Поверхностная обработка плёночных материалов <i><A HREF="#vr"><SUP>*</SUP></A></i>

Добиться приемлемой адгезии краски не всегда просто, особенно если речь о синтетических плёнках, а к готовой продукции предъявляются повышенные требования.

На бумаге адгезия краски достигается механическим способом, а химически инертные пластиковые плёнки с низкими пористостью и поверхностной энергией (смачиванием) без спецобработки невосприимчивы к краскам и другим материалам. Необходимая для качественной печати обработка повышает уровень поверхностной энергии, улучшает адгезионные свойства и смачиваемость.

Значение поверхностного натяжения (поверхностной энергии или смачиваемости) обычно приводится в динах на сантиметр (дин/см), хотя более современная единица измерения — миллиньютон на метр (мН/м), не изменяющая численного значения параметра. Для хорошей адгезии величина смачиваемости плёнки должна примерно на 10 дин/см превышать значение поверхностной энергии наносимых краски или лака. Печатная краска с поверхностным натяжением 28 дин/см не сможет качественно закрепиться на плёнке с поверхностной энергией менее 36-38 дин/см. Чаще всего флексографским способом запечатывают полиэтилен (ПЭ, PE) и полипропилен (ПП, PP). Оба вида плёнок нуждаются в обработке, поскольку представляют собой неполярные полиолефины с уровнем активации поверхности (поверхностной энергией) 30-32 дин/см.

Хотя необходимость обработки для всех очевидна, объяснить принцип её действия часто затрудняются, ведь есть несколько теорий. Одна утверждает, что коронный разряд разрывает поверхностные молекулярные цепи, которые, комбинируясь со свободными радикалами, образуют на поверхности материала полярные группы. Они характеризуются сильным химическим сродством с полярными красками и адгезионными составами, что положительно сказывается на скреплении краски с материалом. Считается, что повышает адгезию озон, образующийся при обработке коронным разрядом и окисляющий плёнку.

Способы обработки

Для повышения поверхностной энергии материалов используются системы обработки коронным разрядом, пламенем и плазмой. Поверхностную энергию можно изменить нанесением грунтовки, хотя материал всё равно придётся предварительно обработать.

Коронный разряд

Самый распространённый метод. Генераторы коронных разрядов просты в управлении и обслуживании, экономичны, повышают уровень поверхностной энергии полимеров, алюминиевой фольги, бумаги, картона и текстиля перед печатью, ламинированием или лакированием.

Устройство состоит из источника питания и рабочей секции. В составе типичного блока питания — высокочастотный генератор и выходной трансформатор высокого напряжения. Его мощность измеряется в киловаттах и варьируется от 0,5 до 30 кВт, в зависимости от применения. Устройство обработки рулонного материала — электрод высокого напряжения и контактный роликовый электрод, каждый может иметь изолирующее диэлектрическое покрытие. В общем случае секции подразделяются на системы с оголённым или изолированным контактным роликом, а также универсальные.

При покрытии контактного ролика диэлектриком блок предназначается только для обработки непроводящих материалов. Он эффективнее устройств с оголённым роликом, его предпочтительнее использовать для обработки проблематичных полиэтилена и полипропилена. В зависимости от конфигурации, может обрабатывать рулон по всей ширине или его часть (полосу).

Системы с оголённым роликом и изолированным электродом высокого напряжения подходят для металлизированных материалов. Они компактнее, а поскольку контактный ролик не имеет покрытия, не нуждаются в его периодической замене.

Последними появились успевшие завоевать популярность универсальные системы с изоляцией электродов и контактных роликов. Они также годятся для обработки металлизированных материалов и, не уступая по эффективности системам с диэлектрическим контактным роликом, компактны и потребляют меньше энергии.

Независимо от типа, система должна соответствовать ширине материала, скорости линии и требуемому уровню обработки. Есть варианты для рулонов шириной от 25 см до 10 м, обрабатывающие одну или обе стороны одновременно, в зависимости от прохождения материала через систему роликов. Но уровень поверхностной энергии после обработки коронным разрядом быстро падает — эффект исчезает за считанные недели.

Обработка пламенем

Кислородная горелка генерирует свободный кислород, который вступает в реакцию с поверхностью плёнки и повышает уровень её энергии. Как и в случае с коронным разрядом, эффект нестабилен, исчезает за пару недель. Обработка пламенем используется перед ламинированием на линиях для изготовления картонной тары: сгорают выступающие волокна, что существенно снижает толщину экструдируемого покрытия. Применяется и на полипропиленовых линиях, ибо исключает повышение поверхностной энергии с оборотной стороны. Что важно при изготовлении упаковочных лент: в противном случае клеящий состав пристанет к плёнке с обеих сторон.

