EN
Почему стандартные флексографические краски не обеспечивают адгезию к пленкам PE и OPP
Низкая поверхностная энергия и неполярность: основное препятствие для адгезии
Полиэтиленовые (PE) и ориентированные полипропиленовые (OPP) пленки по своей природе обладают очень низкой поверхностной энергией, как правило, ниже 35 дин/см, а также состоят из неполярных молекул. Большинство флексографских чернил работают за счет образования связей посредством полярных взаимодействий, что означает, что они плохо прилипают к таким углеводородным материалам. При отсутствии обработки поверхности мы получаем лишь слабые физические соединения вместо прочных химических связей между чернилами и пленкой. Это приводит к проблемам, когда напечатанные изображения стираются в процессе обработки или отслаиваются под воздействием обычных механических нагрузок. Эти материалы, как правило, отталкивают водные флексографские чернила из-за своих водоотталкивающих свойств. В то же время растворительные составы могут уменьшаться в объеме при высыхании, создавая напряжение на границе раздела между слоем чернил и основой. Для обеспечения надлежащей адгезии поверхность должна достигать, по крайней мере, 38 дин/см согласно отраслевым стандартам. К сожалению, большинство необработанных полиэтиленовых пленок достигают всего около 31 дин/см, как сообщалось недавно в журнале Packaging Innovation Journal (2023), что объясняет необходимость специальной обработки для достижения высокого качества печати.
Недостаточное смачивание и межфазное расслоение при флексографской печати
У флексографских чернил часто возникают проблемы при нанесении на пленки с низкой поверхностной энергией, поскольку их поверхностное натяжение, как правило, превышает критический предел, который может выдержать материал-основа. Далее происходит то, что знакомо каждому, кто работал с такими материалами: чернила неравномерно растекаются по поверхности. Вместо этого наблюдается так называемый эффект «апельсиновой корки», когда чернила собираются в мелкие капли, а не образуют желаемый гладкий и равномерный слой. При высоких скоростях печати, характерных для производственных условий, между чернилами и самим материалом фактически образуются микроскопические зазоры. Эти промежутки пропускают влагу из окружающего воздуха или создают точки напряжения, которые в дальнейшем могут привести к растрескиванию. Согласно недавним отраслевым исследованиям, опубликованным Ассоциацией флексографской техники (Flexographic Technical Association) в 2022 году, примерно 60 процентов всех дефектов качества на подложках из полиэтилена (PE) и ориентированного полипропилена (OPP) обусловлены именно проблемами смачивания. Большинство стандартных рецептур чернил просто не содержат достаточного количества смачивающих добавок или специальных пленкообразователей с низкой температурой стеклования, необходимых для надежного сцепления с такими скользкими неполярными поверхностями. В результате продукция начинает преждевременно отслаиваться уже на упаковочных машинах на производственной линии.
Подготовка поверхности: Критическая предварительная обработка для надежного сцепления флексографических чернил
Коронный разряд: Целевой уровень дин (38–42 дин/см) и практические ограничения срока хранения
Метод коронного разряда по-прежнему практически необходим, если мы хотим, чтобы флексографские краски хорошо прилипали к таким полимерным пленкам с низкой поверхностной энергией, как ПЭ и ОПП. Суть процесса заключается в том, что поверхность пленки окисляется путем электрической ионизации, в результате чего уровень дин повышается до 38–42 дин/см. Именно это значение является оптимальным для обеспечения хорошего смачивания краской. Однако существует одна проблема: обработанные поверхности со временем теряют свои свойства из-за подвижности полимерных цепей и миграции добавок от поверхности. Большинство таких пленок сохраняют наилучшие адгезионные свойства всего около 1–8 недель после обработки. И что самое интересное? Повышенная температура хранения и высокая влажность значительно ускоряют этот процесс деградации. Для руководителей производств крайне важно точно отслеживать сроки проведения обработки и планировать печать соответственно. В противном случае они рискуют столкнуться с дорогостоящими проблемами адгезии прямо во время скоростных производственных циклов.
