CC BY
21
Секция «Материаловедение»
Некоторые аспекты влияния свойств запечатываемых материалов и режимов печатания на УФ-отверждаемые красочные слои
Я.В. Дмитриев,
аспирант кафедры материаловедения
Московского государственного университета печати имени Ивана Федорова
Краски УФ-отверждения в настоящее время активно и успешно конкурируют с традиционными красками во всех основных способах печати. На стороне этих красок серьезные преимущества: мгновенное отверждение, высокий глянец, светостойкость, прочность красочных слоев, отличные цветовые характеристики. Но в то же время существует ряд до сих пор нерешенных проблем, связанных, в первую очередь, с вопросами энергозатрат в секциях УФ-отверждения, экологической безопасностью получаемых слоев, а также с чисто технологическими вопросами - адгезионной прочностью красочного слоя, зависимостью от типа запечатываемой поверхности и т. д.
В рамках данной работы была поставлена задача определения степени влияния на некоторые свойства получаемых УФ-отверж-денных красочных слоев при печати с наложением красок с одной стороны режимов проведения печатного процесса, а с другой - изменение этих свойств при переходе от материала к материалу.
В качестве исследуемых свойств красочных слоев были выбраны следующие их характеристики:
• коэффициент перехода для печати с наложением красок;
• поверхностное натяжение отвержденных красочных слоев;
• адгезия красочных слоев к материалу и между собой;
• равномерность распределения краски по поверхности запечатываемого материала и предыдущего красочного слоя.
Кроме того, дополнительно определялись некоторые свойства используемых запечатываемых материалов (в зависимости от типа материала), такие как: толщина материала, стандартная гладкость, впитывающая способность и поверхностная впитываемость, поверхностное натяжение (после активации полимерных пленок). Методика проведения исследования включала несколько основных этапов.
1. Исследование характеристик запечатываемых материалов:
впитывающих:
• измерение толщины материала толщиномером;
• определение стандартной гладкости на пневматическом измерителе Б-1;
• определение впитывающей способности по ксилолу на приборе ПВБ;
• определение поверхностной впитываемости воды при одностороннем смачивании методом Кобба;
невпитывающих:
• измерение толщины материала толщиномером;
• активация поверхности полимерных пленок коронным разрядом и определение поверхностного натяжения (режимы коронирования и данные по поверхностному натяжению активированных пленок были заимствованы из [1]).
2. Печать тестовых образцов на флексографском пробопе-чатном устройстве с установленной секцией УФ-отверждения Flexiproof 100 UV при различном времени отверждения (скорости печатания).
Выбранные скорости печатания: 20, 40, 60, 80 и 100 м/мин.
Были получены оттиски для каждой краски в отдельности, а также наложения: голубая + пурпурная, желтая + голубая и пурпурная + черная, в соответствии с рекомендуемым порядком наложения для печати УФ-отверждаемыми красками.
3. Определение коэффициента перехода при печати с наложением красок методом денситометрии.
4. Определение поверхностного натяжения отвержденных слоев методом Циссмана.
5. Микрофотографирование поверхности оттисков через лабораторный микроскоп с 30-кратным увеличением.
6. Определение адгезии красочных слоев посредством стандартизованного (Fogra) «скотч-теста», с последующей балльной оценкой повреждений поверхности.
Для проведения экспериментов были выбраны флексограф-ские краски УФ-отверждения Flexocure Sigma 2 Process CMYK, предназначенные для печати на различных материалах. В качестве запечатываемых поверхностей использовались по 3 типа впитывающих и
невпитывающих материалов, используемых в производстве упаковочной и этикеточной продукции.
