В печатном цехе типографии приняли решение заменить
«морально устаревшее» и малоэффективное общецеховое освещение на современные, энергоэффективные и достаточно яркие осветительные приборы. Это были промышленные LED-светильники. В цехе действительно
стало светлее, но вот незадача — в красочных ящиках
(кипсейках) офсетной печатной машины преждевременно стали полимеризоваться кроющие белила и лаки.
Это нежелательное явление хорошо прослеживалось на поверхности красочных дукторных валиков.
Немного поискав информацию о том, что могло
пойти не так (ведь раньше в моей практике такого не
было), я нашел решение — это тонировка плафонов рассеивателей осветительных приборов в жёлтый цвет, располагавшихся непосредственно над красочными аппаратами моей офсетной печатной машины.
Их замена помогла устранить это негативное явление, но лишь отчасти. При продолжительных тиражах преждевременная полимеризация УФ-отверждаемых белил и лаков, наносимых через красочный аппарат,
проявляла себя во всей красе снова. Трудился я тогда печатником на многокрасочной офсетной листовой печатной машине, оборудованной исключительно под (EPDM) УФ-печать.
С тех пор прошло достаточно много времени.
Достаточно для того, чтобы разобраться более детально
в том, что именно произошло с УФ-отверждаемыми красками и лаками после смены промышленного осветительного оборудования в печатном цехе, а самое главное — как это исправить или исключить вовсе.
Схожие негативные явления я наблюдаю и в других типографиях, заменивших промышленное освещение на аналогичное тому, что я описал в начале. Более
выраженный эффект преждевременной полимеризации материалов УФ-отверждения наблюдается во флексографских типографиях, изготавливающих полиграфическую продукцию с применением УФ-отверждаемых
красок, лаков и клеёв. Хочу обратить внимание на то, что типографии (офсетные, флексографские), которые примут решение о частичном
или полном переходе на LED UV-отверждаемые расходные
материалы, особенно остро почувствуют этот эффект, если
не реализуют меры, упреждающие нежелательную преждевременную полимеризацию.
Предлагаю вместе разобраться с тем, каким все-таки должно быть
промышленное цеховое освещение в типографиях, работающих с материалами УФ-отверждения. В этой статье я расскажу вам о следующем:
◆ Почему LED-лампы, применяемые в освещении
производственных помещений (в печатных цехах и не
только), представляют опасность для УФ-материалов;
◆ Что необходимо предпринять для защиты
УФ-материалов от нежелательной активации;
◆ Дам пример технического регламента «Требования к
освещению производственных помещений при работе
с УФ-отверждаемыми материалами»;
◆ Можно ли просто затонировать плафон осветительного прибора в жёлтый цвет и считать, что защита
обеспечена;
◆ Что можно и нужно использовать вместо простого
тонированного плафона;
◆ Что такое оптическая плотность (OD);
◆ Какое практическое значение это имеет в типографии;
◆ Как провести расчёт необходимого количества фильтров для защиты осветительных приборов в цехе печати, исходя из наиболее распространённых типоразмеров производственных помещений флексографских
типографий.
А теперь, дорогой читатель, я перейду на более «сухой», технологический язык, чтобы дать максимум конкретики без излишнего философствования. Я рассчитываю (в большей степени) на практикующих
специалистов: печатников, работников технического
и технологического контроля, технологов, мастеров,
руководителей производственных участков, а также
директоров типографий. В связи с этим, позволю себе
применять терминологию без её разъяснения, а также
оставлю без внимания общие физико-химические
явления, сопутствующие тем или иным материалам
или приборам.
Главное:
LED-освещение, особенно
с высоким содержанием излучения в диапазоне 380-420 нм,
может частично инициировать фотополимеризацию
УФ-отверждаемых материалов — особенно тех, в которых
используются чувствительные к этому диапазону фотоинициаторы типа ITX, BAPO, TPO-L и др. Это становится особенно критичным во
флексографской печати, где красочные ящики (кипсейки) часто имеют конструкцию открытого типа; скорость и подвижность материала в красочном аппарате низкая.