Плазменная и пламенная обработка как высокопроизводительные альтернативы для сложных флексографических применений
Если коронный разряд не справляется, плазменная и газопламенная обработки становятся лучшими вариантами для сложных заданий флексографской печати. Плазменная обработка заключается в воздействии на материалы ионизированным газом, что создаёт гораздо более глубокие и равномерные изменения поверхности, поддерживая значения дин выше 50 дин/см, даже при работе со сложными формами и контурами. Газопламенная обработка использует совершенно иной подход — она применяет тщательно контролируемое пламя, которое по сути сжигает отдельные поверхностные слои материала, что делает её особенно эффективной для обработки толстых пластиковых листов и сложных трёхмерных деталей. То, что действительно отличает эти два метода от обычной коронной обработки, — это длительность сохранения эффекта до необходимости повторной обработки, а также их значительно большая устойчивость к колебаниям влажности и воздействию химикатов с течением времени. Компании по производству упаковки активно используют эти методы для продукции, которая должна надёжно герметизироваться в продуктовых магазинах и складских помещениях, а производители прибегают к ним всякий раз, когда необходимо, чтобы этикетки оставались на месте при интенсивном обращении во время транспортировки и хранения.
Формулы флексографских чернил, разработанные для адгезии к ПЭ/ОПП
Смолы: хлорированный полипропилен (ХПП), модифицированные акрилаты и гибриды полиуретана с акрилатами
Были разработаны специальные смолы, способные прилипать к трудным низкоэнергетическим пленочным поверхностям, где обычные клеи просто не работают. Возьмем, к примеру, хлорированный полипропилен (CPP). При нанесении он добавляет хлорсодержащую полярность, которая на молекулярном уровне создает химические связи между CPP и такими материалами, как PE или OPP. Это действительно впечатляюще. Однако модифицированные акриловые составы предлагают нечто совсем иное — они выдерживают температуры выше 130 градусов по Цельсию, что делает их абсолютно необходимыми при производстве упаковки, предназначенной для стерилизационных процессов. И нельзя забывать также о гибридах полиуретана и акрила. Эти умные комбинации объединяют гибкость и устойчивость к химикатам благодаря уретановым поперечным связям. Производители пищевых продуктов предпочитают их для упаковки замороженной продукции, поскольку такие составы сохраняют целостность при многократных циклах замораживания и оттаивания, не отслаиваясь и не теряя прочности.
Промоторы адгезии и связующие с низкой температурой стеклования: обеспечение гибкости без потерь в характеристиках
Современные составы чернил теперь включают праймеры адгезии на основе силана, которые фактически прилипают к поверхностям пленки на молекулярном уровне, образуя прочные химические связи между слоями чернил и этими капризными неполярными материалами. Эти специальные связующие с низкой температурой стеклования остаются гибкими даже при температурах ниже точки замерзания — вплоть до минус 40 градусов Цельсия, что предотвращает распространение трещин во время транспортировки продукции. Когда эти компоненты правильно работают вместе, они сокращают проблемы с отслаиванием чернил почти на 90% по сравнению с обычными флексографическими чернилами. Кроме того, согласно исследованию, опубликованному Ассоциацией флексографической техники еще в 2022 году, напечатанные изображения остаются четкими и резкими после сотен циклов изгибания. Такая производительность имеет большое значение в упаковочных решениях, где долговечность является критически важной.
Часто задаваемые вопросы
Что делает пленки PE и OPP трудными для стандартных флексографических чернил?
ПЭ и ОПП пленки обладают низкой поверхностной энергией и неполярными молекулами, что затрудняет адгезию стандартных флексографских красок, основанных на полярных взаимодействиях.
Какова роль поверхностного натяжения в проблемах флексографской печати?
Проблемы флексографской печати, такие как эффект «апельсиновой корки», возникают, когда поверхностное натяжение флексографских красок превышает способность основы, что препятствует правильному растеканию краски и приводит к расслоению.
Как методы обработки поверхности улучшают адгезию флексографских красок?
Методы обработки поверхности, такие как коронный разряд, плазменная и пламенная обработка, повышают уровень дин, улучшая адгезию и снижая проблемы, связанные с поглощением влаги и точками напряжения.
Какие достижения существуют в формулировках флексографских красок?
Современные формулировки флексографских красок включают специализированные смолы, улучшители адгезии и связующие с низкой температурой стеклования (Tg), что способствует лучшей адгезии и эластичности, особенно на сложных низкоэнергетических основах.