Как выбрать чернила для глубокой печати, подходящие для различных материалов основы?

Понимание свойств субстрата и их влияния на эффективность гравировочной краски

Роль типа субстрата в адгезии и долговечности гравировочной краски

Принцип работы глубокой печати сильно зависит от типа материала, на который наносится краска. При работе с пористыми материалами, такими как обычная бумага, чернила впитываются в поверхность благодаря микроскопическим отверстиям, которые втягивают их посредством капиллярного действия, создавая своего рода механическое сцепление. Совершенно иная ситуация возникает при использовании непроницаемых поверхностей, например пленок из пластика. В этом случае чернила должны прилипать химически, то есть полимерные молекулы должны на молекулярном уровне образовывать связи с поверхностью, на которую они наносятся. Отдельные сложности возникают при печати на металлической фольге. Для таких материалов требуются специальные составы чернил, способные гнуться и растягиваться на последующих этапах производства, не разрушаясь и не трескаясь под воздействием напряжений при складывании, формовке или других операциях после печати.

Распространённые материалы-основы в глубокой печати: бумага, пластиковые плёнки и металлическая фольга

• Бумага : Требуются быстросохнущие чернила для предотвращения растекания (поверхностная энергия 35–45 дин/см)
• Плёнки BOPP/PET : Требует использования растворных чернил (поверхностная энергия ≥ 38 дин/см после обработки)
• Алюминиевая фольга : Используются специализированные чернила с термостойкостью до 160 °C

Поверхностная энергия и пористость: как они влияют на смачивание чернилами и адгезию

Материалы с поверхностной энергией ниже 36 дин/см, такие как обычный полиэтилен без предварительной обработки, как правило, отталкивают стандартные глубокопечатные чернила. Пористость материала определяет, насколько глубоко чернила проникнут в него. Например, газетная бумага может впитывать от 12 до 18 граммов чернил на квадратный метр, тогда как покрытые подложки для картонных упаковок обычно поглощают всего 4–6 граммов на квадратный метр. Хорошее смачивание достигается, когда поверхностное натяжение чернил на 2–5 миллиньютонов на метр ниже поверхностной энергии самого субстрата. Такая разница обеспечивает надёжную адгезию без избыточного накопления чернил.

Проблема: слабая адгезия чернил на плёнках с низкой поверхностной энергией, таких как ПЭ и ПП

Необработанные пленки на основе полиолефинов (28–31 дин/см) являются причиной около 60 % случаев плохой адгезии при глубокой печати. Обработка коронным разрядом повышает поверхностную энергию полипропилена до 40–44 дин/см, увеличивая сцепление краски до 300 %. Пламенная обработка служит долговечной альтернативой, поддерживая поверхностную энергию выше 38 дин/см в течение 8–12 недель при нормальных условиях хранения.

Основные критерии подбора краски для глубокой печати с учетом характеристик субстрата

Адгезия, скорость высыхания и гибкость: ключевые эксплуатационные требования

Получение хороших результатов при глубокой печати действительно зависит от правильных свойств краски. Что касается адгезии, разные материалы требуют разного подхода. Пористые бумаги лучше всего работают с красками, которые могут проникать в них за счёт капиллярного действия, но пленки из пластика — это совершенно другая история. Для них требуются специальные полярные смолы, которые фактически химически связываются с поверхностью. Также важен фактор времени высыхания. Бумага обычно высыхает примерно за секунду, что означает необходимость использования растворителей, которые испаряются медленнее. Металлические фольги совершенно иные — им требуется состав, который затвердевает как можно быстрее. И наконец, нужно учитывать гибкость. Для эластичных материалов, таких как пленки ПЭ, краска должна растягиваться вместе с материалом, не растрескиваясь. Большинство специалистов ищут краски, способные выдерживать удлинение как минимум на 3 %, прежде чем начнут появляться трещины при деформации материала.

Соответствие состава краски поглощаемости основы и термостойкости

Такая согласованность предотвращает дефекты, такие как отслаивание на покрытой бумаге или удержание растворителя в многослойных пленках. Для упаковки с термосвариваемым слоем чернила должны выдерживать температуру 120–140 °C в термотоннелях без изменения цвета.

