Переваги емульсії ВАО у водорозчинних друкованих фарбах

Що таке емульсія ВАО і чому вона необхідна у формулюванні водорозчинних фарб

Визначення та роль емульсії ВАО у системах водорозчинних фарб

VAE, що означає Вініл Ацетат Етилен, це по суті різновид водної полімерної речовини, яка утворюється шляхом поєднання вінілацетату з етиленовими мономерами за допомогою процесу, що називається сополімеризацією. Якщо використовувати його як основний зв’язувальний компонент у водних фарбах, то цей матеріал утворює дуже гнучкі й міцні плівки, які добре прилипають до різноманітних поверхонь — звичайного паперу, картонних коробок, різних видів пластикових матеріалів, а навіть блискучих металевих фольг, без необхідності використання шкідливих ЛОС (літучих органічних сполук), звичайних для традиційних методів друку. Ефективність VAE пояснюється його стабільною колоїдною структурою, яка допомагає рівномірно розподіляти пігменти в усій суміші фарби, забезпечуючи стабільну роботу навіть під час друку на максимальних швидкостях.

Хімічний склад і стабільність у водних середовищах

Емульсії ВАЕ працюють так добре у вологих умовах, тому що забезпечують оптимальний баланс між вінілацетатом, який покращує зчеплення матеріалів, та етиленом, що запобігає надмірній жорсткості. Більшість частинок мають розмір менше 500 нанометрів, завдяки чому ці емульсії залишаються стабільними під час зберігання в умовах, де значення pH коливається від трохи кислого до нейтрального (приблизно від 4,5 до 6,5). Це означає, що ймовірність утворення згустків або псування при зберіганні на полицях значно знижується. Виробники цінують таку стабільність, оскільки вона подовжує термін придатності понад 12 місяців. Це насправді приблизно на 40 відсотків довше, ніж у випадку з традиційними акриловими зв'язуючими, згідно з нещодавніми дослідженнями, опублікованими минулого року в журналах із полімерної науки.

Порівняння з альтернативними зв'язуючими: акрили, стирол та смоли на основі розчинників

Акрилові смоли добре протистоять УФ-пошкодженню, але є один недолік — їм зазвичай потрібні пластифікатори, що ускладнює переробку. Коли йдеться про зчеплення з поверхнями, такими як металізована плівка, стирольні зв'язувачі поступаються системам на основі ВАО приблизно на 23% за даними спостережень галузі. Розчинники виділяють у 5–8 разів більше ЛОС, ніж відповідні емульсії ВАО, через що вони суперечать суворим екологічним нормам, наприклад, Директиві ЄС 2004/42/CE. Зважаючи на всі ці фактори, більшість виробників чорнил переходять на емульсії ВАО. Близько двох третин виробників уже перейшли на ці емульсії, просто тому, що вони працюють краще та відповідають сучасним стандартам сталого розвитку, не завдаючи фінансових витрат.

Покращене зчеплення та довговічність друку завдяки емульсіям ВАО

Наукові основи міцного зв'язування з підкладкою та цілісності плівки

Емульсії ВАЕ утворюють дуже міцні зв'язки з основами, оскільки мають гнучкі полімерні ланцюги, які фактично утворюють ковалентні зв'язки, водночас зберігаючи достатню міцність плівки, щоб вона не розпадалася. У порівнянні з тими жорсткими зв'язуючими речовинами, які ми зазвичай бачимо, сополімер вінілацетату та етилену працює інакше. Під час процесу сушіння він адаптується та утворює поперечні зв'язки, що призводить до створення щільних молекулярних мереж, які не розпадаються легко. Нещодавні дослідження 2024 року також показали досить вражаючі результати. Випробування показали, що чорнила на основі ВАЕ забезпечують приблизно на 42 відсотки кращу міцність на відрив у порівнянні зі звичайними акриловими аналогами при тестуванні на металевих поверхнях. Така різниця у продуктивності має велике значення в реальних застосуваннях, де найбільше важлива довговічність.

Ефективність на пористих (папір, картон) та непористих (пластик, фольга) основах

Дослідження випадку: Покращена якість друку та довговічність у гнучкій упаковці

Європейський переробник повідомив про зниження витирання чорнил на стоячих пакетах на 57% після переходу на емульсійні чорнила на основі ВАО, що було підтверджено за умов моделювання транспортування ISTA 3A. Завдяки формулі з на 18% вищою місткістю до завантаження пігменту вдалося запобігти розтіканню кольору без втрати гнучкості — навіть після 5000 циклів згинання — і відповідати вимогам FDA щодо харчової упаковки.