К впитывающим материалам относятся мелованная бумага марки Galerie Art, этикеточная бумага марки Parade Prima и картон литого мелования марки Galerie Pack, характеристики материалов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики впитывающих материалов
Мелованная бумага марки Galerie Art Этикеточная бумага марки Parade Prima ^ртон литого мелования марки Galerie Pack
Вес 1 м2, г/м2 115 75 300
Толщина, мкм 95 62 321
Гладкость, с 508 252 157
Впитывающая способность (по ксилолу) Время впитывания, с Длина следа, мм 49 66 84 55 108 57
Впитываемость(по обб) Масса образца до испытания, г Масса образца после испытания, г 2,08 2,64 1,21 1,48 4,06 4,11
К невпитывающим - Полипропилен (ПП), Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), Полиэтилентерефталат (ПЭТ), характеристики пленок приведены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики невпитывающих материалов
Полипропилен (ПП) Полиэтилен низкого давления(ПЭНД) Полиэтилентерефталат (ПЭТ)
Толщина, мкм 30 90 175
Режим коронирования сила тока, А; время, с 1 20
Поверхностное натяжение (после активации), мН/см2 45 45 46
Результаты исследования коэффициента перехода, представленные на рис. 1-6 позволяют сделать вывод о: во-первых, в очередной раз подтвержденной тенденции к снижению коэффициента пе-
рехода при увеличении скорости печатания, а, во-вторых, в независимости от типа используемого материала, о снижении коэффициента перехода для всех наложений красок в среднем на 15-20%, при переходе от минимальной к максимальной скорости печати.
100
95
Рис. 1. Коэффициент перехода красок при печати на этикеточной бумаге
100
ш эо
о -й т, во вв. юо у, ж/мин
Рис. 2. Коэффициент перехода красок при печати на мелованной бумаге
юа; 95 90
о Ж 40 60 80 юо V, м/мин
Рис. 3. Коэффициент перехода красок при печати на картоне
Рис. 4. Коэффициент перехода красок при печати на полипропилене (ПП)
Рис. 5. Коэффициент перехода красок при печати на полиэтилентерефталате (ПЭТФ)
Рис. 6. Коэффициент перехода красок при печати на полиэтилене низкого давления (ПЭНД)
Исследование поверхностного натяжения красочных слоев методом Циссмана (табл. 3) не дает возможности с определенностью говорить о наличии какой-либо зависимости значения этого коэффициента, как от режима печатания, так и от типа запечатываемого материала. С учетом достаточно высокой погрешности метода (как впрочем и всех иных, ныне известных методов измерения поверхностного натяжения), большая часть значений лежит в области 37-42 мН/см2, что позволяет предполагать вероятность возникновения серьезных проблем с равномерностью распределения жидкой краски по поверхности красочного слоя. Если рассматривать УФ-отвержденный красочный слой полимерную пленку, которой он в действительности и является, то с этой точки зрения, такая пленка обладает всеми известными в настоящее время отрицательными характеристиками, препятствующими равномерному нанесению краски на поверхность такой пленки. А именно: значение поверхностного натяжения поверхности ниже поверхностного натяжения жидкой УФ-краски (44-46 мН/см2), то есть краска может, с одной стороны, неравномерно распределяться на поверхности отвер-жденного красочного слоя, а, с другой стороны, не обладать достаточной адгезинной прочностью после отверждения.
Таблица 3
Поверхностное натяжение отвержденных красочных слоев, мН/см2
Желтая Пурпурная Голубая
Мелованная бумага 38,8 38,6 37,2
Этикеточная бумага 39,4 39,2 37,8
Картон литого мелования 37,8 38,6 38
Полипропилен (ПП) 37,6 39,2 38,4
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) 38,8 40,8 39,2
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) 38 41,2 42,8
Микрофотографии поверхности красочных слоев при печати с наложением, примеры которых представлены на рис. 7-12, в полной мере подтверждают высказанные выше предположения. Действительно, на всех исследованных бинарных оттисках наблюдается более или менее выраженная неравномерность нанесения, заключающаяся в наличии микропроколов на поверхности верхнего красочного слоя. Размер и количество таких микропроколов тем больше, чем выше скорость печатания (и меньше время отверждения). В то же время характер неравномерности меняется от материала к материалу, как для впитывающих, так и для невпитывающих поверхностей.
