प्लास्टिक उत्पादों के लिए इंकजेट प्रौद्योगिकियों में नवाचार

प्लास्टिक उत्पादों के लिए इंकजेट प्रौद्योगिकियों में नवाचार

त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों पर डिजिटल इंकजेट प्रिंटिंग की माँग तेज़ी से बढ़ रही है। मज़बूत संचालन हासिल करने में अनुप्रयोग की चुनौतियाँ हैं: इष्टतम इंक रसायन-प्रिंटहेड डिज़ाइन, इंक और पॉलिमर सब्सट्रेट के बीच संगतता, और क्योरिंग। यह लेख उन महत्वपूर्ण प्रक्रिया कारकों की चर्चा करता है जो इंकजेट को नए अवसरों तक ले जाते समय पॉलिमर सतह की संगतता के साथ जुड़ते हैं।

इंकजेट प्रिंटिंग एनालॉग प्रिंटिंग की तुलना में कहीं अधिक जटिल और नाज़ुक है। इंकजेट में नोज़ल को ठीक आकार की बूँदें पूरी सटीकता से छोड़नी पड़ती हैं। उच्च-गुणवत्ता वाले इंकजेट प्रिंटिंग सिस्टम को प्रिंटहेड, तरल, इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोलर, पूर्व-उपचार और क्योरिंग को एक साथ एकीकृत करना होता है। इच्छित परिणाम पाने के लिए इन सभी को एक साथ काम करना चाहिए। इंकजेट प्रौद्योगिकी में निवेश करने वाली अधिकांश कंपनियाँ कई सब्सट्रेट को डेकोरेट करना चाहती हैं। चूँकि एक ही पॉलिमर परिवार के भीतर भी प्लास्टिकों के बीच अक्सर काफ़ी रासायनिक और भौतिक अंतर होते हैं, इसलिए सभी सामग्रियों पर प्रिंट करना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। इस प्रकार प्रिंटिंग की एक तकनीकी विरोधाभासी चुनौती मौजूद है, जिसे स्थिर तीन-पाए वाले स्टूल (चित्र 1) से दर्शाया गया है।

तीन मुख्य इनपुट प्रक्रिया पैरामीटर हैं, जिनमें से प्रत्येक एक पाए से दर्शाया गया है: 1) पॉलिमर सब्सट्रेट, 2) इंकजेट प्रिंटर, और 3) इंक तथा पूर्व-उपचार की संगतता। उत्कृष्ट प्रिंट गुणवत्ता पाने के लिए सभी तत्वों का स्थिर होना आवश्यक है। किसी भी एक प्रक्रिया-पाए को बदलने से संतुलन बिगड़ता है, जिससे अन्य में संशोधन करने पड़ते हैं। इंकजेट से आकृतिदार प्लास्टिक ज्यामितियों पर प्रिंट करना इसलिए भी और जटिल है क्योंकि OEM प्रिंटर/प्रिंटहेड के विकल्प अपेक्षाकृत कम हैं। प्रत्येक OEM सीमित दायरे के लिए विकसित प्रमाणित इंक तक ही सीमित रहता है। इंकजेट प्रिंटिंग और सतह विज्ञान की बारीकियों की गहरी समझ अभूतपूर्व क्षमताएँ और परिणाम संभव बनाती है।

मुख्य निष्कर्ष

• UV इंक तुरंत क्योर होती है और सॉल्वेंट उत्सर्जित नहीं करती, लेकिन सीधे केवल सीमित प्रकार के प्लास्टिक से जुड़ती है।
• बाइंडर क्योरिंग के दौरान मोनोमर और ऑलिगोमर की शृंखला अभिक्रिया से बनता है, जो हर अन्य इंक प्रकार से अलग है।
• केवल पिगमेंट वाले रंग की वास्तविक सीमाएँ हैं। CMYK इंक आंशिक रूप से अपारदर्शी होती हैं और नीचे की परतों को ढक देती हैं, जिससे कई लोकप्रिय Pantone स्पॉट रंग छूट जाते हैं।
• कम श्यानता और कम पृष्ठ तनाव एसीटल, पॉलीओलेफ़िन और पॉलीयुरेथेन पर आसंजन में बाधा डालते हैं।
• अनुचित ढंग से क्योर की गई इंक ख़तरनाक होती है, केवल सौंदर्य की दृष्टि से ख़राब नहीं।

