CC BY
439
УДК 655.326.1
КИНЕТИКА УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫХ КРАСОК ПРИ
МНОГОКРАСОЧНОЙ ФЛЕКСОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ
Я.В. Дмитриев
Рассматривается вопрос взаимодействия УФ-отверждаемых флексографских красок с невпитывающими запечатываемыми поверхностями и отвержденными красочными слоями при многокрасочной печати. Проведена оценка взаимодействия через определение работы адгезии жидкой краски к запечатываемой поверхности, Выявлено лучшее взаимодействие на границе печатная краска - отвержденный красочный слой, чем печатная краска - полимерная пленка.
Ключевые слова: полимерная пленка, УФ-отверждаемые краски, флексография, работа адгезии, поверхностное натяжение.
Наиболее широкое распространение, как за рубежом, так и в России в качестве упаковочных материалов получили пленки из синтетических полимеров: полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиэтилентерефта-лата (ПЭТФ).
Проблема обеспечения высокой адгезионной прочности, как правило, приводит к созданию многослойных композиций или к использованию различных методик модификации поверхности. Поэтому в исследованиях по созданию многослойных композиций, в том числе и при разработке технологии печати на полимерных пленках. Необходимо оценивать как величину адгезионной прочности, так и границу, по которой происходит разрушение. [1,2,3]
Данная работа посвящена изучению явлений на границе взаимодействия полимерная пленка - печатная краска, отвержденный красочный слой - печатная краска, на основании использования современных методов анализа поверхности разрушения.
Постановка задачи
Обращаясь к известной схеме флексографского печатного процесса следует отметить, что условия проведения печатного процесса на машине с посекционным УФ-отверждением придают отвержденным красочным слоям специфические свойства: слой, нанесенный и отвержденной в первой печатной секции к четвертой секции получает тройную дозу УФ-излучения. Такой слой может значительно изменять свои физикохимические свойства от секции к секции, а значит, адгезия и смачивание жидкой краской такого слоя могут изменяться в широком диапазоне. Из многочисленной литературы [4,5,6] по адгезии известно, что явление адгезии является сложным и существует, по крайней мере, несколько теорий, объясняющих природу этого явления: адсорбционная, дисперсионная, диффузионная, химическая и т. д. Без точного знания состава используе-
мых печатных красок, а также поэтапных структурных изменений, происходящих в краске в момент УФ-отверждения, невозможно предположить характер и степень изменения адгезионных свойств образующейся поверхности, что, не мешает изучить данные свойства экспериментальным путем.
Итак, адгезия и смачивание являются важными характеристиками, определяющими поведение печатной краски и печатном аппарате флексо-графской печатной машины, в процессе печати краска в виде капель или пленки взаимодействует с несколькими поверхностями, на каждой из которых адгезия и смачивание будут отличаться и зависеть от структурных свойств и состава материалов. Величины адгезии и смачивания возможно определить эмпирическим путем, при этом необходимо учитывать размеры исследуемых капель, морфологию поверхности, а также условия проведения печатного процесса и отверждения красочных слоев.
Рассмотрим схему печатного цилиндра флексографской печатной машины с установленной секцией УФ-отверждения. При скорости печати 90 м/мин, для оттисков были выбраны три времени отверждения: ?отв1,
^отв2 и ^отв3. Причем, ^отв1 _ ^отв , ^отв2 _ 2^отв, ^отв3 _ 3^отв . При моделировании печатного процесса в машинах с секциями УФ-отверждения после каждой печатной секции необходимо учитывать, что в реальных условиях наложение красок зависит от типа и характера изображения: последовательное наложение всех четырех красок от желтой к черной будет соблюдаться не на всей площади изображения.
Учитывая ширину секции УФ-отверждения 75 мм (рис. 1), а также радиус печатного цилиндра 60 мм, находим центральный угол:
где в - центральный угол, °; Ь - ширина секции УФ-отверждения, мм; Япц - радиус печатного цилиндра, мм.
Рис. 1. Схема печатного цилиндра с установленной секцией
УФ-отверждения
Зная центральный угол, находим длину дуги, соответствующую пути, который оттиск проходит внутри секции УФ-отверждения:
/пц = в пц = 81,02 мм,
180°
где /пц - длина дуги печатного цилиндра.
Отсюда время отверждения оттиска с учетом скорости печати 90 м/мин
'отв = = 0,054 с,
^печ
Соответственно 'отв1 = 0,054 с, 'отв2 = 0,108 с, 'отвз = 0,162 с.
Экспериментальное исследование
Для проведения экспериментальных исследований были выбраны флексографские печатные краски марки Flintgroup Flexocure sigma II, вязкость при поставке 0,2-0,6 Па^ с (25 °С). В качестве запечатываемых материалов использовались полиэтиленовая и полипропиленовые пленки на самоклеящейся основе, а также полиэтилентерефталатовая пленка. Характеристики материалов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики запечатываемых материалов
Тип материала Производитель Толщина, мм Вес 1 м2, г Подложка
Полиэтилен Fasson 0,063 66,5 Бумага; акриловый клей
Полипропилен Fasson 0,58 54 Бумага; акриловый клей
Полиэтиленте- рефталат Exxon mobil 0,88 92 нет
Для изготовления печатных форм были использованы тонкие флексографские формные пластины Dupont DPU толщиной 1,14 мм.
