Jak dobrać farbę rotacyjną odpowiednią do różnych materiałów podłoża?

Zrozumienie właściwości podłoża i ich wpływu na wydajność farby rotacyjnej

Rola typu podłoża dla przyczepności i trwałości farby rotacyjnej

Działanie farby do druku klasowego w dużej mierze zależy od rodzaju materiału, na którym jest nadrukowywana. W przypadku materiałów porowatych, takich jak zwykła papierowa powierzchnia, farba wchłania się w podłoże dzięki mikroskopijnym otworom, które wciągają ją poprzez działanie sił kapilarnych, tworząc rodzaj przyczepności mechanicznej. Cała sytuacja zmienia się diametralnie przy pracy z powierzchniami nieporowatymi, takimi jak folie plastikowe. Tutaj farba musi przyczepiać się chemicznie, co oznacza, że cząsteczki polimeru muszą na poziomie molekularnym faktycznie utworzyć wiązania z materiałem, na którym są nadrukowywane. Kolejnym wyzwaniem jest nadrukowywanie na folię aluminiową. Takie materiały wymagają specjalnie sformułowanych farb, które mogą się giąć i rozciągać podczas kolejnych etapów produkcji, bez pękania ani łuszczenia się pod wpływem naprężeń powstałych przy składaniu, kształtowaniu lub innych operacjach wykonywanych po nadruku.

Najczęstsze materiały podłoża stosowane w druku klasowym: papier, folie plastikowe i folie metalowe

• Papier : Wymaga szybkoschnących farb, aby zapobiec rozlewaniu (powierzchniowa energia 35–45 dyn/cm)
• Folie BOPP/PET : Wymaga farb rozpuszczalnikowych (energia powierzchniowa ≥ 38 dyn/cm po obróbce)
• Folie aluminiowe : Używa specjalistycznych farb o stabilności termicznej do 160°C

Energia powierzchniowa i porowatość: Jak wpływają na zwilżanie farbą i wiązanie

Materiały o energii powierzchniowej poniżej 36 dyn/cm, takie jak zwykły polietylen niepoddany obróbce, zazwyczaj odpychają standardowe farby rotacyjne. Porowatość materiału określa, jak głęboko farba wniknie w jego strukturę. Na przykład papier gazetowy może wchłonąć od 12 do 18 gramów farby na metr kwadratowy, podczas gdy podłoża z pokrytego kartonu zazwyczaj wchłaniają jedynie 4–6 gramów na metr kwadratowy. Optymalne zwilżanie osiąga się, gdy napięcie powierzchniowe farby jest o około 2–5 milinewtonów na metr niższe niż energia powierzchniowa podłoża. Różnica ta umożliwia odpowiednie przyleganie bez nadmiernego nagromadzania się farby.

Wyzwanie: Słabe przyleganie farby do folii o niskiej energii powierzchniowej, takich jak PE i PP

Nieprzetworzone folie poliolefinowe (28–31 dyn/cm) odpowiadają za około 60% przypadków uszkodzeń przyczepności w druku grawiurowym. Przetwarzanie koronowe zwiększa energię powierzchni PP do wartości 40–44 dyn/cm, poprawiając przyczepność farby nawet o 300%. Przetwarzanie płomieniowe oferuje trwałą alternatywę, utrzymując energię powierzchni powyżej 38 dyn/cm przez 8–12 tygodni w normalnych warunkach przechowywania.

Główne kryteria dopasowania farby grawiurowej do właściwości podłoża

Przyczepność, szybkość schnięcia i elastyczność: kluczowe wymagania dotyczące wydajności

