Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag. 1

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1 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag. 1 CURA UV NAS ARTES GRÁFICAS Vantagens da Tecnologia - TEC SCREEN Esta apresentação visa mostrar as vantagens que a tecnologia e cura por radiação UV apresenta para as artes gráficas. As artes gráficas diferem enquanto técnicas de impressão, e diversas técnicas de impressão tem gradativamente adotado a cura por radiação UV. As vantagens são diferentes, conforme a técnica de impressão seja o Offset, a Flexografia, a Serigrafia ou outra, conforme veremos adiante. De uma forma simplificada, vamos iniciar dizendo que o funcionamento básico da cura por radiação ocorre da seguinte maneira: a tinta se encontra na forma líquida ou pastosa, com propriedade de molhar superfícies onde toca, e permanece neste estado antes, durante e após a impressão, até que seja exposta à radiação UV proveniente de uma lâmpada adequada, quando instantâneamente passará ao estado sólido. Este texto passou por pequena revisão nas páginas finais porque foi apresentado originalmente em 2001 estamos em 2011 e algumas tendencias se concretizaram, e se desdobraram em novos direcionamentos. Em geral o que está apresentado aqui permanece válido e existem empresas que ainda não adotaram, apresar de já terem se passado 10 anos. AGENDA Histórico do desenvolvimento e difusão da Cura UV Princípios Básicos Aplicações da Tecnologia de cura por radiação Aplicações e Cura UV nas Artes Gráficas Vantagens da Tecnologia de Cura UV em cada segmento Tendências futuras Vamos apresentar um breve histórico do surgimento desta tecnologia, falar de alguns princípios básicos visando apontar as diferenças com o sistema convencional de tintas gráficas, e listar algumas indústrias que utilizam esta tecnologia. Este início visa apresentar uma introdução àqueles que ainda não tiveram um contato prático com a cura UV. A seguir falaremos das aplicações específicas das artes gráficas, das vantagens desta tecnologia em cada sistema de impressão, e de algumas tendências futuras.

2 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag HISTÓRICO Primeiras Patentes 1940 /50 (sistemas de secagem rápida utilizando lampadas UV) Primeiro sistema gráfico (offset) 1969, nos USA Adoção por outros sistemas gráficos 1970 em diante, Serigrafia de Circuitos impressos (Philco, Texas Instruments, Western Electric, etc..) Pode parecer estranho que desde 1940 a tecnologia já exista, ainda que sob a forma de patentes de invenção e provávelmente protótipos criados por visionários inventores. A primeira aplicação prática, ou melhor, em escala industrial gráfica, ocorreu nos USA em Já nesta época diversos fabricantes de tintas, máquinas, lâmpadas, começaram a buscar a exploração comercial desta tecnologia. Esta primeira aplicação prática foi na impressão offset rotativa, apresentando vantagens de impressão frente e verso simultânea, sem a emissão de solventes típica do sistema tradicional e sem problemas de blocagem. Outras vantagens viriam a surgir mais tarde, como por exemplo a possibilidade de imprimir sobre plásticos em offset.. O próximo sistema de impressão a se beneficiar da secagem instantânea foi a serigrafia de circuitos impressos, onde camadas de 15 a 30 micra de tinta tinham de secar sobre as placas para promover a resistência e isolação elétrica necessárias HISTÓRICO Vantagens consideradas na época Controle ambiental - redução da emissão de solventes (VOCs) na atmosfera Busca produtividade - aumento de velocidade (na secagem /manuseio) Redução consumo energia - comparando com sistemas de secagem térmica Redução do espaço - instalações menores que as de secagem térmica Alguns benefícios ficaram evidentes e alavancaram a tecnologia de cura UV nestas aplicações. Estas vantagens iniciais pautaram a relação entre custo e benefício para a adoção da tecnologia pela indústria. Como afirmamos, outros benefícios se fariam evidentes mais tarde, com o crescimento da quantidade de aplicações gráficas e a abertura para outras tecnicas de impressão. O próprio desenvolvimento das tintas e polímeros aplicáveis à cura por radiação UV fez com que houvesse uma sinergia entre a busca de performance, seguida pela percepção de benefícios não necessáriamente previstos, e o desenvolvimento de novas aplicações surgindo a partir daí.