Плазменная обработка

Её механизм напоминает принцип коронного разряда. Секция похожа по конструкции, лишь дополнена системой подачи и смешивания газа в нужных пропорциях. Применяется там, где недопустима коронная обработка, например, для политетра-фторэтилена (ПТФЭ, PTFE), имеет дополнительные преимущества в сравнении с коронной обработкой остальных материалов. Используется несколько видов газа, чьё воздействие придаёт материалу характеристики, которых коронный разряд дать не может — максимально высокую поверхностную энергию и почти неограниченную по времени стабильность. Хотя доказательств получено не было, эффект объясняют тем, что плазменная установка работает при значительно меньшем напряжении, не нарушая структуру поверхности. По той же причине не требуется полосной обработки плёнки при термосваривании.

Грунтовки

Улучшить адгезию краски к пластиковым плёнкам помогут т. н. праймеры (грунтовки). Сначала поверхность обрабатывается плазмой или коронным разрядом, затем на машине флексографской или глубокой печати наносится грунтовочное покрытие. Одна из последних разработок: на поверхность плёнки добавляются фотоинициаторы, вступающие в реакцию при отверждении УФ-красок и улучшающие их сцепление с материалом. Грунтовка надолго меняет поверхностную энергию плёнки, давая среднюю поверхностную энергию в 46-50 дин/см. Способ подразумевает дополнительные затраты, но будет весьма кстати при печати на проблемных материалах некоторыми видами УФ-красок.

Чтобы всё было в порядке

При использовании коронного разряда важно добиться нужного уровня обработки, требуемой для качественного смачивания и адгезии. При печати сольвентными красками достаточно 38-40 дин/см, для водных больше — около 42 дин/см. Недостаточ-ная обработка приведёт к некачественной адгезии, снизит стойкость к царапанию и истиранию. Чрезмерная способствует образованию гидрофильной (притягивающей воду) поверхности, гарантирующей проблемы с упаковкой товаров садоводческого и агропромышленного секторов, где приходится иметь дело с водой.

Другое последствие чрезмерной обработки — слипание в горизонтально складируемых рулонах плёнок с двусторонней обработкой. Оно особенно заметно в центре рулона и объясняется притяжением полярных групп, сформированных коронным разрядом. Чем выше уровень обработки, чем плотнее намотан рулон и дольше пролежал на складе, тем сильнее слипание.

Коронная обработка лицевой стороны материала может затронуть и оборотную из-за воздушной прослойки между плёнкой и контактным роликом или завышенной мощности коронирования при заданной скорости прохождения материала. Для решения проблемы увеличьте длину прилегания плёнки к контактному ролику или задействуйте приводные валики управления натяжением.

При наличии в плёнке повышающих скольжение добавок может понадобиться повышенная мощность обработки. Уровень активации будет падать быстрее: мигрируя к поверхности, добавки частично нейтрализуют формирующиеся полярные группы. Поэтому плёнки с высоким уровнем скольжения лучше обрабатывать перед печатью. То же относится и к печати красками на водной основе. Практика показывает, что плёнки лучше воспринимают поверхностную обработку перед печатью, если первоначально активированы на заводе-изготовителе.

Секция коронирования универсального типа

Так как воздействие коронного разряда понижает способность к тепловой сварке, при необходимости термосклейки наружных слоёв плёнки (например, после фальцовки) рекомендуется её полосная обработка. Сегментированные коронирующие планки в устройствах такого типа, приподнимаясь, оставляют необработанные участки в местах сварки. Краевые зоны получают избыточное или недостаточное количество поверхностной энергии, что сказывается на величине смачиваемости и адгезии краски (чтобы убедиться в этом, проведите тест на истирание). Так что сегментированными устройствами лучше не пользоваться без крайней необходимости.

Заключение

Чаще всего для повышения поверхностной энергии плёнок применяется коронирование, но при неверном подборе оборудования и отсутствии контроля над процессом высока вероятность возникновения проблем. Можно не знать теории коронного разряда: залог успеха — практическое освоение технологии и грамотные консультации. Плёнку нельзя обрабатывать ни слишком много, ни слишком мало. Или активируйте её перед использованием, или не давайте залёживаться на складе после заводской обработки — так вы избежите массы неприятностей.

^* Журнал FlexoTech, январь/февраль 2006 г. © FlexoTech, Published by Whitmar Publications Ltd.