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Warum Standard-Flexodruckfarben auf PE- und PP-Folien versagen
Niedrige Oberflächenenergie und Nichtpolarität: Die zentrale Haftungsbarriere
Polyethylen (PE) und orientierte Polypropylen (OPP) Folien haben von Natur aus eine sehr niedrige Oberflächenenergie, gewöhnlich unterhalb von 35 dyn/cm, zusätzlich bestehen sie aus unpolaren Molekülen. Die meisten flexografischen Druckfarben erzeugen Bindungen über polare Wechselwirkungen, was bedeutet, dass sie auf solchen kohlenwasserstoffbasierten Materialien einfach nicht gut haften. Wenn keine Oberflächenbehandlung erfolgt, entstehen lediglich schwache physikalische Anhaftungen statt starker chemischer Bindungen zwischen Farbe und Folie. Dies führt zu Problemen, bei denen bedruckte Motive während der Verarbeitung abgerieben werden oder sich bei normaler mechanischer Beanspruchung ablösen. Diese Materialien stoßen wasserbasierte Flexodruckfarben aufgrund ihrer wasserabweisenden Eigenschaften ab. Gleichzeitig können lösemittelbasierte Farben beim Trocknen schrumpfen, was Spannungen an der Grenzfläche zwischen Farbschicht und Substrat verursacht. Für eine ausreichende Haftung müssen die Oberflächen nach Industriestandard mindestens 38 dyn/cm erreichen. Unglücklicherweise erreichen die meisten unbehandelten PE-Folien laut aktueller Angaben im Packaging Innovation Journal (2023) lediglich etwa 31 dyn/cm, was erklärt, warum spezielle Behandlungen für eine gute Druckqualität notwendig bleiben.
Benetzungsdefizit und grenzflächenbedingte Delamination beim Flexodruck
Flexodruckfarben haben oft Schwierigkeiten, wenn sie auf Folien mit niedriger Oberflächenenergie aufgetragen werden, da ihre Oberflächenspannung tendenziell höher ist als das, was das Substrat an seinem kritischen Punkt aushalten kann. Was danach passiert, ist jedem, der schon einmal mit diesen Materialien gearbeitet hat, nur allzu bekannt: Die Farbe verteilt sich nicht gleichmäßig auf der Oberfläche. Stattdessen entsteht der sogenannte Orangenhaut-Effekt, bei dem die Farbe sich zu kleinen Tröpfchen zurückzieht, anstatt die gewünschte glatte, gleichmäßige Schicht zu bilden. Bei den hohen Druckgeschwindigkeiten, wie sie in Produktionsumgebungen üblich sind, bilden sich winzige Lücken zwischen Farbe und Material. Diese Lücken lassen Feuchtigkeit aus der umgebenden Luft eindringen oder erzeugen Spannungspunkte, die letztendlich zu Rissbildungen im weiteren Verlauf führen können. Laut einer aktuellen Branchenstudie des Flexographic Technical Association aus dem Jahr 2022 gehen etwa 60 Prozent aller Qualitätsprobleme bei PE- und OPP-Substraten direkt auf diese Benetzungsprobleme zurück. Die meisten herkömmlichen Farbrezepturen enthalten einfach nicht genügend Benetzungsmittel oder jene speziellen Bindemittel mit niedrigem Glasübergangstemperaturbereich, die notwendig sind, um wirklich auf diesen glatten, unpolaren Oberflächen haften zu bleiben. Das bedeutet, dass Produkte bereits zu früh abblättern, sobald sie in den Verpackungsmaschinen auf der Produktionsfläche zum Einsatz kommen.
Oberflächenvorbereitung: Kritische Vorbehandlung für zuverlässige Flexodruckfarbhaftung
Coronabehandlung: Ziel-Dyne-Wert (38–42 Dyn/cm) und praktische Haltbarkeitsgrenzen
Die Koronaentladungsmethode ist nach wie vor weitgehend notwendig, wenn Flexodruckfarben gut auf solchen niedrigenergetischen PE- und OPP-Folien haften sollen. Dabei wird die Oberfläche der Folie durch elektrische Ionisation quasi oxidiert, wodurch die Dyn-Werte auf etwa 38–42 Dyn pro cm angehoben werden. Das ist tatsächlich der ideale Bereich für gute Benetzungseigenschaften der Farbe. Doch es gibt einen Haken: Behandelte Oberflächen neigen mit der Zeit zu Abbauerscheinungen, verursacht durch Bewegungen der Polymerketten oder das Auswandern von Additiven aus der Oberfläche. Die meisten dieser Folien behalten ihre optimale Haftfähigkeit nur etwa 1 bis 8 Wochen nach der Behandlung. Und was passiert? Höhere Lagertemperaturen und Luftfeuchtigkeit beschleunigen diesen Abbau erheblich. Für Produktionsleiter bedeutet dies, dass die genaue Verfolgung des Behandlungszeitpunkts im Verhältnis zum geplanten Drucktermin absolut entscheidend ist. Andernfalls besteht die Gefahr teurer Haftungsprobleme mitten in hochgeschwindigkeitsproduktiven Druckläufen.