UV-क्योरेबल इंकजेट इंक

अल्ट्रावॉयलेट (UV)-क्योरेबल इंकजेट इंक को त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों की प्रिंटिंग के लिए व्यापक रूप से अपनाया गया है। UV-क्योरेबल इंक तुरंत सूखती है, सीमित संख्या के प्लास्टिक से सीधे जुड़ती है, सॉल्वेंट उत्सर्जित नहीं करती और कुछ OEM प्लेटफ़ॉर्म के लिए उपलब्ध है। इस दायरे को "बंधन में कठिन" पॉलिमर सब्सट्रेट तक बढ़ाने के लिए डेकोरेटिंग और प्रिंटिंग की कड़ी आवश्यकताएँ पूरी करने हेतु कस्टम फ़ॉर्मूलेशन की विशेषज्ञता चाहिए। फ़ॉर्मूलेटर को उन विशिष्ट रसायनों की जानकारी होनी चाहिए जो माइक्रो-जेट किए जा सकने वाले तरल देते हैं, उन क्योरिंग क्रियाविधियों की जो तेज़ कठोरीकरण सुनिश्चित करती हैं, और परिणामी इंक के भौतिक व रासायनिक गुणों की, इसलिए यह काम किसी भी अन्य इंक प्रकार से अधिक जटिल है।

किसी भी सूखी इंक का अधिकांश भाग बाइंडर होता है, जो रंग को अपनी जगह रोके रखता है, उसे घर्षण से बचाता है और सतह से जुड़ता है। बाइंडर आमतौर पर पॉलिमर होता है। UV इंक प्रिंटिंग अन्य प्रकारों से इस मायने में भिन्न है कि पॉलिमर क्योरिंग के दौरान मोनोमर और ऑलिगोमर की शृंखला अभिक्रिया से बनता है। मोनोमर कम श्यानता वाले तरल होते हैं, इसलिए वे तरल इंक वाहक का काम भी करते हैं और पानी या सॉल्वेंट की आवश्यकता समाप्त कर देते हैं। इसीलिए UV क्योर इंक 100 प्रतिशत ठोस होती हैं और सॉल्वेंट इंक का आदर्श विकल्प हैं। ऑलिगोमर (बड़े अभिक्रियाशील अणु) में कई रासायनिक कार्यात्मकताएँ होती हैं और बाइंडर को ठीक से बनाने में वे महत्वपूर्ण हैं।

बहुलकीकरण की शुरुआत UV प्रकाश के संक्षिप्त संपर्क से होती है, जो दृश्य प्रकाश की तुलना में कम तरंगदैर्घ्य और अधिक ऊर्जा वाला विद्युत-चुंबकीय विकिरण है। अधिकांश UV क्योरिंग में निकट UV (390–200 नैनोमीटर तरंगदैर्घ्य) का उपयोग होता है। इसे आगे UV-A (390–320 नैनोमीटर) या दीर्घ तरंग, UV-B (320–280 नैनोमीटर) या मध्यम तरंग और UV-C (280–200 नैनोमीटर) या लघु तरंग में बाँटा जाता है। निकट UV के अलावा अन्य UV श्रेणियों में सुदूर UV (200–10 नैनोमीटर) और गहन UV (31–1 नैनोमीटर) शामिल हैं। पारंपरिक मर्करी UV क्योरिंग लैंप की सबसे आम शिखर तरंगदैर्घ्य 365 नैनोमीटर है, जिसे मर्करी I-लाइन (प्रकाश स्पेक्ट्रम) भी कहते हैं।

UV-अभिक्रियाशील घटक फ़ोटो-इनिशिएटर हैं, ऐसे यौगिक जो ऊर्जा अवशोषित करके विभाजित होते हैं और प्रकार के अनुसार अत्यधिक अभिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियाँ (फ़्री-रेडिकल या कैटायनिक) उत्पन्न करते हैं। प्रत्येक मोनोमर या ऑलिगोमर के एक हिस्से से जुड़ सकती है, जो सक्रियता को दूसरे हिस्से में स्थानांतरित करती है, जो आगे किसी अन्य मोनोमर से अभिक्रिया कर सकता है, और इसी तरह पॉलिमर बनता जाता है।