3 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag PRINCÍPIOS BÁSICOS Cura tradicional das tintas: (eliminação de solventes e possível cura por oxidação, após a secagem) 1- absorção de componentes da tinta pelo ar (secagem por evaporação) 2- absorção de componentes da tinta pelo suporte (absorção pelo papel) Emissão (solventes) Alguns pontos são diamentralmente opostos quando falamos do funcionamento de tintas na impressào, comparando as de secagem tradicional com as de cura UV. As tintas tradicionais tem componntes chamados voláteis, e algumas vezes nos referimos às tintas mencionando o seu teor de sólidos, ou seja, a parte que fica no suporte quando a tinta fica curada. Temos portanto componentes que devem ser eliminados do corpo da tinta durante a sua secagem e cura PRINCÍPIOS BÁSICOS Cura por radiação: (transformação de energia absorvida) a tinta absorve energia para promover químicamente a secagem Absorção (energia UV) Já no caso das tintas de cura por radiação UV, não há o que extrair da tinta. Ao invés disso, a tinta irá absorver energia (radiação) para que se promova a secagem e cura. Estas tintas são em princípio quase 100% sólidos, sendo que podem haver casos onde algum gás (por exemplo nitrogênio) seja gerado durante a cura da tinta - mas isto não passa de 3 a 5%, contra 30 a 70% ou mais no caso das tintas de cura por evaporação de solventes (incluindo-se a água na categoria solventes) PRINCÍPIOS BÁSICOS Cura UV x secagem térmica Durante o processo de cura UV, cadeias moleculares se formam entre os diversos produtos químicos de que a tinta se compõe, promovendo a mudança do estado físico da tinta. O processo dura segundos e o tempo depende da espessura de tinta e da intensidade da radiação recebida. Para que a tinta convencional seque, é necessário extrair todo o solvente (ou a maior parte) que estava no corpo da tinta, o que leva mais tempo. Além disso, há o inconveniente do cheiro característico. Como a eliminação total dos solventes é difícil realizar na prática com tintas convencionais, particularmente as de alta viscosidade, pode haver uma segunda fase de cura térmica pela oxidação ou reação da resina base da tinta, seja pelo contato com o ar ou sejam produtos químicos agregados na tinta. Isto promove a cura final (por exemplo tintas offset oxidativas, por exemplo tintas epoxi bicomponentes). Este passo da cura das tintas também toma tempo.

4 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag PRINCÍPIOS BÁSICOS princípios de fotoiniciação O primeiro atrativo, que gerou a invenção de sistemas de cura por UV, foi portanto a instantaneidade, e a separação ou independência entre o sistema de impressão e o sistema de cura. A tinta deve permanecer líquida enquanto está na máquina, onde a evaporação é indesejável, mas deve secar no menor espaço de tempo possível uma vez impressa - esta especificação foi a semente da tecnologia. É notável que para alguns sistemas de impressào esta premissa básica continua sendo o argumento mais forte para a adoção da tecnologia PRINCÍPIOS BÁSICOS Composição funcional das tintas UV foto-iniciadores absorvem energia da radiação UV aditivos e pigmentos atuam nas propriedades físicas da tinta monômeros monofuncionais monômeros multifuncionais ligam molecularmente ajustam a viscosidade ajustam a viscosidade e se oligômeros resinas de base própriamente dita Observando a composição química, há evidentes diferenças para a das tintas convencionais. As tintas UV podem variar na composição ou nas proporções de seus componentes conforme o tipo de material a imprimir, tipo de equipamento de cura UV a utilizar ou mesmo técnica de aplicação, mas em geral, o esquema simplificado mostrado aqui representa a composição funcional das tintas UV. As funções dos componentes indicados também podem ser mais amplas do que este esquema simplificado PRINCÍPIOS BÁSICOS Elementos do sistema cura UV 1- lâmpada / refletor / proteção 2- sistema resfriamento terminais 3- esteira transportadora 4- exaustão ozônio / resfriam. Impresso 5- fonte alimentação Um ponto muito importante a considerar é o equipamento para cura UV. Cada parte aqui relacionada tem funções a serem monitoradas para um controle da qualidade e do processo. O grupo 1, lâmpada, refletor e proteção corresponde à área de exposição. A proteção serve para isolar o operador da radiação UV. O grupo 2 é parte construtiva, serve para garantir a vida útil da lâmpada. O grupo 3 serve para levar o suporte impresso até a área de exposição e extrair. O grupo 4 serve para eliminar o ozônio gerado pelo contato entre a radiação e o ar. Este ozônio se dispersa e se decompõe em oxigênio muito rápidamente, não representando risco de saúde, mas ao ficar na área de exposição absorve UV e faz cair o rendimento. O resfriamento da peça também é muito importante, principalmente imprimindo plásticos. O grupo 5 é parte construtiva, e é muito importante porque se relaciona diretamente com a eficiência do sistema. Ajustes de tensão elétrica são bastante críticos.