Тривала стійкість до абразивного зносу, вологи та старіння в реальних умовах експлуатації

Прискорені тести на стійкість до атмосферних умов (ASTM G154) показують, що плівки VAE зберігають 91% початкового блиску після 1200 годин УФ-опромінення, що на 23 процентних пункти краще, ніж у стирол-акрилових гібридів. Їхня гідролітична стабільність запобігає змінам в'язкості в умовах високої вологості (>85% відносної вологості), що робить їх ідеальними для використання в тропічному кліматі.

Екологічні переваги та відповідність нормативним вимогам фарб на основі VAE

Низькі викиди ЛОС та відповідність глобальним екологічним стандартам

Формулювання чорнил на основі технології VAE зменшують викиди летких органічних сполук приблизно на 80% порівняно з традиційними розчинниками. Це забезпечує їхню відповідність важливим екологічним законам, таким як Закон про чисте повітря від Агентства з охорони навколишнього середовища США та регламенти ЄС щодо REACH. Водні системи, як правило, виділяють менше 50 грамів на літр таких шкідливих хімічних речовин, що значно нижче за межу в 250 грамів, встановлену для продуктів на основі розчинників. Зниження рівня викидів означає чистіше повітря всередині фабрик і менше проблем із здоров'ям для працівників, які проводять тривалий час біля друкарського обладнання. Багато виробників перейшли на ці більш екологічні альтернативи просто тому, що хочуть захищати як своїх працівників, так і навколишнє середовище, не жертвуючи при цьому якістю друку.

Знижений вуглецевий слід у порівнянні з технологіями чорнил на основі розчинників

Емульсії ВАЕ утворюють приблизно на 30–40 відсотків менше парникових газів у порівнянні з тими неприємними смолами на основі нафти, які ми використовували впродовж багатьох років. Чому? По-перше, вони потребують значно менше енергії під час виробництва, оскільки немає необхідності в дуже гарячих процесах затвердіння. Крім того, більше ніхто не повинен випалювати всі ці шкідливі розчинники. І найкраще те, що ці емульсії чудово працюють із сучасними енергоефективними системами сушіння. Останнє дослідження Коаліції зі сталого упаковування 2023 року також показало досить вражаючі результати. Коли компанії переходять на фарби на основі ВАЕ, їхні ланцюги поставок скорочують викиди вуглецю приблизно на 2,1 метричну тонну за кожний цикл виробництва. Для порівняння: це наче щороку зняти з доріг майже півтисячі звичайних автомобілів.

Аналіз життєвого циклу: екологічні переваги перед традиційними друкованими системами

Оцінки повного життєвого циклу підтверджують, що емульсійні чорнила на основі ВАЕ перевершують як розчинник-вмісні, так і УФ-полімеризаційні системи за ключовими показниками сталості:

Крім того, системи на основі ВАЕ дозволяють використовувати замкнуті цикли повторного використання води на друкарнях і досягають 98% біорозкладання в умовах промислового компостування.

Універсальність емульсій ВАЕ у сучасних методах друку

Оптимізація емульсій ВАЕ для флексографічних друкарських застосувань

Емульсії ВАЕ дуже добре працюють для флексографічного друку, оскільки їх можна регулювати за в'язкістю та вони швидко висихають. Коли розробники коригують такі параметри, як розмір полімерних частинок у межах приблизно 0,1–0,5 мкм, і регулюють вміст сухих речовин на рівні близько 45–55 відсотків, це сприяє кращій передачі чорнил через анілоксові валів без втрати чіткості зображення. Цікаво те, що проведені минулого року на реальних друкарських машинах випробування показали, що такі коригування зменшують проблему розпилення чорнил приблизно на 40 відсотків у порівнянні зі звичайними акриловими системами.

Адаптація до процесів глибокого та цифрового струминного друку

Емульсії ВАЕ хімічно нейтральні, що робить їх досить надійними для гравірного друку та цифрового струменевого друку. Зокрема, у разі гравірного друку ці матеріали виявляють так звану псевдопластичну поведінку, яка допомагає зберігати стабільність під час випускання чорнил із тих самих дрібних гравірованих комірок, глибина яких зазвичай становить від 20 до 40 мікрометрів. Ринок струменевого друку також переживає цікаві зміни. Виробники почали модифікувати формули ВАЕ, щоб вони краще працювали в струменевих системах. Ці модифіковані версії повинні мати поверхневий натяг менше 35 міліньютонів на метр, щоб уникнути закупорки сопел. І ця коригування фактично дозволяє друкарським пристроям досягати вражаючої роздільної здатності близько 1200 dpi на спеціальних паперах та інших нестандартних основах, які зараз вимагають багато клієнтів.