Plasma- und Flammentreatments als Hochleistungs-Alternativen für anspruchsvolle Flexodruck-Anwendungen
Wenn die Corona-Behandlung nicht ausreicht, sind Plasmabehandlung und Flammbehandlung bessere Optionen für anspruchsvolle Flexodruckarbeiten. Die Plasmabehandlung funktioniert, indem Materialien mit ionisiertem Gas behandelt werden, wodurch tiefgreifendere und gleichmäßigere Oberflächenveränderungen erzielt werden, die den Dyn-Wert deutlich über 50 Dyn pro Zentimeter halten, selbst bei schwierigen Formen und Konturen. Die Flammbehandlung verfolgt einen völlig anderen Ansatz und verwendet kontrolliertes Feuer, um buchstäblich einige Substratschichten abzubrennen, was sie besonders gut für dicke Kunststoffplatten und komplexe dreidimensionale Bauteile macht. Was diese beiden Verfahren wirklich von der herkömmlichen Corona-Behandlung unterscheidet, ist ihre Haltbarkeit, bevor eine Nachbehandlung erforderlich ist, sowie ihre deutlich bessere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeitswechseln und chemischer Beanspruchung im Laufe der Zeit. Verpackungsunternehmen setzen stark auf diese Verfahren bei Produkten, die in Lebensmittelgeschäften und Lagern dauerhaft richtig verschlossen bleiben müssen, während Hersteller darauf zurückgreifen, wenn ihre Etiketten rauen Bedingungen beim Transport und bei Lagerung standhalten müssen.
Flexodruck-Farbzusammensetzungen, entwickelt für die Haftung auf PE/OPP
Harz-Systeme: chloriertes Polypropylen (CPP), modifizierte Acrylate und PU-Acryl-Hybride
Spezielle Harze wurden entwickelt, um auf diesen schwierigen Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie zu haften, wo herkömmliche Klebstoffe versagen. Nehmen Sie beispielsweise chloriertes Polypropylen (CPP). Bei der Applikation verleiht es eine chlorbasierte Polarität, die tatsächlich molekulare chemische Bindungen zwischen CPP und Materialien wie PE oder OPP erzeugt. Das ist ziemlich beeindruckend. Modifizierte Acrylformulierungen bieten hingegen etwas ganz anderes: Sie sind temperaturenbeständig über 130 Grad Celsius, was sie unverzichtbar macht bei Verpackungen, die Sterilisationsprozessen standhalten müssen. Und auch PU-Acryl-Hybride dürfen nicht vergessen werden. Diese cleveren Kombinationen vereinen Flexibilität und Chemikalienbeständigkeit dank der Urethan-Vernetzungen. Lebensmittelhersteller schätzen sie besonders für die Verpackung von Tiefkühlprodukten, da sie bei wiederholten Gefrier- und Auftauzyklen stabil bleiben, ohne sich abzulösen oder ihre Integrität zu verlieren.
Haftvermittler und Low-Tg-Bindemittel: Flexibilität ohne Abstriche ermöglichen
Moderne Tintenformulierungen enthalten silanbasierte Haftvermittler, die auf molekularer Ebene tatsächlich an Folienoberflächen haften und starke chemische Bindungen zwischen den Tintenschichten und diesen schwierigen, unpolaren Materialien bilden. Diese speziellen Low-Tg-Bindemittel bleiben flexibel, selbst wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, bis hinunter zu minus 40 Grad Celsius, wodurch Rissbildung während des Transports verhindert wird. Wenn diese Komponenten optimal zusammenwirken, reduzieren sie Probleme mit Tintenablösung um nahezu 90 % im Vergleich zu herkömmlichen Flexodrucktinten. Außerdem bleiben gedruckte Bilder laut einer 2022 vom Flexographic Technical Association veröffentlichten Studie über Hunderte von Biegetests hinweg klar und scharf. Eine derartige Leistung macht in Verpackungsanwendungen einen spürbaren Unterschied, bei denen Haltbarkeit entscheidend ist.
FAQ
Was macht PE- und OPP-Folien für Standard-Flexodrucktinten problematisch?
PE- und OPP-Folien weisen eine niedrige Oberflächenenergie und unpolare Moleküle auf, was die Haftung von Standard-Flexodruckfarben erschwert, da diese auf polaren Wechselwirkungen basieren.
Welche Rolle spielt die Oberflächenspannung bei Flexodruckproblemen?
Flexodruckprobleme wie der Orangenhaut-Effekt treten auf, wenn die Oberflächenspannung der Flexodruckfarben die Kapazität des Substrats überschreitet, wodurch eine ordnungsgemäße Farbverteilung verhindert und Delamination begünstigt wird.
Wie verbessern Oberflächenbehandlungen die Haftung von Flexodruckfarben?
Oberflächenbehandlungen wie Corona-, Plasma- und Flammbehandlungen erhöhen die Dyn-Werte, verbessern dadurch die Haftung und verringern Probleme wie Feuchtigkeitsaufnahme und Spannungspunkte.
Welche Fortschritte gibt es bei der Formulierung von Flexodruckfarben?
Die Formulierung von Flexodruckfarben umfasst heute spezielle Harze, Haftvermittler und Bindemittel mit niedrigem Tg, um die Haftung und Flexibilität insbesondere auf anspruchsvollen Substraten mit niedriger Oberflächenenergie zu verbessern.