अपेक्षाकृत कम लागत और मोनोमर (आमतौर पर एक्रिलेट) की व्यापक उपलब्धता के कारण फ़्री-रेडिकल इंकजेट UV इंक बाज़ार पर हावी हैं। ये मज़बूत घर्षण-प्रतिरोध से लेकर लचीलेपन तक, वांछनीय प्रदर्शन विशेषताओं वाले पॉलिमरों की श्रृंखला देती हैं। फ़्री-रेडिकल बहुलकीकरण की एक कमी हवा की ऑक्सीजन के प्रति इसकी अंतर्निहित संवेदनशीलता है, इसलिए शृंखला की लंबाई अक्सर छोटी रहती है। अभिक्रियाएँ बहुत तेज़ हो सकती हैं, फिर भी UV प्रकाश हटते ही क्रॉस-लिंकिंग प्रभावी रूप से रुक जाती है। इसलिए फ़ॉर्मूलेशन में फ़ोटो-इनिशिएटर की मात्रा अधिक होती है। UV-क्योर इंकजेट इंक की अधिकांश खपत फ़्री-रेडिकल इंक की है, जबकि परिष्कृत ज़रूरतों के लिए कैटायनिक UV-क्योर इंक उभर रही हैं।

कैटायनिक बहुलकीकरण रसायनों का बिल्कुल अलग परिवार देता है, जिसमें आमतौर पर बेहतर आसंजन होता है और संपर्क समाप्त होने के बाद भी अभिक्रिया जारी रहती है। जब खाद्य संपर्क की संभावना हो और अभिक्रिया-रहित मोनोमर अवांछित हों, तब व्यापक बहुलकीकरण आवश्यक है। साथ ही, मोटी कोटिंग में निरंतर क्रॉस-लिंकिंग लाभदायक है। UV-क्योर इंक अनिवार्य रूप से UV अवशोषक होती हैं, इसलिए मोटी इंक के निचले क्षेत्रों को बहुत कम विकिरण मिलता है और वे ऊपरी क्षेत्रों जितनी तुरंत क्योर नहीं होते, लेकिन कैटायनिक इंक आगामी घंटों में भी बहुलकीकरण करती रहेगी।

कैटायनिक इंक के बहुलकीकरण में ऑक्सीजन का अवरोध नहीं होता, लेकिन नमी का असर पड़ सकता है। चूँकि पानी कैटायनिक मध्यवर्ती यौगिकों से अभिक्रिया कर सकता है, 80 प्रतिशत से अधिक सापेक्ष आर्द्रता क्योरिंग को मंद कर सकती है। कैटायनिक इंक बहुलकीकरण शुरू करने के लिए फ़्री-रेडिकल इंक की तुलना में कम ऊर्जा वाले UV स्रोतों का उपयोग कर सकती हैं। वे कई फ़्री-रेडिकल प्रणालियों में उपयोग होने वाले उच्च-ऊर्जा मर्करी UV बल्बों से कम गर्मी उत्पन्न करती हैं और तापमान-संवेदी सब्सट्रेट पर प्रिंट कर सकती हैं। प्रमुख इंक विक्रेता कैटायनिक इंक नहीं देते, क्योंकि माँग की मात्रा बहुत कम है और OEM अपेक्षाएँ पूरी करने का प्रयास अत्यधिक है। फिर भी, नए अनुप्रयोग विकसित करने में रुचि रखने वाले विशेषज्ञ निर्माताओं से ये उपलब्ध हैं।

कई त्रि-आयामी मुद्रित उत्पाद उपभोक्ताओं के हाथ में रहते हैं और उनका बहुत नज़दीक से दृश्य निरीक्षण होता है। अक्षरांकीय पाठ 6-पॉइंट या उससे छोटा हो सकता है। दिखने वाले दोषों से बचने और पठनीयता सुनिश्चित करने के लिए बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन वाली प्रिंटिंग आवश्यक है। उच्च रिज़ॉल्यूशन इंकजेट प्रिंटिंग के दो प्राथमिक घटक हैं: सब्सट्रेट पर डॉट्स की दूरी, और डॉट्स बनाने वाली बूँदों का आकार (आयतन)। एनालॉग प्रौद्योगिकियाँ लाइन स्पेसिंग या स्क्रीन आकार की बात करती हैं, जो अक्सर लगभग 300 लाइन प्रति इंच होता है, लेकिन उनमें डॉट के आकार की बहुत विस्तृत रेंज होती है, यानी एक-एक प्रतिशत के चरणों में सचमुच 0 से 100 प्रतिशत कवरेज तक। UV इंकजेट प्रिंटहेड अभी सबसे छोटे एनालॉग डॉट्स की बराबरी नहीं कर सकते, और न ही उनमें अनंत रूप से समायोज्य ग्रेस्केल होता है। और मूल नोज़ल स्पेसिंग शायद ही कभी 300dpi से अधिक होती है। उच्च रिज़ॉल्यूशन बूँदों को पास-पास रखकर (अब 1,800×1,800 dpi तक) मिलता है, जिसमें सामान्य दोलनशील हेड प्रिंटर पर कई पास और बहुत छोटे कदम लगते हैं। आउटपुट प्रभावशाली होता है, लेकिन प्रिंट की गति की क़ीमत पर।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