Індивідуальне налаштування для різноманітних основ і промислових вимог до продуктивності

Аналіз ринку 2024 року показує, що 78% промислових друкарських машин використовують фарби на основі ВАЕ для застосування з різноманітними матеріалами через їхню адаптовану здатність до зчеплення:

Трендові інсайти: Зростаюче впровадження у секторах високошвидкісної та промислової друкарні

Тенденції сталого виробництва призвели до зростання попиту на емульсії ВАЕ на 62% у річному обчисленні на упакувальних лініях, що працюють зі швидкістю понад 600 м/хв. Ведучі розробники фарб вказують на подвійні переваги ВАЕ — відповідність вимогам нульового вмісту ЛОС та високу стійкість до механічних впливів — як ключові чинники, особливо у виробництві гнучких харчових упаковок, де системи ультрафіолетового затвердіння мають обмеження.

Створення високоефективних водорозчинних фарб із емульсіями ВАЕ

Ключові параметри формулювання: співвідношення зв'язуючого, pH та коалесцентні агенти

Щоб емульсії VAE працювали найкращим чином, концентрація зв’язувальної речовини має бути в межах приблизно 15–25 відсотків. Цей діапазон допомагає досягти делікатного балансу між гарними адгезійними властивостями та необхідною гнучкістю. Рівень pH — це ще один важливий фактор. Підтримання його на рівні приблизно від 8,0 до 9,0 запобігає виникненню неприємних проблем з колоїдною стабільністю. І не варто забувати про коалесцентні агенти, такі як Texanol®, які зазвичай додають у кількості від 2 % до 5 %. Ці речовини суттєво сприяють процесу утворення плівки, поліпшуючи здатність полімерів справжньою мірою зливатися разом. Якщо параметри виходять за межі рекомендованих діапазонів, виникають проблеми, такі як надмірна крихкість матеріалів або втрата ними приємного глянсового покриття. Кілька останніх тестів, проведених спеціально для застосування в гнучкій упаковці, показали щось цікаве. Вміст зв’язувального компонента на рівні приблизно 18 % забезпечив вражаючу міцність адгезії — 95 % при нанесенні на поліетиленові поверхні. Така ефективність робить усі ці параметри вартою уваги в умовах практичного виробництва.

Контроль в'язкості, часу висихання та характеристик утворення плівки

Емульсії ВАЕ дають виробникам добрий контроль над рівнями в'язкості в діапазоні приблизно від 200 до 2 000 мПа·с шляхом регулювання молекулярних мас. Це допомагає зберігати плавний потік фарби під час флексографського друку, а також зменшувати утворення туману при роботі на високих швидкостях на друкарських машинах. Деякі швидкосохнучі варіанти містять спеціальні суміші поверхнево-активних речовин, що дозволяють їм висихати всього за 20–40 секунд при нагріванні до приблизно 70 градусів Цельсія. Такий короткий час висихання має велике значення для правильного вирівнювання кольорів у багатотиражному друці. Належним чином виготовлені плівки ВАЕ можуть ставати прозорими більше ніж на 90 відсотків, що робить їх набагато прозорішими порівняно з акриловими смолами, які зазвичай досягають рівня прозорості лише від 75 до 80 відсотків. Ця різниця має суттєве значення в певних застосуваннях упаковки, де важлива чіткість.

Ефективне диспергування пігментів та колоїдна стабільність у системах ВАЕ

Карбоксилатні групи, які містяться у полімерах ВАО, допомагають підтримувати стабільність пігментів, таких як діоксид титану та фталоціанін, за рахунок електростатичних сил, що дозволяє отримати дуже малі розміри частинок — близько або нижче 5 мікронів. Саме це забезпечує чіткість деталей зображення. Щодо модифікаторів реології, вони працюють шляхом підтримання дзета-потенціалів у межах від -30 до -50 мілівольт, що запобігає злипанню частинок пігменту. У результаті досягається висока колоїдна стабільність. Більшість формул демонструють зміну в'язкості менше ніж на 3% після півроку зберігання. Порівняйте це зі стирол-акриловими системами, у яких в'язкість зазвичай змінюється від 8 до 12% за той самий період. Це суттєво впливає на довготривалу експлуатаційну стійкість.

ЧаП

Що таке емульсія VAE?

ВАО, або вінілацетат-етилен, — це вид водно-дисперсного полімеру, який використовується як зв'язуючий компонент у чорнилах, забезпечуючи гнучкість і міцне зчеплення з різними поверхнями.

Чому емульсію ВАО віддають перевагу порівняно з розчинниками на основі смол?

Емульсія VAE є бажаною через те, що вона виділяє менше летких органічних сполук (ЛОС), забезпечує кращу адгезію та відповідає суворим екологічним нормам.

Які екологічні переваги використання фарб на основі VAE?

Фарби на основі VAE значно зменшують викиди ЛОС, зменшують споживання енергії та мають менший вуглецевий слід порівняно з традиційними розчинниками.

Як впливає продуктивність VAE між поруватими та непоруватими матеріалами?

VAE підвищує проникнення волокон і міцність зчеплення на поруватих матеріалах, тим часом як її низька поверхнева напруга забезпечує рівномірне покриття на непоруватих матеріалах.