Преимущества ВАЭ-эмульсии в водных печатных красках

Что такое ВАЭ-эмульсия и почему она необходима при создании водных печатных красок

Определение и роль ВАЭ-эмульсии в системах водных печатных красок

VAE, что означает Vinyl Acetate Ethylene (винил ацетат этилен), по сути, представляет собой тип водного полимера, получаемого при сочетании винил ацетата с этиленовыми мономерами в процессе, называемом сополимеризацией. При использовании в качестве основного связующего вещества в водных чернилах этот материал образует очень гибкие и прочные пленки, которые хорошо прилипают ко многим поверхностям, таким как обычная бумага, картонные коробки, различные виды пластиковых материалов, а также даже блестящие металлические фольги, без необходимости применения вредных летучих органических соединений (VOCs), обычно связываемых с традиционными методами печати. Причина, по которой VAE работает так хорошо, заключается в его стабильной коллоидной структуре, которая способствует равномерному распределению пигментов по всей смеси чернил, обеспечивая стабильную и предсказуемую работу даже при максимальных скоростях печати во время производственных циклов.

Химический состав и устойчивость в водной среде

Эмульсии ВАЭ работают столь эффективно во влажных условиях, потому что находят оптимальный баланс между ацетатом винила, который улучшает сцепление материалов, и этиленом, который предотвращает чрезмерное охрупчивание. Большинство частиц имеют размер менее 500 нанометров, что позволяет этим эмульсиям оставаться стабильными при хранении в условиях, где значение pH находится в диапазоне от слабокислого до нейтрального (примерно от 4,5 до 6,5). Это снижает вероятность образования комков или порчи при хранении на складе. Производители ценят такую стабильность, поскольку она продлевает срок хранения более чем на 12 месяцев. Это примерно на 40 процентов дольше по сравнению с традиционными акриловыми связующими, согласно недавним исследованиям, опубликованным в журналах по полимерной науке в прошлом году.

Сравнение с альтернативными связующими: акрилы, стирол и растворные смолы

Акриловые смолы хорошо устойчивы к УФ-повреждениям, но есть нюанс — им обычно требуются пластификаторы, что значительно затрудняет переработку. Что касается адгезии к таким поверхностям, как металлизированная пленка, то стирольные связующие уступают системам ВАЭ примерно на 23% согласно наблюдениям отрасли. Растворительные варианты выделяют в 5–8 раз больше ЛОС по сравнению с их аналогами на основе ВАЭ, что ставит их в противоречие с жесткими экологическими нормами, такими как Директива ЕС 2004/42/CE. Учитывая все эти факторы, большинство производителей чернил переходят на эмульсии ВАЭ. Около двух третей производителей уже перешли на эти эмульсии просто потому, что они работают лучше и соответствуют современным стандартам устойчивости, не требуя значительных затрат.

Повышенная адгезия и долговечность печати достигаются с помощью эмульсий ВАЭ

Научные основы прочного сцепления с субстратом и целостности пленки

Эмульсии ВАС создают очень прочные связи с основами, поскольку содержат гибкие полимерные цепи, которые фактически образуют ковалентные связи, одновременно сохраняя достаточную прочность пленки, чтобы она не разрушалась. По сравнению с обычными жесткими связующими, сополимер винилацетата и этилена работает по-другому. В процессе высыхания он адаптируется и образует поперечные связи, в результате чего формируются плотные молекулярные сети, которые не склонны к легкому разрушению. Недавние исследования 2024 года также показали впечатляющие результаты. Испытания показали, что чернила на основе ВАС демонстрируют примерно на 42 процента лучшую прочность при отслаивании по сравнению с обычными акриловыми аналогами при тестировании на металлических поверхностях. Такая разница в производительности имеет большое значение в реальных условиях эксплуатации, где особенно важна долговечность.

Производительность на пористых (бумага, картон) и непористых (пластик, фольга) основах

Исследование случая: Повышение качества печати и долговечности в гибкой упаковке

Европейский производитель сообщил о снижении вытирания чернил на 57% на пакетах с клапаном после перехода на эмульсионные чернила ВАЭ, подтвержденное при испытаниях по стандарту ISTA 3A. В этой формуле на 18% выше способность к загрузке пигмента, что предотвращает вымывание цвета без потери гибкости — даже после 5000 циклов перегиба — что соответствует требованиям FDA к пищевой упаковке.

Долгосрочная устойчивость к истиранию, влаге и старению в реальных условиях

Ускоренные испытания на старение под воздействием погодных условий (ASTM G154) показывают, что пленки на основе ВАЭ сохраняют 91% исходного блеска после 1200 часов УФ-облучения, превосходя гибриды стирол-акрилата на 23 процентных пункта. Их гидролитическая стабильность предотвращает изменения вязкости в условиях высокой влажности (>85% ОВ), делая их идеальными для использования в тропических климатах.