UV इंकजेट इंक कुछ प्लास्टिक से क्यों चिपकती है और कुछ से नहीं?

इंकजेट इंक की श्यानता और पृष्ठ तनाव कम होते हैं, जबकि एसीटल, पॉलीओलेफ़िन और पॉलीयुरेथेन जैसे रासायनिक रूप से निष्क्रिय प्लास्टिक जल-विरोधी होते हैं और स्वाभाविक रूप से गीले नहीं होते (वेटेबल नहीं)। सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा बढ़ाने वाले पूर्व-उपचार के बिना इंक वह सघन संपर्क नहीं बना पाती जो आसंजन के लिए आवश्यक है।

क्या इंकजेट Pantone स्पॉट रंगों से मेल खा सकता है?

भरोसे के साथ नहीं। UV इंक केवल पिगमेंट रंजक का उपयोग करती है और CMYK सेट बड़ा गैमट देता है क्योंकि परतें मोटी हो सकती हैं, लेकिन पिगमेंट आंशिक रूप से अपारदर्शी होते हैं और नीचे के रंगों को ढक देते हैं। तीव्रता द्वितीयक रंगों में पूरी तरह परिवर्तित नहीं होती, जिससे प्रमुख ब्रांडों के बीच लोकप्रिय कई Pantone रंग बाहर रह जाते हैं।

स्पॉट रंगों को इंकजेट मशीन में सीधे क्यों नहीं जोड़ा जा सकता?

इंकजेट प्रिंटर में स्पॉट रंग बदलना फ़्लेक्सोग्राफ़िक या एनालॉग प्रिंटिंग की तुलना में कहीं अधिक कठिन है। छह, आठ या दस प्रिंटहेड वाली मशीनें उन्हें रख सकती हैं, लेकिन बदलाव का बोझ इस तरीक़े को अलोकप्रिय बनाए रखता है।

UV इंक का फ़ॉर्मूलेशन अन्य इंक प्रकारों से कठिन क्यों है?

फ़ॉर्मूलेटर को ऐसा तरल देना पड़ता है जो भरोसे के साथ माइक्रो-जेट हो, तेज़ी से क्योर हो, और तैयार फ़िल्म में आवश्यक भौतिक व रासायनिक गुण पैदा करे, जबकि बाइंडर पॉलिमर केवल क्योरिंग के दौरान बनता है। यह संयोजन इस काम को किसी भी अन्य इंक प्रकार से अधिक जटिल बना देता है।

UV इंक की अपूर्ण क्योरिंग के जोखिम क्या हैं?

अनुचित ढंग से क्योर की गई इंक केवल चिपचिपी या भंगुर नहीं, बल्कि ख़तरनाक होती है। क्योरिंग को अनुमान से नहीं, इंक रसायन और लैंप की विशिष्टता के अनुरूप तय किया जाना चाहिए।

