EN
Proč standardní flexografické barvy selhávají na fóliích PE a OPP
Nízká povrchová energie a nepolarita: hlavní překážka adheze
Polyetylen (PE) a orientované polypropylenové (OPP) fólie mají přirozeně velmi nízkou povrchovou energii, obvykle pod 35 dyn/cm, a jsou navíc tvořeny nepolárními molekulami. Většina flexografických inkoustů funguje vytvářením vazeb prostřednictvím polárních interakcí, což znamená, že se k těmto uhlovodíkovým materiálům nevazují dostatečně dobře. Pokud nedojde k žádné povrchové úpravě, vznikají pouze slabé fyzické spojení místo silných chemických vazeb mezi inkoustem a fólií. To vede k problémům, kdy tištěné motivy během zpracování otírají nebo se odlupují při běžném manipulačním zatížení. Tyto materiály mají tendenci odpuzovat vodné flexografické inkousty kvůli svým vodoodpudivým vlastnostem. Mezitím mohou rozpouštědlem ředitelné varianty při schnutí smršťovat, což způsobuje napětí na rozhraní mezi vrstvou inkoustu a podkladem. Pro správné přilnutí musí dosáhnout povrch alespoň 38 dyn/cm podle průmyslových norem. Bohužel většina neupravených PE fólií dosahuje pouze okolo 31 dyn/cm, jak bylo nedávno uvedeno v časopise Packaging Innovation Journal (2023), což vysvětluje, proč zůstávají speciální úpravy nezbytné pro kvalitní tisk.
Nedostatečné smáčení a interfaciální delaminace při flexografickém tisku
Flexografické barvy často zápasí, když jsou aplikovány na nízkoenergetické fólie, protože jejich povrchové napětí má tendenci být vyšší, než co substrát dokáže uchopit ve svém kritickém bodě. Co se stane dál, je docela zřejmé pro každého, kdo s tímto materiálem již pracoval: barva se po povrchu neprovede rovnoměrně. Místo toho dostaneme takzvaný efekt pomerančové kůry, kdy se barva stáhne do malých kapének namísto vytvoření hladké a rovnoměrné vrstvy, kterou chceme. Při těchto vysokých rychlostech tisku, běžných v provozním prostředí, se ve skutečnosti vytvářejí malé mezery mezi barvou a samotným materiálem. Tyto mezery propouštějí vlhkost ze vzduchu nebo vytvářejí místa napětí, která nakonec vedou ke vzniku trhlin. Podle nedávného průmyslového výzkumu publikovaného Flexografickou technickou asociací v roce 2022 přibližně 60 procent všech kvalitních problémů pozorovaných na PE a OPP substrátech souvisí právě s těmito problémy smáčivosti. Většina běžných receptur barev jednoduše neobsahuje dostatek smáčecích přísad ani těch speciálních pojiv s nízkou teplotou skelného přechodu, které jsou potřebné, aby se opravdu přichytily na těchto hladkých nepolárních površích. A to znamená, že výrobky začnou odstavovat příliš brzy, jakmile dorazí na balicí stroje v továrně.
Příprava povrchu: Kritická předúprava pro spolehlivou adhezi flexotiskových barev
Korónová úprava: Cílová hodnota dynamického povrchového napětí (38–42 dyn/cm) a praktické limity skladovatelnosti
Metoda koronového výboje je stále téměř nezbytná, pokud chceme, aby se flexotiskové barvy správně přidržely nízkoenergetických fólií z PE a OPP. Při tomto procesu dojde k oxidaci povrchu fólie elektrickou ionizací, čímž se hodnota dynam (dyne) zvýší na přibližně 38–42 dynů na cm. To je právě optimální rozsah potřebný pro dosažení dobré smáčivosti barvy. Ale existuje jedna past. Ošetřené plochy se v průběhu času postupně rozkládají kvůli pohybu polymerových řetězců a migraci přísad pryč z povrchu. Většina těchto fólií udrží své nejlepší adhezní vlastnosti jen asi 1 až 8 týdnů po ošetření. A víte, co horšího? Vyšší teploty při skladování a vyšší vlhkost tento proces degradace výrazně urychlují. Pro provozní manažery to znamená, že sledování data provedení úpravy povrchu ve vztahu k plánovanému termínu tisku je naprosto zásadní. Jinak hrozí riziko drahých problémů s přilnavostí uprostřed vysokorychlostní výroby.
