Оптические характеристики и светостойкость полимерных упаковочных пленок и нанесенных на них красочных слоев

УДК 678.416

В. Н. Серова, Э. Н. Носкова

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВЕТОСТОЙКОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ УПАКОВОЧНЫХ ПЛЕНОК И НАНЕСЕННЫХ НА НИХ КРАСОЧНЫХ СЛОЕВ

Ключевые слова: полимерная пленка, полиэтилентерефталат, полипропилен, полиэтилен, печатная краска, красочный слой, коэффициент пропускания, поглощение, оптическая плотность, светостойкость.

Работа посвящена изучению взаимосвязи между оптическими характеристиками и светостойкостью полимерных упаковочных пленок и нанесенных на них красочных слоев. Объектами исследования являлись образцы наиболее распространенных упаковочных пленок - из полиэтилентерефталата, полиэтилена высокого давления и полипропилена, как без печати, так и запечатанные с помощью пробопечатной флексографской машины K Printing Proofer. Установлено, что химическая природа полимера не оказывает существенного влияния на оптические характеристики нанесенного на них красочного слоя, однако большей светостойкостью характеризуются красочные слои, нанесенные на полиэфирную пленку, нежели полиолефиновые пленки.

Keywords: polymer film, polyethylenterephthalate, polypropylene, polyethylene, printing ink, paint layer, the transmittance, absor-

bance, optical density, light stability.

The work is devoted to study the relationship between optical characteristics and light fastness ofpolymeric packaging films and put on their colorful layers. The objects of study were samples of the most common packaging films - polyethylenterephthalate, high pressure polyethylene and polypropylene, as without print, and is sealed by samples-printed flexographic machine K Printing Proofer. It is established that the chemical nature of polymer has no significant effect on the optical characteristics of the paint layer, put on them, however, greater light stability is characterized the paint layers, put on the polyester film than polyolefin films.

Введение

На рынке упаковки широкое применение получили пленки из полиэтилена (ПЭ). К наиболее распространенным материалам для высококачественной пленочной (гибкой) упаковки, на которые наносится печать, относятся пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и полипропилена (1111). В соответствии с современными требованиями, полимерная пленочная упаковка наряду с высокими прочностными показателями и светопрозрачностью должна обладать и высоким качеством печатного изображения, устойчивого к световому старению, а именно к излучению светодиодных светильников, под воздействием которых она находится в современных торговых центрах упаковка.

К настоящему времени некоторые эксплуатационные свойства полимерных упаковочных пленок описаны в работах [1-6]. Вместе с тем в литературе отсутствуют данные о влиянии химической структуры полимерных пленок на оптические и эксплуатационные свойства нанесенных на них красочных слоев.

В связи с вышеизложенным объектами исследования в данной работе являлись образцы пленок, применяемых для изготовления гибкой упаковки в ООО «Данафлекс-Нано» из полиэфира (ПЭТФ) и полиоле-финов - 1111 и ПЭ высокого давления, как без печати, так и запечатанные способом флексографии. Целью работы являлось изучение оптических характеристик и светостойкости названных полимерных пленок и нанесенных на них красочных слоев.

Экспериментальная часть

В работе использовались пленки из ПЭТФ толщиной 12 мкм и 1111 толщиной 20 мкм биаксиально-ориентированные, общего назначения, изготовленные на плоскощелевом экструдере фирм F-PAP и BIAXPLEN соответственно. Пленка из ПЭ высокого

давления толщиной 30 мкм марки DANFILM изготовлена на выдувном экструдере Varex фирмы Windmoller&Holsher.

В качестве печатной краски была выбрана желтая краска триады CMYK марки FlexiLam CF/1 фирмы FLINT GROUP на основе нитрата целлюлозы, как связующего вещества, в которую для получения рабочей вязкости непосредственно перед печатью добавлялся этилацетат.

Красочные слои наносились на пленки с помощью пробопечатной машины K Printing Proofer фирмы RK Print для флексографии, печатающей со скоростью до 40 м/мин при линиатуре растра, равной 160 лин/см.

