Дублированные интервальные полимерные пленки с управляемой податливостью для защиты «Интеллектуальной» упаковки

Дублированные интервальные полимерные пленки с управляемой податливостью для защиты «интеллектуальной» упаковки

Д.В. Бабонина,

студентка группы ДТмат5-1

1. Деформационные свойства и адгезия поливинилового спирта к полипропилену

Исследование деформационных свойств и адгезии поливинилового спирта разных марок к полипропилену проводили с целью разработки рецептурно-технологических рекомендаций по выборочному лакированию (аппликации) пленок в производстве интервальных жесткоэластических материалов, предназначенных для изготовления защитных элементов упаковки.

Исследование деформационных свойств пленок жесткоэла-стического полипропилена (ППЖЭ) с покрытием из поливинилового спирта (ПВС) проводили путем растяжения с постоянной (50 мм/мин) скоростью на разрывной машине РМ-50.

Для экспериментов готовили ленточные образцы пленки ППЖЭ со сплошным покрытием из поливинилового спирта длиной 50 мм и шириной 10 мм. Перед нанесением покрытия пленку ППЖЭ обрабатывали плазмой тлеющего разряда в оптимальном режиме по методике [1]. Толщина пленки без покрытия составляла 0,03 мм, с покрытием 0,08±0,01 мм. Для сравнения готовили и испытывали на растяжение пленки ПВС толщиной 0,04±0,01 мм, отлитые из водного раствора ПВС на необработанную плазмой поверхность ППЖЭ. Результаты измерений записывались в виде зависимости растягивающего напряжения от времени или относительного удлинения пленки.

График зависимости показан на рис. 1, а параметры деформационных свойств пленочных образцов представлены в табл. 1.

Деформация образца пленкн, *о

Рис. 1. Диаграмма растяжения жесткоэластического полипропилена без покрытия (1) и с покрытием поливинилового спирта разных марок: 2 - марка ПВС 13/11; 3 - марка ПВС 18/11; 4 - марка ПВС 25/140; 5 - марка ПВС 48/20

Таблица 1

Деформационные характеристики полимерных пленок и дублированных материалов на основе жесткоэластического полипропилена

