ВЛИЯНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ НА КАЧЕСТВО ПЕЧАТИ НА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНКАХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрено современное состояние полимерной упаковочной промышленности, проанализирован основной фактор влияюший на качество печати на полимерных пленках, а также анализированы особенности обработки коронным разрядом полимерных пленок и шероховатости.

ABSTRACT

This article examines the current state of the polymer packaging industry, analyzes the main factor influencing the quality of printing on polymer films, and also analyzes the features of corona treatment of polymer films and roughness.

Ключевые слова: полимерная упаковочная продукция, шероховатность, полимерная плёнка, мягкая упаковка, печать на полимерной плёнке, БОПП-пленки.

Keywords: polymer packaging products, roughness, polymer film, soft packaging, printing on polymer films, BOPP films.

В течение последнего десятилетия XXI-века упаковочная промышленность стала важной частью мировой экономики. Рост внимания к упаковке в нашей стране приходится на последние 20-30 лет. Современные виды упаковки не только защищают продукцию от внешних воздействий, но и обеспечивают своим видом его транспортировку, конкурентоспособность среди альтернативной продукции. Эту ситуацию можно очевидно наблюдать на развивающихся интенсивным образом предприятиях, производящих упаковочную продукцию [1].

С развитием промышленности, производство полимерной упаковки ежегодно растет на 5–6%. В развитых странах потребление полимерной упаковки за последние 20 лет составило 85–90 кг на душу населения, в конце последнего десятилетия ожидается увеличение этого показателя на 45–50 % [2-3].

По статистическим данным, 50% общих упаковочных материалов приходятся на полимерные материалы. А большая ее часть соответствует типу мягкой упаковки (60%) и этот показатель также увеличивается с каждым годом. Оценки Smithers Pira показывают ожидание, что показатели печати на упаковке вырастут на 15,4% до 2024 года и на 5,7% ежегодно на рынке мягкой упаковки в Азиатском регионе до 2025 года[4]. Для сравнения: этот показатель составляет ‒ в США 3 процента и в европейских странах 2,2 процента. Страны Азии являются лидерами по объемам мягкой упаковки, и если в 2021 году ее доля увеличилась с 42 до 45 процентов, то к 2025 году ожидается увеличение объема до 65 процентов [5].

В настоящее время более 80 процентов продукции упаковывается в полимерные материалы. При производстве таких упаковок используются различные виды композиционных материалов: полиэтиленовые пленки низкой плотности (ППНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС), полиамид (ПА), поликарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и оксидный алюминий ПЭТФ. Материал PETF/ALOX используется для печати на многослойной мягкой упаковке для упаковки продукции. В объеме производства полимерных материалов в мире полиэтилен и полипропилен составляют 54 процента [6]. 29% упаковочных материалов для пищевых продукций составляют полипропилен, 18% - полиэтилен, а 21% - пористые многослойные материалы [5].

Полипропилен – самый легкий вид из жестких полимеров, отличается устойчивостью к разрыву и прочности. В диссертационной работе в качестве образца была выбрана пленка произведенная по ГОСТ Р 58061 —2018, полученная методом плоскощелевой экструзии толщиной 18 мкм и затем с ориентацией во взаимно перпендикулярном направлении. Для печати на БОПП была выбрана краска эфирно-спиртовая на основе нитроцеллюлозы (марка АПЛ-03) предназначенная для глубокой, межслойной печати. Эфирно-спиртовая краска предназначена для оборудования со скоростью печати 50–450 м/мин.

БОПП-пленки производятся из полипропилена экструзионным методом. Технология производства предполагает последовательную двунаправленную растяжку изготавливаемой пленки по продольной и поперечной осям. Биаксиально ориентированные пленки, имеют жесткую молекулярную структуру по двум перпендикулярным осям, обладают исключительно ценными для последующей обработки и применения свойствами. По прочности полипропилен прочнее по сравнению с полиэтиленом и отличается устойчивостью к холодной температуре. В результате направления также увеличиваются их прозрачность и блеск, но это снижает возможности их сварки в тепле [7].