Для измерения спектрального коэффициента пропускания незапечатанных пленок применялся спектрофотометр СФ-256 УВИ фирмы ЛОМО (Россия) в диапазоне длин волн X = 200-800 нм. Регистрация спектральных характеристик поглощения запечатанных пленочных образцов производилась с помощью спектроденситометра SpectroDens компании Techkon.

Оценка светостойкости пленок проводилась с помощью излучения ртутной лампы ДРТ 240 высокого давления, энергетически более жестокого, чем излучение светодиодов. Современные же супер- и гипер-маркеты освещаются чаще всего светодиодными светильниками белого (нейтрального) света. Длина излучаемых ими волн (X) распространяется в видимой области спектра - в диапазоне от 400 до 700-750 нм. Ртутный спектр также включает эти лучи, что видно из сравнения спектров, на рис. 1 [7].

Вместе с тем в отличие от светодиодов, излучение ртутных ламп лежит в более широком диапазоне спектра. Так, дуговые ртутные трубчатые лампы (ДРТ) излучают отсутствующие в спектрах светодио-дов лучи в области X = 240-320 нм и поэтому считаются мощными источниками УФ-излучения [8]. Это иллюстрирует рис. 2.

нм

Рис. 1 - Спектры излучения белого светодиода

А, нм

Рис. 2 - Спектр излучения ртутных ламп

Желтый цвет краски, наносимой на полимерные пленки, был выбран в работе, исходя из того, что ее поглощение приходится на синюю часть спектра, наиболее близкую к УФ-лучам от названной ртутной лампы. Расстояние от лампы до испытуемых образцов составляло 30 см, а температура в их близи достигала 50оС. Следовательно, одновременно со световым старением они подвергались и тепловому старению.

Результаты и их обсуждение

Получены спектральные характеристики пропускания незапечатанных пленок в виде зависимости коэффициента пропускания (т) от длины волны (X), причем, как исходные, так и после облучения ртутной лампой продолжительностью 5, 10, 15, 25 и 40 часов. Они показаны на рис. 4 для пленки из ПЭТФ. В таблице 1 приведены значения коэффициента т всех исследованных полимерных пленок на X = 350 и 430 (соответственно в УФ-области спектра и синей части видимой области спектра, на которую приходится поглощение желтой краски), а также величина его абсолютного изменения (Дт) после 10 и 40 часов облучения.

Как видно, наибольшим спектральным светопро-пусканием в УФ- и видимой области спектра обладает пленка из 1111. Для всех пленок после 10-ти и 40-часового облучения заметное снижение коэффициента т наблюдается лишь в УФ-области спектра, причем

наиболее заметное для пленки из ПЭТФ, нежели по-лиолефиновых. В видимой же области спектра его значение практически изменяется не существенно, как после облучения продолжительностью 10, так и 40 часов. Следует отметить, что пленка из ПП, в отличие от других пленок, после 15 часов облучения стала хрупкой и разрушилась.

200 400 600 300

^ час: 1 - 0; 2 - 5; 3 - 10; 4 - 15; 5 - 25; 6 - 40

Рис. 3 - Спектральные характеристики пропускания пленки из ПЭТФ

Таблица 1 - Коэффициент пропускания полимерных пленок и его изменение после 10 часов облучения

Полимер т, % на X, Дт, % на X, Дт, % на X,

нм нм нм

t = 10 час t = 40 час

350 430 350 430 350 430

ПЭТФ 82 85 14 1 24 3

ПП 83 88 5 0 - -

ПЭ 66 80 2 0 8 2

Измерены спектральные характеристики поглощения красочных слоев, нанесенных желтой триад-ной краской на полимерные пленки, - зависимость оптической плотности (Р) от длины волны X. В качестве примера на рис. 4 приведены соответствующие спектральные характеристики поглощения красочных слоев на пленке из ПЭТФ, как исходные, так и после облучения ртутной лампой разной продолжительности 1 Для характеристики печати на полимерных пленках составлена таблица 2.

