Jak vybrat vhodnou hlubotiskovou barvu pro různé typy podkladových materiálů?

Porozumění vlastnostem podkladu a jejich vlivu na výkon hlubotiskového inkoustu

Význam typu podkladu pro přilnavost a odolnost hlubotiskového inkoustu

Způsob, jakým gravírovací inkoust funguje, závisí do značné míry na druhu materiálu, na který je tisknut. Při práci s pórovitými materiály, jako je běžný papír, inkoust proniká do povrchu díky malým otvorům, které jej vtahují kapilární akcí, čímž vzniká určitý druh mechanického uchycení. Situace se zcela mění při práci s nepórovitými povrchy, jako jsou plastové fólie. Zde se inkoust musí přichytit chemicky, což znamená, že polymerní molekuly se musí na molekulární úrovni skutečně navázat na materiál, na který jsou tištěny. Potisk fólií z kovů pak představuje vlastní specifické výzvy. Tyto materiály vyžadují speciálně formulované inkousty, které dokáží ohebně a pružně reagovat během následných výrobních kroků, aniž by se rozpadly nebo praskly pod napětím způsobeným ohýbáním, tvarováním nebo jinými operacemi po tisku.

Běžné materiály podkladu v hlubotisku: papír, plastové fólie a kovové fólie

• Papír : Vyžaduje rychle usychající inkousty, aby nedošlo k rozmazání (povrchová energie 35–45 dyne/cm)
• BOPP/PET fólie : Vyžaduje rozpouštědlové inkousty (povrchová energie ≥ 38 dyne/cm po úpravě)
• Hliníkové fólie : Používá speciální inkousty s tepelnou stabilitou až do 160 °C

Povrchová energie a pórovitost: Jak ovlivňují smáčení inkoustem a vazbu

Materiály s povrchovou energií pod 36 dyne/cm, jako je běžný netransformovaný polyethylen, obecně odpuzují standardní hlubotiskové inkousty. Pórovitost materiálu určuje, jak hluboko do něj inkoust pronikne. Například novinový papír dokáže nasát mezi 12 a 18 gramy inkoustu na čtvereční metr, zatímco potištěné desky obvykle absorbuje pouze 4 až 6 gramů inkoustu na čtvereční metr. Dobrého smáčení se nejlépe dosáhne, když je povrchové napětí inkoustu přibližně o 2 až 5 milinewtonů na metr nižší než povrchová energie samotného substrátu. Tento rozdíl umožňuje správné přilnutí bez nadměrného hromadění inkoustu.

Výzva: Špatná adheze inkoustu na filmech s nízkou povrchovou energií, jako jsou PE a PP

Neupravené polyolefinové fólie (28–31 dyne/cm) způsobují přibližně 60 % adhezních poruch při hlubotisku. Koronová úprava zvyšuje povrchovou energii PP na 40–44 dyne/cm, čímž až trojnásobně vylepšuje přilnavost inkoustu. Plamenová úprava nabízí trvanlivější alternativu a udržuje povrchovou energii nad 38 dyne/cm po dobu 8–12 týdnů za běžných podmínek skladování.

Základní kritéria pro shodu hlubotiskového inkoustu s vlastnostmi substrátu

Přilnavost, rychlost schnutí a pružnost: klíčové požadavky na výkon

Dosáhnutí dobrých výsledků při tisku hlubotiskem opravdu závisí na správných vlastnostech inkoustu. Pokud jde o adhezi, různé materiály vyžadují odlišný přístup. Protrachovité papíry nejlépe fungují s inkousty, které do nich mohou pronikat kapilární akcí, ale u plastových fólií je situace zcela jiná. Ty vyžadují speciální polární pryskyřice, které se skutečně chemicky navazují na povrch. Důležitý je také faktor času schnutí. Papír obvykle uschne během jedné sekundy, což znamená, že musíme použít rozpouštědla, která se pomalu vypařují. Kovová fólie je však zcela odlišná – ta potřebuje něco, co tuhne co nejrychleji. A pak je tu také otázka pružnosti. U elastických materiálů, jako jsou PE fólie, musí být inkoust schopen rovněž se protahovat spolu s materiálem, aniž by se roztrhl. Většina odborníků hledá inkousty, které vydrží alespoň 3% prodloužení, než začnou praskat, když se materiál deformuje.

Přizpůsobení složení inkoustu vsákavosti substrátu a tepelné stabilitě

Toto zarovnání zabraňuje vadám, jako je odlupování u potištěných povlakových papírů nebo zadržování rozpouštědel ve vícevrstvých fóliích. U tepelně těsnících obalů musí inkoust odolat teplotám 120–140 °C v tepelných tunelech bez změny barvy.

