หมึกพิมพ์ยูวีแอลอีดีสำหรับระบบดิจิทัลอิงค์เจ็ท
ระบบการพิมพ์ที่ได้รับความนิยมในกลุ่มฉลากบรรจุภัณฑ์
โดย รศ.ดร. จันทิรา โกมาสถิตย์
เทคโนโลยีการพิมพ์ระบบดิจิทัลอิงค์เจ็ทในปัจจุบันต่างจากที่ยุคเริ่มต้นผ่านมา ความเร็วพิมพ์สูงด้วยคุณภาพพิมพ์ความละเอียดสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องพิมพ์สำหรับพิมพ์บนบรรจุภัณฑ์ป้อนม้วน
ล่าสุด Digital inkjet printing ได้กลายมาเป็นระบบการพิมพ์ที่ได้รับความนิยมในกลุ่มฉลากบรรจุภัณฑ์ เทคโนโลยีดิจิทัลอิงค์เจ็ทได้พัฒนาอย่างมาก จนกระทั่งเครื่องพิมพ์สามารถพิมพ์ด้วยความเร็วสูงที่ความละเอียดสูงได้มากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด อย่างที่ไม่เคยพิมพ์ได้มาก่อนในอดีต จนนึกไม่ถึงว่าระบบการพิมพ์อิงค์เจ็ทจะทำได้อย่างในปัจจุบัน ผลที่ตามมาก็คือมีการนำระบบการพิมพ์นี้ไปใช้ผลิตงานพิมพ์ได้หลากหลาย หัวใจสำคัญที่จะทำให้โครงการพัฒนาเครื่องพิมพ์หรือระบบการพิมพ์นี้ให้สำเร็จได้ ก็คือหมึกพิมพ์ที่ใช้ป้อนพิมพ์ในเครื่องพิมพ์ที่ทันสมัยเหล่านี้ หมึกพิมพ์ที่ดีต้องมีประสิทธิภาพในหลายด้าน เช่น ความสามารถในการพ่นหมึก(jetability) ขอบเขตการผลิตสี (color gamut) การยึดเกาะ ความเร็วในการพิมพ์ ระยะเวลาการเปิดหัวพิมพ์ (open head time) และอื่นๆ นอกจากนี้ หมึกพิมพ์ต้องมีประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในแต่ละล็อตการผลิตตลอดระยะเวลาหลายปีด้วย หมึกพิมพ์ยูวี คือหมึกเกิดปฏิกิริยาแห้งตัวด้วยแสงยูวีจึงมักถูกเลือกให้เป็นหมึกพิมพ์งานบรรจุภัณฑ์ เป็นหมึกพิมพ์ยูวีแอลอีดี (UV LED system) หมายถึงใช้หลอดไฟแสงยูวีชนิดหลอดแอลอีดี แทนการใช้หลอดยูวีดั้งเดิมที่เป็นหลอดไฟชนิดไอปรอท
หมึกพิมพ์อิงค์เจ็ทชนิดแห้งด้วยแสงยูวีนั้นควรเป็นหมึกที่มีความปลอดภัย ไม่เป็นอันตราย พิมพ์ได้ที่ความเร็วสูง และปรับให้ใช้พิมพ์ได้หลากหลายประเภทงานพิมพ์ เนื่องจากต้องพิมพ์บนบรรจุภัณฑ์อาหารและยาด้วย หัวพิมพ์ที่ได้รับการปรับปรุง และรองรับประสิทธิภาพรอบความเร็วทางการพิมพ์ที่สูงขึ้น ซึ่งปัจจุบันเกิน 100 เมตร/นาที เมื่อเปรียบเทียบกับหมึกพิมพ์อิงค์เจ็ทชนิดฐานน้ำในปัจจุบันแล้ว เทคโนโลยีหมึกพิมพ์แบบน้ำยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการนำไปใช้พิมพ์งานในลักษณะดังกล่าว กุญแจสำคัญในความสำเร็จของหมึกยูวีแอลอีดีอิงค์เจ็ทนี้คือ วัตถุดิบสำหรับผลิตหมึกคุณภาพสูง เช่น เทคโนโลยีขั้นสูงของเทคนิคกระจายอนุภาคผงสีระดับนาโน และสารยึดเรซินที่มีประสิทธิภาพสูง ร่วมกับเทคโนโลยีระบบทำแห้งในเครื่องพิมพ์
