Какой скорости высыхания должны обладать растворительные краски для эффективной печати на полиэтиленовых пакетах?

Роль скорости высыхания в эффективности растворителя и печати

Как скорость высыхания влияет на качество печати, адгезию и производительность производства

Скорость высыхания растворителя играет большую роль при получении качественной печати, хорошего сцепления и бесперебойной работы производства. Если чернила высыхают слишком быстро, например менее чем за 15 секунд, они часто недостаточно хорошо прилипают к полиэтиленовым пленкам, с которыми мы работаем, что означает реальную возможность смазывания чернил при обращении с напечатанными материалами. Проблемы возникают и в том случае, если чернила сохнут дольше 30 секунд. Это довольно часто происходит в наших высокоскоростных флексографских установках, где мы видим образование смазов повсюду. Замедление из-за этих проблем может снизить нашу производительность примерно на 40 процентов, когда через печатную машину одновременно проходят несколько проходов.

Различия в сушке между стандартными и экосольвентными чернилами на полиэтилене

Стандартные растворители на основе толуола или ксилола высыхают на 20–25% быстрее, чем экологичные альтернативы, на необработанном полиэтилене низкой плотности (LDPE). Однако экологичные чернила лучше работают на короне-обработанных пленках, несмотря на их более высокие температуры кипения (130–160°C против 90–120°C), обеспечивая практичный компромисс между низкими выбросами летучих органических соединений (VOC) и надежными показателями сушки.

Сбалансированность быстрого высыхания и риска дефектов: образование корки, засорение и туманообразование

Когда сушка усиливается слишком сильно, возникают три основные проблемы. Прежде всего, образование поверхностной пленки происходит, когда на поверхности чернил формируется тонкий слой (толщиной около 0,5–2 микрометра). Это создает барьер, который удерживает растворители под поверхностью, что приводит к образованию пузырей. Другой распространенной проблемой являются засоры сопел. Исследования показывают, что почти 80% случаев выхода из строя печатающих головок в системах с быстрой сушкой связаны с тем, что смолы начинают затвердевать внутри сопел. Также существует проблема, связанная с воздушным потоком. Если скорость воздушного потока превышает 3,2 метра в секунду в этих сушильных туннелях, образуется туман. Мелкие частицы чернил попадают в воздух (менее 10 микрометров), что приводит к загрязнению как печатаемых материалов, так и самих машин.

Типичный оптимальный диапазон сушки: 15–30 секунд при температуре 60–80°C для флексографии и глубокой печати

Исследования показали, что для высушивания чернил-растворителей на полиэтиленовых пленках толщиной от 40 до 60 микрометров наиболее эффективно применение температуры около 70 плюс-минус 5 градусов Цельсия в течение примерно 22–28 секунд. При сушке в этом режиме большая часть растворителя полностью испаряется, оставляя лишь следовые количества влаги, менее 0,3 процента. Поверхностная отделка остается довольно стабильной, отклонения в блеске обычно остаются в пределах 5 процентов от одной партии к другой. Для процессов печати глубокой (ротогравюрной) сушка происходит немного быстрее, так как здесь используются гораздо более тонкие слои чернил — примерно от 8 до 12 микрометров. Обычно для таких установок требуется всего 15–20 секунд. Флексографская печать занимает больше времени, поскольку наносимые слои чернил более толстые, обычно требуется 25–30 секунд для правильной сушки пленок толщиной около 15–20 микрометров. Специалисты отрасли, применяющие инфракрасный контроль во время производства, сообщают о значительных улучшениях. Они отмечают, что объем переделок снижается примерно на две трети по сравнению с тем, что происходит, когда параметры сушки недостаточно оптимизированы.

Характеристики субстрата и их влияние на высыхание растворителя

Проблемы энергии поверхности с пленками LDPE и HDPE

Пленки LDPE и HDPE создают проблемы адгезии из-за низкой поверхностной энергии (30–34 дин/см), что приводит к плохому смачиванию и таким проблемам, как точечные отверстия и снижение плотности цвета. Для решения этого, у растворителей должно быть поверхностное натяжение ≥30 мН/м. Даже при этом долговечность при механических нагрузках остается ограниченной без обработки поверхности.

Обработанные и необработанные поверхности: влияние на впитывание чернил и равномерность высыхания

Обработанные пленки улучшают равномерность высыхания на 40–60% по сравнению с необработанными, благодаря микропористым слоям, которые регулируют впитывание растворителя. На необработанных поверхностях 70% растворителя испаряется вертикально через слой чернил, увеличивая риск образования пузырьков. Напротив, обработанные субстраты способствуют боковому диффузионному потоку, обеспечивая более равномерное высыхание и более высокую прочность пленки.