5 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag APLICAÇÕES DA CURA UV Setor moveleiro Setor eletroeletrônico (circuitos, painéis) Setor vidros (impressào e formação) Setor automobilístico (faróis, circuitos) Setor modelagem plásticos Setor gráfico pré-impressão impressão Os diversos setores industriais que utilizam a tecnologia de tintas de cura UV são os relacionados acima. Nas artes gráficas, a pré-impressào é o mais tradicional exemplo de aplicação da tecnologia de cura UV, mesmo porque as primeiras emulsões fotográficas inventadas já eram sensíveis ao UV. Para fazer com que as emulsões fotográficas de halogenetos de prata fiquem sensíveis à luz visível, é necessário utilizar o recurso criado pelo físico Ostwald, promover a maturaçào da emulsão agregando impurezas de enxôfre nos cristais dos halogenetos. Hoje, diversos polímeros são utilizados na produção de emulsões, chapas e filmes para exposição a radiação UV ou IR, na forma de lasers ou para exposiçào a contato. A adoção da cura UV na impressão própriamente dita é um progresso que surge quase como consequência. 4- APLICAÇÕES UV NAS ARTES GRÁFICAS Litografia offset Serigrafia Acabamento gráfico Flexografia Outros sistemas (gravura, inkjet, sistemas segurança) Vantagem comum: eliminação das variáveis de processo geradas pela evaporação de solventes. (Efeitos de brilho seletivo) Os diversos setores gráficos de impressão estão já utilizando em maior ou menor escala a tecnologia de cura UV. Todos estes setores estão se beneficiando das vantagens da tecnologia de cura UV, porém há diferentes requerimentos e enfoques na adoção desta tecnologia. Dissemos que a vantagem primordial, é a secagem instantânea, e que a busca inicial no desenvolvimento da tecnologia era também a redução de espaço físico e quantidade de energia. Mas a vantagem realmente percebida, por todos os setores, e comum a todos, é o da simplificação do processo, que se reverte duradouramente em economia e em qualidade. A evaporação dos solventes que ocorre no processo convencional de cura, traz diferentes problemas para cada um dos setores, que implicam em custos de controle. A eliminação das variáveis de um processo elimina imediatamente estes custos. No offset, a secagem implica na possível blocagem dos impressos, na serigrafia o entupimento da imagem na matriz, na flexografia o entupimento dos entintadores anilox, e assim por diante.