Двусторонние биаксиально-ориентированные прозрачные полипропиленовые пленки (БOПП) являются простой пленкой, предназначенной для использования во многих отраслях, имеет несколько видов согласно области применения. Самая большая проблема при печати на поверхности полимерных пленок заключается в том, что поверхностная энергия полимерных пленок не соответствует поверхностной энергии печатных красок. Полимерные пленки считаются химически инертными на поверхности с низкой поверхностной энергией [8]. Поэтому они не могут обеспечить необходимый уровень адгезионых воздействий с полиграфическими красками и другими заклеивающими веществами.

Весьма эффективным методом повышения адгезионных свойств полипропиленовых и полиэтиленовых материалов является обработка их поверхности коронным разрядом. Обработка коронным разрядом является широко распространенным и эффективным методом обработки поверхности полимерной пленки для увеличения адгезии на полимерных поверхностях. Адгезианное свойства контролировались визуально с помощью маркера Arcotec GmbH Quicktest – 38. Маркер используется для проверки активности адгезионного слоя даже после коронной обработки. Изображение поверхности, увеличенное в 100 раз, было получено с помощью цифрового компьютерного микроскопа SANHOO II.

На рис. 1.б показаны результаты исследований, пленка с коронной обработкой, достигшая гидрофильного состояния впитывающего краску.

Рисунок 1. Изменение полимерных поверхностей

а-необработанная полимерная плёнка; б-обработанная полимерная плёнка.

Следует отметить следующее, что в результате коронной обработки поверхность полимера хорошо принимает краску, а при необработке – неудовлетворительное состояние. Изучение свойств поверхности имеет большое значение для качественной печати изображений на полимерных материалах.

Коронный разряд увеличивает шероховатость поверхности, улучшает взаимодействие печатного материала с краской. Увеличение поверхностной энергии пленок можно комментировать следующим механизмом: под действием коронного разряда на поверхность полимерной пленки основная цепь макромолекулы определяется образованием свободных радикалов, способных реагировать с образоваевшимся озоном, в зоне коронного разряда. Для уточнения результатов проведенных нами исследований осуществлены микроскопические анализы. Полученные результаты можно увидеть на рисунке-2.

Как видно на рисунке, наблюдаются изменения поверхности с предварительной обработкой поверхности полимерных пленок. При обработке полиэтиленовых поверхностей при 7 кВт адгезионные свойства заклеивания краски на поверхности печатного материала не улучшились, обработанный полиэтиленовый материал, обработанный при 10 кВт, позволил добиться качества печати за счет более прочного заклеивания спиртосодержащих красок при печати и смачивания краски поверхности полимера.

Как видно из рисунка-3, при обработке поверхности полимерной пленки на 7 кВт и 10 кВт равномерного впитывания краски на поверхности полипропиленового материала не наблюдалось, поверхность полипропиленового материала при повторной коронной обработке на 12 кВт необходимой для высокой поверхностной энергии, поверхность полипропиленового материала формировала ровномерное изображение. Из-за более высокой молекулярной массы [9] полипропилена по сравнению с полиэтиленовой пленкой поверхность обрабатывалась более высоким коронным разрядом.

Профилометрический анализ осуществлен для определения влияния шероховатости поверхности при печати на полимерных материалах. Профилометрию применяют для исследования морфологии полимерных пленок: для оценки параметров поверхности (шероховатости поверхности и наличия макрочастиц) а также для определения толщины пленки. Шероховатость относится к микрогеометрии твердого тела, она определяет важные эксплуатационные свойства: в первую очередь, стойкость к трению, прочность, плотность связи (герметичность), химическую устойчивость, внешний вид. Микрогеометрию поверхностей исходных и модифицированных полимерных пленок осуществляли путем анализа топографии поверхности образцов, полученной с помощью цифрового профилемера поверхности Elcometer 224 Модель B (ELCOMETER E224C-BI).