Требования к эксплуатации: устойчивость к истиранию, абразивному износу и долговечность печати

Для промышленного применения производительность должна быть предельно стабильной. Гравировальные чернила должны выдерживать не менее 500 циклов на приборе для испытания на истирание Sutherland в соответствии со стандартом ASTM D5264. Также они не должны показывать износ более чем на 10 % после прохождения 1000 циклов испытания на истирание по методу Табера. Что касается устойчивости к УФ-излучению, составы должны сохранять цветовую стабильность даже после нахождения под светом в течение 500 часов. Значение Delta E должно оставаться ниже 2,0, что означает, что цвета не сильно отклоняются от своего первоначального вида — это особенно важно для продуктов, используемых на открытом воздухе. Упаковка для пищевых продуктов представляет собой совершенно иную задачу. Нанесённые здесь чернила должны сохраняться даже после стерилизации при температуре 121 градус Цельсия и давлении 15 psi в течение получаса. И, разумеется, они должны соответствовать всем требованиям, изложенным в FDA 21 CFR Раздел 175.300, касающимся материалов, контактирующих с пищевыми продуктами непосредственно.

Выбор смол и пигментов для оптимальной совместимости чернил с основой

Эффективная глубокая печать требует точного согласования химии краски и физики основы. Правильный выбор смол и пигментов обеспечивает прочное сцепление, четкое воспроизведение и долговечность.

Типы смол для высокопроизводительных основ: ПЭТ, ОПП и непористые пленки

Полиуретановые смолы предпочтительны для полиэтилентерефталата (ПЭТ) и ориентированного полипропилена (ОПП) благодаря их химической стойкости и гибкости. Модифицированные акрилатные сополимеры показали сохранение прочности соединения на уровне 98 % после термоциклирования на непористых поверхностях. Нитроцеллюлозные смолы по-прежнему широко используются для металлизированных фольг, где важны быстрое высыхание и высокий блеск.

Стратегии диспергирования пигментов для водных глубокопечатных красок на пористой бумаге

В водных системах пигментные частицы размером менее 5¼м обеспечивают эффективное проникновение в волокна бумаги без растушевки. Современное измельчение с использованием бусин из диоксида циркония достигает 95% эффективности диспергирования, обеспечивая стабильность цвета при высокоскоростной печати и снижая расход чернил на 15–20% по сравнению с традиционными методами.

Структура сажи и её влияние на проникновение чернил и интенсивность цвета

Сажи с высокой структурой (размер агрегатов: 200–300 нм) обеспечивают превосходное поглощение света, достигая значений L* ниже 1,5 по шкалам плотности чёрного цвета. Их разветвлённая морфология улучшает передачу чернил из гравировальных ячеек, одновременно минимизируя чрезмерное проникновение — важный фактор для получения чёткого отображения точек на покрытых бумагах.

Водные и растворительные глубокопечатные чернила: оценка пригодности для различных основ

Преимущества водных чернил для бумажных и картонных основ

Водные гравировальные чернила стали предпочтительным выбором для печати на бумаге и картонных материалах благодаря своим экологическим преимуществам и высокой эффективности. Эти чернила содержат около 60–70 процентов воды, что снижает выбросы летучих органических соединений до 85 процентов по сравнению с традиционными растворителями. Их низкая вязкость в диапазоне от 50 до 150 миллипаскалей в секунду позволяет им проникать в пористые волокна бумажных изделий, обеспечивая равномерное цветовое покрытие по всей поверхности отпечатка при быстром высыхании при температуре от 80 до 100 градусов Цельсия. Еще одним важным преимуществом является то, что эти чернила полностью не имеют запаха и соответствуют стандартам FDA и нормативам Европейского союза в отношении прямого контакта с пищевыми продуктами, что делает их особенно подходящими для упаковочных применений, где безопасность продуктов питания является первостепенной задачей для производителей.

Почему растворные чернила лучше подходят для непористых пленок из пластика

Гравировочные краски на основе растворителей очень хорошо прилипают к таким материалам, как пленки из полипропилена (PP) и полиэтилена (PE), при использовании специфических смесей смол и растворителей. При нанесении распространенные растворители, такие как этилацетат или толуол, временно разрушают поверхность этих пленок. По мере испарения этих растворителей примерно за 10–30 секунд при температуре от 60 до 80 градусов Цельсия, образуются микроскопические точки сцепления, способствующие лучшему закреплению краски. Этот механизм эффективно преодолевает так называемую низкую поверхностную энергию, которая обычно составляет от 28 до 31 дин/см. Результат — показатели прочности на отрыв, превышающие 2,5 Ньютона на 15 миллиметров. Для тех, кто работает с блестящими металлизированными поверхностями PET, такие варианты на основе растворителей сохраняют глянцевый блеск, а также предотвращают растекание или распространение краски в нежелательных местах.

