Cum alegeți cerneala gravură potrivită pentru diferite materiale suport?

Înțelegerea proprietăților materialelor suport și impactul acestora asupra performanței cernelii gravură

Rolul tipului de material suport în aderența și durabilitatea cernelii gravură

Modul în care funcționează cerneala de la imprimatele tipografice depinde în mare măsură de tipul materialului pe care este imprimată. Atunci când se lucrează cu materiale poroase, cum ar fi hârtia obișnuită, cerneala pătrunde efectiv în suprafață datorită găurilor minuscule care o atrag prin acțiune capilară, creând un fel de aderență mecanică. Situația se schimbă complet atunci când se lucrează cu suprafețe neporoase, cum ar fi filmele plastice. În acest caz, cerneala trebuie să adere chimic, ceea ce înseamnă că moleculele polimerice trebuie să se lege la nivel molecular cu materialul pe care este imprimată. Apoi există imprimarea pe folie metalică, care prezintă propriile provocări. Aceste materiale necesită cerneală special formulată, care poate fi îndoită și întinsă în timpul etapelor ulterioare de fabricație fără a se rupe sau crapa sub stresul îndoirii, modelării sau altor operațiuni post-imprimare.

Materiale comune suport utilizate în imprimarea tipografică: hârtie, filme plastice și folii metalice

• Hârtie : Necessită cerneală cu uscare rapidă pentru a preveni scurgerea (energie superficială de 35–45 dyne/cm)
• Filme BOPP/PET : Necesită cerneală pe bază de solvenți (energie de suprafață ≥ 38 dyne/cm după tratament)
• Foi de Aluminiu : Utilizează cerneală specializată cu stabilitate termică până la 160°C

Energia de suprafață și porozitatea: Cum influențează udarea și aderarea cernelii

Materialele cu energie de suprafață sub 36 dyne/cm, cum ar fi polietilena obișnuită netratată, resping în general cerneala standard pentru gravură. Porozitatea unui material determină adâncimea până la care cerneala pătrunde în acesta. De exemplu, hârtia de ziar poate absorbi între 12 și 18 grame pe metru pătrat de cerneală, în timp ce suporturile din carton acoperit absorb de regulă doar 4-6 grame pe metru pătrat. O udare bună se obține cel mai bine atunci când tensiunea superficială a cernelii este cu aproximativ 2-5 milinewtoni pe metru mai mică decât energia de suprafață oferită de substrat. Această diferență permite o aderență corespunzătoare fără acumularea excesivă de cerneală.

Provocare: Aderență slabă a cernelii pe filme cu energie scăzută de suprafață, cum ar fi PE și PP

Filmele din poliolefine netratate (28–31 dyne/cm) reprezintă aproximativ 60% din eșecurile de aderență în tipografiile cu clichet. Tratarea cu coroană electrică crește energia de suprafață a PP la 40–44 dyne/cm, îmbunătățind fixarea cernelii cu până la 300%. Tratarea cu flacără oferă o alternativă durabilă, menținând energia de suprafață de peste 38 dyne/cm timp de 8–12 săptămâni în condiții normale de depozitare.

Criterii esențiale pentru potrivirea cernelei de tipografie cu caracteristicile suportului

Aderența, viteza de uscare și flexibilitatea: Cerințe cheie de performanță

Obținerea unor rezultate bune în tipografia cu cliché gravat depinde în mod esențial de ajustarea corectă a proprietăților cernelei. În ceea ce privește aderența, materialele diferite necesită abordări diferite. Hârtiile poroase funcționează cel mai bine cu cernele care pot pătrunde în ele prin acțiune capilară, dar în cazul foliilor plastice situația este complet diferită. Acestea necesită rășini polare speciale care se leagă chimic de suprafață. Factorul timpului de uscare este de asemenea important. Hârtia se usuca de obicei în aproximativ o secundă, ceea ce înseamnă că trebuie să utilizăm solvenți care evaporă mai lent. Foliile metalice sunt complet diferite — au nevoie de compuși care se întăresc cât mai rapid posibil. Iar apoi trebuie luată în considerare și flexibilitatea. Pentru materiale elastice precum foliile de PE, cerneala trebuie să poată fi întinsă împreună cu materialul fără să se crăpeze. Majoritatea specialiștilor caută cernele care pot suporta cel puțin 3% alungire înainte ca materialul deformat să înceapă să prezinte crăpături.

Potrivirea formulei cernelei cu absorbția suportului și stabilitatea termică

Această aliniere previne defecte precum crăparea pe hârtia acoperită sau retenția de solvenți în filmele multistrat. Pentru ambalaje termosudabile, cernelurile trebuie să reziste la temperaturi de 120–140°C în tunelele de căldură fără a se decolora.

