Обоснование выбора материалов и условий трафаретной печати на полимерных пленках с изменением геометрии

Обоснование выбора материалов и условий трафаретной печати на полимерных пленках с изменением геометрии

М.В. Коновалова,

соискатель кафедры материаловедения1

С появлением на рынке сбыта огромного количества товаров массового спроса возникла потребность в защите продукции от фальсификации. Это один из наиболее актуальных вопросов, волнующих как производителя, так и потребителя. На сегодняшний день основным способом идентификации подлинности товара остается индивидуальная упаковка, этикетка и другие элементы защиты маркировкой.

Целью работы являлось определение условий трафаретной печати и подбор расходных материалов для печати на полимерах с особыми механическими свойствами.

Объекты исследования - поливинилхлорид термоусадочный и полипропилен жесткоэластичный, представляющие собой синтетические полимеры с изменяющейся геометрией, и использующиеся в производстве гибкой упаковки и этикетки.

Создание элементов защиты. Дисторсия

Здесь понятие дисторсии имеет немного другой смысл, нежели в фотографических процессах или электронно-оптических рентгеновских установках. Точнее было бы говорить о геометрических искажениях (геометрических аберрациях) что, по сути, и является дисторсией. В данном случае речь идет о дисторсии штрихового кода, вернее отдельно взятого фрагмента, который подвергается растяжению либо сжатию на этапе электронной подготовки оригинала (рис. 1, 2). Считывание штрих-кода возможно только после термоусадки или растяжения полимерного материала.

1 Научный руководитель Кондратов А.П., д.т.н., профессор МГУП имени Ивана Федорова.

Процесс электронной подготовки оригинала производится с учетом коэффициента усадки или растяжения полимерного материала.

Инверсия

Определение инверсии взято из логики и буквально звучит как замена «белого» «черным».

Инверсия уже сама по себе является защитой штрихового кода от считывания, не прибегая к дисторсии.

Электронная подготовка оригинала заключается в создании штрихового кода не в виде позитива, а в виде негатива. В результате полученное изображение, т. е. пробелы, не несут никакой информационной нагрузки (рис. 3).

Рис. 3. Инверсионное изображение штрихового кода

Считывание данного штрихового кода возможно лишь при подведении под него контрастной подложки (рис. 4).

Рис. 4. Считываемый штриховой код

Конечно, такое изображение не скрыто от глаз, но без контраста считывание его весьма затруднительно.

Латентность

Латентное - скрытое или замаскированное изображение. Видимым для глаза или для сканирующей техники оно становится только после изменения определенных внешних факторов (изменения угла зрения, воздействия температуры, воздействия излучения с определенной длиной волны и т. д.) [2].

Латентная инверсия

Это следующий шаг защиты уже самого инверсионного изображения, оно почти не заметно для человеческого глаза и сканера (рис. 5, а). Использование для печати инверсионного изображения, специальной композиции, в основе которой лежит люминесцентный пигмент в базе связующего, дает возможность считывания данного штрихового кода только в свете УФ-лучей (рис. 5, б).

а б

Рис. 5: а — латентный инверсионный штриховой код; б— проявление штрихового кода под воздействием УФ-лучей

Надо учитывать, что для достижения максимальной яркости изображения при считывании следует увеличивать концентрацию пигмента в базе связующего вещества, что значительно повышает замет-ность изображения на запечатываемом материале. Для сокрытия инверсионного изображения рекомендуется печать в две краски, т. е. первая краска — плашка контрастного цвета, вторая краска — непосредственно сам штриховой код. Также большое значение имеет цвет плашки [2].

Выбор материалов и условий для трафаретной печати

Ассортимент расходных материалов для трафаретной печати довольно велик. Существует множество красок для запечатывания различных по происхождению полимеров. Но динамичное развитие полимерной промышленности, опережает производство расходных материалов для печати.

Стремительная разработка новых высокотехнологичных полимеров приводит к некоторым затруднениям, связанным с их запечатыванием. Для решения этой проблемы были проанализированы итальянские печатные краски фирмы «Argon», «Manoukian» представленные на Российском рынке фирмой «ЭЗАПРИНТ» [3], а также проведен ряд экспериментов, на результатах которых основаны следующие выводы.

Отличительной чертой исследуемых нами поливинилхло-ридных и полипропиленовых пленочных материалов является изменение геометрии поверхности при определенном на них воздействии, подбор красок осуществляется с учетом морфологических особенностей полимеров и рекомендаций производителя расходных материалов.

ПВХ. Что касается печати на термоусадочном поливинил-хлориде, то главными свойствами, которыми должны обладать краски -эластичность, хорошая адгезия и стойкость к термической обработке. Всем этим требованиям отвечают сольвентные краски (краски содержащие органические растворители) фирмы «Argon», рекомендованные для запечатывания ПВХ.