पिगमेंट और रंग पैलेट

UV इंक केवल पिगमेंट रंजक का उपयोग करती है, लेकिन इनकी रेंज व्यापक है और यह कोई गंभीर सीमा नहीं है। फ़ॉर्मूलेशन और इंक-निर्माण में हुए विकास निर्माताओं को सफ़ेद (W) देने में सक्षम बनाते हैं, जो गहरे रंग के सब्सट्रेट पर आधार के रूप में या पारदर्शी सब्सट्रेट पर पृष्ठभूमि के रूप में ख़ास तौर पर उपयोगी है। इंकजेट के प्राथमिक रंग (सायन, मैजेंटा, येलो और ब्लैक, यानी CMYK) मिलकर बड़ा कलर गैमट देते हैं क्योंकि इंक की परतें मोटी हो सकती हैं। लेकिन पिगमेंट-आधारित होने के कारण वे कम से कम आंशिक रूप से अपारदर्शी होते हैं और नीचे के रंगों को ढक देते हैं। तीव्रता द्वितीयक रंगों में पूरी तरह परिवर्तित नहीं होती, जिससे प्रमुख ब्रांडों के बीच लोकप्रिय कई Pantone रंग बाहर रह जाते हैं। एनालॉग प्रिंटिंग में विशेष रूप से फ़ॉर्मूलेट किए गए स्पॉट रंग उपयोग होते हैं। वे इस बाज़ार में, ख़ासकर 6-, 8- और 10-प्रिंटहेड वाली मशीनों में, उपलब्ध हो सकते हैं, लेकिन लोकप्रिय नहीं हैं क्योंकि इंकजेट प्रिंटर में स्पॉट रंग बदलना फ़्लेक्सोग्राफ़िक या स्क्रीन प्रिंटिंग की तुलना में कहीं अधिक कठिन है। यह लगातार छवियों के साथ जॉब बदलने की डिजिटल की क्षमता से भी टकराता है। एक विकल्प विस्तारित गैमट इंक सेट अपनाना है, जिनमें CM और Y के बीच के रंग की गहन इंक होती है। लाल, हरा और नीला (RGB), या नारंगी, हरा और बैंगनी (OGV) लेबल और विज्ञापन प्रिंटिंग में गैमट बढ़ाने और अधिकांश चमकीले, निर्दिष्ट, गहन ब्रांड रंगों को कवर करने के लिए उपयोग होते हैं। इन रंगों को त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों के लिए भी कस्टम फ़ॉर्मूलेट किया जा सकता है।

हल्के रंगों, विशेषकर त्वचा के रंगों को पुनः प्रस्तुत करना UV-क्योर इंकजेट प्रिंटिंग के लिए लगातार कठिनाई रही है। CMK की सबसे छोटी बूँदें भी, जो अब 4 पिकोलीटर तक छोटी हैं, फ़ोटो-यथार्थवाद के लिए बहुत बड़ी हैं। हालाँकि, यदि हल्के मैजेंटा (lm) और हल्के सायन (lc) का द्वितीयक सेट जोड़ दिया जाए, तो अलग-अलग डॉट्स के दोष मिट जाते हैं। प्रिंटर OEM इस बाज़ार को CMYKlclmW का विकल्प उपलब्ध कराते हैं।

धूप में फीका पड़ना प्रिंट की टिकाऊपन की एक बड़ी चिंता हो सकती है। चूँकि UV इंक डाई नहीं, पिगमेंट का उपयोग करती है, इसलिए वह डेस्कटॉप इंक की तुलना में स्वाभाविक रूप से धूप के प्रति कम संवेदनशील होती है। जब इंक ऑटोमोटिव पेंट उद्योग के पिगमेंट से बनाई जाती है, तब फीकेपन का बहुत अच्छा प्रतिरोध मिलता है। ये महँगे होते हैं, फिर भी प्रीमियम इंक में उपयोग किए जाते हैं। धूप पॉलिमर को भी विघटित कर सकती है, जिससे चॉकिंग और भंगुरता पैदा होती है।

UV प्रकाश में पॉलिमर की स्थिरता की ज़रूरत UV इंकजेट के शुरुआती दौर में ही बाहरी विज्ञापन उद्योग को सहारा देने के लिए पड़ी थी। यह मोनोमर और ऑलिगोमर के चयन, स्टेबलाइज़र मिलाने और सबसे टिकाऊ स्थितियों में ओवर-वार्निश से मिलती है। बाहरी प्रकाश में पाँच वर्ष का संपर्क आम तौर पर पूरी की जाने वाली अपेक्षा है।