สำหรับหมึกที่ใช้พิมพ์บนฉลากบรรจุภัณฑ์นั้น มีสมบัติที่แตกต่างจากหมึกพิมพ์ทั่วไปหลายประการ คือ ต้องมีการไมเกรชั่น (migration) หรือการเคลื่อนย้ายโมเลกุลต่ำ เพื่อลดการปนเปื้อนสารเคมีบนบรรจุภัณฑ์ อบแห้งได้สนิทที่ความเร็วสูงของเครื่องพิมพ์โดยยังคงสภาพสีได้สม่ำเสมอ ที่สำคัญอีกประการ คือหมึกพิมพ์ต้องมีความทนทานต่อสภาวะงานหลังพิมพ์ เช่น งานเคลือบผิว ประกบผิว งานปั๊มฟอยล์ เป็นต้น
หมึกพิมพ์อิงค์เจ็ทยูวีแอลอีดีในปัจจุบันพัฒนาให้มีคุณภาพดีมากด้วยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงของการกระจายผงสี ทำให้มีสีสดใส สีพิมพ์สม่ำเสมอ เชื่อถือได้ ให้ผลผลิตงานพิมพ์มากขึ้น และลดพลังงานในการทำแห้งด้วยการใช้หลอดยูวีแอลอีดี ซึ่งมีข้อดีกว่าหลอดยูวีไอปรอท คือ ด้านความปลอดภัยจากสารเคมีอันตราย ได้แก่ สารปรอท ไม่ปล่อยรังสีความร้อนอินฟราเรด ไม่ปล่อยก๊าซโอโซน (O3) อายุใช้งานนาน (20,000-30,000 ชั่วโมง เปิด-ปิดมากกว่า 1 แสนครั้ง) และประหยัดพลังงาน ทำให้กินไฟน้อยกว่าหลอดยูวีไอปรอท
หมึกพิมพ์ยูวีแอลอีดีกับชนิดหลอดยูวีชนิดไอปรอทดั้งเดิมนั้น มีความว่องไวแตกต่างกัน เพราะหลอดไฟทั้งสองชนิดนี้มีการเปล่งแสงในช่วงความยาวคลื่นไม่เท่ากัน โดยหลอดยูวีชนิดดั้งเดิมคือชนิดไอปรอทเปล่งแสงยูวีช่วงกว้างอย่างต่อเนื่อง และมีคลื่นความร้อน (infrared) กระจายออกมาจากหลอดไฟด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดแอลอีดีนั้นเปล่งแสงยูวีไม่ต่อเนื่องที่ความยาวคลื่น 365, 385, 395 หรือ 405 นาโนเมตร เท่านั้น จะเห็นได้ว่าแสงจากหลอดชนิดยูวีแอลอีดีนั้นอยู่ช่วงรังสียูวี-เอและแสงขาว คือ visible light ซึ่งเป็นรังสีที่ปลอดภัยในการทำงาน ดีกว่าแสงยูวีจากหลอดไอปรอทที่เปล่งรังสียูวีชนิดบีและซีออกมาด้วย เพราะรังสียูวี-บี และ-ซี เป็นรังสีพลังงานสูงก่ออันตรายต่อผิวหนังและดวงตามากกว่ารังสียูวีเอ และทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O2) ในอากาศก่อเกิดก๊าซโอโซน (O3) ซึ่งเป็นอันตรายต่อระบบหายใจเมื่อสูดดม
ข้อสำคัญอีกประการ คือ การประกอบหน่วยฉายแสงยูวีของหลอดยูวีแอลอีดีซึ่งหลอดมีขนาดเล็กกะทัดรัด จึงสามารถประกอบเป็นแผงหลอดไฟ ทำให้สามารถประกอบใช้ในเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทได้ง่าย