Повышение эффективности сушки с помощью коронного разряда и модификации поверхности

При нанесении коронного разряда на материалы из полиэтилена низкой плотности (LDPE) или полиэтилена высокой плотности (HDPE), уровень их поверхностной энергии повышается до 38–42 дин/см за счёт окислительных процессов. Это позволяет поверхностям гораздо лучше сцепляться с растворителями на молекулярном уровне. Наши испытания флексографской печати показали довольно впечатляющие результаты при применении коронного разряда около 50 Вт/м². Время высыхания сократилось почти на четверть, адгезия улучшилась почти на треть, а количество дефектов снизилось почти на 30%. Обработка пламенем тоже работает, но не обеспечивает такого же повышения показателей эффективности. Для высокоскоростной печати на пакетах комбинирование плазменной обработки с особыми растворителями с высокой полярностью может сократить циклы сушки на 30–45 секунд без ущерба для оптических стандартов качества (менее 2% мутности остаётся допустимым).

Влияющие на высыхание растворителей условия окружающей среды и процессы

Контроль температуры и влажности в помещениях с высокой скоростью печати

Поддержание температуры окружающей среды на уровне 22–24°C и относительной влажности 45–55% обеспечивает стабильную производительность сушки. Высокая влажность замедляет испарение, вызывая скопление чернил на полиэтилене, а низкая влажность ускоряет высыхание и повышает риск засоров. В помещениях с контролируемым климатом количество дефектов печати снижается на 18–22% по сравнению с неконтролируемыми пространствами. Датчики в реальном времени позволяют вносить динамические корректировки в зависимости от сезонных изменений, минимизируя простой.

Оптимизация воздушного потока в сушильных туннелях для предотвращения закупорки и распыления чернил

Хороший контроль воздушного потока снижает проблемы с туманообразованием чернил, которые могут вызывать потери материала на 12–15 % во время процессов гравировальной печати. При правильной установке сопел они способствуют равномерному распределению воздуха по поверхности, поэтому время высыхания остается довольно стабильным с отклонением около двух секунд. Система поперечного потока позволяет удалять растворители примерно на тридцать процентов быстрее по сравнению с традиционными вертикальными системами воздушного потока, не нарушая при этом свойств адгезии. А для тех, кто работает с материалами LDPE с низким энергопотреблением, крайне важно поддерживать уровень турбулентности ниже пяти процентов, так как в противном случае пленка чернил сильно искажается.

Инфракрасное или конвекционное сушение: компромисс между энергоэффективностью и равномерностью сушки

Инфракрасная сушка на самом деле использует на 30–40 % меньше энергии по сравнению с традиционными системами горячего воздуха, потому что она нагревает слой чернил напрямую, а не прогревает всю окружающую среду. Но есть нюанс при работе с неровными поверхностями. Они могут привести к тому, что отдельные участки станут слишком горячими, иногда достигая температуры свыше 90 градусов Цельсия, что может повредить смолу в процессе. Многие предприятия сейчас применяют гибридные подходы, при которых инфракрасная сушка используется на начальном этапе, а затем для финальной стадии переключаются на горячий воздух. Такое сочетание обычно поддерживает уровень влажности в пределах 5% разницы по всей продукции и позволяет сэкономить около четверти затрат на энергию. Стоит отметить, что инфракрасная сушка особенно хорошо работает с материалами, которые были должным образом обработаны грунтовкой заранее. Горячий воздух, как правило, лучше работает с пленками, обработанными коронным разрядом, где поверхностное натяжение превышает 38 дин/см.

Стратегии формулирования чернил для контроля кинетики высыхания

Подбор смесей растворителей: быстро, средне и медленно испаряющиеся компоненты

Хороший контроль высыхания сводится к правильному подбору смеси растворителей. Существует три основные категории: быстрые, такие как ацетон, средние по скорости, например, этилацетат, и медленно испаряющиеся, включая метилэтилцеллозольв. Большинство людей считают, что смешивание их примерно в соотношении 70/20/10 довольно хорошо работает для достижения высыхания поверхностей в течение 15–30 секунд при работе с полиэтиленом при температуре около 60 градусов Цельсия. Быстро испаряющиеся растворители начинают процесс высыхания на поверхности, но на самом деле основную работу под поверхностью выполняют медленные компоненты. Они помогают предотвратить так называемое «самоуплотнение» (skinning), позволяя удерживаемым растворителям постепенно выходить, вместо того чтобы оставаться внутри и вызывать проблемы в дальнейшем.