Plazmové a plamenové úpravy jako vysokým výkonem vybavené alternativy pro náročné flexografické aplikace
Pokud koronní ošetření nestačí, nabízejí se plazmové a plamenové metody jako lepší alternativy pro náročné práce v flexotisku. Plazma funguje tak, že materiál bombarduje ionizovaným plynem, čímž vytváří mnohem hlubší a rovnoměrnější povrchové změny, které udržují hodnoty dynam (dyne) nad 50 dyn/cm, i když jde o obtížné tvary a kontury. Plamenová metoda zase postupuje zcela jinak – používá přesně regulovaný oheň, který prakticky spaluje některé vrstvy substrátu, a je proto obzvláště vhodná pro práci s tlustými plastovými fóliemi a komplikovanými trojrozměrnými díly. Hlavní rozdíl oproti běžnému koronnímu ošetření spočívá především v tom, jak dlouho tato úprava vydrží, než bude nutné ji opakovat, a také v lepší odolnosti vůči vlivům jako kolísání vlhkosti nebo expozice chemikáliím v průběhu času. Balící společnosti je intenzivně využívají u výrobků, které musí zůstat správně uzavřené v potravinách a skladech, zatímco výrobci se na ně spoléhají tehdy, musí-li jejich štítky odolat různým druhům namáhavé manipulace během přepravy a skladování.
Formulace flexografických inkoustů navržené pro adhezi k PE/OPP
Směsi pryskyřic: chlorovaný polypropylen (CPP), modifikované akryláty a hybridy PU-akrylátů
Byly vyvinuty speciální pryskyřice, které dokážou přilnout k těm obtížným povrchům s nízkou povrchovou energií, kde běžné lepidla prostě nefungují. Vezměme si například chlorovaný polypropylen (CPP). Při použití přidává chlorovou polaritu, která skutečně vytváří chemické vazby na molekulární úrovni mezi CPP a materiály jako PE nebo OPP. To je docela působivé. Modifikované akrylové formulace nabízejí něco zcela jiného – odolávají teplotám nad 130 stupňů Celsia, což je činí naprosto nezbytnými při výrobě obalů, které musí projít sterilizačními procesy. A neměli bychom zapomenout ani na hybridy PU-akrylátu. Tyto chytré kombinace spojují pružnost i odolnost vůči chemikáliím díky moření vazbám urethanu. Výrobci potravin je velmi cení pro balení zmrazených výrobků, protože vydrží opakované cykly zmrazování a rozmrazování, aniž by se odlupovaly nebo ztrácely svou pevnost.
Adhezní promotory a pojiva s nízkou Tg: Zajišťují pružnost bez kompromisů
Moderní formulace inkoustů nyní obsahují adhezní promotory na bázi silanu, které se skutečně přichytávají k povrchům fólií na molekulární úrovni a vytvářejí silné chemické vazby mezi vrstvami inkoustu a těmito problematickými nepolárními materiály. Tyto speciální pojiva s nízkou skelnou přeměnou zůstávají pružná i při teplotách pod bodem mrazu, až do minus 40 stupňů Celsia, čímž brání šíření trhlin během dopravy výrobků. Pokud tyto součásti správně spolupracují, snižují problémy s odlupováním inkoustu téměř o 90 % ve srovnání s běžnými flexografickými inkousty. Navíc tištěné obrázky zůstávají ostré a jasné i po stovkách ohybových testů, jak uvádí výzkum publikovaný Asociací pro flexografickou techniku již v roce 2022. Tento druh výkonu zásadně ovlivňuje obalové aplikace, kde je odolnost rozhodující.
Často kladené otázky
Co činí fólie PE a OPP obtížnými pro běžné flexografické inkousty?
PE a OPP fólie mají nízkou povrchovou energii a nepolární molekuly, což komplikuje adhezi standardních flexotiskových barev, které jsou založeny na polárních interakcích.
Jakou roli hraje povrchové napětí při problémech s flexotiskem?
Problémy s flexotiskem, jako je efekt pomerančové kůry, vznikají, když povrchové napětí flexotiskových barev překračuje nosnou kapacitu podkladu, čímž se brání správnému roztékání barvy a může dojít k odloupnutí vrstvy.
Jak zlepšují povrchové úpravy adhezi flexotiskových barev?
Povrchové úpravy, jako jsou korónový, plazmový a plamenový zásah, zvyšují hodnoty dyn, čímž zlepšují adhezi a zmírňují problémy, jako je absorpce vlhkosti a vznik napěťových míst.
Jaké jsou novinky ve formulacích flexotiskových barev?
Formulace flexotiskových barev nyní obsahují specializované pryskyřice, přísady zlepšující adhezi a pojiva s nízkou skelnou přeměnou (low-Tg), které zlepšují adhezi a pružnost, zejména na náročných podkladech s nízkou energií.