หมึกฟลิ้อกซ์ใดที่มีแรงยึดเกาะสูงบนฟิล์ม PE/OPP

เหตุใดหมึกฟลิ้อกซ์ทั่วไปจึงล้มเหลวบนฟิล์ม PE และ OPP

พลังงานผิวต่ำและความไม่มีขั้ว: อุปสรรคหลักต่อการยึดเกาะ

ฟิล์มโพลีเอทิลีน (PE) และฟิล์มโอไรเอนเต็ดโพลีโพรพิลีน (OPP) มีพลังงานผิวต่ำตามธรรมชาติ โดยทั่วไปต่ำกว่า 35 ไดน์ต่อเซนติเมตร นอกจากนี้ยังประกอบด้วยโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว ส่วนหมึกพิมพ์ฟเล็กโซกราฟิกส่วนใหญ่ทำงานโดยการสร้างพันธะผ่านปฏิกิริยาที่มีขั้ว ซึ่งหมายความว่าหมึกเหล่านี้ไม่สามารถยึดเกาะกับวัสดุประเภทไฮโดรคาร์บอนชนิดนี้ได้ดี หากไม่มีการบำบัดผิว จะเกิดเพียงการยึดเกาะทางกายภาพที่อ่อนแอ แทนที่จะเป็นพันธะเคมีที่แข็งแรงระหว่างหมึกกับฟิล์ม ส่งผลให้เกิดปัญหารูปพิมพ์หลุดลอกออกขณะประมวลผล หรือลอกออกเมื่อสัมผัสกับแรงจากการจัดการตามปกติ วัสดุเหล่านี้มักผลักไสหมึกฟเล็กโซกราฟิกแบบน้ำออกไปเนื่องจากคุณสมบัติที่สะท้อนน้ำ ในขณะเดียวกัน ตัวเลือกแบบใช้ตัวทำละลายอาจหดตัวขณะแห้ง ทำให้เกิดแรงตึงเครียดที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นหมึกกับฐานวัสดุ เพื่อให้เกิดการยึดเกาะที่เหมาะสม พื้นผิวจำเป็นต้องมีค่าอย่างน้อย 38 ไดน์/ซม. ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ฟิล์ม PE ที่ไม่ผ่านการบำบัดส่วนใหญ่มีค่าเพียงประมาณ 31 ไดน์/ซม. เท่านั้น ตามที่รายงานล่าสุดในวารสาร Packaging Innovation Journal (2023) ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมการบำบัดพิเศษจึงยังคงจำเป็นสำหรับคุณภาพงานพิมพ์ที่ดี

ข้อบกพร่องจากการเปียกไม่เพียงพอและการลอกชั้นที่ผิวสัมผัสในงานพิมพ์ฟเล็กโซ

หมึกฟลิ้กโซ่มักมีปัญหาเมื่อถูกนำไปใช้กับฟิล์มพลังงานต่ำ เนื่องจากแรงตึงผิวของหมึกมักสูงกว่าค่าที่พื้นผิวของวัสดุนั้นสามารถรองรับได้ที่จุดวิกฤติ เมื่อเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ ผลลัพธ์ที่ตามมาก็ชัดเจนสำหรับทุกคนที่เคยทำงานกับวัสดุเหล่านี้: หมึกไม่แผ่กระจายอย่างทั่วถึงบนพื้นผิว แต่กลับกลายเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกกันว่า 'เอฟเฟกต์เปลือกส้ม' โดยหมึกจะหดตัวกลับตัวเองจนกลายเป็นหยดน้ำเล็กๆ แทนที่จะสร้างชั้นฟิล์มที่เรียบเนียนสม่ำเสมอตามต้องการ ที่ความเร็วในการพิมพ์สูงซึ่งพบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมการผลิต ช่องว่างขนาดเล็กจะเริ่มเกิดขึ้นระหว่างหมึกกับวัสดุโดยตรง ช่องว่างเหล่านี้ทำให้ความชื้นจากอากาศภายนอกซึมเข้ามา หรือสร้างจุดที่รับแรงเครียด ซึ่งในท้ายที่สุดอาจนำไปสู่ปัญหาการแตกร้าวได้ในอนาคต ตามการวิจัยอุตสาหกรรมล่าสุดที่เผยแพร่โดยสมาคมเทคโนโลยีฟลิ้กโซ่ (Flexographic Technical Association) ในปี 2022 พบว่า ปัญหาด้านคุณภาพประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ทั้งหมดที่เกิดขึ้นบนวัสดุ PE และ OPP ล้วนมีต้นตอมาจากปัญหาการเปียกตัวของหมึก (wetting problems) น้ำหมึกสูตรมาตรฐานส่วนใหญ่ไม่มีสารช่วยทำให้เปียก (wetting agents) หรือสารยึดเกาะพิเศษที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงแก้วต่ำ (low glass transition temperature binders) มากพอที่จะยึดติดกับพื้นผิวที่ลื่นและไม่มีขั้วไฟฟ้า (non-polar surfaces) ได้อย่างแท้จริง ผลก็คือ ผลิตภัณฑ์จะเริ่มหลุดลอกออกมาเร็วกว่าที่ควรจะเป็น ทันทีที่เข้าสู่เครื่องบรรจุภัณฑ์ในสายการผลิต