Выбор смол и пигментов для стабильной дисперсии при быстром высыхании

Акриловые и нитроцеллюлозные смолы предпочтительнее благодаря своей стабильности при быстром высыхании, сохраняя дисперсию пигментов даже при скорости испарения выше 0,5 г/м²·с. Микронизированные пигменты (<5 мкм) уменьшают оседание на 40% по сравнению с традиционными сортами, обеспечивая стабильность цвета в течение высокоскоростных процессов.

Добавки, которые точно регулируют высыхание, не снижая блеска или гибкости

Модификаторы растекания на основе силикона (0,5–1,5% по массе) улучшают выравнивание и увеличивают время открытой пленки на 8–12 секунд. Добавки с уретановой модификацией помогают сохранить более 85 единиц блеска и обеспечивают удлинение при разрыве на уровне 200%, что критично для гибкой упаковки, требующей прочности.

Снижение засорения сопел и образования поверхностной пленки в системах быстросохнущих растворителей для печати

Для минимизации отложений на печатающей головке, высокоэффективные растворители должны содержать менее 3% ЛОС. Производные циклогексанона, используемые в качестве сорастворителей, снижают вероятность образования поверхностной пленки на 60% в гравировальных машинах, работающих на скорости 200 м/мин. Поддержание температуры в красочном лотке в диапазоне 45–55°C предотвращает преждевременное увеличение вязкости, которое может привести к дефектам печати.

Измерение и оптимизация эффективности сушки для получения стабильных результатов

Непрерывный контроль с использованием ИК-датчиков и анализаторов влажности

ИК-датчики и емкостные анализаторы влажности обеспечивают постоянный контроль процесса сушки, определяя уровень остаточного растворителя с погрешностью 0,5%. Эти системы автоматически регулируют температуру сушилки (±5°C) и скорость конвейера, что позволяет сократить простои в производстве из-за проблем с адгезией или блокировкой на 18–22% по сравнению с ручным контролем.

Использование метода планирования экспериментов (DOE) для оптимизации параметров сушки

Использование статистических методов, таких как планирование экспериментов (DOE), помогает производителям настраивать свои процессы сушки структурированным образом. Недавнее исследование из журнала Journal of Industrial Print Processes за 2024 год изучало именно это применительно к полиэтиленовым пакетам. Они использовали так называемый метод поверхности отклика, чтобы найти оптимальные параметры: около 68 градусов Цельсия для температуры воздуха, примерно 2,2 метра в секунду для скорости воздушного потока и выдержку около 23 секунд перед продолжением процесса. Полученные результаты довольно впечатляющие: эти настройки сократили потребление энергии почти на треть по сравнению со стандартными практиками. В то же время поддерживалось высокое качество, с показателем адгезии чернил на пакетах 99,2 процента даже после двенадцати часов непрерывной работы.

Сравнение эффективности сушки при различных скоростях печати и плотностях чернил

Печатники устанавливают базовые параметры, тестируя производительность растворителей на скоростях печати (150–550 фут/мин) и толщине слоя чернил (1,8–2,5 мкм). Данные показывают, что при скорости выше 400 фут/мин снижение плотности чернил на 0,3 г/м³ предотвращает образование тумана, сохраняя непрозрачность и сокращая использование растворителя на 19%. Эти эталонные показатели обеспечивают более высокую производительность без ущерба для полноты высыхания.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Каково оптимальное время высыхания растворителей?

Оптимальное время высыхания растворителей, особенно на пленках из полиэтилена, обычно составляет от 15 до 30 секунд в зависимости от метода печати и толщины пленки.

Как коронное разрядное воздействие влияет на высыхание чернил?

Коронное разрядное воздействие повышает поверхностную энергию пленок, таких как LDPE и HDPE, улучшая адгезию чернил и значительно сокращая время высыхания.

Каковы риски быстрого высыхания чернил?

Быстрое высыхание чернил может привести к таким проблемам, как образование поверхностной пленки, засоры и туманообразование, что может повлиять на качество печати и увеличить затраты на техническое обслуживание оборудования.

Почему контроль окружающей среды важен при печати?

Соблюдение заданных температуры и влажности окружающей среды обеспечивает стабильное высыхание, минимизирует дефекты печати и оптимизирует эффективность производства.