ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ КРАСОК НА КАЧЕСТВО ФЛЕКСОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ НА БИОРАЗЛАГАЕМОЙ ПЛЕНКЕ

АННОТАЦИЯ

В статье исследовано влияние различных типов краски, где в качестве субстрата использована биоразлагаемая полимерная пленка на основе полиактида, для сравнения взяты водорастворимые, УФ-отверждаемые и соевые краски черного цвета. Печать осуществлялась в производственных условиях ООО «Poliflex» на пробопечатной флексографской машине FlexoProofer 100. Оценка качества печати осуществлялась на основе измерений оптической плотности и адгезионных свойств красочных слоев. Результаты исследования подтвердили, что УФ-отверждаемые краски демонстрируют превосходную адгезию и оптическую плотность, в то время как соевые краски также показали лучшие результаты по сравнению с водорастворимыми красками.

ABSTRACT

The article investigates the impact of different types of ink where a biodegradable polymer film based on polylactic acid was used as the substrate. Water-based, UV-curable, and soy-based black inks were compared. Printing was carried out in the production conditions of "Poliflex" LLC on a FlexoProofer 100 flexographic printing machine. The quality of printing was assessed based on measurements of optical density and the adhesive properties of the ink layers. The results of the study confirmed that UV-curable inks demonstrate superior adhesion and optical density, while soy-based inks also showed better results compared to water-based inks.

Ключевые слова: флексографская печать, биоразлагаемая пленка, полилактид (PLA), УФ-отверждаемые краски, водорастворимые краски, соевые краски, адгезия, спектральный анализ.

Keywords: Flexographic printing, biodegradable film, polylactic acid (PLA), UV-curable inks, water-based inks, soy-based inks, adhesion, spectral analysis.

Введение. Флексографская печать занимает ведущее место в секторе этикеточно-упаковочного производства благодаря своей высокой производительности и возможности использовать разнообразные субстраты, включая бумагу, картон и полимерные пленки [1]. В современных условиях, когда экологические проблемы, связанные с увеличением объемов полимерных отходов, становятся всё более актуальными, особое значение приобретает применение биоразлагаемых полимерных материалов и разработка экологически чистых красочных составов для флексографской печати [2].

В контексте этих тенденций, полилактид (PLA) выступает в качестве биоразлагаемой альтернативы традиционным пластикам, выделяясь своими уникальными свойствами, такими как возможность компостирования и производство из возобновляемых источников [3]. Хотя составы данных пленок уже были улучшены, адаптация процессов печати к особенностям данного материала требует всестороннего изучения взаимодействия полимера с различными типами красок, что представляет собой актуальную задачу для научного сообщества по оптимизации технологических параметров с целью достижения наилучших результатов [4].

В рамках обсуждения использования флексографских красок, особое внимание заслуживает упоминание о трех традиционных видах: УФ-отверждаемых, водорастворимых и спиртовых [5]. Однако необходимо подчеркнуть, что сфера красок для печати динамично развивается, и ассортимент доступных вариантов расширяется с каждым днем [6]. В этом контексте особенно интересным является появление на рынке биоразлагаемых красок, таких как соевые краски, которые начинают конкурировать с традиционными красками по ряду параметров [7].

Дискуссия о конкурентоспособности биокрасок против традиционных красок часто касается их экологичности и устойчивости. Биокраски, производимые из возобновляемых ресурсов, не только способствуют сокращению использования нефтяных продуктов и выбросов вредных веществ, но и предлагают улучшенную биоразлагаемость, что снижает общую экологическую нагрузку [8].

Цель настоящего исследования заключается в изучении адгезии трех различных типов красок на биоразлагаемой PLA пленке и проведении спектрального анализа красочных слоев, нанесенных флексографским способом печати.

Экспериментальная часть. В рамках исследования была проведена серия экспериментов по флексографской печати на биоразлагаемой полимерной пленке на основе полилактидной кислоты (PLA), произведенной компанией NatureWorks LLC толщиной 35 мкм, с использованием трех различных видов красок черного цвета: водорастворимые краски AquaGreen renew (краска 1) от Sun Chemical, УФ-отверждаемые краски EkoCure ANCORA (краска 2) от Flint Group и соевые краски RotoFlex HRC Natural-based Inks (краска 3) от INX International Ink Co.

До печати были определены реологические характеристики красок по стандарту ISO 2431 с использованием воронок (100 мл, 5мм) при температуре 23°C [2]. Кинематическая вязкость красок составила 20с, 30с и 28с соответственно.

Поверхность пленки PLA была предварительно обработана коронным разрядом для улучшения адгезии. Эксперименты проводились на пробопечатной флексографской машине FlexoProofer 100 с возможностью регулировки линиатуры растра от 200 до 400 линий на сантиметр. Определялась максимальная оптическая плотность красочного слоя, используя метод денситометрии с применением спектроденситометра SpectroDens.