Uzyskanie dobrych wyników w druku grawurowym zależy przede wszystkim od odpowiednich właściwości farby drukowej. Gdy chodzi o przyczepność, różne materiały wymagają różnych podejść. Papier porowaty najlepiej drukuje się farbami, które mogą wsiąkać w jego strukturę dzięki działaniu kapilarnemu, natomiast folie plastikowe to zupełnie inna kategoria. Do ich nadruku potrzebne są specjalne żywice polarne, które tworzą rzeczywiste wiązania chemiczne z powierzchnią. Ważny jest również czynnik czasu suszenia. Papier zwykle wysycha w ciągu około jednej sekundy, co oznacza, że należy stosować rozpuszczalniki o wolniejszym parowaniu. Fole metalizowane są zupełnie inne – wymagają substancji, które utwardzają się możliwie najszybciej. Należy także wziąć pod uwagę elastyczność. Dla rozciągliwych materiałów, takich jak folie PE, farba musi być w stanie rozciągać się razem z nimi, nie pękając. Większość specjalistów poszukuje farb, które wytrzymują co najmniej 3% wydłużenia, zanim zaczną pękać podczas odkształcania materiału.

Dopasowanie składu farby do absorpcji podłoża i stabilności termicznej

To ustawienie zapobiega wadom, takim jak łuszczenie się na powlekanych papierach lub zatrzymywanie rozpuszczalników w wielowarstwowych foliach. W przypadku opakowań termosklejanych tuszy muszą wytrzymać temperaturę 120–140°C w tunelach grzewczych bez zmiany barwy.

Wymagania dotyczące wydajności: odporność na tarcie, odporność na ścieranie i trwałość nadruku

W zastosowaniach przemysłowych wydajność musi być niezawodna. Farby do druku grawurowego muszą wytrzymać co najmniej 500 cykli na testerach tarcia Sutherland zgodnie ze standardem ASTM D5264. Ponadto nie powinny wykazywać więcej niż 10% zużycia po 1000 cyklach testu ścieralności Tabera. W kwestii stabilności UV, formuły muszą zachować spójność kolorów nawet po 500 godzinach przebywania pod światłem. Wartość Delta E powinna pozostać poniżej 2,0, co oznacza, że kolory nie oddalają się znacznie od pierwotnego wyglądu – cecha szczególnie ważna dla produktów stosowanych na zewnątrz. Opakowania żywnościowe stawiają zupełnie inne wyzwania. Farby nanoszone w tym przypadku muszą pozostać nietknięte nawet po procesie sterylizacji przy temperaturze 121 stopni Celsjusza i ciśnieniu 15 psi przez pół godziny. Oczywiście muszą również spełniać wszystkie przepisy określone w FDA 21 CFR Rozdział 175.300 dotyczące materiałów w bezpośrednim kontakcie z żywnością.

Dobór żywic i pigmentów dla optymalnej kompatybilności farby z podłożem

Skuteczne drukowanie walcem grawerowanym wymaga precyzyjnego dopasowania chemii farby do właściwości fizycznych podłoża. Dobór odpowiednich żywic i pigmentów zapewnia silne przyleganie, wyraźne oddawanie szczegółów oraz długotrwałą trwałość.

Typy żywic dla podłoży o wysokiej wydajności: PET, OPP i folie nieprzepuszczalne

Żywice poliuretanowe są preferowane w przypadku poliestru (PET) i oriento-wanego polipropylenu (OPP) ze względu na odporność chemiczną i elastyczność. Zmodyfikowane kopolimery akrylanowe wykazały zachowanie 98% wytrzymałości połączenia po cyklu zmian temperatury na powierzchniach nieprzepuszczalnych. Żywice nitrocelulozowe są nadal powszechnie stosowane do folii metalizowanych, gdzie kluczowe są szybkie wysychanie i wysoki połysk.

Strategie dyspersji pigmentów w wodnych farbach drukarskich do druku walcem grawerowanym na papierze porowatym

W systemach wodnych cząstki pigmentu poniżej 5¼m zapewniają skuteczne przenikanie do włókien papierowych bez rozmywania się. Zaawansowane mielenie za pomocą kulek z tlenku cyrkonu osiąga 95% wydajności dyspersji, co zapewnia spójność koloru podczas szybkich przebiegów i zmniejsza zużycie farby o 15–20% w porównaniu z konwencjonalnymi metodami.

Struktura sadzy i jej wpływ na przenikanie farby oraz siłę koloru

Sadze o wysokiej strukturze (rozmiar agregatu: 200–300 nm) charakteryzują się doskonałym pochłanianiem światła, osiągając wartości L* poniżej 1,5 na skalach gęstości czerni. Ich rozgałęziona morfologia poprawia przenoszenie farby z komórek graweru, minimalizując jednocześnie nadmierne przenikanie – kluczowe dla precyzyjnej reprodukcji kropek na papierach powlekanych.