6 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag VANTAGENS PARA O SEGMENTO OFFSET possibilidade de mais tipos de materiais a imprimir (plásticos, papéis absorventes, metais) eliminaçào dos pós anti-blocagem maior empilhamento impressão de verso imediata velocidade e espaço (rotativas) A ampliação da gama de substratos ou suportes imprimíveis foi um benefício inicialmnte marginal, mas que vem se tornando importante pela demanda. Na impressão rotativa, as vantagens iniciais se mantiveram, agregando-se a possibilidade de redução de custos do material imprimível, com papéis de custo mais baixo. A possibilidade de empilhamento acima de 1 metro de material impresso também se tornou um atrativo pla redução de cutos de manuseio na impressão offset plana VANTAGENS PARA O SEGMENTO SERIGRÁFICO eliminação. problema. entupimento matrizes consistência viscosidade e cor eliminação tempos pot-life ampliação faixa tonal reprodutível redução manuseio redução consumo energia redução espaço físico redução drástica de VOCs redução riscos operador Diversas aplicações serigráficas utiizam hoje a tecnologia de cura UV. Os mais comuns são as embalagens em frascos plásticos e os rótulos de CDs de software ou música. Impressos duráveis exigiam anteriormente o uso de sistemas combinados de cura térmica com evaporação seguida por reação química, usando tintas de dois componentes. Estes sistemas consumem muita energia, espaço, e tem o inconveniente do tempo de vida limitado após a adição do catalizador. Detalhes mais finos passaram a ser reprodutíveis com a eliminação da secagem evaporativa na matriz durante a impressão, uma verdadeira bênção para os impressores serigráficos. Na impressão de grandes formatos, os ganhos em produtividade usando a cura UV são práticamente insubstituiveis. A impressão serigráfica de plásticos com tintas vinílicas convencionais tem uma emissão no ambiente, proporcional à area de telas em produção, adicionada à de impressos secando. Algumas instalações com ventilação deficiente podem ser comparadas a verdadeiras câmaras de gás, uma tortura para quem esteja presente no ambiente. Tintas UV eliminam sumáriamente este problema. Nem todos os plásticos e nem todas as aplicações contam com formulações de tintas UV, mas a tendência é de substituir onde possível as tintas baseadas em solvente.

7 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag VANTAGENS PARA O ACABAMENTO GRÁFICO substitui laminação térmica tradicional vários tipos de técnicas de impressão calandra envernizadeira impressoras offset entintamento flexo entintamento gravura serigrafia aplicações com reserva laminação alta qualidade c/ adesivos UV O setor com o maior crescimento hoje nas artes gráficas é o da aplicação de vernizes de acabamento UV. Na aplicação integral, a produtividade e o alto brilho obtido utilizando calandras envernizadeiras tornou esta aplicação preferida por muitas editoras brasileiras, nas capas de revistas. A aplicação de verniz UV tem provado oferecer qualidade e preço competitivos às aplicações de laminação com plásticos utilizada anteriormente. Particularmente atrativas são as aplicações com reserva, aplicação do verniz seletivamente para destacar regiões da imagem impressa. Isto é feito imprimindo-se o verniz por offset ou, para obter uma superfície com brilho de espelho, através de serigrafia. Esta aplicaçào é feita diretamente sobre o papel impresso, ou laminando préviamente com plástico BOPP fosco, quando se consegue um efeito muito atrativo de destaque dos elementos gráficos brilhantes na imagem final acabada. Esta aplicação tem sido feita adaptando chapas flexo na alimentação de água de máquinas offset antigas (adaptadas), e rende resultados de alto brilho sem a necessidade de grandes camadas. Sobre materiais porosos esta aplicação requer serigrafia. A própria aplicação da laminação com BOPP pode ser feita com adesivos transparentes de cura UV, com excelentes resultados VANTAGENS PARA O SEGMENTO FLEXOGRÁFICO eliminação problema entupimento aniloxes consistência viscosidade e cor mesmo variando velocidades melhor controle de ganhos de ponto redução de VOCs e eliminação de tratamento after-burner Por enquanto o setor flexográfico que mais vem adotando a cura UV é o chamado de banda estreita, a flexografia de fitas até 40 cm de largura. Máquinas de porte grande e alta velocidade ainda são oneradas quanto ao equipamento, pelo preço do sistema de cura UV, que pode contribuir com até 50% do total. Entretanto, esta adoção já se faz sentir principalmente na Europa, com sistemas flexográficos começando a competir com aplicações de offset rotativas. Sistemas flexográficos de porte grande exigem a queima de solventes após a evaporação em lugares onde há a regulamentação para limites de emissão. Este custo adicional d equipamento e operação é eliminado com a adoçào da tecnologia UV. Assim como na serigrafia, há o benefício de uma maior estabilidade na reprodução das cores, pela eliminação das variáveis devidas à evaporação. No caso da Flexografia, também as variações devidas a velocidade são reduzidas, permitindo menos perdas por acêrto de máquina.