В зависимости от производителя поливинилхлорид незначительно, но отличается по составу, отсюда следует, что для получения качественного оттиска, необходимо учитывать толщину пленочного материала. В результате исследований выяснилось, что некоторые пленки из термоусадочных полимеров, толщины которых составляют менее 50 мкм, не могут быть запечатаны сольвентными красками, так как растворитель, проникая в полимер, вызывает набухание и коробление, которое обусловлено усадочными напряжениями, имеющимися в анизотропных пленках.

Принято было решение использовать водорастворимые краски (краски для печати на текстиле), которые в своем составе не содержат агрессивных компонентов и не должны вызывать коробления и усадку полимера. При этом возникает вопрос о смачивании поверхности полимера красками, в составе которых имеется вода - вещество с высоким поверхностным напряжением. Но так как в составе этих красок содержится растворитель, обладающий поверхностно активным действием, то и смачиваемость поливинилхлорида оказалась вполне приемлемой. Что же касается адгезии красочного слоя к поверхности запе-

чатываемого материала, то по результатам тестов она оказалась удовлетворительной, чего было вполне достаточно для успешного проведения серии экспериментов по получению и изучению защитных элементов упаковки и этикетки.

ПП. Проблема запечатывания ПП существовала всегда. Появление же нового жесткоэластичного полипропилена вызвало еще больше вопросов, это связано с его способностью к обратимым деформациям.

Требования, предъявляемые к краскам практически те же что и краскам для запечатывания поливинилхлорида. Выбор способа активации полимера и подбор краски для запечатывания производились опытным путем.

Как известно, полипропилен имеет очень небольшое поверхностное натяжение, которое составляет всего 28 дин/см2, чего не достаточно для удовлетворительного смачивания полимера печатной краской. Эта проблема решается с помощью обработки материала перед печатью каким-либо способом, активации поверхности полипропилена.

Это может быть - обработка коронным разрядом, обработка в плазме тлеющего разряда и активация с помощью праймера.

Нами опробованы все три способа активации жесткоэластичного полипропилена, из чего можно заключить следующее.

Недостатком обработки коронным разрядом является тот факт, что наибольшая восприимчивость материала к печатной краске с момента активации составляет всего полчаса, а этого времени не достаточно для подготовки к печатному процессу. Применение в лабораторных условиях затруднительно.

Обработка полимера в плазме тлеющего разряда еще более проблематична, нежели коронный разряд, во-первых, процесс обработки сложен и занимает много времени, во-вторых, площадь обработки не может быть сколь угодно большой. Применение в лабораторных условиях затруднительно.

Самым рентабельным и доступным способом активации является обработка поверхности полимера праймером. Не требующая дополнительного оборудования, обработка осуществляется вручную в отличие от двух предыдущих способов.

В ходе эксперимента использованы расходные материалы предоставленные фирмой «ЭЗАПРИНТ».

Рекомендованные краски для запечатывания полипропилена с использованием праймера, показали хорошие результаты.

Экспериментально определенная по методике [4] адгезия красочного слоя к полимеру составила »2,0 кг/см2. Что же касается обратимых деформаций, то при растяжении гибкий красочный слой не служит сдерживающим фактором и позволяет полипропилену равно-

мерно деформироваться. После снятия нагрузки ни сам полимер, ни красочный слой не претерпевают видимых изменений, выдерживая более 150 циклов растяжения.

В заключение можно сказать, что поставленные ранее задачи были решены, экспериментальные результаты удовлетворили всех участников. Вопросы, возникшие по ходу работы, находятся на стадии разработки.

Библиографический список

1. Вышинский В.Н. Доклад «Разработка рекомендаций для нанесения защитной маркировки на интервальные термоусадочные пленки» 66 студенческая конференция / В.Н. Вышинский. - МГУП имени Ивана Федорова, 2012.

2. Андрощук Р.В. Доклад «Применение латентных изображений информационно защитных символов в производстве полимерной упаковки» 66 студенческая конференция / Р.В. Андрощук. - МГУП имени Ивана Федорова, 2012.

3. Краски и другие материалы для трафаретной печати: каталог фирмы «Эзапринт». - М. : Галарт, 2004. - 56 с.

4. Патент 2390004 Российская Федерация. Способ оценки прочности соединения трафаретных красок и покрытий с запечатываемыми материалами / Кондратов А.П., Баблюк Е.Б., Божко Н.Н.; заявитель и патентообладатель. - М. : Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования МГУП имени Ивана Федорова. - № 2009109121; опубл. 20.05.10.