หมึกพิมพ์ยูวี (UV printing inks)

หมึกพิมพ์ที่แห้งตัวด้วยรังสีหรือแสงที่อยู่ในช่วงคลื่นอัลตร้าไวโอเล็ต(ultraviolet) สารพา (vehicle)1 ของหมึกพิมพ์มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีพอลิเมอไรเซชั่นเมื่อกระตุ้นด้วยรังสีอัลตร้าไวโอเล็ต หรือแสงยูวี

รศ. ดร. จันทิรา โกมาสถิตย์ (juntira.kom@gmail.com)
สาขาวิชาเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ปัจจุบันหมึกพิมพ์ยูวีเป็นที่นิยมใช้อย่างมาก เนื่องจากใช้งานง่ายและให้คุณภาพงานพิมพ์สูง สีบนงานพิมพ์สดสวย การยึดเกาะทนทาน พิมพ์ได้บนวัสดุพิมพ์หลากหลายชนิด การแห้งตัวรวดเร็วตามความต้องการ ปรับใช้ได้สำหรับทุกระบบพิมพ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพบว่าเครื่องพิมพ์ดิจิทัลระบบอิงค์เจ็ทยูวีมีออกสู่ตลาดงานพิมพ์มากมาย หลากหลายประเภทสิ่งพิมพ์

แสงยูวี คือ แสงช่วงความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่ตามองเห็น โดยอยู่ต่อเนื่องกับคลื่นแสงสีน้ำเงิน แบ่งออกเป็นแสงยูวีชนิด A, B, และC สามารถเรียกเป็น Far-Uv, Medium-UV และ Near-UV ก็ได้

หมึกพิมพ์ยูวี หมายถึง หมึกพิมพ์ที่แห้งตัวด้วยรังสีหรือแสงที่อยู่ในช่วงคลื่นอัลตร้าไวโอเล็ต(ultraviolet) สารพา (vehicle)1 ของหมึกพิมพ์มีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีพอลิเมอไรเซชั่นเมื่อกระตุ้นด้วยรังสีอัลตร้าไวโอเล็ต หรือแสงยูวี

vehicle หรือสารพาในหมึกพิมพ์ยูวีซึ่งเป็นส่วนที่ทำให้หมึกพิมพ์ชนิดนี้แห้งตัวได้ประกอบด้วยสารชนิดใดบ้าง? พิจารณาภาพไดอะแกรมนี้

ส่วนประกอบหมึกพิมพ์ที่ว่องไวต่อแสงยูวีและเกิดปฏิกิริยาเคมีประกอบด้วยสารพรีพอลิเมอร์ (prepolymer) และสารโอลิโกเมอร์ (oligomer) ทำหน้าที่เป็นสารยึดของหมึกพิมพ์จากการเกิดพันธะเคมีเชื่อมโยงระหว่างโมเลกุลเมื่อรับแสงยูวี ซึ่งรวมทั้งสารมอนอเมอร์ (monomer) ด้วย สารสำคัญที่ต้องประกอบในหมึกพิมพ์ชนิดนี้ก็คือ สารริเริ่มด้วยแสงหรือ สารรับแสง เรียก “สารโฟโตอินนิชิเอเตอร์ (photoinitiator)” ทำหน้าที่รับแสง ยูวีก่อนจึงสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ก่อการแห้งตัวได้

ข้อดีของหมึกพิมพ์ยูวีที่แตกต่างจากหมึกพิมพ์ทั่วไป มีหลายประการ

มีสมบัติการยึดเกาะสูงบนวัสดุพิมพ์ทุกประเภททั้งบนพลาสติก โลหะ แก้ว
แห้งตัวได้เร็ว เกิดการแห้งทันทีเมื่อฉายแสง
เข้าได้กับทุกระบบการพิมพ์
ความหนืดของหมึกพิมพ์คงที่เนื่องจากไม่มีตัวทำละลายระเหยออกไป ทำให้ควบคุมคุณภาพสีบนงานพิมพ์ได้ง่าย
ด้านคุณภาพงานพิมพ์ ช่วยลดปัญหาเม็ดสกรีนบวมบนงานพิมพ์
ลดปัญหาหมึกพิมพ์แห้งตัวเมื่อทิ้งไว้ในเครื่องพิมพ์ เนื่องจากหมึกจะแห้งก็ต่อเมื่อถูกแสงยูวี
ไม่มีผลต่อความเป็นกรดเบสของกระดาษพิมพ์อย่างเช่น หมึกพิมพ์ฐานน้ำ
เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพราะไม่มีไอของสารระเหยของสาร VOCs ที่ปล่อยออกมา ต่างจากหมึกพิมพ์ที่ประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์