सभी इंक फ़ॉर्मूलेशन में एडिटिव्स आवश्यक हैं। प्लास्टिक पर प्रिंटिंग की इंक में आम तौर पर आसंजन प्रवर्धक (एडहेज़न प्रमोटर) होते हैं। जेटिंग और बूँद निर्माण, जो स्पष्ट रूप से इंकजेट का केंद्र हैं, में श्यानता संशोधक और सर्फ़ेक्टेंट का सावधानीपूर्वक संतुलन चाहिए। यदि यह सही न हो तो इंक धुंध बन सकती है या हेड पर फैल सकती है, जो दोनों संतोषजनक नहीं हैं। यही यौगिक सब्सट्रेट पर इंक के गीला होने और बहने को भी नियंत्रित करते हैं, यानी आसंजन और डॉट गेन को। इन्हें आमतौर पर किसी विशेष सतह रसायन के लिए अनुकूलित किया जाता है, पर सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए, जो इंक निम्न सतह ऊर्जा वाले सब्सट्रेट को गीला करेगी, वह प्रिंटहेड से रिस जाएगी। इसीलिए कई सतहों का उपचार करके उन्हें इंक की कार्यक्षमता की सीमा में लाना पड़ता है।

सतह पूर्व-उपचार: इंक/प्लास्टिक सब्सट्रेट संगतता

इंकजेट इंक की श्यानता और पृष्ठ तनाव कम होते हैं, जिससे एसीटल, पॉलीओलेफ़िन और पॉलीयुरेथेन जैसे कई पॉलिमर सब्सट्रेट पर आसंजन बंधन की चुनौतियाँ खड़ी होती हैं। इस तरह के रासायनिक रूप से निष्क्रिय प्लास्टिक जल-विरोधी होते हैं और स्वाभाविक रूप से गीले नहीं होते (वेटेबल नहीं)। विश्राम (साम्यावस्था) में समतल ठोस सतह पर एक तरल बूँद पर विचार करें। ठोस सतह और अंतिम बिंदु पर ऊपरी सतह की स्पर्श रेखा के बीच बने कोण को संपर्क कोण कहते हैं; यह संपर्क बिंदु पर स्पर्श रेखा और ठोस सतह की क्षैतिज रेखा के बीच का कोण (x) है। चित्र 2 देखें।

बुलबुले/बूँद का आकार उन आणविक बलों के कारण होता है जिनसे सभी तरल, सतह के संकुचन द्वारा, अपने आयतन को न्यूनतम सतह क्षेत्रफल वाले आकार में ढालने की प्रवृत्ति रखते हैं। सतह को संकुचित करने वाले अंतरा-आणविक बलों को "पृष्ठ तनाव" कहते हैं। पृष्ठ तनाव, जो सतह ऊर्जा का माप है, dynes/cm में व्यक्त किया जाता है। किसी तरल (पानी, प्रिंटिंग इंक, चिपकाने वाले पदार्थ/एनकैप्सुलेशन, कोटिंग आदि) के पृष्ठ तनाव की तुलना में ठोस सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उसकी "वेटेबिलिटी" उतनी ही बेहतर और संपर्क कोण उतना ही छोटा होगा (चित्र 2)। सामान्य नियम के रूप में, स्वीकार्य बंधन आसंजन तब मिलता है जब सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा तरल के पृष्ठ तनाव से लगभग 8 से 10 dynes/cm अधिक हो।

वास्तव में तरल और संपर्क कोण गतिशील होते हैं, स्थिर नहीं। चित्र 3 देखें। गतिशील संपर्क कोण (DCA) सबसे महत्वपूर्ण है। जब बूँद ठोस सतह से जुड़ी हो और ठोस सतह को झुकाया जाए, तो बूँद आगे लपकेगी और नीचे की ओर फिसलेगी। बनने वाले कोणों को क्रमशः अग्रगामी कोण (θa) और पश्चगामी कोण (θr) कहते हैं।

संपर्क कोण आम तौर पर सतह रसायन और सतह स्थलाकृति, दोनों में परिवर्तन से प्रभावित माने जाते हैं। अग्रगामी संपर्क कोण सब्सट्रेट सतह के निम्न-ऊर्जा (असंशोधित) घटकों के प्रति सबसे संवेदनशील होता है, जबकि पश्चगामी कोण सतह पूर्व-उपचार से आए उच्च-ऊर्जा, ऑक्सीकृत समूहों के प्रति अधिक संवेदनशील होता है। इस प्रकार, डाइन घोलों से मापने पर पूर्व-उपचार के बाद सतह के संशोधित घटक का सबसे अधिक प्रतिनिधित्व वास्तव में पश्चगामी कोण का माप करता है। इसलिए सभी सतह-संशोधित सामग्रियों पर अग्रगामी और पश्चगामी, दोनों संपर्क कोण मापना महत्वपूर्ण है।