Материал, толщина Характеристика Марки ПВС

13/11 18/11 25/140 48/20

ППЖЭ (исходная), 0,03мм Относительное удлинение, % 290+20

Предел текучести, МПа 66±0,8

Предел вынужденной эластичности, МПа 41 + 0,6

Модуль упругости, МПа 1500+40

ППЖЭ+ПВС, 0,08±0,0 1 мм Относительное удлинение, % 167 280 208 276

Предел текучести, МПа 64+0,6 52+0,3 72+0,5 65+0,2

Предел вынужденной эластичности, МПа 38+0,2 58+0,4 64+0,5 62+0,4

Модуль упругости, МПа 2580+30 2410+13 3070+22 2840+34

ПВС, 0,04 Относительное удлинение, % 109 21 101 154

Материал, толщина Характеристика Марки ПВС

13/11 18/11 25/140 48/20

Предел текучести, МПа 39±0,4 45+0,1 51+0,4 34+0,3

Предел вынужденной эластичности, МПа 16±0,6 24+0,8 40+0,2 6+0,5

Модуль упругости, МПа 1460+21 2370+13 2140+20 1290+3

Сравнивая модули упругости пленок ППЖЭ и ПВС, приведенные в таблице 1, можно утверждать, что поливиниловый спирт марок 18/11 и 25/140 является более жестким материалом, чем ППЖЭ, что обуславливает повышение жесткости дублированного материала в 1,52 раза. Растяжение пленки выглядит следующим образом. При деформировании дублированный материал начинает растягиваться, как монолитный материал, но уже при относительном удлинении в 6-10% слой поливинилового спирта лопается и начинает отслаиваться, что отражается на диаграмме растяжения кажущимся скачкообразным снижением напряжения и предела текучести материала (т. к. измеряемое усилие автоматически нормируется по начальной площади сечения дублированной пленки программой управления РМ-50 без учета разрушения одного слоя). По графику и данным табл. 1 видно, что предел вынужденной эластичности дублированных пленок выше соответствующей характеристики исходного ППЖЭ на 80±20% и является максимальным при использовании ПВС марки 25/140. Предел вынужденной эластичности дублированного материала с ПВС марки 18/11 на 60±10% выше предела текучести ППЖЭ. Это повышение обеспечивает достижение поставленной цели - сдерживание локальной эластичной деформации дублированной части материала под действием напряжений превышающих предел текучести ППЖЭ при интервальном нанесении слоя ПВС на пленку.

Исходя из полученных результатов можно заключить, что окончательный выбор марки ПВС для производства интервальной пленки будет определяться по величине адгезии слоя ПВС к ППЖЭ. Измерение адгезии ПВС разных марок к пленке ППЖЭ является главной задачей настоящей работы.

По методике, предложенной в [2], адгезия дублированных материалов оценивается силой, которая необходима для разделения слоев при расслаивании растяжением под углом 180 градусов. Диаграммы, характеризующие адгезию различных марок ПВС к ППЖЭ, приведены на рис. 2. При расслаивании материалов происходит частичное разрушение контактирующих поверхностей и преимущественно пленки ПВС, что связано с существенной разнотолщинностью и неоднородностью

>> 0 10 20 30 40 50 60 70

Длина parглаивлыня участка о6рачца,мм

Рис. 2. Диаграмма расслаивания дублированного материала из жесткоэластического полипропилена с покрытием из поливинилового спирта различных марок: 1 — марка ПВС 13/11; 2 — марка ПВС 18/11; 3 — марка ПВС 25/140; 4 — марка ПВС 48/20

ее структуры, обусловленных с особенностями получения покрытия. Из графиков видно, что максимальная сила расслаивания, следовательно, и наибольшая адгезия к жесткоэластическому полипропилену соответствует марке ПВС 18/11.

Усилия расслаивания дублированного материала с ПВС марки 18/11 составляет 3Н/10мм, марки 25/140-2,2 Н/10 мм. Полученная величина в 2 раза превышает критерий оптимальной адгезии, применяемый при оценке качества ламинирования [3], — величина 0,8Н/10 мм считается достаточной. Для более точного сопряжения адгезии слоев ПВС этих марок необходимо провести измерение адгезионной прочности методом нормального отрыва.

2. Печать защитных символов на жесткоэластической пленке

Цель создания интервальных дублированных пленок ППЖЭ — получение запечатываемых материалов с различной локальной податливостью, обеспечивающей фиксацию размеров частей печатного изображения, нанесенного на жесткие участки и эластичное удлинение промежутков между ними при растяжении всей пленки, что предполагается использовать в производстве защитных элементов упаковки, содержащих штриховой код (ШК). Штрихи кода печатаются на жестких, нерастя-гивающихся участках пленки с покрытием, а пробелы совпадают с не дублированными участками и поэтому легко растягиваются и сокращаются.

Повышение жесткости запечатанных участков с фиксированными размерами по-видимому, может увеличиваться за счет увеличе-

ния слоя и повышения жесткости самой краски. Ширина пробелов при печати на таких интервальных материалах должна быть меньше необходимой величины на 40-60% [4].

Для защиты материала от подделки с помощью штрихового кода, при допечатной подготовке мы уменьшили ширину пробельных элементов на 55%. При уменьшении пробелов - ШК перестает считы-ваться сканером и другими приборами: компьютерной программой, смартфоном. Образцы на ППЖЭ запечатаны способом трафаретной печати с применением праймера Poligrip РР, который увеличивает адгезию краски марки 85 700 ONDAFLUTE к жесткоэластическому полипропилену. Адгезия многослойного материала системы ЖЭПП + трафаретная краска 85.700 ONDAFLUTE ( использовании праймера) достаточно хорошая 1,02 Н/10 мм.