Для исследования кинетики процесса растекания УФ-отверждаемой флексографской печатной краски по флексографской форме используется прибор EasyDrop DSA 20E (Германия).
На устройстве EasyDrop DSA 20E было измерено поверхностное натяжение по методу висячей капли для четырех исследуемых красок (желтой, голубой, пурпурной и черной), результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Поверхностное натяжение флексографских красок Flintgroup Flexocure sigma II, измеренное по методу висячей капли
Краска Поверхностное натяжение о, мН/м
Желтая 43,84
Г олубая 43,82
Пурпурная 44,13
Черная 46,78
Тестовые оттиски были получены на флексографском пробопечатном устройстве Flexiproof 100 иУ. При печати использовались все три запечатываемых материала, печатные краски наносились «от светлого к темному» в следующей последовательности: желтая - голубая - пурпурная -черная. Данная последовательность хотя и не является классической, однако на практике часто применяется при печати флексографскими УФ-отверждаемыми красками в печатных машинах с установленными секциями УФ-отверждения после каждой печатной секции, исходя из принципа максимального времени отверждения наиболее светлых тонов, а, следовательно, для гарантированного отверждения данных красок, обладающих наибольших коэффициентом отражения или иначе - наименьшим полезным поглощением УФ-излучения. В результате были получены оттиски со следующими последовательностями наложения красок: 1 - желтая; 2 - желтая + голубая; 3 - желтая + голубая + пурпурная; 4 - желтая + голубая + пурпурная + черная.
На оттиске представлены все возможные варианты сочетания красок при данной последовательности. Как видно из рис 2, перед наложением последней краски максимальное число облучений УФ-излучением открытого слоя для одной из красок (в данном случае - желтой) увеличивается в 3 раза, то есть суммарное время отверждения для данной краски на
!
некоторых участках изображения составляет ^отвз = 3/отв. Очевидно, что в
случае изменения последовательности наложения красок данная зависимость сохранится, изменится лишь краска, подвергающаяся наибольшему облучению.
К
M(t) Mffl К К к
С|2() C(t) C(t) Cpt) M(t| M(t) К M(t) M(0 к к
Y(3t> Y|t) Y(t> Y(t) Y(<) Y(ji) Y(it| Y(3i) CM cm C(2t) C(2t) M(t) M(t) к
' запечатываемый материал 'ШШШЯШШШШт
Рис. 2. Схема оттиска с последовательным наложением красок;
У - желтая краска, С - голубая, М - пурпурная, К - черная,
(І), (2ґ), (3І) - одно-, двух- и трехкратное прохождение открытого слоя краски через секцию УФ-отверждения соответственно
114
Результаты эксперимента
После попадания в зону печатного контакта краска начинает взаимодействовать с поверхностью либо непосредственно запечатываемого материала, либо отвержденного красочного слоя предыдущих красок. На первый план выходит силы адгезии, призванные удерживать краску на поверхности материала. На силы адгезии значительное влияние будут оказывать характеристики запечатываемого материала (красочного слоя) на который наносится краска.
Адгезия краски к запечатываемому материалу
Построим графики зависимости краевого угла смачивания и работы адгезии жидкой краски от времени взаимодействия с различными невпитывающими материалами (рис. 3).
Рис. 3. Графики зависимости краевого угла смачивания (а) и работы адгезии (б) капель желтой краски от времени: взаимодействия с запечатываемым материалом; ПЭТФ - полиэтилентерефталат, ПП - полипропилен,
ПЭ - полиэтилен
Анализируя графики, можно сделать вывод, что наибольшей адгезией краска обладает к полиэтилентерефталату, краевой угол смачивания на полиэтилентерефталате наименьший, что говорит о лучшем смачивании этого материала краской из трех представленных. Худшие результаты продемонстрировала краска на полиэтилене. Скорость изменения данных параметров примерно одинакова, однако на полиэтилене она несколько выше, чем на двух других.
Адгезия краски к отвержденному красочному слою Проанализируем графики работы адгезии от времени взаимодействия краски с поверхностью отвержденного красочного слоя и запечатываемого материала при различном времени отверждения красочного слоя последовательно для каждого материала. Порядок наложения красок: желтая по материалу, голубая по желтой, пурпурная по голубой, черная по
пурпурной. Результаты представлены на рис. 4.
