3. Обеспечивать графическую (геометрическую) и градационную (то есть тоновую) точность воспроизведения оригинала. [12]

При изготовлении продукции флексографским способом применяются краски, которые должны соответствовать требованиям перечисленным выше.

Печатные краски, применяемые в сфере упаковки, состоят из нескольких компонентов, каждый из которых выполняет специальную функцию. Прежде всего, каждая печатная краска имеет красящее вещество. Следующим компонентом рецептуры является связующее вещество для фиксирования красящего вещества на запечатываемом материале. Добавки придают формированию краски специфические свойства и во взаимодействии с основным связующим веществом определяют профиль свойств и применения печатной краски. Во флексографической печати, в отличие от офсетной, используются краски низкой вязкости, поэтому содержание растворителя довольно высокое (см. рис.8).

Рис.8 - Состав флексографических красок на основе растворителя для сферы упаковки

Типы флексографских красок в зависимости от способа закрепления их на оттиске:

1. водорастворимые, закрепляющиеся путем впитывания и испарения;

2. на основе летучих растворителей (чаще всего это спиртовые или спирторастворимые краски), закрепляющиеся путем испарения;

3. УФ - отверждаемые, закрепляющиеся посредством УФ - излучения (см. Табл.4).

Таблица 4 - Характеристики основных типов красок [13]

Наиболее экологичными и удобными в работе являются водорастворимые краски.

В них основным растворителем является вода или смесь воды и спирта (0-5%) (этанол или изопропанол). Эти краски используются при печати на впитывающих материалах (таких как бумага, картон, гофрокартон, самоклейка).

В качестве связующего для водоразбавляемых красок применяют, главным образом, кислые смолы (акрилаты, полиакрилаты, в редких случаях малеинаты, либо уретан) или водные дисперсии кислых смол.

Процесс закрепления краски происходит следующим образом: акриловая смола (связующее), которая сама не растворима в воде, омыляется аммиаком, переводится в краску; аммиак при отверждении испаряется. Изображение на оттиске получается матовым, что иногда предпочтительнее глянцевого, например, при печати на гофрированном картоне. [13]

Краски на основе летучих растворителей закрепляются за счет испарения растворителя. Наиболее распространенными растворителями являются спирты (этанол, изопропанол), производные гликолей (этоксипропанол, метоксипропилацетат), кетоны (ацетон, метилэтилкетон), углеводороды (бензин, циклогексан) и эфиры (этилацетат, изопропилацетат). Краски на основе растворителей содержат наибольшее количество разнообразных типов связующего: природные смолы (шеллак), модифицированные природные смолы (нитроцеллюлоза, канифоли, алкидные смолы) и искусственные смолы (полиамиды, сополимеры винила, полиэфиры, полиуретан, кетоновые смолы). [13] Эти краски менее экологичные, но дешевле, чем водорастворимые; при этом спиртовые краски обладают значительно лучшей прилипанием, и оттиск имеет больший глянец, что помимо прочих причин также важно для внешнего вида рассматриваемой упаковки.

В настоящее время в качестве связующих в красках на основе растворителей используются следующие вещества:

1. Производные целлюлозы;

2. Полиамидные смолы;

3. Продукты полимеризации винила;

4. Полиэфир, полиуретан, кетоновые смолы, акриловые смолы.

Во всех красках используются органические пигменты, за исключением черной (сажа) и белой (диоксид титана). [14]

Краски на основе растворителей в отличие от УФ - и водоразбавляемых красок практически универсальны. Материалы с самыми различными свойствами и химической структурой, такие как бумага, картон (впитывающие подложки), алюминиевая фольга и большой спектр пленок (невпитывающие подложки) могут ими запечатываться. Применение красок на основе растворителей обеспечивает все необходимые стойкостные характеристики оттиска. [13]

Среди красок на органических растворителях распространены двухкомпонентные краски, применяемые, когда краска не должна разрушаться под действием других красок или воды, например для упаковки подлежащих замораживанию продуктов.

При производстве пакетов с запаянными краями (упаковка, скрепляемая нагреванием) следует использовать краску, устойчивую к сварке. Для пакетов со сваренными краями из соэкструдированной полипропиленовой пленки на сварочных швах которых нанесена печатная краска, в последнее время применяются двухкомпонентные грунтовые белила с однокомпонентными цветными красками. У нашего образца предусмотрены поля для сварки.