Cerințe de performanță: Rezistență la frecare, rezistență la abraziune și durată lungă a imprimării

Pentru aplicații industriale, performanța trebuie să fie extrem de fiabilă. Cernelele gravură trebuie să reziste cel puțin 500 de cicluri pe testerele Sutherland conform standardului ASTM D5264. De asemenea, nu ar trebui să prezinte o uzură mai mare de 10% după 1.000 de cicluri în testul de abraziune Taber. În ceea ce privește stabilitatea la UV, formulele trebuie să-și mențină consistența culorilor chiar și după expunerea timp de 500 de ore sub lumină. Valoarea Delta E trebuie să rămână sub 2,0, ceea ce înseamnă, practic, că nu apare o deviere semnificativă a culorii față de aspectul inițial — un aspect foarte important pentru produsele utilizate în exterior. Ambalajele pentru alimente ridică o cu totul altă provocare. Cernelele aplicate aici trebuie să rămână intacte chiar și după procesele de sterilizare la 121 grade Celsius și o presiune de 15 psi timp de jumătate de oră. Și, desigur, trebuie să respecte toate reglementările prevăzute în FDA 21 CFR Secțiunea 175.300 privind materialele care vin în contact direct cu alimentele.

Selectarea Rezinelor și Pigmenților pentru Compatibilitate Optimă Cerneală-Suport

Tiparul eficient prin gravură necesită o aliniere precisă între chimia cernelii și fizica suportului. Alegerea rezinelor și pigmentilor potriviți asigură o adeziune puternică, o reprodusie clară și o durabilitate pe termen lung.

Tipuri de rășini pentru suporturi de înaltă performanță: PET, OPP și filme neporoase

Rășinile pe bază de poliuretan sunt preferate pentru poliester (PET) și polipropilenă orientată (OPP) datorită rezistenței chimice și flexibilității lor. Copolimerii acrilici modificați au demonstrat o retenție a rezistenței la îmbinare de 98% după cicluri termice pe suprafețe neporoase. Rășinile din nitroceluloză rămân larg utilizate pentru folii metalice unde uscarea rapidă și luciul ridicat sunt esențiale.

Strategii de dispersie a pigmentilor pentru cernele tip gravură pe bază de apă pe hârtie poroasă

În sistemele pe bază de apă, particulele de pigment sub 5¼m asigură o penetrare eficientă în fibrele hârtiei fără efect de „împrăștiere”. Măcinarea avansată cu bile din oxid de zirconiu realizează o eficiență de dispersie de 95%, susținând o nuanță uniformă în rulări rapide și reducând consumul de cerneală cu 15–20% în comparație cu metodele convenționale.

Structura negrului de carbon și efectul acesteia asupra penetrării cernelii și intensității culorii

Negrul de carbon cu structură înaltă (dimensiunea agregatului: 200–300nm) oferă o absorbție superioară a luminii, atingând valori L* sub 1,5 pe scările de densitate a negrului. Morfologia sa ramificată îmbunătățește transferul cernelii din celulele gravurii, minimizând în același timp supra-penetrarea – esențial pentru o reproductie clară a punctelor pe hârtiile peliculate.

Cerneluri gravură pe bază de apă vs. pe bază de solvent: Evaluarea potrivirii suportului

Avantajele cernelurilor pe bază de apă pentru suporturi din hârtie și carton

Cernealele gravură pe bază de apă au devenit alegerea preferată pentru imprimarea pe hârtie și carton datorită beneficiilor lor de mediu și eficienței ridicate. Aceste cerneale conțin aproximativ 60-70 la sută apă, ceea ce reduce emisiile de compuși organici volatili cu până la 85 la sută în comparație cu alternativele tradiționale pe bază de solvenți. Vâscozitatea lor scăzută, între 50 și 150 milipascal secunde, le permite să pătrundă în fibrele poroase ale produselor de hârtie, asigurând o acoperire uniformă a culorii pe suprafețele imprimate, în timp ce se usucă rapid la temperaturi între 80 și 100 de grade Celsius. Un alt avantaj major este faptul că aceste cerneale sunt complet fără miros și respectă atât standardele FDA, cât și reglementările Uniunii Europene privind contactul direct cu alimente, ceea ce le face deosebit de potrivite pentru aplicații de ambalare în care siguranța alimentară este o preocupare esențială pentru producători.

De ce cernealele pe bază de solvenți se remarca pe filme plastice neporoase

Cernelurile de gravură pe bază de solvenți aderă foarte bine la materiale precum filmele din polipropilenă (PP) și polietilenă (PE), atunci când se folosesc amestecuri specifice de rășini și solvenți. La aplicare, solvenții obișnuiți, cum ar fi acetatul de etil sau toluenul, degradează temporar suprafața acestor filme. Pe măsură ce acești solvenți se usucă în aproximativ 10 până la 30 de secunde, la temperaturi între 60 și 80 de grade Celsius, lasă în urmă puncte minuscule de ancorare care ajută cerneala să adere mai bine. Întregul mecanism acționează împotriva ceea ce se numește energie scăzută a suprafeței, care în mod tipic variază între aproximativ 28 și 31 dynes pe centimetru. Rezultatul? Valori ale rezistenței la desprindere care depășesc 2,5 Newtoni pe 15 milimetri. Pentru cei care lucrează cu suprafețe strălucitoare metalizate din PET, aceste variante pe bază de solvenți mențin aspectul lucios, dar opresc în același timp cerneala să curgă sau să se întindă acolo unde nu trebuie.

