بازنشر این پژوهش با ذکر نام منبع بلامانع است.
بخش تحقیق و توسعه شرکت رسام نقش آناهیتا

 

چکیده: با افزایش اهمیت بسته بندی انعطاف پذیر در سال های اخیر، روند چاپ بسته بندی در صنعت چاپ افزایش یافته است. پرکاربردترین سیستم های چاپ در بسته بندی انعطاف پذیر چاپ فلکسو است.
سطوح فیلم های پلاستیکی و فویل های متالایز ساختاری صاف و لغزنده دارند و از چسبیدن مرکبهای چاپ جلوگیری می کنند. زیرا چسبندگی  در ساختار مرکب سطح متخلخلی برای نفوذ ندارد. برای اینکه فیلم های پلاستیکی چاپ شوند، سطوح آن ها باید دارای خواص خاصی باشد. برای این کار فرآیند بهبود سطح به نام کرونا روی این سطوح مواد اعمال می شود. با این فرآیند، سطوح مواد فیلم به صورت میکرونی زبر در می آیند و مرکب بهتر به سطح می چسبد و در برابر عوامل خارجی مقاومت بیشتری دارد. باید در نظر داشت که سطح یک فیلم چاپی که تحت تاثیر کرونا قرار گرفته است ممکن است به مرور زمان خراب شود مگر اینکه روی آن چاپ انجام گیرد. زیرا اثربخشی تاثیر کرونا محدود به زمان است و انرژی سطحی به پس از مدتی تحت تأثیر شرایط محیطی مانند دما و رطوبت کاهش می یابد. در این پژوهش برای نشان دادن اهمیت کرونا، چاپ های آزمایشی با چاپ فلکسو بر روی  متریال کرونا شده که به دلیل گذشت زمان، کرونا آن ضعیف شد، انجام شد. در بررسی تصاویر میکروسکوپی چاپ های آزمایشی، مشاهده شد که مرکب چسبندگی خوبی دارد و در برابر عوامل خارجی مقاوم است. از سوی دیگر، مشخص شد که شدت رنگ مرکب  و کیفیت چاپ در متریال چاپی با کرونا ضعیف، کاهش یافته و بدتر شده است.
در سیستم‌های چاپ، انرژی سطحی فیلم‌های پلاستیکی باید تقریباً 10 میلی نیوتن بر متر بیشتر از کشش سطحی مرکب در طول فرآیند چاپ باشد تا بتوان مرکب را بر روی چاپ خوب را حفظ کرد.
جهت حفظ کیفیتی  در طول زمان چاپ، انرژی های سطحی فیلم های پلاستیکی باید با اثر کرونا در سطح متریال افزایش یابد.
کلمات کلیدی: چاپ فلکسو، کرونا، چاپ بسته بندی انعطاف پذیر، فیلم های پلاستیکی

در تعیین کیفیت چاپ فلکسو؛ علاوه بر کاغذ، مقوا، فیلم های پلاستیکی و متالایزه و خواص مرکب استفاده شده، عوامل محیطی، مکانیکی، فیزیکی نیز موثر است. علاوه بر این، سازگاری مواد استفاده شده با تکنیک چاپ، متریال چاپی و آماده سازی پلیت کلیشه، پیشرفت در غلتک آنیلوکس، ماشین و سیستم های کنترل نیز بر کیفیت تاثیر می گذارد.