Краски

УФ-отверждения используют для печати по впитывающим и невпитывающим подложкам. Их отличает отличное качество печати, высокий глянец, высокая световая, механическая и химическая устойчивость. Как правило, применяют УФ-краски при печати этикеток из бумаги и полиолефиновых пленок, печати на тубах, картоне, бумажных и полиэтиленовых пакетах, изготовлении этикеток из ОРР, печати на технических пленках, а также на алюминиевых пластинках для молочных продуктов и кормов для животных. [13]

УФ-краски показывают наилучшие результаты печати: высокую линиатуру растрового изображения за счет минимального растекания (до 65 лин/см), постоянная вязкость в процессе печати вследствие отсутствия растворителя и как следствие точность цветопередачи, адекватное воспроизведение всех цветовых оттенков, стабильность цветового баланса при печати тиража, короткое время закрепления и в то же время отсутствие засыхания краски в печатной секции без воздействия УФ-лучей. [13] Этим краскам свойственно достаточное прилипание к любому запечатываемому материалу. Закрепление красок на оттиске происходит практически мгновенно за счет реакции фотополимеризации.

Состав красок УФ-отверждения (он не зависит от способа печати, а краски для разных способов различаются только конкретными типами веществ и различными добавками, отвечающими за специфику способов печати и за адгезию к различным запечатываемым материалам) таков:

1. Мономер - как правило, соединение сравнительно невысокого молекулярного веса и низкой вязкости, содержащее двойные связи и, следовательно, способное к полимеризации. Мономер является растворителем или разбавителем для остальных составляющих композиции. Изменяя содержание мономера, обычно регулируют вязкость системы.

2. Олигомер - органическое соединение, способное к полимеризации и к сополимеризации с мономером ненасыщенное соединение большего, чем мономер, молекулярного веса. Это вязкие жидкости, либо твердые вещества. Условием их совместимости с мономером является растворимость в последнем. В основном именно природой олигомера определяются многие печатно-технические и потребительские свойства УФ-отверждаемых покрытий. В качестве олигомеров и мономеров наибольшее распространение находят олигоэфир - и олигоуретанакрилаты, а также различные ненасыщенные полиэфиры.

3. Фотоинициатор - важнейший компонент УФ-красок. Полимеризация мономеров под действием УФ-излучения может протекать без участия каких-либо других соединений, но довольно медленно. Для ускорения реакции в композицию вводят небольшие количества фотоинициатора - органического низкомолекулярного соединения, играющего роль сиккатива и способного под действием УФ-излучения генерировать (распадаться) на свободные радикалы и/или ионы, инициирующие цепную реакцию полимеризации связующего (переход из жидкого состояния в твердое). Такой тип полимеризации называется фотоинициированной. Наличие фотоинициатора определяет как многие характеристики процесса отверждения (скорость фотополимеризации, широту экспонирования), так и свойства полученных покрытий. В качестве фотоинициаторов находят применение производные бензофенона, антрахинона, тиоксантона, асцилфосфиноксиды, пероксипроизводные и т.д. [13]

Помимо неоспоримых достоинств краски УФ-отверждения обладают и рядом существенных неостатков: высокая стоимость (в среднем на 25-40% дороже "обычных" красок), большой расход энергии, применение в малоформатных машинах с шириной полотна до 450 мм секционного построения, так как в машинах планетарного построения УФ-сушка сопровождается чрезмерным нагревом печатного цилиндра. Хотя в последнее время появились так называемые холодные УФ сушки (лампы) и это может явиться существенным фактором в расширении УФ-печати; аллергенность их компонентов и необходимость отвода выделяющегося озона при работе УФ-сушки, которые негативно влияют на здоровье человека; должны перемешиваться, и на них ни в коем случае не должен воздействовать дневной свет (в который входит и длинноволновая ультрафиолетовая составляющая); при печати УФ-красками на полимерных пленках может возникнуть проблема адгезии краски к пленке; УФ-лампа выделяет довольно значительное количество тепла, что может вызвать проблемы при печати на тонких пленках и термочувствительных материалах. Если выделение тепла не контролировать, это может привести к деформации и короблению пленки и, как следствие, к нарушению приводки и повышенному уровню брака. Недостатки можно компенсировать, но это отразится на стоимости оттисков. [15] Для рассматриваемого образца перечисленные недостатки имеют решающее значение (запах, ограниченность использования узкорулонных печатных машин с центральным цилиндром, термочувствительность полипропилена, невысокое прилипание краски и т.д.), поэтому УФ-краски использоваться не будут. Говоря о УФ-красках, нельзя не остановится на двух принципиально различающихся видах реакции фотополимеризации - радикальном и катионном, и двух типах УФ-отверждаемых лакокрасочных материалов - с радикальным и катионным механизмами отверждения (см. Табл.5).