ข้อเสียของหมึกพิมพ์ยูวี มักเป็นความปลอดภัยในการใช้งานที่ควรระมัดระวัง ได้แก่

หมึกพิมพ์ประกอบด้วยสารเคมีที่ระคายเคือง ได้แก่ สารมอนอเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหมึกพิมพ์ชนิดเหลวที่ต้องใช้สารมอนอเมอร์ปรับความข้นหนืด
ในกรณีหมึกพิมพ์ยูวีที่แห้งแข็งแล้ว จำเป็นต้องใช้สารเคมีที่ไม่ปลอดภัยมีความเป็นพิษสูงในการกำจัดล้างคราบหมึก
ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันรังสียูวีช่วงความยาวคลื่นสั้นที่เกิดอันตรายต่อผิวหนังและร่างกาย
ต้องระบายถ่ายเทอากาศในห้องพิมพ์เพื่อลดความเข้มข้นของโอโซน (O3) ที่เกิดจากรังสียูวีออกซิเดชั่น กับอากาศ (O2) สูดดมเข้าสู่ร่างกายไม่ได้ ก่ออันตรายเฉียบพลันถึงแก่ชีวิตได้
สิ่งพิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์ยูวีนำไปรีไซเคิล เช่น ขั้นตอนดึงหมึก (deinking) ยากกว่าหมึกพิมพ์ทั่วไป เนื่องจากเยื่อหมึกมีการยึดเกาะสูง แข็งแรงทนทานมาก

ชนิดของหมึกพิมพ์ที่แห้งตัวด้วยรังสียูวี

หากแบ่งตามปฏิกิริยาเคมี ได้แก่ ชนิด Free radical UV curing เป็นชนิดของหมึกพิมพ์ยูวีแรกเริ่มที่ผลิตใช้ เช่น หมึกพิมพ์ออฟเซตยูวี ส่วนอีกชนิดคือ Cationic UV curing ซึ่งเหมาะผลิตเป็นหมึกพิมพ์บนบรรจุภัณฑ์อ่อนตัวในเครื่องเฟล็กโซกราฟี ที่พัฒนาขึ้นต่อมา

ข้อเปรียบเทียบ Free radical UV Cationic UV

เมื่อสำรวจเทคโนโลยีหมึกพิมพ์ยูวี พบว่ามีอีก 3-4 ชนิดที่หลายผู้ผลิตพัฒนาขึ้นมาในรูปแบบต่างๆ สำหรับงานพิมพ์หลากหลายประเภท นอกเหนือจากหมึกพิมพ์ยูวีดั้งเดิมในท้องตลาดสิ่งพิมพ์ออฟเซต และสิ่งพิมพ์สกรีน ได้แก่

หมึกพิมพ์ยูวีฐานน้ำ (Water-based UV printing ink) เป็นหมึกพิมพ์ยูวีที่พัฒนาขึ้นมาจากหมึกพิมพ์ยูวีแบบเดิม สามารถใช้น้ำลดความหนืดหมึกได้ เพื่อทดแทนสารมอนอเมอร์ที่เป็นสารก่ออันตราย โดยขณะทำแห้งหมึกต้องใช้พลังงานในการระเหยน้ำออกไปจากชั้นหมึกพิมพ์ก่อนการฉายแสงยูวี แรกเริ่มนั้นหมึกพิมพ์ยูวีฐานน้ำต้องปรับปรุงพัฒนาคุณภาพงานพิมพ์บางประการ เช่น การยึดเกาะและความมันเงาของหมึกพิมพ์
หมึกพิมพ์ยูวีฐานตัวทำละลาย (Solvent-based UV printing ink) เป็นหมึกพิมพ์ยูวีที่พัฒนาขึ้นมาจากหมึกพิมพ์ยูวีแบบเดิมเช่นกัน โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ปรับลดความหนืดของหมึกพิมพ์ทดแทนสารมอนอเมอร์ แน่นอนว่าตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้นั้นควรมีอันตรายน้อยว่าสารมอนอเมอร์
หมึกพิมพ์ยูวีแอลอีดี (UV-LED printing ink) เป็นหมึกพิมพ์ยูวีที่พัฒนาสำหรับการใช้แสงยูวีจากหลอดไฟแอลอีดี (UV-LED lamp) เป็นหลอดไฟชนิดเย็นเพราะไม่มีความร้อนแผ่ออกมาพร้อมแสง เนื่องจากหลอดแสงยูวีชนิดเก่าดั้งเดิมเป็นหลอดไส้ที่ใช้พลังงานเพื่อจุดเผาไส้หลอดและใช้สารโลหะหนัก หรือสารเคมี เช่น หลอดไฟไอปรอท หลอดไฟเมทัลเฮไลด์ หลอดไฟประเภทนี้จะแผ่รังสีความร้อนออกมามาก ดังนั้นข้อดีของหลอดยูวีแอลอีดี คือ เป็นหลอดไฟประหยัดพลังงาน ไม่มีรังสีความร้อนแผ่ออกมาพร้อมแสงยูวี ทำให้หมึกพิมพ์ยูวีชนิดนี้สามารถนำมาใช้พิมพ์บนวัสดุพิมพ์ที่ไวต่อความร้อนประเภทฟิล์มพลาสติกชนิดอ่อนตัวได้ง่าย
หมึกพิมพ์ยูวีเจล (UV Gel printing ink) หมึกพิมพ์ยูวีนวัตกรรมล่าสุด สำหรับเครื่องพิมพ์ดิจิทัลอิงค์เจ็ท โดยเริ่มใช้กับเครื่องพิมพ์หน้ากว้าง (wide format inkjet) โดยให้งานพิมพ์คุณภาพสูง หมึกพิมพ์ยูวีเจลนี้เปลี่ยนสถานะระหว่างเจล-ของเหลวในหัวพิมพ์อิงค์เจ็ท และทำแห้งด้วยแสงยูวีบนวัสดุพิมพ์ ตามลำดับ