Farby grawurowe wodne a rozpuszczalnikowe: ocena przydatności podłoży

Zalety farb wodnych dla podłoży papierowych i tekturowych

Farby wodne do druku głębokiego stały się głównym wyborem przy drukowaniu na papierze i tekturze ze względu na korzyści dla środowiska oraz ich skuteczność. Farby te zawierają około 60–70 procent wody, co redukuje emisję lotnych związków organicznych o nawet 85 procent w porównaniu z tradycyjnymi rozpuszczalnikowymi alternatywami. Niski zakres lepkości, wynoszący od 50 do 150 milipaskali na sekundę, pozwala im przenikać w porowate włókna papieru, zapewniając równomierną kolorystykę na całej powierzchni nadruku oraz szybkie wysychanie w temperaturach od 80 do 100 stopni Celsjusza. Kolejną dużą zaletą jest całkowicie brak zapachu oraz zgodność z normami FDA i przepisami Unii Europejskiej dotyczącymi bezpośredniego kontaktu z produktami spożywczymi, co czyni je szczególnie odpowiednimi do zastosowań w opakowaniach, gdzie bezpieczeństwo żywności jest najwyższym priorytetem producentów.

Dlaczego farby rozpuszczalnikowe są lepsze do druku na niemieszczących foliach plastikowych

Farby drukarskie na bazie rozpuszczalników doskonale przylegają do materiałów takich jak folie polipropylenowe (PP) i polietylenowe (PE), gdy stosuje się specyficzne mieszaniny żywic i rozpuszczalników. Podczas nanoszenia, typowe rozpuszczalniki, takie jak octan etylu lub toluen, tymczasowo niszczą powierzchnię tych folii. Gdy rozpuszczalniki odparowują w ciągu około 10 a nawet do 30 sekund w temperaturze od 60 do 80 stopni Celsjusza, pozostawiają drobne punkty zakotwiczenia, które poprawiają przyczepność farby. Cały ten mechanizm działa przeciwko tzw. niskiej energii powierzchniowej, która zazwyczaj wynosi od około 28 do 31 dyn/cm. Efekt? Wartości wytrzymałości na odrywanie przekraczające 2,5 N na 15 mm. Dla osób pracujących z połyskłymi, metalizowanymi powierzchniami PET, te opcje na bazie rozpuszczalników zachowują połyskową fakturę, jednocześnie zapobiegając rozpływaniu się farby lub jej rozprzestrzenianiu w niepożądanych miejscach.

Dodatki poprawiające działanie farb wodnych

Trzy kategorie dodatków poprawiających funkcjonalność farb wodnych:

1. Powierzchniowo czynne (0,5–1,5%) : Obniżenie napięcia powierzchniowego z 72 mN/m do 35–40 mN/m, poprawiające zwilżalność folii PE/PP
2. Grubniki (pochodne gumy ksyantanowej) : Dostosowanie lepkości do zakresu 80–300 mPa·s w celu kontrolowanego nanoszenia farby drukarskiej na powierzchnie pokryte warstwą ochronną
3. Środki przeciwpieniące (mieszanki silikonowe/glikolowe) : Zapobieganie tworzeniu się mikropęcherzyków podczas szybkobieżnego drukowania (300–500 m/min)

Nowoczesne rozwiązania obejmują dodatki nano-sylisy, które zwiększają odporność na ścieranie o 40% na podłożach pokrytych parafiną.

Trend: Opakowania ekologiczne napędzają przyjęcie ekofarby

Rynek opakowań ekologicznych rośnie w tempie 7,2% rocznie do 2030 roku, a farby wodne są obecnie stosowane w 38% zastosowań sitodruku. Wiodące marki coraz częściej wymagają farb zawierających ponad 95% biodegradowalnych składników i mniej niż 5% dodatków zawierających APEO. Zgodnie z badaniem przeprowadzonym w 2023 roku przez FlexTech Alliance, hybrydowe systemy UV-wodne zmniejszają zużycie energii o 30%, zachowując jednocześnie trwałość na recyklingowym PET.