В таблице 2 представлены значения длины волны, соответствующей максимуму поглощения красочного слоя (Хмакс), максимальной оптической плотности (Рмакс), а также относительное изменение этого показателя после облучения пленочных образцов (ДЭмакс), вычисленное по формуле:

Д^макс (^макс О макс) 100^^макс,

где Dмакс и D'макс - максимальная оптическая плотность красочного слоя соответственно до и после облучения продолжительностью 1

I, час: 1 - 0; 2 - 5; 3 - 10; 4 - 15; 5 - 25; 6 - 40 Рис. 4 - Спектральные характеристики поглощения красочных слоев, нанесенных желтой краской на пленку из ПЭТФ

Таблица 2 - Характеристики качества печати на полимерных пленках

Полимер ^маж^ нм отн. ед. ADMaKc % при t, час

10 40

ПЭТФ 430 2,1 0 0

ПП 430 2,3 4,4 4,4

ПЭ 430 2,2 6,7 6,7

Из анализа полученных экспериментальных данных следует, что химическая природа полимера не оказывает существенного влияния на начальные оптические характеристики нанесенного на них красочного слоя. Вместе с тем, как видно из сравнения значений ДЭмакс, большей светостойкостью характеризуются красочные слои, нанесенные на полиэфирную, нежели полиолефиновые пленки.

Литература

1. Серова, В.Н. Светостойкость и другие сравнительные свойства полимерных пленок для упаковки пищевых продуктов / В.Н. Серова, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Вестник технол. ун-та. - 2014. - Т. 17. -№ 3. - С. 104-107.

2. Серова, В.Н. Эксплуатационные свойства моно- и многослойных полимерных упаковочных пленок / В.Н. Серова, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Пластические массы. - 2014. - № 5-6. - С. 54-56.

3. Серова, В.Н. Влияние металлизации и праймирования полиэтилентерефталатной упаковочной пленки на качество красочных слоев, нанесенных на нее способом флексо-графской печати / В.Н. Серова, С.А. Шевцова, М.С. Якунина, Д.В. Сугоняко, М.Л. Верижников, А.А. Тюфтин // Вестник технол. ун-та. - 2014. - Т. 17. - № 12. - С. 65-68.

4. Серова, В.Н. Влияние нанопокрытия из оксида алюминия на свойства полиэтилентерефталатной упаковочной пленки и нанесенной на нее печатной краски / В.Н. Серова, С.А. Шевцова, Д.В. Сугоняко, А.А. Тюфтин, М.Л. Верижников // Клеи. Герметики. Технологии. - 2015. - № 8. - С. 36-41.

5. Гарипов, Р.М. Получение и свойства многослойной термоусадочной полимерной пленки / Р.М. Гарипов, В.Н. Серова, А.А. Ефремова, Ж.Ю. Теркина // Вестник технол. ун-та. - 2015. - Т. 18. - № 3. - С. 174-177.

6. Гарипов, Р.М. Структура и световое старение высокобарьерной многослойной термоусадочной пленки / Р.М. Гарипов, В.Н. Серова, А.И. Хасанов, А.А. Ефремова, Ж.Ю. Теркина // Вестник технол. ун-та. - 2015. - Т. 18. -№ 14. - С. 29-32.

7. Волков, А. Прибор для измерения колориметрических характеристик излучения / А. Волков, В. Кузьмин // Полупроводниковая светотехника. - 2011. - Т. 5. - № 13. -С. 70-72.

8. Лампа или светодиод - какой источник УФ-излучения лучше? // PrintCom Russia. - 2008. - № 17/18. - С. 17-19 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.colorlaboratory.ru/, свободный.

© В. Н. Серова - д.х.н., проф. каф. технологии полиграфических процессов и кинофотоматериалов КНИТУ, vnserova@rambler.ru; Э. Н. Носкова - студентка кафедры технологии полиграфических процессов и кинофотоматериалов КНИТУ, elion16@mail.ru.

© V. N. Serova - doctor of chemical Sciences, KNRTU, vnserova@rambler.ru; E. N. Noskova -nology, elion16@mail.ru.

Professor, the chair of printing processes and cinema-photomanerials technology, student of KNRTU, the chair of printing processes and cinema-photomanerials tech-