Почему LED-лампы, применяемые для освещения
производственных помещений (цехов, участков печати), представляют опасность для УФ-материалов:
◆ Многие LED-cветильники излучают в диапазоне 400–
420 нм, что пересекается с пиком поглощения типичных
фотоинициаторов;
◆ Современные «холодные белые» и «дневные белые»
светодиоды часто имеют выраженный пик около
405 нм;
◆ Продолжительное воздействие даже низкоинтенсивного излучения может со временем вызывать кумулятивный эффект и инициировать полимеризацию в краске, лаке, праймере или клеевой композиции.
Рекомендации по защите УФ-материалов от нежелательной активации:
◆ использовать светофильтры на лампы, окна, экраны:
◆ жёлтые или красные фильтры с порогом до 500 нм;
◆ специальные UV-block плёнки (например, Lithoprotect
Y520 (UV-Filter Sleeve Y520 для T8/T5, UV-Protection Yellow
Foil Y520 и YSA520 (self-adhesive) для стекол и рассеивателей), ASMETEC SFG10 (amber), Edmund Optics;
◆ идеально подходят жёлтые светофильтры для фотолабораторий.
Примечание: перечисленные наименования фильтрующих плёнок даны как пример и ориентир в части
спектральных характеристик и оптических свойств (не
являются эталонным значением). Покрытие действующих осветительных приборов фильтрующими плёнками является бюджетным решением, не позволяющим
полностью отсечь нежелательный спектр излучения.
Ограничивать тип освещения в зонах открытого контакта с УФ-материалами:
◆ применять лампы с жёлтым спектром либо
жёлтые LED-лампы с ССТ ниже 3000 К (например, SCHOTT GG-435, GG-455, GG-475, GG-495, HOYA UV/Visible Longpass Filters L-39, L-42, L-44,
L-46, L-48, Edmund Optics);
◆ в критичных зонах, где непосредственно идёт
работа с УФ-материалами — красный или жёлтый рабочий свет (как в лабораториях по работе с
фоточувствительными пластинами).
Экранировать или затенять красочные
ящики (кипсейки): установкой крышек с защитным
покрытием (покрытием, не пропускающим нежелательный свет); использовать шторки, исключающие попадание света на открытые элементы.
Соблюдать регламенты экспозиции: учёт времени
пребывания УФ-краски или лака в печатной машине при
простое; планирование остановок с промывкой, если
перерыв превышает допустимый для открытого контакта (чаще 30–60 мин при LED-освещении).
Не рекомендуется использовать источники белого
света с нелинейным спектром в диапазоне 380–430 нм
в производственных зонах, где осуществляется работа с УФ-отверждаемыми красками, лаками и прочими
УФ-композициями. Рекомендуется оснащение осветительных приборов жёлтыми или «янтарными» фильтрами, поглощающими УФ-диапазон, либо полная замена
осветительных приборов на фотозащитные (жёлтого
спектра) в зонах открытого материала.
Пример технического регламента: «Требования
к освещению производственных помещений при
работе с УФ-отверждаемыми материалами»
Область применения: настоящий регламент устанавливает требования к организации общего и локального
освещения в производственных помещениях и помещениях, где осуществляется работа с красками, лаками,
и другими материалами, отверждаемыми при помощи
ультрафиолетового (УФ) излучения. Рекомендации распространяются на участки офсетной/флексографской
печати, подготовки красок и лаковых составов, а также
хранения и промывки оборудования.
Потенциальные риски при освещении, не соответствующем настоящему регламенту: преждевременная
полимеризация УФ-материалов в печатных секциях, красочных ящиках (кипсейках), прочих резервуарах; образование частично отверждённых агломератов, загрязнения анилоксовых валов и фильтрационных систем; снижение стабильности тиража, трудности при промывке;
повышенный расход материала из-за утраты требуемых
физико-химических свойств.
Оптические параметры
и спектральные ограничения
◆ Параметр: диапазон «опасного» излучения. Требуемое
значение/Условие: 380-430 нм.
◆ Параметр: максимально допустимый уровень UV-A.
Требуемое значение/Условие: ≤ 0.5 мВт/см2
на открытых
участках.
◆ Параметр: цветовая температура света (ССТ).
Требуемое значение/Условие: ≤ 3000 К является косвенным индикатором и требует проверки спектра.
◆ Параметр: CRI (индекс цветопередачи). Требуемое
значение/Условие: не нормируется (по согласованию).
◆ Параметр: рекомендуемый тип фильтра. Требуемое
значение/Условие: жёлтый, янтарный фильтр, отсек до
500 нм
◆ Параметр: коэффициент ослабления (OD) фильтра.