ปัญหาที่ต้องใส่ใจสำหรับหมึกพิมพ์ยูวีแอลอีดีของระบบพิมพ์อิงค์เจ็ท คือ การไมเกรชั่นของโมเลกุล หรือการปนเปื้อนหมึกบนบรรจุภัณฑ์อาหาร เนื่องจากหมึกชนิดนี้ต้องมีความข้นหนืดต่ำมาก จึงพบปัญหาไมเกรชั่นของสารมอนอเมอร์ สารกระตุ้นปฏิกิริยาด้วยแสง (โฟโตอินนิเทียเตอร์) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของหมึกยูวีที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจึงเคลื่อนที่ได้จากหมึกไปสู่ผิววัสดุบรรจุภัณฑ์เกิดการปนเปื้อนบนอาหารในบรรจุภัณฑ์นั้น จึงต้องผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดภายใต้ข้อบังคับของสหภาพยุโรป 1935/2004 และ 2023/2006 (Good Manufacturing Practice – GMP)
มาตรฐานและแนวทางการกำกับดูแลที่สำคัญของสหภาพยุโรป ได้แก่
- กรอบข้อบังคับของ EC เลขที่ 1935/2004 กำหนดให้วัสดุที่ใช้สัมผัสกับอาหารต้องไม่ถ่ายโอนส่วนประกอบไปยังอาหารในปริมาณที่ก่ออันตรายต่อสุขภาพ
- ข้อบังคับ GMP ของ EC เลขที่ 2023/2006 กำหนดให้หมึกพิมพ์ต้องผลิตตามการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด รวมถึงเอกสารประกอบ เพื่อลดการปนเปื้อนให้น้อยที่สุด
- แนวทางของ EuPIA สมาคมหมึกพิมพ์แห่งยุโรป ให้แนวทางมาตรฐานอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการคัดเลือกวัตถุดิบ และการทดสอบการปนเปื้อน (migration testing) โดยมักตั้งเป้าหมายไว้ที่เกณฑ์ 10 ppb (0.01 มก./กก.) ในอาหาร
อย่างไรก็ตามได้มีการวิจัยพัฒนาทางปฏิบัติการเคมีให้หมึกชนิดนี้ลดปัญหาไมเกรชันด้วยการ
- ปรับปรุงโครงสร้างโมเลกุลของสารมอนอเมอร์และสารกระตุ้นปฏิกิริยาด้วยแสงให้มีการเคลื่อนย้ายโมเลกุลต่ำบนบรรจุภัณฑ์ ภายใต้กรอบมาตรฐานความปลอดภัยต่อการปนเปื้อนอาหาร หัวข้อวิจัยหลักในปัจจุบัน ได้แก่
- การใช้สารกระตุ้นปฏิกิริยาด้วยแสง (photoinitiator) ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง หรือเป็นชนิดพอลิเมอร์ เป็นที่นิยมมากกว่า เนื่องจากมีโอกาสน้อยที่จะซึมผ่านบรรจุภัณฑ์
- การใช้สารมอนอเมอร์ชนิดประสิทธิภาพสูงต่อการเกิดปฏิกิริยาเชื่อมขวางโมเลกุลได้เต็มที่ เพื่อยึด หรือล็อกโมเลกุลไว้แน่นให้ไม่เคลื่อนที่ได้
- การเพิ่มประสิทธิภาพการบ่มแห้งด้ของหลอดไฟยูวีแอลอีดี ให้หมึกเกิดปฏิกิริยาการแห้งตัวสมบูรณ์ เพื่อไม่ให้มีสารโมเลกุลต่ำตกค้างในหมึกได้