اثر کرونا یک فرآیند است که در سال 1951 در بخش صنعتی تعریف شد و پس از اینکه از یک مهندس در دانمارک خواسته شد راهی مطمئن برای چاپ روی سطوح پلاستیکی پیدا کند، توسعه یافت. این فرآیند روشی است که برای اطمینان از اینکه مرکبها و لاک های چاپ به خوبی به متریال های مصنوعی و فویل های فلزی می چسبند استفاده  شد. در فرآیند کرونا، پرتو الکترونیکی با فرکانس بالا به سطح مواد مصنوعی اعمال می شود. ذرات الکترونی که منبع الکترونی را ترک می‌کنند، به سرعت به متریال چاپی در حال حرکت برخورد می‌کنند. اما قبل از اینکه الکترون ها به متریال چاپی  برسند، با مولکول های هوای حامل نور برخورد می کنند. الکترون ها تا حدی با اکسیژن و اکسیدهای نیتروژن واکنش اوزون می دهند. هنگامی که الکترون ها با متریال تماس پیدا می کنند، به دلیل انرژی زیاد، پیوندهای هیدروژن کربن را تجزیه می کنند. بنابراین، مرکب و لاک‌ها به راحتی به متریال چاپی می‌چسبند.مدت و شدت عملیات کرونا با ساختار شیمیایی متریال چاپی و اختلاف کشش سطحی بین متریال  چاپی و مرکب چاپ تعیین می شود.
سیستم‌ پرتو کرونا این کار را با اعمال سطح معینی از قدرت به سطح  متریال برای مدت زمان مشخصی انجام می‌دهد. این پارامتر توان/زمان بر حسب دانسیته وات اندازه گیری می شود که به صورت وات/ft2 تعریف می شود. اگرچه دانسیته وات اعمال شده مستقیماً با افزایش کشش سطحی مرتبط است، اما این رابطه غیر خطی است و به پارامترهای سیستمی و متریال های چاپی بستگی دارد.

شکل 3: کشش های سطحی متریال فیلم پلاستیکی و کشش های سطحی مورد نیاز در چاپ

درصورتی که انرژی سطحی متریال چاپی مطلوب و مناسب باشد، نشان دهنده چسبندگی مرکب به سطح متریال چاپ  خواهد بود.
به منظور افزایش انرژی سطحی متریال های چاپی مبتنی بر پلاستیک، پرتو کرونا باید اعمال و کنترل شود.
کشش سطحی فیلم‌های پلاستیکی و مرکبهای با ویسکوزیته پایین مورد استفاده در چاپ فلکسو مهمترین پارامتر در رابطه بین متریال چاپی و مرکب است.


دانسیته کرونا را میتوان با استفاده از فرمول زیر  به صورت ریاضی محاسبه کرد:

Power=M*W*S*T
T - تعداد پرتو
S - سرعت خطی، اندازه گیری شده در m/min
W - عرض فیلم، در متر
M - فاکتور متریال، اندازه گیری شده بر حسب وات بر متر مربع در دقیقه
فرآیندهای بهبود سطح کرونا برای همه متریال های فیلم های چاپی به یک شکل اعمال نمی شود. بسته به نوع متریالی  که قصد استفاده از آن را دارید، فرآیند متفاوتی اعمال می شود. به منظور اطمینان از چسبندگی مناسب مرکب، انرژی سطحی مواد چاپی باید بیشتر از مرکب چاپی مورد استفاده باشد.
به عنوان یک قاعده کلی، زمانی که انرژی سطحی یک متریال چاپی از کشش سطحی مرکب به میزان 10 mN/m بیشتر باشد، می توان یک پیوند و چسبندگی صحیح بین مرکب و متریال چاپی ایجاد کرد.
از آنجایی که مرکبهای چاپ بر پایه حلال دارای کشش سطحی تقریباً 25 dyne/cm هستند، واضح است که فیلم هایی مانند PE (31 dyne/cm) و PP (29 dyne/cm) باید قبل از چاپ تحت پوشش پرتو کرونا قرار گیرند (شکل 3)

پرتو سطحی کرونا فقط بر لایه سطحی فیلم پلاستیکی تأثیر می گذارد تا حدی که چاله های ریزی با عمق تقریباً 0.01 میکرون ایجاد می کند.نقطه مشترک این فرآیندها این است که این فیلم ها انرژی سطحی را افزایش می دهند. این موضوع منجر به چاپ پذیری بهتر می شود.
 فیلم های پلاستیکی که بیشتر در کاربردهای بسته بندی استفاده می شود. پلی اتیلن (PE، LDPE، HDPE، MDPE)، پلی پروپیلن (CPP، OPP، MOPP، BOPP، فیلم های فلزی)، پلی آمید (PA)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی وینیلدن کلرید (PVDC)، پلی اتیلن ترفتالات (PET) این مواد که خواص سطحی آنها با یکدیگر متفاوت است، بسته به ویژگی های محصول می توانند به تنهایی یا به صورت لمینیتی مورد استفاده قرار گیرندشکل 4: عدم پرتو (الف) و سطح پرتو کرونا (ب) (تصاویر AFM گرفته شده با AFM
(میکروسکوپ نیروی اتمی) (پوپلکا و همکاران، 2018).