การเตรียมพื้นผิว: ขั้นตอนก่อนการเคลือบที่สำคัญเพื่อให้หมึกฟลิโคลยด์เกาะติดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การรักษาด้วยคอรอน่า: เป้าหมายระดับไดน์ (38–42 ไดน์/ซม.) และข้อจำกัดของอายุการเก็บรักษาที่ใช้ได้จริง

วิธีการปล่อยประจุโคโรนา (corona discharge) ยังคงจำเป็นอยู่มาก หากเราต้องการให้หมึกเฟล็กโซ (flexo) ยึดติดได้อย่างเหมาะสมกับฟิล์ม PE และ OPP ที่มีพลังงานผิวต่ำ ซึ่งมีอยู่ในท้องตลาด สิ่งที่เกิดขึ้นคือกระบวนการนี้จะทำให้ผิวของฟิล์มเกิดออกซิเดชันผ่านการไอออไนซ์ด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยเพิ่มระดับไดน์ (dyne) ให้อยู่ที่ประมาณ 38-42 ไดน์ต่อเซนติเมตร นี่ถือเป็นช่วงค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคุณสมบัติการแพร่ตัวของหมึกที่ดี แต่ก็มีข้อเสียอยู่อย่างหนึ่ง คือ พื้นผิวที่ผ่านการรักษานี้มักเสื่อมสภาพตามเวลา เนื่องจากปัจจัยเช่น การเคลื่อนตัวของสายโซ่โพลิเมอร์ หรือสารเติมแต่งเริ่มเคลื่อนตัวออกจากผิวหน้า ฟิล์มส่วนใหญ่จะคงคุณสมบัติการยึดติดที่ดีที่สุดไว้ได้เพียงประมาณ 1 ถึง 8 สัปดาห์หลังการรักษาพื้นผิว และทราบไหมอีกว่า อุณหภูมิในการจัดเก็บที่สูงขึ้นและระดับความชื้นที่มากขึ้น จะเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพนี้อย่างมาก สำหรับผู้จัดการโรงงาน หมายความว่าการติดตามวันที่ทำการรักษาพื้นผิวเทียบกับกำหนดการพิมพ์ที่ต้องใช้งาน มีความสำคัญอย่างยิ่ง มิฉะนั้น อาจเสี่ยงต่อปัญหาการยึดติดที่ไม่ดี ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการผลิตด้วยความเร็วสูง และนำไปสู่ความสูญเสียทางเศรษฐกิจได้

การรักษาด้วยพลาสมาและเปลวไฟในฐานะทางเลือกประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานฟลิเอ็กซ์โซที่ต้องการสูง

หากการรักษาด้วยโคโรน่าไม่ได้ผล กระบวนการพลาสมาและการเผาไหม้จะเข้ามาเป็นทางเลือกที่ดีกว่าสำหรับงานพิมพ์ฟลิออที่มีความยากสูง พลาสมาทำงานโดยการปล่อยแก๊สที่ถูกไอออไนซ์ไปยังวัสดุ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงผิวอย่างล้ำลึกและสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้ค่าไดน์ (dyne) สูงกว่า 50 ไดน์ต่อเซนติเมตรอย่างต่อเนื่อง แม้จะต้องทำงานกับรูปร่างและเส้นโค้งที่ซับซ้อน Flame treatment ใช้วิธีที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง ด้วยการใช้เปลวไฟที่ควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อเผาชั้นผิวของวัสดุบางส่วนออก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานกับแผ่นพลาสติกหนาและชิ้นส่วนสามมิติที่ซับซ้อน สิ่งที่ทำให้สองวิธีนี้แตกต่างจากกระบวนการโคโรน่าแบบธรรมดา คือ ความทนทานที่ยาวนานกว่าก่อนต้องทำการรักษาซ้ำ และสามารถต้านทานปัจจัยต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของความชื้นและการสัมผัสสารเคมีได้ดีกว่ามาก บริษัทบรรจุภัณฑ์จึงพึ่งพาเทคโนโลยีเหล่านี้อย่างหนักสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องคงสภาพการปิดผนึกได้อย่างเหมาะสมในร้านขายของชำและคลังสินค้า ในขณะที่ผู้ผลิตเลือกใช้วิธีเหล่านี้เมื่อฉลากของพวกเขาจำเป็นต้องติดแน่นตลอดกระบวนการขนส่งและการจัดเก็บที่มีการจัดการอย่างรุนแรง

สูตรหมึกฟเล็กโซที่ออกแบบมาเพื่อการยึดติดกับ PE/OPP

ระบบเรซิน: โพลีโพรพิลีนที่มีคลอรีน (CPP), แอคริลิกที่ผ่านการปรับปรุง, และไฮบริด PU-แอคริลิก