20 м/мин 40 м/мин 60 м/мин
80 м/мин 100 м/мин
Рис. 7. Микрофотографии поверхности голубой краски при печати на ПЭТФ
20 м/мин 40 м/мин 60 м/мин
80 м/мин 100 м/мин
Рис. 8. Микрофотографии поверхности наложения голубой и желтой красок при печати на ПЭНД
20 м/мин 40 м/мин 60 м/мин
80 м/мин 100 м/мин
Рис. 10. Микрофотографии поверхности наложения голубой и пурпурной красок при печати на мелованной бумаге
ПП ПЭ ПЭТФ
Рис. 11. Микрофотографии поверхности бинарным наложений красок (Ж+Г, Г+П, П+Ч) при печати на невпитывающих материалах (режим — 100 м/мин)
Этик, бумага Мел бумага Картон
Рис. 12. Микрофотографии поверхности бинарным наложений красок (Ж+Г, Г+П, П+Ч) при печати на впитывающих материалах (режим — 100 м/мин)
Испытания бинарных наложений красочных слоев на адгезионную прочность показали (табл. 4), что во всех без исключения случаях отрыв происходил по границе «красочной слой - поверхность материала», то есть адгезия между слоями всегда была выше, чем адгезия между красочным слоем и материалом. При этом очевидной зависимости адгезии от режимов печатания определить не удалось, вместе с тем наблюдалась очевидная зависимость от типа материала, как для впитывающих, так и для невпитывающих поверхностей.
Таблица 4
Адгезионная прочность красочных слоев в бинарных наложениях (балльная оценка)
Желтая+ +Голубая Голубая+ +Пурпурная Пурпурная+ +Черная
Мелованная бумага 3,2 1,85 4
Этикеточная бумага 1,6 1 2,8
Картон литого мелования 3,6 3 2,6
Полипропилен(ПП) 2,6 2,2 1,6
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) 4,4 4,2 3,4
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) 2,8 2,2 1,6
По результатам исследования можно сделать несколько обобщающих выводов:
1. Низкое поверхностное натяжение отвержденных красочных слоев создает условия для явления неполного несмачивания жидкой краской поверхности красочного слоя на всех исследованных материалах, вследствие этого, в процессе печати краска может испытывать трудности в растекании по поверхности красочного слоя, что может привести к неравномерному нанесению краски на красочный слой.
2. Данное предположение подтверждается результатами микрофотографирования оттисков, на которых отчетливо видна неравномерность нанесения краски, которая усиливается в зависимости от скорости печатания. Такая зависимость объясняется временем нахождения жидкой краски в контакте с поверхностью красочного слоя, чем он выше - тем лучше краска успевает растечься по поверхности.
3. Различие в равномерности нанесения на разные материалы скорее всего определяется двумя причинами: характером поверхности материалов, для впитывающих материалов определяющими здесь будут свойства впитываемости и шероховатости, а для невпитывающих -поверхностное натяжение, а также их химическим составом.
4. Явление уменьшения коэффициента перехода может включать не только традиционный компонент снижения толщины кра-
сочного слоя, но и наличие неравномерности нанесения краски, что естественно влияет на показания приборов.
5. Различие в изменении коэффициента перехода на разных материалах соответственно связано с теми же самыми причинами, по которым на оттисках появляется неравномерность нанесения краски.
6. Причина изменения адгезии в первую очередь может заключаться в тех же самых особенностях запечатываемого материала, о которых уже было сказано выше. Кроме того, необходимо указать на факт отсутствия явной линейной зависимости в поверхностном натяжении слоев и их адгезионной прочности. Причиной этого явления может являться присутствие неких неисследованных сил, возникающих в процессе закрепления краски, т. е. формирования красочной полимерной пленки, которые увеличивают адгезионную прочность вне зависимости от смачиваемости поверхности.
Библиографический список
1. Свойства полимерных пленок, активированных коронным разрядом, и особенности их применения в производстве упаковки, дис. канд. технич. наук: спец.05.02.13 — Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации). — М., 2008. — 196 с.