Экологические преимущества и соответствие нормативным требованиям чернил на основе ВАЭ

Низкие выбросы ЛОС и соответствие глобальным экологическим стандартам

Формулы чернил на основе технологии ВАЭ сокращают выбросы летучих органических соединений примерно на 80% по сравнению с традиционными растворителями. Это делает их соответствующими важным экологическим нормам, таким как Закон о чистом воздухе от Агентства по охране окружающей среды США и регламенты ЕС REACH. Водные системы, как правило, выделяют менее 50 граммов этих вредных химикатов на литр, что значительно ниже установленного предела в 250 граммов для продуктов на основе растворителей. Более низкий уровень выбросов обеспечивает более чистый воздух внутри фабрик и снижает риски для здоровья работников, проводящих много часов рядом с печатным оборудованием. Многие производители перешли на эти более экологичные альтернативы просто потому, что хотят защитить как своих сотрудников, так и окружающую среду, не жертвуя при этом качеством печати.

Снижение углеродного следа по сравнению с технологиями чернил на основе растворителей

Эмульсии ВАЭ образуют на 30–40 процентов меньше парниковых газов по сравнению с этими надоедливыми смолами на нефтяной основе, которые мы использовали веками. Почему? Во-первых, их производство требует значительно меньше энергии, поскольку отпадает необходимость в сверхгорячих процессах отверждения. Кроме того, больше никто не должен сжигать все эти вредные растворители. И что самое лучшее — эти эмульсии отлично работают с современными энергоэффективными системами сушки. Недавнее исследование Коалиции за устойчивую упаковку 2023 года также показало кое-что впечатляющее: когда компании переходят на чернила на основе ВАЭ, их цепочки поставок сокращают выбросы углерода примерно на 2,1 метрическую тонну при каждом производственном цикле. Для сравнения: это примерно эквивалентно тому, как если бы ежегодно с дорог было снято почти полтысячи обычных автомобилей.

Анализ жизненного цикла: экологические преимущества по сравнению с традиционными системами печати

Полный анализ жизненного цикла подтверждает, что краски на основе дисперсии VAE превосходят как растворительные, так и УФ-отверждаемые системы по основным показателям устойчивости:

Кроме того, системы на основе VAE обеспечивают замкнутый цикл переработки воды на печатных предприятиях и достигают 98% биодеградируемости в условиях промышленного компостирования.

Универсальность дисперсий VAE в современных технологиях печати

Оптимизация дисперсий VAE для применения в флексографской печати

Эмульсии ВАЭ хорошо подходят для флексографической печати, поскольку их вязкость можно регулировать, а также они достаточно быстро высыхают. Когда разработчики корректируют такие параметры, как размер полимерных частиц (примерно от 0,1 до 0,5 мкм), и доводят содержание сухих веществ до 45–55 процентов, это способствует лучшей передаче чернил через аналоксовые валы без потери чёткости изображения. Интересно, что подобные корректировки снижают проблему образования чернильного тумана примерно на 40 процентов по сравнению с обычными акриловыми системами — таковы результаты испытаний, проведённых в прошлом году на реальных печатных машинах.

Адаптация к процессам глубокой и цифровой струйной печати

VAE-эмульсии химически нейтральны, что делает их довольно надежными как для гравировального, так и для цифрового струйного нанесения чернил. Что касается именно гравировальной печати, эти материалы проявляют так называемое псевдопластическое поведение, которое помогает сохранять стабильность при выделении чернил из крошечных гравированных ячеек, обычно имеющих глубину от 20 до 40 микрометров. Рынок струйной печати также столкнулся с интересными разработками. Производители начали модифицировать формулы VAE, чтобы они лучше работали в струйных системах. Модифицированные версии должны иметь поверхностное натяжение менее 35 миллиньютонов на метр, чтобы избежать засоров сопел. Эта корректировка позволяет печатным устройствам достигать впечатлящего разрешения около 1200 dpi на специальных типах бумаги и других нестандартных материалах, востребованных у клиентов в настоящее время.