8 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag VANTAGENS PARA OUTROS SEGMENTOS Gravura: intaglio /impressos de segurança ampliação tipos suporte a imprimir redução VOCs ( impressoras contínuas) e eliminação after-burners A exemplo do que ocorreu na serigrafia de circuitos impressos, a cura de camadas espessas de tinta com aplicações na impressào de segurança mostra vantagens. Outras aplicações do processo de impressão por gravura podem vir a mostrar possibilidades futuras para uso de tintas UV. Aplicações típicas de gravura variam na espessura depositada entre 3 a 17 micra VANTAGENS PARA OUTROS SEGMENTOS Ink Jet (grandes formatos) ampliação tipos de suporte a imprimir substratos sem revestimento (texto editado 2011) Já existem muitas aplicações utilizando tintas UV em impressão digital de pequeno, médio e grande formatos. O entupimento de bicos tem sido um dos problemas a gerenciar nas impressões de jato de tinta. Muitos fabricantes desenvolvem equipamentos digitais com cura UV sobre lona plástica e materiais adesivos. O jato de tinta tradicional com tintas aquosas requeria papéis com revestimento epecial quando se desejava impressão de alta qualidade. O desenvolvimento de tintas resinosas com base solvente possibilitou novas aplicações inkjet para sinalização, e posteriormente o desenvolvimento de tintas UV com viscosidades adequadas a inkjet ampliou este mercado para aplicações industriais. Há 10 anos atrás (2001), apresentamos este material na FIEPAG fazendo algumas previsões sobre futuras aplicações de UV na tecnologioa inkjet (realmente o mercado cresceu bastante). Na época, haviam cerca de 4 fabricantes de equipamentos inkjet UV no mundo. Hoje há uma tendencia mundial de fabricação local em vários países - inclusive no Brasil - de equipamentos, inkjet, mesmo porque necessidades de manutenção fazem com que empresas globais tenham dificuldade logística para o atendimento. A decorrencia e a tendencia continuam na direção do UV para inkjet, sendo que tintas base solvente para este tipo de tecnologia já se tornaram commodities.