هر چه انرژی سطحی یک فیلم پلاستیکی بیشتر باشد، استحکام پیوند هر چیزی که با سطح آن سازگار است بیشتر است. یکی از دلایل انرژی سطحی کمتر ممکن است ویژگی متریال چاپی باشد. به عنوان مثال: بسیاری از پلاستیک ها انرژی سطحی بسیار کمی دارند، بنابراین برای دستیابی به چسبندگی خوب، عملیات شیمیایی یا فیزیکی لازم است (شکل 4)

به طور کلی، حد پایین انرژی سطحی بر این متریال چاپی با چاپ فلکسو 38mN/m است. اگر انرژی سطحی کمتر از این مقدار باشد، چسبندگی مرکب چاپ ضعیف خواهد بود (شکل 5 الف)، اگر بالاتر از این مقدار باشد، چسبندگی کافی خواهد بود (شکل 5 ب). بنابراین، برای یک نتیجه چاپ خوب، لازم است انرژی سطحی فیلم پلاستیکی قبل از چاپ اندازه گیری شود. ماژیک کرونا برای کنترل و بررسی بافت سطحی استفاده می شود. استفاده از این قلم‌ها ارزان‌ترین، سریع‌ترین و ساده‌ترین راه برای بررسی اینکه آیا متریال چاپی پلاستیکی کشش سطحی کافی برای عملیات چاپ دارد یا خیر است. این روش کنترلی همیشه توصیه می شود تا مجبور نباشید مقادیر زیادی از متریال چاپی را به دلیل چاپ نامناسب هدر داده شود.

شکل 5:(a) تصویر سطح کرونا ضعیف شده (b)و سطح  کرونا شده - ررسی شده با استفاده از یک ماژیک کرونا 38 mN/m

۲ روشها:
به طور خاص، انرژی سطحی متریال چاپی مورد استفاده در بسته بندی انعطاف پذیر باید تقریبا 10 mN/m بیشتر از کشش سطحی مرکب باشد. در غیر این صورت، چسبندگی مرکب در سطح مورد نظر ایجاد نمی شود و کیفیت چاپ مورد انتظار حاصل نخواهد شد. در این حالت، انرژی های سطح بسته بندی انعطاف پذیر باید افزایش یابد. چسبندگی مرکب به سطح متریال چای به خواص چاپ پذیری متریال چاپی و نوع مرکب مربوط می شود. فرآیند بهبود سطح متریال چاپی توسط کرونا پرکاربردترین فرآیند است که نتایج خوبی بر روی فیلم‌های چاپ پلاستیکی برای بهبود چسبندگی و خواص چسبندگی مرکب می‌دهد.
افزایش انرژی سطحی فیلم های پلاستیکی در این پژوهش در چاپ روی مواد پلی پروپیلن، یکی از پرکاربردترین مواد فیلم پلاستیکی در چاپ بسته بندی انعطاف پذیر، برای آزمایش اهمیت حفظ مرکب، که بر کیفیت تأثیر می گذارد، انجام شد. در این پژوهش، چاپ با متریال 50 گرم بر متر مربع، مواد OPP 40 میکرون، مرکب اندازه گیری شد و با ویسکوزیته Zahn 3 انجام شد که ویسکوزیته آن در استاندارد ASTM D4212 20 ثانیه توسط کاپ تعیین شد. چاپ های انجام شده آزمایشی بودند.
همچنین چاپ بر روی دستگاه چاپ لیبل فلکسو 10 رنگ Omet X10 با قابلیت پرتو دهی کرونا بصورت فیزیکی بود. برای کنترل سطوح چاپی از ماژیک تست Corona با مقدار متوسط ​​mN/m 38 استفاده شد. چاپ های آزمایشی بر روی متریال فیلم چاپیOPP که کرونا آن ضعیف شده بود پس از پرتو دهی با کرونا تولید شد. تصاویر میکروسکوپی از پرینت های آزمایشی با میکروسکوپ استریوسکوپی Leica S8APO DFC295 گرفته شد.