Požadavky na výkon: Odolnost proti tření, odolnost proti opotřebení a trvanlivost tisku

Pro průmyslové aplikace musí být výkon naprosto spolehlivý. Potiskové barvy pro hlubotisk musí vydržet alespoň 500 cyklů na třecích zařízeních Sutherland podle normy ASTM D5264. Po 1 000 cyklech testu odolnosti proti opotřebení na přístroji Taber by neměly vykazovat více než 10 % opotřebení. Co se týče UV stability, musí formulace udržet barevnou stálost i po 500 hodinách působení světla. Hodnota Delta E by měla zůstat pod 2,0, což znamená, že se barvy příliš neodchýlí od svého původního vzhledu – což je velmi důležité pro výrobky používané venku. Potravinářské obaly představují zcela jinou výzvu. Barvy zde nanesené musí zůstat zachovány i po sterilizačním procesu při teplotě 121 stupňů Celsia a tlaku 15 psi po dobu půl hodiny. A samozřejmě musí splňovat všechny předpisy uvedené ve FDA 21 CFR oddíl 175.300 týkající se materiálů ve styku s potravinami.

Výběr pryskyřic a pigmentů pro optimální kompatibilitu inkoustu a podkladu

Účinný hlubotisk vyžaduje přesné sladění chemie inkoustu a fyziky podkladu. Výběr vhodných pryskyřic a pigmentů zajišťuje pevné přilnavosti, ostrou reprodukci a dlouhodobou odolnost.

Typy pryskyřic pro vysokovýkonné podklady: PET, OPP a nepropustné fólie

Polyuretanové pryskyřice jsou upřednostňovány pro polyester (PET) a orientovaný polypropylén (OPP) díky své chemické odolnosti a flexibilitě. Modifikované akrylátové kopolymery prokázaly zachování 98 % pevnosti vazby po tepelném cyklování na nepropustných površích. Nitrocelulózové pryskyřice jsou stále široce používány pro kovové fólie, kde je nezbytné rychlé schnutí a vysoký lesk.

Strategie disperze pigmentů pro vodou ředitelné hlubotiskové inkousty na pórovitém papíru

Ve vodných systémech pigmentové částice pod 5¼m zajišťují účinné pronikání do vláken papíru bez rozmazávání okrajů. Pokročilé mletí pomocí korundových kuliček dosahuje 95% účinnosti disperze, což zajišťuje konzistentní barvu při vysokorychlostním tisku a snižuje spotřebu inkoustu o 15–20 % ve srovnání s běžnými metodami.

Struktura sazí a jejich vliv na pronikání inkoustu a sílu barevného odstínu

Saze s vysokou strukturou (velikost agregátu: 200–300 nm) poskytují vynikající schopnost pohlcovat světlo, dosahují hodnot L* pod 1,5 na stupnici hustoty černé. Jejich větvená morfologie zlepšuje přenos inkoustu z důlků gravírovacích válců a současně minimalizuje nadměrné pronikání – klíčové pro ostré zobrazení bodů na potištěných papírech.

Vodné versus rozpouštědlové gravírovací inkousty: hodnocení vhodnosti pro různé podklady

Výhody vodných inkoustů pro papírové a kartonové podklady

Vodní gravírovací inkousty se staly preferovanou volbou pro tisk na papír a karton díky svým environmentálním výhodám a vysoké účinnosti. Tyto inkousty obsahují přibližně 60 až 70 procent vody, čímž snižují emise těkavých organických sloučenin až o 85 procent ve srovnání s tradičními rozpouštědlovými alternativami. Jejich nízká viskozita v rozmezí 50 až 150 milipascalových sekund umožňuje proniknutí do pórovitých vláken papírových výrobků, což zajišťuje rovnoměrné barevné pokrytí po celém tištěném povrchu a rychlé schnutí při teplotách mezi 80 a 100 stupni Celsia. Další velkou výhodou je, že tyto inkousty jsou zcela bez zápachu a splňují jak normy FDA, tak předpisy Evropské unie týkající se přímého kontaktu s potravinami, což je činí obzvláště vhodnými pro balení, kde je bezpečnost potravin pro výrobce hlavní starostí.

Proč se rozpouštědlové inkousty osvědčily u nepropustných plastových fólií

Gravírní inkousty na bázi rozpouštědel velmi dobře přilnavají k materiálům jako jsou polypropylenové (PP) a polyetylenové (PE) fólie, pokud se použijí specifické směsi pryskyřic a rozpouštědel. Běžná rozpouštědla, jako je octan ethylnatý nebo toluen, při aplikaci dočasně naruší povrch těchto fólií. Když se tato rozpouštědla vysuší během přibližně 10 až 30 sekund při teplotách mezi 60 a 80 stupni Celsia, vytvoří drobné kotvicí body, které zlepšují přilnavost inkoustu. Tento celý mechanismus působí proti tzv. nízké povrchové energii, jejíž hodnoty se obvykle pohybují mezi 28 a 31 dynami na centimetr. Výsledkem jsou hodnoty pevnosti v odtrhnutí vyšší než 2,5 newtonu na 15 milimetrů. U těch, kteří pracují s lesklými metalizovanými povrchy PET, tyto rozpouštědlové varianty zachovávají lesklý vzhled a současně brání tomu, aby se inkoust roztékal nebo se šířil tam, kde nemá.