3. Локализация напряжения на участках пробельных элементов штрихового кода

Локальная деформация пробельных элементов изображения штрихового кода, напечатанного на эластичной пленке, может быть обеспечена фигурной высечкой, т. е. заменой прямоугольной формы ленты, на которой напечатано изображение на ленту с перфорированными краями или ленту в форме «тени ожерелья». Локальные сужения при этом должны совпадать с пробелами.

Нами разработана методика и оснастка для получения концентраторов локальных напряжений на ленточных образцах в области пробельных элементов ШК. Для формирования в пленке локальных сужений лист используют из фольги алюминия размером 15x4 см, который складывают пополам вдоль длинной стороны. По свободному краю делают прямоугольные надрезы, ширина и местоположение которых соответствуют расположению пробелов ШК на ленте. В полученный трафарет из фольги укладывают отпечаток ШК на пленке таким образом, чтобы край пленки был виден в прорези. Затем фольгу с пленкой подносят к пламени горелки и по свободному краю «обжигают». Процедуру повторяют на второй стороне ленты. В результате получается образец ленты с уменьшенными высотами пробельных элементов (рис. 3). При закреплении образца в зажимах для дальнейшего растяжения участки с меньшими высотами будут настолько более податливы, насколько их высота меньше высоты штрихов. Пробелы, соответственно, будут легче и быстрее растягиваться и белеть (терять прозрачность) [5]. В результате растяжения такого образца пробелы приобретают необходимую ширину и должны считываться сканирующими устройствами.

Использование механической памяти эластичного материала.

Для легкого и быстрого растяжения пробельных элементов (по сравнению с участками пленки со штрихами) можно использовать механическую память полимера [6]. Для этого необходимо локально

Рис. 3. Дисторсия пробельных элементов отпечатка штрихового кода на пленке с уменьшенными высотами

растягивать каждый пробел по несколько раз, зафиксировав их между двумя зажимами. После этого процесса в зонах, где проводилось растяжение, пробел будет растягиваться легче штрихов, а ШК считываться сканером в момент растяжения. Перфорирование или изменение высоты пробелов не требуется, но высокопроизводительное исполнение этого приема на известном технологическом оборудовании, применяемом в полимерной промышленности и полиграфии, вызывает большое сомнение.

Таким образом, с использованием модельных покрытий из краски (для трафаретной) печати и пленки их ППЖЭ с концентраторами напряжений показана возможность создания элементов упаковки, проверка подлинности которых осуществляется путем растяжения штрихового кода под лучом сканирующего устройства.

Библиографический список

1. КондратовА.П. Технология материалов и покрытий : учеб. пособие / А.П. Кондратов, Н.Н. Божко. - М. : МГУП, 2006. - 226 с

2. КондратовА.П. Физика и химия материалов и покрытий : учеб. пособие / А.П. Кондратов, Н.Н. Божко, Д.И. Байдаков, О.И. Андреев [и др.] - М. : МГУП, 2009. - 208 с.

3. Интернет-ресурс: http://www.gerelo.dp.ua Определение качества ламинации многослойных материалов. 26.04.2009

4. Патент № 2448366 РФ Российская Федерация МПК G06/K9/00. Способ защиты полиграфической продукции от фальсификации/ Авторы: Кондратов А.П. (RU), Баблюк Е.Б. (RU); заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО МГУП - заявка № 2010108169/08; заявл. 04.03.2010, опублик. 20.04.2012.

5. КондратовА.П. Полиолефиновые пленки с «водяным знаком» для защищенной полиграфии / А.П. Кондратов, М.А. Дрыга, В.И. Хурса // Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - № 4. - 2010. - С. 64-50.

6. Park К. and Noether H.D. Crystalline «Hard» Elastic Materials II. Mechanical properties//Colloid & Polymer Science.1975.V253. № 10. P. 824-839.

00