เรซินพิเศษได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อให้ยึดติดกับพื้นผิวฟิล์มที่มีพลังงานต่ำ ซึ่งกาวทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้ เช่น โพลีโพรพิลีนที่ถูกคลอรีน (CPP) เมื่อนำมาใช้งาน จะเพิ่มขั้วไฟฟ้าจากองค์ประกอบของคลอรีน ซึ่งทำให้เกิดพันธะทางเคมีในระดับโมเลกุลระหว่าง CPP กับวัสดุอย่าง PE หรือ OPP ซึ่งถือว่าเป็นสิ่งที่น่าประทับใจมาก อย่างไรก็ตาม สูตรอะคริลิกที่ปรับปรุงแล้วมีคุณสมบัติอีกแบบหนึ่ง กล่าวคือสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 130 องศาเซลเซียส ทำให้มีความจำเป็นอย่างยิ่งในการผลิตบรรจุภัณฑ์ที่ต้องผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน นอกจากนี้ยังมีไฮบริด PU-อะคริลิกอีกด้วย ซึ่งเป็นการผสมผสานที่ชาญฉลาด ช่วยรวมเอาความยืดหยุ่นและความต้านทานต่อสารเคมีไว้ด้วยพันธะขวางของยูรีเทน ผู้ผลิตอาหารนิยมใช้ชนิดนี้สำหรับบรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์แช่แข็ง เพราะสามารถคงความแข็งแรงไว้ได้ตลอดหลายรอบการละลายและแช่แข็งซ้ำโดยไม่หลุดลอกหรือเสื่อมสภาพ

ตัวช่วยยึดเกาะและสารยึดเกาะที่มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงจากการเป็นแก้วต่ำ: เพื่อความยืดหยุ่นโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ

สูตรหมึกทันสมัยในปัจจุบันมีการใช้สารกระตุ้นการยึดติดที่มีส่วนประกอบของซิเลน ซึ่งสามารถยึดเกาะกับพื้นผิวฟิล์มได้ในระดับโมเลกุล โดยสร้างพันธะเคมีที่แข็งแรงระหว่างชั้นหมึกกับวัสดุชนิดไม่ขั้วที่มีลักษณะเหนียวเหล่านี้ สารยึดเกาะพิเศษชนิด low-Tg เหล่านี้ยังคงความยืดหยุ่นแม้อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ลงไปจนถึงลบ 40 องศาเซลเซียส ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวขณะขนส่งสินค้า เมื่อส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างเหมาะสม จะช่วยลดปัญหาหมึกหลุดลอกได้เกือบ 90% เมื่อเทียบกับหมึกฟลิโคลกราฟิกทั่วไป นอกจากนี้ งานพิมพ์ยังคงความคมชัดและชัดเจนหลังผ่านการทดสอบการโค้งงอหลายร้อยครั้ง ตามผลการวิจัยที่เผยแพร่โดยสมาคมเทคโนโลยีฟลิโคลกราฟิกในปี 2022 การมีประสิทธิภาพเช่นนี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในงานบรรจุภัณฑ์ที่ต้องการความทนทานเป็นสำคัญ

คำถามที่พบบ่อย

อะไรทำให้ฟิล์ม PE และ OPP เป็นวัสดุที่ท้าทายสำหรับหมึกฟลิโคลกราฟิกทั่วไป

ฟิล์ม PE และ OPP มีพลังงานผิวต่ำและโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว ซึ่งทำให้หมึกพิมพ์ฟเล็กโซที่อาศัยการยึดติดจากปฏิกิริยาของโมเลกุลที่มีขั้วเกิดปัญหาในการยึดเกาะ

แรงตึงผิวมีบทบาทอย่างไรในปัญหาการพิมพ์ฟเล็กโซ

ปัญหาการพิมพ์ฟเล็กโซ เช่น ปรากฏการณ์ผิวส้ม เกิดขึ้นเมื่อแรงตึงผิวของหมึกฟเล็กโซสูงกว่าความสามารถของพื้นผิววัสดุ ทำให้หมึกไม่สามารถแผ่ตัวได้อย่างเหมาะสม และนำไปสู่การหลุดลอก

การบำบัดพื้นผิวช่วยเพิ่มการยึดเกาะของหมึกฟเล็กโซได้อย่างไร

การบำบัดพื้นผิว เช่น การใช้คอรอน่า พลาสมา และเปลวไฟ จะช่วยเพิ่มระดับไดน์ (dyne levels) ซึ่งส่งผลให้การยึดเกาะดีขึ้น และลดปัญหา เช่น การดูดซึมน้ำและความเครียดสะสม

มีความก้าวหน้าใดบ้างในสูตรหมึกพิมพ์ฟเล็กโซ

สูตรหมึกพิมพ์ฟเล็กโซในปัจจุบันมีการรวมเรซินพิเศษ สารช่วยยึดเกาะ และสารยึดเหนี่ยวที่มีค่า Glass Transition Temperature ต่ำ (low-Tg binders) เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะและความยืดหยุ่น โดยเฉพาะบนวัสดุที่มีพลังงานต่ำซึ่งต้องการคุณสมบัติสูง