При радикальном механизме отверждения фотоинициатор поглощает свет и генерирует свободные радикалы; при катионном образуются катион и анион, которые выполняют функции свободных радикалов. В качестве связующего в радикальных лакокрасочных материалах применяются акрилаты (олигоэфир - или олигоуретанакрилаты), подразделяемые в зависимости от молекулярного веса на высоковязкостные олигомеры и низковязкостные мономеры. а в катионных - в основном, эпоксидные смолы. [13]

Таблица 5 - Сравнение катионной и радикальной систем УФ-отверждения [13]

Наиболее широкое распространение получили радикальные материалы. Это связано с их меньшей стоимостью по сравнению с катионными. Однако у радикальных материалов имеется и ряд существенных недостатков: недостаточная адгезия и стойкость на истирание, особенно при запечатывании различных пленочных материалов для изготовления колбасной оболочки (например, полиамида); наличие остаточного запаха - существенное препятствие к их использованию для печати пищевой упаковки; деформация пленочных материалов типа термоусадочного ПВХ при УФ-сушке. [13]

Эти недостатки полностью отсутствуют у катионных УФ-материалов.

Радикальные краски (их применяют чаще) обеспечивают качественную печать при невысокой стоимости. Однако для достижения оптимальных печатно-технических и потребительских свойств целесообразно использовать УФ-краски катионного типа. [13]

Взамимодействие краска - печатная пластина

В соответствии с требованиями красочной системы посредством смеси материалов можно получить нейтральный материал, т.к. и здесь не существует материала для печатных форм, на 100 % устойчивого ко всем видам красок.

Полимерные печатные формы толщиной 0,76 или 1,14 мм (именно такие толщины используют при запечатывании полипропилена) с водными системами на шероховатых поверхностях запечатываемого материала склонны к термическим проблемам. При несоответствии печатной краски пластине последние утрачивают устойчивость к истиранию и разрушению печатающих элементов. Даже при красочных системах с закреплением краски путем излучения обнаруживается набухание всего материала, которое связано с нестабильностью печатающего слоя из-за его разрушения. Полимерные пластины не пригодны для печатания красками, растворимыми в сложном эфире. Для этого используются резиновые печатные формы.

Поэтому вначале необходимо проверить пригодность краски для материала печатных форм. Измеряется толщина и твердость различных материалов, в течение 24 часов взаимодействовавших с краской. Материалы, масса которых увеличивается, утрачивают твердость и стабильность в зоне контакта. Материалы, которые из-за набухания превышают заданный рост, также не стабильны в зоне контакта и утрачивают во время печатного процесса свои резкие края.

Рекомендуемая в процессе печати последовательность нанесения красок - от более светлой краски к более темной, чтобы меньше загрязнялась краска в последних секциях. Если технология этого не позволяет, например, при печати с обратной стороны прозрачной пленки, необходимо применять сушку краски на оттиске между печатными секциями. Общепринятой считается вязкость 28-30 сек при диаметре измерительной воронки 4 мм.

Количество краски, переходящее на оттиск, зависит от гладкости материала и его пористости и составляет 6-8 г/м² для пленок.

Запечатывание полипропиленовой пленки

Одним из основных факторов, влияющих на выбор того или иного типа краски, является материал, используемый для печати.

В прошлом в большом объеме применялись печатные краски на основе полиамида. Эти краски могут изготавливаться на основе спирта - изопропанола или этанола. Другая группа красок на основе полиамида в качестве растворителя использует смесь спиртов и углеводородов, например, этанола и бензина в соотношении 80/110. Высокое содержание алифатических углеводородов должно учитываться при выборе материала для форм. Флексографические краски на основе полиамида отличаются хорошим схватыванием (даже на материалах с недостаточной предварительной обработкой), а также очень слабой тенденцией к слипанию. [3]

Недостатком являются термопластичные свойства полиамидных смол. Изготовленные из них краски имеют низкую устойчивость к свариванию, поэтому пригодны для изготовления упаковки методом сварки только при условии, что место сварки не запечатано. Но низкая температура размягчения полиамидных смол позволяет использовать их в рецептуре красок, устойчивых к сварке.