Добавки, повышающие эффективность водных красок

Три категории добавок улучшают функциональность водных красок:

1. ПАВ (0,5–1,5%) : Снижение поверхностного натяжения с 72 мН/м до 35–40 мН/м, улучшение смачивания на пленках PE/PP
2. Загустители (производные ксантановой камеди) : Регулирование вязкости до 80–300 мПа·с для контролируемого нанесения краски на покрытые основы
3. Антивспениватели (смеси на основе силикона/полигликоля) : Предотвращение образования микропузырьков при высокоскоростной печати (300–500 м/мин)

Современные инновации включают добавки нано-кремнезема, повышающие стойкость к истиранию на восковых покрытиях на 40%

Тренд: устойчивая упаковка стимулирует внедрение экологичных чернил

Рынок устойчивой упаковки растет со среднегодовым темпом 7,2% до 2030 года, при этом водные чернила сегодня используются в 38% гравюрных применений. Ведущие бренды всё чаще указывают требования к чернилам с содержанием более 95% биоразлагаемых компонентов и менее 5% добавок, содержащих АПЭО. Согласно исследованию FlexTech Alliance 2023 года, гибридные УФ-водные системы снижают энергопотребление на 30%, сохраняя долговечность на переработанном ПЭТ

Улучшение адгезии чернил за счет обработки поверхности и химических модификаций

Обработка коронным разрядом и плазмой: повышение поверхностной энергии для улучшения сцепления чернил

Поверхностная энергия играет важную роль в том, насколько хорошо чернила прилипают к поверхности, особенно на сложных пластиках с низкой энергией, таких как полиэтилен (PE) и полипропилен (PP). При коронном разряде к материалу подводится высокое напряжение, создающее озонированную среду, которая изменяет поверхностную химию. Этот процесс может повысить показатели поверхностного натяжения от 30 до 45 дин/см в зависимости от условий. Существует также плазменная обработка, при которой газ пропускается через электрическое поле, образуя ионы, которые непосредственно изменяют молекулы субстрата. Это делает поверхности значительно более смачиваемыми, что позволяет добиться лучшего результата при печати — чернила надежно прилипают даже к этим трудным непористым пленочным материалам, широко используемым сегодня в упаковочной промышленности.

Адгезионные добавки и праймеры для пленок из полиэтилена и полипропилена

Химические праймеры решают проблемы адгезии на полиэтилене и полипропилене. Праймеры на основе силана образуют ковалентные связи между основой и чернилами, увеличивая прочность на отрыв на 30–40%. Для применений, связанных с продуктами питания, водные праймеры предлагают экологически чистый вариант без ущерба для прочности соединения.

Сочетание обработки поверхности с функциональными добавками для долговечной печати

Комплексные подходы дают наилучшие результаты: алюминиевая фольга с плазменной обработкой, напечатанная УФ-стойкими глубокопечатными чернилами, сохраняет 95% цветовой прочности после 500 часов ускоренного старения. Введение антифрикционных агентов (0,5–1,5%) снижает коэффициент трения на 40%, защищая отпечатки от истирания при транспортировке и обращении.

ЧаВо: Часто задаваемые вопросы

Какие факторы влияют на адгезию и долговечность глубокопечатных чернил?

Адгезия и долговечность глубокопечатных чернил зависят от типа основы, поверхностной энергии, пористости, использования соответствующих чернил и обработки поверхности, такой как коронный разряд или плазменная обработка.

Какие распространенные основы используются в глубокой печати?

Распространенными субстратами являются бумага, пленки BOPP/PET и алюминиевые фольги, каждый из которых имеет определенные требования к составу чернил для обеспечения оптимальной адгезии и производительности.

Почему поверхностная энергия важна при глубокой печати?

Поверхностная энергия влияет на то, насколько хорошо чернила смачивают поверхность и прилипают к субстрату. Субстраты с высокой поверхностной энергией, как правило, обеспечивают лучшую адгезию чернил по сравнению с низкоэнергетическими.

Чем отличаются растворительные чернила от водных?

Растворительные чернила лучше подходят для непористых субстратов, таких как пленки из пластика, благодаря своей сильной адгезии и быстрому высыханию. Водные чернила предпочтительнее для пористых субстратов, таких как бумага, из-за их экологических преимуществ.

Какую роль добавки играют в работе водных чернил?

Добавки, такие как поверхностно-активные вещества, загустители и антивспениватели, улучшают характеристики водных чернил, повышая смачиваемость, вязкость и предотвращая образование пузырьков.