с УФ чернилами основными рисками являются раздражение глаз, дыхательных путей и кожи. Одновременно с этим УФ чернила имеют множество преимуществ, к которым следует отнести экологичность, высокую адгезию, оптическую плотность, отличную цветопередачу и светостойкость.

Экологичность

В жидком состоянии УФ чернила токсичны, но безопасны для окружающих, так как они не содержат летучих веществ, а значит, не испаряются. После отверждения такие чернила становятся полностью экологически безопасными.

Высокая адгезия

УФ чернила отлично сцепляются с любыми поверхностями, что позволяет применять их при печати на нетермостойких материалах.

Оптическая плотность

Значительный удельный вес пигментов и их мелкодисперсный помол обеспечивают высокую оптическую плотность УФ чернил и низкую степень пропускания света.

Отличная цветопередача

УФ чернила обеспечивают широкий цветовой охват и идеальную цветопередачу. Это позволяет использовать их не только в повседневной корпоративной или индивидуальной печати, но и при изготовлении рекламных материалов.

Светостойкость

УФ чернила имеют максимальную светостойкость, поэтому изготовленные с их помощью материалы можно экспонировать на улице в течение 2 лет. При размещении таких материалов в помещении их жизненный цикл увеличивается. Если же изображение покрыто лаком или заламинировано, то оно может прослужить без потери качества от 5 до 10 лет.

Благодаря своей светостойкости и влагостойкости УФ чернила находят широкое применение в рекламной индустрии, а также при изготовлении красочной упаковки для косметики, продуктов питания, этикеток, футляров для CD-дисков и видеокассет, подарочных напитков и прочей продукции. С появлением УФ чернил стала возможна струйная печать на стекле, дереве, пластике, толстом картоне. При этом изображение наносится непосредственно на запечатываемый материал, минуя промежуточные носители.