Poprawa przylegania farby dzięki obróbkom powierzchniowym i ulepszeniom chemicznym

Traktowanie koronowe i plazmowe: zwiększanie energii powierzchniowej dla lepszego przylegania farby

Energia powierzchniowa odgrywa dużą rolę w tym, jak dobrze farba przylega, szczególnie do trudnych plastików o niskiej energii, takich jak polietylen (PE) i polipropylen (PP). W przypadku traktowania koronowego podaje się wysokie napięcie na materiał, tworząc środowisko bogate w ozon, które zmienia chemię powierzchni. Ten proces może zwiększyć wartość napięcia powierzchniowego z zakresu 30–45 dyn/cm, w zależności od warunków. Istnieje również traktowanie plazmowe, podczas którego gaz przeprowadzany jest przez pole elektryczne, tworząc jony, które bezpośrednio modyfikują cząsteczki podłoża. Dzięki temu powierzchnie stają się łatwiejsze do zwilżenia, co pozwala drukarzom uzyskać lepsze rezultaty – farba lepiej przylega, nawet do tych trudnych materiałów filmowych bezporyzowych, powszechnie stosowanych obecnie w przemyśle opakowaniowym.

Środki poprawiające przyczepność i grunty do folii polietylenowych i polipropylenowych

Primerów chemicznych używa się do rozwiązywania problemów przylegania na PE i PP. Promotory oparte na silanach tworzą wiązania kowalencyjne między podłożem a farbą, zwiększając wytrzymałość na odrywanie o 30–40%. W zastosowaniach związanych z żywnością dostępne są wodne roztwory primerów, które są przyjazne dla środowiska i nie naruszają integralności połączenia.

Łączenie obróbki powierzchni z dodatkami funkcjonalnymi w celu trwałego nadruku

Najlepsze rezultaty dają podejścia kompleksowe: folie aluminiowe poddane obróbce plazmowej, nadrukowane trwałoświetlnymi farbami grawiurującymi, zachowują 95% intensywności koloru po 500 godzinach przyspieszonego starzenia. Dodanie środków przeciwpoślizgowych (0,5–1,5%) zmniejsza współczynnik tarcia o 40%, chroniąc nadruki przed ścieraniem podczas transportu i manipulacji.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Jakie czynniki wpływają na przyleganie i trwałość farb grawiurujących?

Przyleganie i trwałość farb grawiurujących zależą od rodzaju podłoża, energii powierzchniowej, porowatości, odpowiedniego doboru farb oraz metod modyfikacji powierzchni, takich jak utlenianie koronowe lub obróbka plazmowa.

Jakie są najczęstsze podłoża stosowane w drukowaniu grawiurą?

Typowymi podłożami są papier, folie BOPP/PET oraz folie aluminiowe, z których każde ma określone wymagania dotyczące składu farby w celu zapewnienia optymalnego przylegania i właściwości użytkowych.

Dlaczego energia powierzchniowa jest ważna w drukowaniu grawiurowym?

Energia powierzchniowa wpływa na stopień zwilżania podłoża przez farbę oraz na siłę wiązania się farby z nim. Podłoża o wysokiej energii powierzchniowej charakteryzują się lepszym przyleganiem farby niż te o niskiej energii powierzchniowej.

W czym różnią się farby rozpuszczalnikowe od farb wodnych?

Farby rozpuszczalnikowe lepiej nadają się do nieprzepuszczalnych podłoży, takich jak folie plastikowe, dzięki silnemu przyleganiu i szybkiemu schnięciu. Farby wodne są preferowane dla podłoży przepuszczalnych, takich jak papier, ze względu na korzyści dla środowiska.

Jaką rolę odgrywają dodatki w działaniu farb wodnych?

Dodatki takie jak środki powierzchniowo czynne, zagęszczacze i defoamatory poprawiają działanie farb wodnych, zwiększając zdolność zwilżania, lepkość oraz zapobiegając powstawaniu pęcherzy.