Форма микрошероховатостей определяется высотой поверхности и размером шагов, а также их частотой [10]. Эти параметры описывают ширину возвышений или впадин, т. е. точность измерения профиля поверхности и длину распределения. Результаты расчета показателей шероховатости, объединены в таблицу-1, где показаны относительные изменения расчетных значений параметров шероховатости от средних экспериментальных значений для каждого образца.

По экспериментальным данным (1-таблица) БОПП установлено, что среднее арифметическое выражение шероховатости профиля Ra после коронного разряда изменилось от 0,312 мкм до 1,828 мкм, а в ПЭ этот показатель изменился от 0,249 до 1,568 точек профиля. Оценка максимальной высоты Rm профиля представляет собой сумму средних абсолютных значений глубины 5 самых крупнейших выпуклостей и 5 крупнейших впадин на границе базовой линии. Наблюдалось, что в этих образцах она варьировалась от 1,063 мкм до 10,21 мкм, а в ПЭ эти значения менялись от 0,528 мкм до 7,058 мкм.

Таблица 1

Показатели шероховатости поверхности полимерных пленок

Полученные результаты показывают, что в результате коронной обработки был достигнут высокий уровень адгезии. Вместе с тем, при обработке поверхности полимерной пленки очень важно обращать внимание и на состав полимерных пленок, поскольку он также влияет на адгезионную прочность. Как видно из эксперимента, установлено, что полипропиленовые пленки имеют больше шероховатости, чем полиэтиленовые плёнки.

Из полученных результатов найдено свое подтверждение, что образование шероховатости после коронной обработки способствует образованию адгезионного прочного слоя на поверхности полимерной пленки. Высокая поверхностная энергия печатного материала обеспечивает хорошую адгезию краски и способствует их равномерному распределению, за счет создания условий для реакции с молекулами полимера.

Список литературы:

1. Д.Р.Сафаева. Ф.М.Тураев. Тенденции упаковочной продукции на мировом рынке // UNIVERSIUM: Технические науки.Научный журнал.г. Москва. 2022 г.Выпуск: 10(103). Февраль-20 22.
2. Глобальная гибкая упаковка — основные движущие силы и тенденции. [Электронный ресурс]. – кириш режими: https:// www. smithers. com/ resources/ 2021/ mar/infographic-flexible-packaging-key-drivers-trends
3. Будущее экологически чистой гибкой упаковки до 2026 года. [Электронный ресурс]. – кириш режими: www.smithers.com/services/market-reports
4. . Zamonaviy polimer sanoati: istiqbol va amaliyot. [Электронный ресурс]. – кириш режими:  https://mineconomy.uz/uz/info/1681
5. Д.Р.Сафаева . Исследование печатно-технических свойств упаковочного материала (полипропилен) способом глубокой печати / Авторефер. Канд. дисс. Т. ТИТЛП 20202 г.
6. Упаковочные изделия из полимерной пленки. [Электронный ресурс]. – кириш режими: https://e-plastic.ru/news
7. ГОСТ 26996 -86. Полипропилен и сополимеры пропилена. Технические условия. /Ипк Издательство стандартов. Москва.2005.
8. Д.Ч.Равшанов. Особенности обработки коронным разрядом полимерных запечатываемых материалов / Баблюк Е.Б., Уварова Н.В. // Известия высших учебных заведений Проблемы полиграфии и издательского дела, М:, МГУП, 2013, №4 С.Х-Х.
9. К.Е.Перепелкин. Структура и свойства волокон [Текст]/ К.Е. Перепелкин. -М.:Химия, 1986.-208с.
10. А.В. Чичинадзе, Э.Д.Браун, Н.А.Буше и др.: Под общ. ред. А. В. Чичинадзе./Основы трибологии (трение, износ, смазка).2-е изд. переработ. и доп.-М.:Машиностроение,2001.