3. نتایج
در مطالعه، اول، چاپ روی مواد فیلم OPP با کرونا ضعیف شده و نامناسب انجام شد. هنگامی که کرونا به صورت فیزیکی بر روی سطوح چاپ اعمال شد، مشاهده شد که با استفاده از تست اثر انگشتی، استحکام نشست مرکب بر سطح فیلم ناکافی است. علاوه بر این، در عکس‌های میکروسکوپی استریوسکوپی مشاهده شد که اعوجاج‌هایی در رنگ سالید(بدون ترام) و فرآیند چاپ و حفره‌های سفید‌ بر روی فیلم پلاستیکی OPP مشاهده شد که در اثر نگهداری طولانی مدت متریال چاپی کرونا آن ضعیف شده بود(شکل 6). این موضوع  باعث مغایرت  در رنگ های چاپ شده  شد.

شکل 6: نمونه هایی از چاپ با رنگ سالید(بدون ترام) و چند رنگ  روی متریال چاپی OPP با کرونا ضعیف شده
مشخص شد که نتایج چاپ در هر دو چاپتک رنگ  وچند رنگ کیفیت مطلوبی در تولید چاپی بر روی OPP با بهبود سطح کرونا کافی برخوردار است (شکل 7). در عکس های میکروسکوپی مشاهده شد که چسبندگی مرکب به سطح  متریال چاپی کافی بوده و مشخص شد که رنگ ها در تناژهای رنگی مورد نظر و مورد انتظار هستند.

شکل 7: نمونه های چاپ با رنگ تک رنگ و چند رنگ بر روی  متریال چاپی OPP با کرونا کافی

4. نتیجه گیری
در تمام سیستم های چاپ، ثبات در ابتدای چاپ و در سراسر چاپ برای کیفیت بسیار مهم است. خواص فیزیکی و ساختاری متریال چاپی، پلیت کلیشه و مرکبهای چاپی، عوامل محیطی، مکانیکی، فیزیکی و رویه ای از عوامل اصلی تضمین سازگاری هستند.

 بهبود کیفیت چاپ مخصوص سیستم چاپ فلکسو؛ دانش و مهارت های استاد چاپ به سیلندر آنیلوکس، دکتر بلید، ماشین چاپ و سیستم های کنترلی بستگی دارد. فرآیند کرونا معمولاً برای پلی پروپیلن، فویل های وینیل، پلی اتیلن، سطوح متالیز شده، پی وی سی، کاغذ و مقوا، PET و سایر سطوح مواد مشابه استفاده می شود. این مواد باید دارای برخی ویژگی ها برای فرآیندهای چاپ و لمینیت پس از چاپ باشند. برای این منظور، سطوح این مواد باید جهت  بهبود سطح چاپ پذیر با کرونا پرتو شوند. با پرتو کرونا، سطوح مواد به صورت میکروسکوپی  حفره دار و زبر میشوندد و مرکب بهتر به سطح می چسبد. گاهی اوقات چاپ در دو سمت متریال چاپی انجام می شود. در چنین مواردی، کرونا در هر دو طرف ممکن است باعث انسداد در  چاپ شود. در این صورت چاپ ها باید خیلی خوب خشک شوند.
سطح یک متریال چاپی که تحت کرونا قرار گرفته است ممکن است به مرور زمان خراب شود. زیرا اثربخشی پرتو کرونا محدود به زمان است و انرژی سطحی به پس از مدتی کاهش می یابد. همچنین متریال چاپی تحت تأثیر شرایط محیطی مانند دما و رطوبت هستند و با بازگشت سطح پلاستیک به حالت اولیه، چسبندگی مرکب ضعیف می شود. به همین دلیل، اگر فیلم پلاستیکی کرونا شده ماه ها قبل از چاپ برای مدت طولانی نگهداری شده باشد، کرونا دهی باید تکرار شود. عملیات سطحی کرونا می تواند ساختار سطح فیلم های پلاستیکی را تغییر داده و بر خواص چسبندگی آنها تأثیر بگذارد. افزایش زبری سطح بسته به انرژی های سطح، پیوند بالقوه و وجود حفره ها می تواند منجر به افزایش یا کاهش چسبندگی شود. استفاده بیش از حد می تواند باعث ایجاد برجستگی بر روی سطح ماده شود و اثر بدتری بر روی چسبندگی و چاپ پذیری داشته باشد.