Индивидуальная настройка для различных материалов-основ и промышленных требований

Анализ рынка за 2024 год показывает, что 78% промышленных принтеров используют чернила на основе ВАЭ для мульти-материалов применения благодаря их адаптивному профилю адгезии:

Тренды: растущее внедрение в секторах высокоскоростной и промышленной печати

Тенденции устойчивого производства обусловили рост спроса на эмульсии ВАЭ на 62% в годовом исчислении в линиях упаковки, работающих со скоростью выше 600 м/мин. Ведущие разработчики чернил отмечают двойные преимущества ВАЭ — соответствие требованиям нулевого содержания ЛОС и высокие механические характеристики — как ключевые факторы, особенно в гибкой упаковке, безопасной для пищевых продуктов, где системы, отверждаемые УФ-излучением, имеют ограничения.

Разработка высокопроизводительных водных чернил с использованием эмульсий ВАЭ

Ключевые параметры рецептуры: соотношение связующего, pH и агенты коалесценции

Для наилучшей работы эмульсий ВАЕ концентрация связующего должна составлять примерно от 15 до 25 процентов. Этот диапазон помогает достичь тонкого баланса между хорошими свойствами адгезии и необходимой гибкостью. Уровень pH — ещё один важный фактор. Поддержание его в пределах от 8,0 до 9,0 предотвращает возникновение нежелательных проблем с коллоидной стабильностью. И, конечно, нельзя забывать о коалесцирующих агентах, таких как Texanol®, которые обычно добавляют в количестве от 2% до 5%. Эти вещества значительно облегчают процесс образования плёнки, улучшая способность полимеров эффективно соединяться друг с другом. Когда параметры выходят за пределы рекомендуемых значений, начинают проявляться проблемы, например, материал становится слишком хрупким или теряет приятный глянцевый вид. Однако некоторые недавние испытания, проведённые специально для применения в гибкой упаковке, показали интересные результаты: содержание связующего около 18% обеспечило впечатляющий показатель адгезии — 95%, при нанесении на поверхности из полиэтилена. Такая производительность делает контроль всех этих параметров действительно важным в практических условиях производства.

Контроль вязкости, времени высыхания и характеристик пленкообразования

Эмульсии ВАЭ позволяют производителям эффективно регулировать уровень вязкости в диапазоне примерно от 200 до 2000 мПа·с за счёт изменения молекулярной массы. Это способствует плавному течению чернил при флексографской печати, а также снижает образование тумана при работе на высоких скоростях на печатных машинах. Некоторые быстросохнущие варианты содержат специальные смеси поверхностно-активных веществ, которые позволяют им высыхать всего за 20–40 секунд при нагревании до примерно 70 градусов Цельсия. Такое короткое время высыхания крайне важно для точного совмещения цветов при многокрасочной печати. Правильно изготовленные плёнки ВАЭ могут достигать прозрачности более чем на 90 процентов, что делает их значительно более прозрачными по сравнению с акриловыми смолами, у которых прозрачность обычно составляет от 75 до 80 процентов. Эта разница имеет большое значение в определённых областях упаковки, где важна максимальная прозрачность.

Эффективная дисперсия пигментов и коллоидная стабильность в системах ВАЭ

Карбоксилатные группы, содержащиеся в полимерах ВАЭ, помогают поддерживать стабильность пигментов, таких как диоксид титана и фталоцианин, за счёт электростатических сил, что позволяет достичь очень малых размеров частиц — около или менее 5 микрон. Именно это обеспечивает чёткость деталей изображения. Что касается реологических модификаторов, они работают, поддерживая значение дзета-потенциала в диапазоне от -30 до -50 милливольт, предотвращая тем самым агрегацию частиц пигмента. В результате достигается достаточно высокая коллоидная стабильность. Большинство составов демонстрируют изменение вязкости менее чем на 3% после шести месяцев хранения. Сравните это с системами на основе стирол-акрилата, где вязкость обычно изменяется на 8–12% за тот же период. Это существенная разница с точки зрения долгосрочной производительности.

Часто задаваемые вопросы

Что такое эмульсия ВАЕ?

ВАЭ, или винилацетат-этилен, представляет собой водный полимер, который используется в чернилах в качестве связующего вещества, обеспечивая гибкость и прочное сцепление с различными поверхностями.

Почему эмульсию ВАЭ предпочитают растворителям на основе смол?

Эмульсия ВАС предпочтительнее, поскольку выделяет меньше летучих органических соединений (ЛОС), обеспечивает лучшее сцепление и соответствует строгим экологическим нормам.

Каковы экологические преимущества использования чернил на основе ВАС?

Чернила на основе ВАС значительно снижают выбросы ЛОС, уменьшают потребление энергии и имеют меньший углеродный след по сравнению с традиционными растворителями.

Как различается производительность ВАС на пористых и непористых основаниях?

ВАС усиливает проникновение волокон и прочность сцепления на пористых основаниях, в то время как его низкое поверхностное натяжение обеспечивает равномерное покрытие на непористых материалах.