Требуемое значение/Условие: не менее OD 3.0 в диапазоне, соответствующем чувствительности применяемых
фотоинициаторов.
Рекомендации по организации освещения
Общее освещение: применять осветительные приборы
с низкой долей UV-A;
В зонах установки печатных машин — установка фильтров типа Lithoprotect Y520, YSA520, ASMETEC SFG10, SCHOTT, HOYA, Edmund Optics или эквивалентов.
Важно исключить использование LED-ламп дневного света (4000 – 6500 К) без фильтров.
Локальное освещение (при работе с УФ-материалами,
не закрытыми от источников нежелательного света):
использовать жёлтые или красные лампы; рабочие
столы, лаборатории и промывочные зоны оснащать
осветительными приборами с жёлтым диффузором.
Конструктивные меры: установить защитные крышки на красочные ящики (кипсейки); применять экраны
для уменьшения рассеянного света.
Контроль и обслуживание: периодический контроль
интенсивности УФ-излучения в зонах открытого материала при помощи UV-радиометров; ведение журнала
проверки освещения (раз в 6 месяцев или при замене
ламп).
Пример формулировки для производственного
регламента:
Все осветительные приборы, находящиеся в радиусе 2 метров от открытых поверхностей
с УФ-отверждаемыми материалами, должны иметь
жёлтые светофильтры с уровнем ослабления излучения
OD >3.0 в диапазоне 400±20 нм. В случае невозможности установки фильтров требуется либо отключение
освещения на время эксплуатации, либо экранирование от возможного прямого воздействия.
Можно ли просто затонировать плафон осветительного прибора в жёлтый цвет и считать, что защита обеспечена?
Короткий ответ: Нет. Рассмотрим этот вопрос более
подробно:
Принцип действия фильтра в защите от фотополимеризации:
◆ УФ-фильтры работают не по принципу «визуального
цвета», а по оптической плотности (OD) и спектральной характеристике пропускания;
◆ жёлтый диффузор визуально меняет цвет света, но
не обязательно ослабляет интенсивность в диапазоне
380–430 нм. Недорогие жёлтые пластики пропускают
до 60–80% нежелательного излучения. Только специальные фильтрующие материалы (оптические плёнки
или стёкла) обеспечивают нужное ослабление по критическим пикам спектра.
Что такое OD-фильтр и почему это важно:
◆ Оптическая плотность OD 3.0 означает, что фильтр
ослабляет интенсивность света в 1000 раз в заданном
диапазоне;
◆ Для защиты от нежелательной полимеризации
фотоинициаторов (особенно BAPO, TPO, TPO-L),
нужно обеспечить OD ≥ 3.0 в области 395-420 нм.
Это достигается только специально разработанными УФ-блокирующими материалами, а не простыми
цветными полимерами. Жёлтая окраска или жёлтый
диффузор не гарантируют защиту от фотохимической
реакции.
Что можно и нужно использовать
вместо простого тонированного плафона
Если стоит задача адаптации существующего освещения, не стоит окрашивать плафон-рассеиватель.
Гораздо более эффективным решением будет вставка внутрь или наклейка светофильтрующей плёнки,
например:
◆ Lithoprotect YSA520 — специально разработан для
фотозащиты;
◆ ASMETEC SFG-10 — желательно провести измерение спектра осветительного прибора до и после установки фильтра, например с помощью портативного
спектрометра или UV-метра.
Что такое оптическая плотность (OD)?
Оптическая плотность (OD, от англ. Optical Density) —
логарифмическая мера ослабления светового потока
при прохождении через фильтр: OD = log₁₀(I₀/I)
где I0 — интенсивность падающего света (до фильтра); I — интенсивность прошедшего света (после
фильтра).
Таким образом, OD = 3.0 означает, что фильтр
уменьшает интенсивность света в заданном спектре
в 1000 раз.
Дополнительно: в расчётах освещённости следует также учитывать коэффициент использования
(CU≈0.6) и запас на старение (LLMF ≈ 0.8).
Какое практическое значение это имеет
в типографии
Для офсетной или флексографской печати с применением УФ-отверждаемых материалов фильтр с OD ≥ 3.0
в диапазоне 395-420 нм почти полностью исключает
активирующее излучение, вызывающее нежелательное
отверждение (фотохимическую реакцию).