Aditivi care îmbunătățesc performanța cernelelor pe bază de apă

Treisprezece categorii de aditivi îmbunătățesc funcționalitatea cernelelor pe bază de apă:

1. Tensioactivi (0,5–1,5%) : Reduce tensiunii superficiale de la 72 mN/m la 35–40 mN/m, îmbunătățind udarea pe filmele din PE/PP
2. Îngroșători (derivați ai gumei xantan) : Ajustarea vâscozității la 80–300 mPa·s pentru o aplicare controlată a cernelei pe cartoanele acoperite
3. Antispumante (amestecuri de silicon/poli-glicol) : Prevenirea formării microbulelor în timpul imprimării la viteză mare (300–500 m/min)

Inovațiile recente includ aditivi din nano-silice care cresc rezistența la frecare cu 40% pe suporturi acoperite cu ceară.

Tendință: Ambalajele durabile stimulează adoptarea cernelei ecologice

Piața ambalajelor durabile crește cu un CAGR de 7,2% până în 2030, cernelurile pe bază de apă fiind utilizate în prezent în 38% dintre aplicațiile de tip gravură. Marcajele principale solicită din ce în ce mai des cerneluri care conțin peste 95% componente biodegradabile și sub 5% aditivi conținând APEO. Conform unui studiu din 2023 realizat de FlexTech Alliance, sistemele hibride UV-apă reduc consumul de energie cu 30%, menținând în același timp durabilitatea pe PET reciclat.

Îmbunătățirea adezivității cernelei prin tratamente de suprafață și îmbunătățiri chimice

Tratamentele cu coroană și plasmă: Creșterea energiei de suprafață pentru o aderență mai bună a cernelei

Energia de suprafață are un rol important în ceea ce privește modul în care cerneala aderă, în special pe acele materiale plastice cu energie scăzută, cum ar fi polietilena (PE) și polipropilena (PP). În cazul tratamentului cu coroană, se aplică practic o tensiune înaltă peste material, ceea ce creează un mediu bogat în ozon care modifică chimia de suprafață. Acest proces poate crește măsurătorile tensiunii superficiale între 30 și 45 dyn/cm, în funcție de condiții. Apoi există tratamentul cu plasmă, unde se trece un gaz prin câmpuri electrice, creând ioni care modifică efectiv moleculele substratului. Acest lucru face ca suprafețele să fie mult mai ușor de udificat, astfel încât imprimantele obțin rezultate mai bune, cu cerneala care aderă corespunzător, chiar și pe aceste materiale filmice neporoase, des întâlnite în industria ambalajelor de astăzi.

Promotori de aderență și grunduri pentru filme din polietilenă și polipropilenă

Amorsele chimice rezolvă problemele de aderență pe PE și PP. Promotorii pe bază de silan creează legături covalente între substrat și cerneală, crescând rezistența la desprindere cu 30–40%. Pentru aplicații sigure în contact cu alimente, amorsele pe bază de apă oferă o opțiune ecologică fără a compromite integritatea adezivă.

Combinarea tratamentului superficial cu aditivi funcționali pentru imprimări durabile

Abordările integrate oferă cele mai bune rezultate: foliile de aluminiu tratate cu plasmă, imprimate cu cerneală gravură rezistentă la UV, își păstrează 95% din intensitatea culorii după 500 de ore de îmbătrânire accelerată. Incorporarea agenților antiaderenți (0,5–1,5%) reduce coeficientul de frecare cu 40%, protejând imprimările de abraziune în timpul transportului și manipulării.

Întrebări frecvente: Întrebări frecvente

Ce factori afectează aderența și durabilitatea cernelii gravură?

Aderența și durabilitatea cernelii gravură sunt influențate de tipul substratului, energia superficială, porozitatea, utilizarea cernelurilor adecvate și tratamentele superficiale precum corona sau plasmele.

Care sunt suporturile obișnuite utilizate în imprimarea tipografică?

Suporturile obișnuite includ hârtie, filme BOPP/PET și folii de aluminiu, fiecare având cerințe specifice pentru formularea cernelurilor pentru a asigura o adeziune și o performanță optimă.

De ce este importantă energia de suprafață în imprimarea tipografică?

Energia de suprafață influențează cât de bine se întinde și se lipește cerneala pe un suport. Suporturile cu energie de suprafață ridicată tind să aibă o adeziune mai bună a cernelii comparativ cu cele cu energie de suprafață scăzută.

Cum diferă cernelurile pe bază de solvent de cernelurile pe bază de apă?

Cernelurile pe bază de solvent sunt mai potrivite pentru suporturi neporoase precum filmele plastice datorită aderentei puternice și uscării rapide. Cernelurile pe bază de apă sunt preferate pentru suporturi poroase precum hârtia, datorită beneficiilor lor de mediu.

Ce rol joacă aditivii în performanța cernelurilor pe bază de apă?

Aditivii precum surfactanții, ingroșatorii și anti-spumantele îmbunătățesc performanța cernelurilor pe bază de apă prin îmbunătățirea udării, vâscozității și prevenirii formării de bule.