Přísady zvyšující výkon vodných inkoustů

Tři kategorie přísad zlepšují funkčnost vodných inkoustů:

1. Tenzidy (0,5–1,5 %) : Snížení povrchového napětí z 72 mN/m na 35–40 mN/m, což zlepšuje smáčení na fóliích PE/PP
2. Zahušťovadla (deriváty kyseliny xanthanové) : Úprava viskozity na 80–300 mPa·s pro kontrolované nanášení inkoustu na potištěné desky
3. Potlačovače pěny (směsi silikonů/polyglikolů) : Zabraňují tvorbě mikrobublin během tisku vysokou rychlostí (300–500 m/min)

Mezi nedávné inovace patří přísady nano-siliky, které zvyšují odolnost proti oděru o 40 % na voskem potažených podložkách.

Trend: Trh udržitelného balení podporuje přijetí ekologických inkoustů

Trh udržitelného balení roste meziročně o 7,2 % do roku 2030, přičemž vodné inkousty jsou nyní používány ve 38 % gravírovacích aplikací. Přední značky stále častěji požadují inkousty obsahující více než 95 % biodegradovatelných složek a méně než 5 % aditiv obsahujících APEO. Podle studie FlexTech Alliance z roku 2023 hybridní UV-vodné systémy snižují spotřebu energie o 30 % a zároveň zachovávají odolnost na recyklovaném PET.

Zlepšování adheze inkoustu prostřednictvím povrchových úprav a chemických modifikací

Korona a plazmové úpravy: Zvyšování povrchové energie pro lepší vazbu inkoustu

Povrchová energie hraje velkou roli při určování toho, jak dobře se inkoust přichytává, zejména na těch obtížných plastech s nízkou energií, jako je polyethylen (PE) a polypropylen (PP). U koronové úpravy se na materiál aplikuje vysoké napětí, které vytváří ozonem bohaté prostředí, jež mění povrchovou chemii. Tento proces může zvýšit povrchové napětí od 30 do 45 dyn/cm v závislosti na podmínkách. Pak existuje plazmová úprava, při které se plyn propouští elektrickými poli, čímž vznikají ionty, které skutečně mění samotné molekuly substrátu. Tím se povrchy stávají mnohem lépe smáčivými, takže tištění dává lepší výsledky – inkoust se správně přichytává i na těchto náročných nepórovitých fóliích, které jsou dnes běžně používány v obalovém průmyslu.

Adhezní promotori a základní nátěry pro fólie z polyethylenu a polypropylenu

Chemické základní nátěry řeší problémy s přilnavostí na PE a PP. Silanové přípravky vytvářejí kovalentní vazby mezi podkladem a inkoustem, čímž zvyšují pevnost v odtrhnutí o 30–40 %. Pro aplikace ve styku s potravinami nabízejí vodné základní nátěry ekologickou alternativu bez poškození integrity vazby.

Kombinace úpravy povrchu s funkčními přísadami pro trvanlivý tisk

Komplexní přístupy přinášejí nejlepší výsledky: hliníkové fólie upravené plazmou a tištěné UV odolnými hlubotiskovými inkousty si zachovávají 95 % síly barvy po 500 hodinách zrychleného stárnutí. Přidání kluzných přísad (0,5–1,5 %) snižuje koeficient tření o 40 %, čímž chrání tisky před opotřebením během dopravy a manipulace.

Často kladené otázky

Jaké faktory ovlivňují přilnavost a trvanlivost hlubotiskových inkoustů?

Přilnavost a trvanlivost hlubotiskových inkoustů jsou ovlivněny typem podkladu, povrchovou energií, pórovitostí, použitím vhodných inkoustů a úpravami povrchu, jako je koronová nebo plazmová úprava.

Jaké jsou běžné podklady používané v hlubotisku?

Běžné podložky zahrnují papír, fólie BOPP/PET a hliníkové fólie, každá s konkrétními požadavky na složení inkoustu, aby byla zajištěna optimální adheze a výkon.

Proč je povrchová energie důležitá při hlubotiskovém tisku?

Povrchová energie ovlivňuje, jak dobře inkoust smáčí a váže se k podložce. Podložky s vysokou povrchovou energií obvykle vykazují lepší adhezi inkoustu ve srovnání s podložkami s nízkou povrchovou energií.

Jak se liší rozpouštědlové inkousty od vodných inkoustů?

Rozpouštědlové inkousty jsou vhodnější pro nepropustné podložky, jako jsou plastová fólie, díky své silné adhezi a rychlému schnutí. Vodné inkousty jsou preferovány u propustných podložek, jako je papír, kvůli jejich environmentálním výhodám.

Jakou roli hrají přísady při výkonu vodných inkoustů?

Přísady, jako jsou tenzidy, zahušťovadla a potlačovače pěny, zlepšují výkon vodných inkoustů tím, že zvyšují smáčivost, viskozitu a zabrání tvorbě bublin.