Преобладающая часть современных флексографических красок для полиолефиновой пленок в качестве основных связующих веществ содержат нитроцеллюлозу (NC) с добавлением синтетических смол, растворимую в этаноле и представляющую собой модифицированный натуральный продукт. Благодаря своим свойствам растворимость нитроцеллюлозы позволяет создавать флексографические краски на основе этанола, которые не предъявляют особых требований к устойчивости к растворителям материалов для печатных форм. Нитроцеллюлоза обладает широким спектром совместимости и может смешиваться с большим количеством комбинаций смол, пластификаторов, адгезионных добавок, воска, смазочных веществ и т.д. В противоположность полиамидным смолам нитроцеллюлоза не термопластична, поэтому, она может использоваться для создания красок, устойчивых к свариванию. Как правило, краски на основе нитроцеллюлозы, нанесенные на соэкструдированную ориентированную полипропиленовую пленку, достигает устойчивости к свариванию при 150. [3] Вязкость таких красок изменяется в диапазоне 25-40 сек (В3 4 при 20°С). При использовании красок данной группы смоченные водой оттиски не отмарывают, они пригодны для высококачественной растровой печати упаковок, глубокого замораживания, имеют высокую термостойкость. Особенностью является необходимость обработки коронным разрядом, о которой рассказано в предыдущем разделе. [16]

По сравнению с вышеописанными полиамидными красками печатные краски на основе нитроцеллюлозы имеют более сильную тенденцию к слипанию.

Большое значение для рынка в области упаковочных материалов имеет пленка из ориентированного пропилена ОРР. Соэкструдированная ориентированная пропиленовая пленка запечатывается с лицевой стороны и применяется для упаковки кондитерских и хлебобулочных изделий. Обычно запечатываются и места сварки, поэтому должны использоваться устойчивые к сварке краски, прежде всего на основе нитроцеллюлозы. Для упаковки чувствительных к температурам материалов, например, шоколада или мороженого находит применение упаковка, изготовленная методом холодного сваривания, как правило, на основе прозрачной или белой/ориентированной пропиленовой пленки.

Запах и удержание растворителя

При контроле качества упаковки большое значение имеет оценка запаха различных упаковочных материалов, т.к., как правило, упаковываемые материалы восприимчивы к запахам. Важным факторам при этом является структура нанесенной печатной краски, состоящей из связующих частиц, добавок, красящих веществ и растворителей. Эти компоненты должны комбинироваться так, чтобы краска соответствовала техническим требованиям. При разработке печатных красок следует использовать только компоненты без резких запахов.

Другой, пока еще не решенной, является проблема возникновения запахов, что в значительной степени ограничивает применение УФ-красок, особенно в производстве упаковочных материалов с повышенными органолептическими характеристиками. Запахи вызваны наличием продуктов расщепления фотоинициаторов, а также летучих, то есть не связанных в красочной пленке, остатков красок. В связи с этим при запечатывании упаковки для мороженого нельзя использовать УФ-краски.

Устойчивость к пастеризации и стерилизации

Для обеспечения продолжительного срока хранения пищевых продуктов они подвергаются предохранению от порчи. Во многих случаях это предохранение производится на готовой упаковке. На практике используются термические методы пастеризации или стерилизации. Стерилизация может производится при помощи сухого тепла при 180С или водяного пара в автоклавах при 121С-135С (паровая стерилизация) или воды.

Наряду с алюминиевой фольгой для производства устойчивой к стерилизации упаковки используется термопластичная искусственная пленка. Такая пленка, как полиэтилен, формируемый при низком давлении, полипропилен, полиамид и полиэфир, пригодны для выполнения этой функции. [3]

Защита окружающей среды и охрана труда

Краски на основе растворителей содержат легколетучие органические соединения, эмиссия которых не должна превышать установленные нормы. Это вполне достижимо с помощью герметизации красочных аппаратов и установки систем очистки отводимого воздуха. Использование водоразбавляемых красок с незначительным содержанием спирта установки таких систем не требует. Но поскольку в процессе печати происходит выделение аммиака, необходимо наличие приточно-вытяжной вентиляции. Если же содержание спирта в воздушных выбросах превышает определенное пороговое значение, то оборудование должно быть оснащено соответствующей системой очистки. Утилизация непригодных к дальнейшему использованию остатков растворителей и смывок может осуществляться с помощью установок регенерации, если уровень содержания растворителей достаточен для процесса дистилляции. В иных случаях остатки красок и дистиллятов утилизируются как специальные отходы.

В производстве красок на основе растворителей и водоразбавляемых красок нередко используется натуральное или модифицированное растительное сырье, что значительно повышает их экологичность, в то время как с УФ-красками это практически невозможно (выделение озона при работе УФ-ламп). [15]

Анализируя виды красок, учитывая их особенности, особенности запечатываемого материала, печатной формы и упаковываемого материала, можно сделать вывод, что использование для запечатывания упаковки спирторастворимых красок на нитроцеллюлозе является оптимальным вариантом.

3.3 Характеристика фотополимерных печатных форм