мН/м \Л/„ мН/м
Рис. 4. Графики зависимости работы адгезии от времени взаимодействия жидкой краски с отвержденным красочным слоем; а - при печати на полиэтилене, время отверждения 0,054 с; б - при печати на полиэтилене, время отверждения 0,162 с; в - при печати на полипропилене, время отверждения 0,054 с; г - при печати на полиэтилентерефталате, время отверждения 0,054 с
Проводя комплексный анализ графиков, можно отметить, что значения величин работы адгезии на отвержденных красочных слоях примерно одинаковы и находятся в достаточно узком диапазоне. При этом при переходе от полиэтилена к полипропилену и далее к полиэтилентерефтала-ту эти значения приближаются к значениям запечатываемого материала. В целом голубая и пурпурная краска лучше смачивают поверхность красочного слоя, чем черная краска. Ни в одном случае не удалось выявить зависимость значений работы адгезии к отвержденным красочным слоям от времени отверждения, изменения хотя и есть, но не наблюдается явно выраженной зависимости этих изменений.
Выводы по работе
1. Определены значения краевого угла смачивания и адгезии краски к поверхности запечатываемых материалов различных типов. Максимальное взаимодействие достигается на полиэтилентерфталате. В момент первого взаимодействия краевой угол смачивания составляет: 57 ° для поли-
этилентерефталата, 63 ° для полипропилена и 66 ° для полиэтилена, работа адгезии составила 62 мН/м для полиэтилена, 64 мН/м для полипропилена и 67 мН/м для полиэтилентерефталата
2. Выявлено, что смачивание и адгезия краски к отвержденному красочному слою при многокрасочной печати на различных материалах в целом одинаковы и практически не изменяются при переходе от материала к материалу. Кроме того, выявлено лучшее взаимодействие жидкой краски с отвержденным красочным слоем по сравнению с поверхностью запечатываемого материала.
3. Не выявлено какого-либо влияния времени отверждения красочного слоя на величины смачивания и адгезии жидкой краски к поверхности запечатываемого материала. Экспериментально установленное наличие изменений этих величин не позволяет установить их системного характера.
Список литературы
1. Баблюк Е.Б., Фаренбрух К.В., Баканов В.А. Оценка адгезионной прочности при печати на полимерных пленках // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2007. № 5. С. 31-39.
2. Макаров А., Потураев О. «Антикризисные» грунты для УФ-печати на пленках // Флексография и специальные виды печати. 2009. № 02-03. С. 35-38.
3. Токманцев Д. Качество флексографской печати: роль формы и краски // Флексоплюс. 2004. № 1. С. 44-50.
4. Сумм Б. Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.
5. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание / А.Д. Зимон. М.: Химия, 1974. 416 с.
6. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1969. 321 с.
Дмитриев Ярослав Владимирович, ассистент, yarky2006@,mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
KINE TICS OF UV-C URABLE INKS A T MUL TICOL OR FLEXO GRAPHIC PRINTING
Y.V. Dmitriev
The article considers the interaction of UV-curable flexographic inks with nonabsorbent surfaces and cured ink layers by multicolor printing. Evaluated the interaction through the definition of work of adhesion the liquid ink with the printing surface. Revealed a better interaction on border ink - the cured ink layer than the ink - a polymer film.
Key words: polymer film, UV-curable inks, flexographic printing, the work of adhesion, surface tension.
Dmitriev Yaroslav Vladimirovich, assistant, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State University of Printing Arts named Ivan Fedorov.
УДК 655.335
ПОЛУЧЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ОПТИЧЕСКИМИ
ЭФФЕКТАМИ СПОСОБОМ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ
М.В. Коновалова, Е.П. Черкасов
Рассматривается защита продукта от подделки с помощью полиграфических технологий. Описаны основные принципы получения защитного изображения. Создание замаскированного изображения. Печать трафаретным способом. Использование трафаретных печатных красок с разными оптическими эффектами. Проблемы печати.
Ключевые слова: защитные эффекты, трафаретная печать, ультрафиолетовое излучение, флуоресцентные краски, термохромные краски.
Одной из наиболее важных проблем, является защита продукта от фальсификации.
Защитные полиграфические технологии широко применяются для маркировки бытовых товаров, строительных материалов, деталей машин и оргтехники, лекарств и продуктов питания и являются надежным способом предохранения от подделки.
Одним из путей решения задачи противодействия фальсификации печатной продукции, является использование расходных материалов для печати с уникальными оптическими свойствами.
В защищённой полиграфии трафаретная печать используется как дополнительный способ печати, при этом выбираются простые графические формы, виной тому не очень высокая разрешающая способность этого вида печати. Например, один из элементов банкноты номиналом тысяча рублей модификации 2004 года - герб Ярославля - выполнен цветопеременной краской методом трафаретной печати. Примером применения трафаретной печати также может служить и нанесение двух типов номеров на швейцарские франки [1].
Ранее авторами уже были получены защитные элементы упаковки и этикетки. В их основе лежали свойства самих полимерных материалов (термомеханическая модификация), а так же возможности допечатной подготовки оригинала (дисторсия, латентность, инверсия). Смысл работы за-