На графиках представлены примерные кривые спектрального пропускания некоторых фильтрующих материалов:
◆ подавляют пропускание в диапазоне до ~450 нм,
эффективно ослабляя УФ- и фиолетовый спектр (OD
~3.0 и выше);
◆ применимы в УФ-печати.
Edmund Optics UV Blocking Acrylic: фильтрация до
~420 нм практически полная (до 0.05% пропускания), после — пропускает до 90–95% . Применяется в лабораториях и для защиты от нежелательного УФ-отверждения.
Расчет необходимого количества фильтров для защиты осветительных приборов в печатном цехе, исходя
из наиболее распространенных типоразмеров производственных помещений флексографских типографий
Исходные параметры для расчёта для типичного цеха
флексографской печати (по практике России и СНГ):
◆ Размер цеха: 12х24 м, примерная площадь ≈ 290 м2, 1-2
машины.
◆ Размер цеха: 15х30 м, примерная площадь ≈ 450 м2, 2-3
машины.
◆ Размер цеха: 18х36 м, примерная площадь ≈ 650 м2, 3+
машины.
Требуемая оснащённость по СНиП / СП / DIN 12464-1
для УФ-печати / СП 52.13330.2016:
◆ Производственные зоны печати: 300-500 лк;
◆ Лаборатория и зона подготовки: 500-750 лк;
◆ Зона хранения УФ-материалов: 200 лк (в идеале
с УФ-фильтрацией).
Для расчётов берём усреднённое значение: 400 лк.
Осветительные приборы:
◆ Промышленные осветительные приборы LED
40–60 Вт;
◆ Световой поток одного осветительного прибора:
4000-6000 лм;
◆ Рекомендованная плотность установки — 1 осветительный прибор на 10–12 м2.
В помещениях типографии, где применяются
УФ-отверждаемые материалы, общий спектральный
состав освещения может оказывать прямое воздействие
на стабильность и фотохимическое поведение печатных
материалов. Особую «угрозу» представляют светодиодные и люминесцентные источники с излучением в диапазоне 380–420 нм, что соответствует зонам пиковой
чувствительности фотоинициаторов (в частности, TPO,
BAPO, TPO-L).
Наблюдаемый эффект самопроизвольной полимеризации краски в открытых зонах красочной системы
(при обычном свете) может быть вызван наличием долей УФ-А и фиолетового излучения в спектре LEDсветильников, что критично при длительном воздействии.
Тонирование осветительных приборов (плафонов)
и цветовая коррекция — недостаточны. Простое окрашивание или тонирование плафонов в жёлтый цвет
не обеспечивает должного уровня фильтрации в нужном спектральном диапазоне. Визуальная желтизна
цвета не является показателем отсутствия УФ-спектра.
Подтверждено, что подавление нежелательного активного излучения достигается только при использовании
материалов с высокой оптической плотностью (OD ≥
3.0) в области 380–430 нм.
Фильтры и оптические стёкла, перечисленные в этой
статье, обладают стабильными спектральными характеристиками и могут применяться как в повседневных
осветительных приборах, так и в виде экранов, перегородок или покрытий окон. Рациональное проектирование системы освещения в производственных помещениях, использующих УФ-отверждаемые материалы,
является необходимым элементом системы технологической устойчивости. Применение специальных фильтрующих материалов с гарантированной оптической плотностью в «опасных» диапазонах УФ-излучения
позволяет предотвратить преждевременную полимеризацию, повысить надёжность красочных систем и минимизировать производственные риски.
P.S. Помимо освещения производственных помещений типографии и его влияния на материалы УФ-отверждения, следует обратить внимание и на
естественное освещение — лучи солнца (не обязательно прямые лучи, достаточно просто естественного дневного света), климатические параметры цехов и складов хранения расходных материалов, температуру воздуха, на то, как близко расположены материалы УФ-отверждения к отопительным приборам в зимний период времени, как и при каких условиях транспортируются расходные УФ-материалы от поставщика до вашего производства и т. д. Всё это влияет на физико-химические свойства УФ-материалов.
Будьте внимательны и, надеюсь, информация из этой статьи хоть чуточку упростит ваши производственные будни и послужит одним из направлений на
пути к технологической стабилизации производственных процессов.