प्रिंटिंग प्रेस की गति भी इंक के प्रभावी पृष्ठ तनाव को प्रभावित कर सकती है। स्थैतिक रूप से 25 dynes पृष्ठ तनाव मापने वाली इंक हाई-स्पीड प्रेस पर गतिशील रूप से 40 dynes पृष्ठ तनाव वाली इंक की तरह व्यवहार कर सकती है2। इंकजेट प्रिंट हेड और प्रिंट प्रणालियाँ जिन तरल पदार्थों को छोड़ती हैं, उन पर उनकी क्रियाएँ इस बात को काफ़ी प्रभावित कर सकती हैं कि छोड़ने और प्रिंट सतह तथा अन्य इंक या कोटिंग परतों के साथ अंतःक्रिया के दौरान तरल के घटक कैसे पुनः संरेखित होते हैं। जैसे-जैसे इंकजेट प्रिंट हेड की बूँदें छोड़ने की आवृत्ति ऊँचे स्तरों पर पहुँचती है और सिंगल-पास फ़ुल-विड्थ ऐरे के साथ इंकजेट प्रिंटर व प्रेस की गति बढ़ती है, इंक, कोटिंग और सब्सट्रेट की पृष्ठ तनाव संबंधी अंतःक्रियाएँ अतिरिक्त चुनौतियाँ पेश करती हैं।

निर्माताओं में बंधन की समस्याओं का एकमात्र पूर्वानुमानक मानकर केवल संपर्क कोण के माप पर ध्यान देने और नियमित सतह परीक्षण करने की प्रबल प्रवृत्ति है। इतना ही महत्वपूर्ण रासायनिक सतह कार्यात्मकता है, जिसके द्वारा जल-विरोधी सतहों को बंधन-योग्य जल-प्रेमी सतहों में सक्रिय किया जाता है। रासायनिक सतह सक्रियण के लिए गैस-फ़ेज़ "ग्लो-डिस्चार्ज" सतह ऑक्सीकरण पूर्व-उपचार प्रक्रियाएँ उपयोग की जाती हैं। सतह पूर्व-उपचार सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा बढ़ाकर और ऑक्सीकारी रासायनिक कार्यात्मकता बनाकर इंक आसंजन की अधिकांश समस्याएँ हल कर देंगे।

गैस-फ़ेज़ सतह ऑक्सीकरण प्रक्रिया विधियों में इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज, फ्लेम ट्रीटमेंट, कोल्ड गैस प्लाज़्मा और अल्ट्रावॉयलेट विकिरण शामिल हैं। प्रत्येक विधि अनुप्रयोग-विशिष्ट है और उसके अपने अनूठे लाभ तथा संभावित सीमाएँ हैं। प्लाज़्मा में उत्पन्न होने पर मुक्त इलेक्ट्रॉन, आयन, मेटास्टेबल, रेडिकल और UV में होने वाली मूल रासायनिक व भौतिक अभिक्रिया सतह को इतनी ऊर्जा से प्रभावित कर सकती है कि अधिकांश पॉलिमर सब्सट्रेट की सतहों के आणविक बंध टूट जाएँ। इससे पॉलिमर सतह पर अत्यधिक अभिक्रियाशील मुक्त रेडिकल बनते हैं, जो आगे बन सकते हैं, क्रॉसलिंक कर सकते हैं, या ऑक्सीजन की उपस्थिति में तेज़ी से अभिक्रिया करके सब्सट्रेट सतह पर विभिन्न रासायनिक कार्यात्मक समूह बना सकते हैं। बंधन-क्षमता बढ़ाने वाले ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों में कार्बोनिल (C=O), कार्बोक्सिल (HOOC), हाइड्रोपरॉक्साइड (HOO-) और हाइड्रॉक्सिल (HO-) समूह शामिल हैं। पॉलिमर में मिलाए गए अभिक्रियाशील कार्यात्मक समूहों की थोड़ी-सी मात्रा भी सतह की रासायनिक कार्यात्मकता और वेटेबिलिटी सुधारने में अत्यंत लाभकारी हो सकती है।