9 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag CUIDADOS NA ADOÇÃO DA TECNOLOGIA UV Instalações alimentação elétrica balanceada circuitos exaustão e resfriamento Segurança protetores do equipamento treinamento operadores informação /educação /cultura usuários Processo instrumentação (radiômetros, amperímetros, totalizadores horas, etc..) Tudo tem um custo. Para aproveitar os benefícios que a tecnologia de cura por radiação tem a oferecer, há alguns cuidados a serem tomados antes, durante e depois desta adoção. A instalação de equipamentos de cura UV tem que ser muito bem feita. As lâmpadas tem tolerâncias estreitas na tensão (volts) de alimentação. Um motor pode funcionar se a tensào de alimentação variar por exemplo 10% para mais ou para menos. No caso do equipamento UV, a diferença está entre funcionar ou não funcionar - as tolerâncias são muito estreitas. A pior economia que se pode fazer é na informação aos operadores. Diversos conceitos válidos para a secagem convencional simplesmente não servem na cura UV. O treinamento tem que ser bastante abrangente. Não dá para sentir se a lâmpada está OK, se a cura está suficiente, se a vida útil da lâmpada está ou não terminando. É necessário investir em instrumentação para garantir o funcionamento do processo CUIDADOS NA ADOÇÃO DA TECNOLOGIA UV Manutenção preditiva polimento periódico refletores (20-30% da energia) limpeza e turn-down lâmpadas semanal garantia alimentação consistente Seleção fornecedores mercado competitivo em crescimento = fornecedores da opção quebra-galho análise profunda (técnica) custo - benefício A manutenção, além de localizar possíveis fontes de futuros potenciais problemas, tem que detectar a vida útil restante dos componentes do sistema. É um passo além da prevenção de problemas - a programação de substituição de peças de equipamento como parte da prevenção. Lâmpadas longas costumam vergar com o tempo pela ação da temperatura e da gravidade. Por isso é comum girar a lâmpada 180 graus periódicamente. Refletores ficam sujos com resíduos carbonizados da poeira do ar - e tem que receber polimento periódico. No lado dos materiais, é preciso cuidado na hora da compra porque sempre surgem opções um pouco mais em conta no mercado. Entretanto, materiais, equipamento e processo estão interligados e é o conjunto que tem de ser avaliado - o material mais barato pode fazer o processo ficar mais caro.o melhor material é o que funciona melhor no processo - as vantagens das quais falamos muitas vêzes estão no processo, e podem ser anuladas com a escolha errada de materiais. (Texto editado 2011) Existem 3 vertentes principais nas tecnologias de cura UV fontes com lampadas de arco, fontes com indução por microondas e fontes LED. As fontes LED funcionam com baixa temperatura (cerca de 80 graus, contra 900 graus da temperatura de bulbo nas lampadas de arco). As fontes LED e as acionadas por microondas tem mais durabilidade do que as de arco convencionais. A desvantagem no caso de LED é a necessidade do ajuste químico dos iniciadores, no caso de microondas é o ajuste físico do foco dos refletores. Lampadas de arco abrangem um maior número de possibilidades nas formulações.

10 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag TENDÊNCIAS FUTURAS ampliação do mercado usuário mercados atuais em crescimento adoção gradativa dos demais setores tintas curáveis por várias formas de radiação UV (ultra-violeta) IR (infra-vermelho) EB (electron beam = raios catódicos) RF (frequência de rádio e microondas) Para o futuro, podemos esperar a continuação da adoção da cura por radiação pelos mercados já existentes. Os demais setores, com menor velocidade, estarão seguindo esta tendência. A exemplo do que ocorre na pré-impressão, outras formas de radiação estarão também sendo utilizadas para curar tintas. O infra-vermelho já é bastante utilizado, mas tem sido preterido em favor do UV quando se trata da exposição por áreas. Já na pré-impressão, a versão Laser Térmico IR vem crescendo bastante. A Rádio Frequência (RF) tem alguma utilização para cura de sistemas de tinta aquosa. As aplicações de Feixe de Elétrons (EB) tem merecido a atenção porque podem representar uma redução no uso de fotoiniciadores nas tintas. Todas estas áreas dependem ainda de desenvolvimento quanto a aplicação, embora a ciência já esteja bem madura e desenvolvida. Existe bastante material técnico publicado sobre a tecnologia de cura por radiação. x

11 Apresentação na FIEPAG em 17/04/2001 pag. 11 CONCLUSÃO TEC-SCREEN orador convidado ATBCR As vantagens do uso da tecnologia de cura por radiação UV são percebidos pelas diversas técnicas de impresão. As vantagens se apresentam diferentemente conforme a técnica de impressão em questão. Para a plena obtenção destas vantagens, tem de haver um bom controle do processo, com instrumentação, seleção de fornecedores que se disponham a trabalhar em parceria, e um profundo treinamento dos operadores. As instalações não adimitem erros e a manutenção tem que ser atuante e integrada às ações gerenciais de produção. Para receber, ou perceber as vantagens que a tecnologia pode oferecer, tem de haver um estudo de custo e benefício antes da aquisição e durante a produção. A Tecnologia UV é a mais ecológica opção dentre as artes gráficas. Quando tivermos regulamentação e implementação de políticas ambientais mais restritivas no Brasil, esta será a mais convincente vantagem para a adoção da tecnologia de cura por radiação UV em todas as artes gráficas.