Для оценки адгезивных свойств высушенного красочного слоя к поверхности пленки PLA было проведено исследование по методу скотч-теста, которое соответствует нормативам стандарта PN EN 1538, 2009. В ходе эксперимента полоски клейкой ленты накладывались на различные участки печатных образцов и затем резко удалялись вручную, чтобы проверить прочность сцепления краски с пленкой. Эти манипуляции осуществлялись в трех разных местах каждого образца, спустя 15 минут после завершения процессов печати и последующего отверждения красочного слоя (рис.1).

Образец 1                                                            Образец 2

Образец 3

Рисунок 1. Сравнения результатов «скотч-теста» на биоразлагаемой PLA пленке для адгезии следующих типов красок: 1-водорастворимая; 2-УФ отверждаемая; 3-соевая

Рисунок 2. Диаграмма зависимости адгезии красок от их вязкости на биоразлагаемой PLA пленке 

Как видно по данным рис.1 и рис.2 УФ-отверждаемая краска с наибольшей вязкостью в 30 секунд показала наилучшие адгезивные характеристики, вероятно, за счёт формирования более плотного и устойчивого красочного слоя на поверхности пленки. Предполагается, что такая краска обеспечивает лучшую ретенцию своих компонентов на поверхности пленки в процессе отверждения, что способствует усиленному сцеплению с субстратом [1].

В свою очередь, водорастворимая и соевая краски с более низкой вязкостью показали менее удовлетворительные результаты в адгезионных испытаниях. Это может быть обусловлено слабым физико-химическим взаимодействием между краской и поверхностью пленки, а также ограниченной полимеризацией и отверждением красочного слоя, что снижает его прочность и стойкость к механическим воздействиям.

Для тщательного анализа результатов эксперимента была разработана таблица 1, в которой отображены значения максимальной оптической плотности красочного слоя (Dмакс) для всех видов красок, полученные на основе анализа спектральных кривых.

Таблица 1.

Значения оптических плотностей черной краски при использовании различных красок на PLA

Рисунок 3. График изменения оптических плотностей черной краски при использовании различных красок на PLA

На основании данных из таблицы 1 были сформированы спектральные кривые, отображающие изменение максимальной оптической плотности красочных слоев (Dмакс) в зависимости от различных значений линиатуры растра (L). Из анализа графика видно, что для всех типов красок значения Dмакс обратно пропорциональны увеличению линиатуры растра. Это означает, что с увеличением плотности растра наблюдается снижение оптической плотности, что может быть связано с меньшим количеством краски, переносящейся на пленку при более высоких значениях L. Такой эффект особенно выражен у УФ-отверждаемых и соевых красок, где падение Dмакс становится более заметным при переходе от 200 лин/см к 400 лин/см.

Заключение. Результаты демонстрировали значительные различия в адгезии между использованными красками: УФ-отверждаемые краски показали наилучшую прочность закрепления, что делает их предпочтительными для упаковки, подвергающейся значительным механическим нагрузкам. Соевые краски обеспечивали отличное воспроизведение цвета и были идеальны для задач, требующих высокой экологической безопасности. Данные эксперименты подчеркивают значимость выбора типа краски в зависимости от конкретных требований к упаковочному материалу и предполагаемых условий его эксплуатации. Экспериментальные результаты служат основой для дальнейшего анализа влияния химической структуры полимеров и типов красок на качество печати и долговечность упаковочных материалов

Список литературы:

1. Иванов И.И. Флексографская печать на различных субстратах. М.: Издательство Полиграфия, 2020.
2. Петрова С.А. Экологизация упаковочного производства // Журнал Упаковка. 2021. № 3. С. 44-50.
3. Николаев Н.Н. Использование PLA в упаковочной промышленности // Экологические материалы. 2019. Том 7. С. 112-118.
4. Сидорова Ю.Е. Оптимизация процессов печати на биоразлагаемых материалах // Сборник научных трудов ПГУ. 2022. Выпуск 12. С. 134-140.
5. Смит Дж. УФ отверждаемые флексографские краски: Обзор технологии // Journal of Flexographic Printing. 2019. Том 34, № 2. Стр. 112-120.
6. Джонсон Р., Питерс Т. Инновации в печатных красках: Экологические соображения и будущие тенденции // International Journal of Environmental Science and Technology. 2020. Том 22, № 4. Стр. 2375-2390.
7. Грин Л. Краски на основе сои: Развитие рынка и анализ производительности // Printing Technology Today. 2021. Том 31, № 1. Стр. 45-52.
8. Браун Х., Тейлор К. Биоразлагаемые печатные краски: К устойчивой упаковке // Packaging Technology and Science. 2022. Том 25, № 6. Стр. 335-346.