उपचार की मात्रा या गुणवत्ता प्लास्टिक सतह की स्वच्छता से प्रभावित होती है। इष्टतम पूर्व-उपचार और उसके बाद के इंक आसंजन के लिए सतह स्वच्छ होनी चाहिए। सिलिकॉन मोल्ड रिलीज़, गंदगी, धूल, ग्रीस, तेल और उँगलियों के निशान जैसे सतही संदूषण उपचार में बाधा डालते हैं। सामग्री की शुद्धता भी एक महत्वपूर्ण कारक है। उपचारित प्लास्टिक की शेल्फ़ लाइफ़ रेज़िन के प्रकार, फ़ॉर्मूलेशन और भंडारण क्षेत्र के परिवेश पर निर्भर करती है। उपचारित उत्पादों की शेल्फ़ लाइफ़ एंटीऑक्सीडेंट, प्लास्टिसाइज़र, स्लिप और एंटीस्टैटिक एजेंट, रंजक व पिगमेंट, स्टेबलाइज़र आदि जैसी सामग्रियों की मौजूदगी से सीमित होती है। उपचारित सतहों का उच्च तापमान से संपर्क आणविक शृंखला की गतिशीलता बढ़ाता है; शृंखला की गतिशीलता जितनी अधिक होगी, उपचार उतनी तेज़ी से पुराना (एजिंग) होगा। उपचारित सामग्रियों में पॉलिमर शृंखला की गतिशीलता उपचार से बने बंधन स्थलों को सतह से दूर खिसका देती है। ये घटक अंततः पॉलिमर सतह पर आ सकते हैं। इसलिए पूर्व-उपचार के तुरंत बाद उत्पाद को जल्द से जल्द बाँधने, कोट करने, पेंट करने, प्रिंट करने या डेकोरेट करने की सिफ़ारिश की जाती है।

निष्कर्ष

डिजिटल UV इंकजेट त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों की प्रिंटिंग और डेकोरेटिंग में क्रांति ला रहा है। इंकजेट एक जटिल, बहु-चर प्रक्रिया है। बंधन में कठिन पॉलिमर पर प्रिंटिंग में महत्वपूर्ण चुनौतियाँ हैं, जो OEM की मानक इंक और प्रिंटरों से आगे जाती हैं। निम्न सतह ऊर्जा वाले प्लास्टिक पर जेट की गई कम श्यानता वाली इंक रासायनिक और भौतिक रूप से असंगत होती हैं और आसंजन की समस्याएँ हल करने के लिए अक्सर पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है। UV क्योरिंग प्रौद्योगिकी के महत्वपूर्ण लाभ हैं, फिर भी अनुचित ढंग से क्योर की गई इंक ख़तरनाक होती है। इंकजेट प्रिंटिंग और सामग्री सतह विज्ञान की बारीकियों को समझना नए अनुप्रयोगों की माँगें पूरी करने वाले कस्टम समाधान संभव बनाता है।

संदर्भ

• "Solving the Problems of Plastics Adhesion", Plastics Engineering, April 2011, Scott R. Sabreen, The Sabreen Group Inc.
• "Some Things to Remember About Dynamic Surface Tension", PFFC, April 2003, Dr. Richard M. Podhajny, Ph.D.

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण की विनिर्माण प्रक्रियाओं (सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, लेज़र मार्किंग और उत्पाद सुरक्षा) में विशेषज्ञ इंजीनियरिंग कंपनी है। वे 25 से अधिक वर्षों से नई प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण समस्याएँ सुलझा रहे हैं। उनसे 888.SABREEN पर या www.sabreen.com अथवा www.plasticslasermarking.com पर जाकर संपर्क किया जा सकता है।

Dene Taylor, Ph.D. ने 2000 में SPF-Inc की स्थापना की, जो प्रिंटिंग और पैकेजिंग उद्योगों की सेवा करती है और नए बाज़ारों व अनुप्रयोगों के लिए डिजिटल प्रिंटिंग को अनुकूलित करने पर केंद्रित है। प्रशिक्षण से नैनो-केमिस्ट, उनके लगभग 25 US पेटेंट में से क़रीब आधे डिजिटल प्रिंटिंग से संबंधित हैं। वे SGIA, TAPPI और Radtech के सदस्य हैं। उनसे [email protected] पर संपर्क किया जा सकता है।

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