Флексографские краски и их особенности

МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Северо-Западный институт печати                                                           

Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна

 

Факультет Полиграфических  технологий и оборудования

 

Специальность  261202

Форма обучения  заочная

 

Кафедра

Технологии  полиграфического

  производства

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине "Материаловедение"

Тема работы  Флексографские краски и их особенности

Студент __________________________                                                    Чулпанова В.А.

            (подпись)                                    (ФИО)

гр. Тзс-3

Руководитель _____________________                                                     Груздева И. Г.

доцент, к. х. н.       (подпись)                                    (ФИО)

Дата защиты работы _______________

Оценка __________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 

2012

Содержание                                                                                            стр

Введение                                                                                                                   3

1 Общие сведения о флексографской  печати                                                       4

1.1 Историческая справка                                                                                       4

1.2 Технология печатного  процесса. Преимущества и недостатки                    5

1.3 Разновидности запечатываемых  материалов                                                  9

2 Типы красок для флексографии                                                                        10

2.1 Общие сведения                                                                                               10

2.2 Краски на основе растворителей (сольвентные краски)                              12

2.3 Краски на водной основе                                                                                13

2.4 Двухкомпонентные краски                                                                             16

2.5 УФ-краски                                                                                                        17

2.6 Требования к краскам                                                                                     23

3 Проблемы, связанные с красками для флексопечати                                     24

Заключение                                                                                                            27

Список литературы                                                                                               28

Приложение                                                                                                           29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Флексографская печать - один из самых популярных в мире видов печати. Такое широкое признание этой разновидности высокой печати объясняется, прежде всего тем, что она практически не имеет ограничений по типу запечатываемого материала: это может быть как тонкая пленка, так и достаточно грубый гофрокартон, не говоря уже о различных видах бумаги, фольги и пр.

Флексография является разновидностью высокого способа печати и отличается от классической типографской печати применением высокоэластичных форм и жидких печатных красок. Именно благодаря  этому флексография позволяет при относительно небольшом давлении печати запечатывать различные по своим характеристикам материалы.

Основой технологии флексопечати является передача жидких быстросохнущих красок на материал (пленка, бумага, фольга) через  мягкие полимерные формы, закрепленные на формных цилиндрах с помощью двусторонней липкой ленты.

Сегодня область применения флексографии очень широка, однако наиболее востребованным этот способ печати оказался в производстве упаковки и этикетки. Флексографским способом печатают на различных пленках, многослойных комбинированных материалах, алюминиевой фольге и многих других материалах. Данный вид печати незаменим в работе с тянущимися материалами - полиэтиленом низкого и высокого давления.

Краски играют очень важную роль в процессе флексографской печати. Именно благодаря краскам можно достичь необходимых для многих упаковок яркости, насыщенности и глянца. Печатные краски определяют многие печатно-технические и потребительские свойства оттиска, а также саму возможность запечатывания какого-либо материала и получения изображения определенного характера (растрового, штрихового или текста).

В курсовой работе будут рассмотрены  особенности флексографской печати, типы красок для флексографии и их особенности, а также проблемы, которые могут возникнуть при работе с ними.

 

`

 

 

 

 

 

1 Общие сведения  о флексографской печати

1.1  Историческая справка

Первоначально флексография развивалась на основе применения натуральных и синтетических  резин. Натуральная резина получается  при обработке латекса – молочкового выделения различных деревьев и растений, произрастающих, в основном в тропиках. Оно использовалось многими цивилизациями доколумбовой эпохи в центральной и Южной Америке, таких как цивилизация Майя. Образцы резины отправлялись в Европу первопроходцами и миссионерами в XVI веке, а в конце XVIII века английский химик Джозеф Пристли, прославившийся открытием кислорода, обнаружил, что латексная резина после нагревания приобретает способность стирать карандашные записи. От слова стирать (to rub) он и образовал английское слово «rubber» (резина).

В 1839 г. Чарльз Гудъер случайно открыл способ увеличения прочности натуральной резины, который  он назвал «вулканизацией». Начиная  с середины 1800-х гг. стали появляться различные резиновые продукты и соответствующие патенты.

В конце XIX века основным был способ высокой печати (в основном, в виде набора металлических литер), в то время как плоская и глубокая печать только зарождались. Было найдено, что путем вдавливания металлического клише в алебастр можно получить форму, залив в которую невулканизированную жидкую резину, можно было, после нагревания и охлаждения, изготовить вполне работоспособный штамп. Вскоре было установлено, что этот метод можно использовать для изготовления печатных пластин,  удобных для печати на поверхностях, на которых обычная высокая печать не давала хороших результатов.

Изобретение в 1930-х гг. синтетической резины сделало  свойства резиновых штампов и  печатных пластин гораздо более  надежными (воспроизводимыми), чем в случае натуральной резины.

В 1940-х гг. корпорация Мосстайп (Mosstype Corporation) внесла ряд усовершенствований в печатное оборудование. В 1938 г. Два сотрудника МС изобрели точный и эффективный метод нанесения красочной пленки на резиновую форму. Их идея была навеяна травлением формных цилиндров глубокой печати, в которых краска переходила из углублений на подложку. Они изготовили гравированный валик с точными размерами и числом элементов, из которых точно определенное количество краски поступало на формный цилиндр. Они назвали этот валик анилоксовым, и он до сих пор остается основной частью флексопечатных машин.

Вплоть до 1920-х гг. флексографию называли «анилиновая печать» по названию красящего вещества печатных красок. В 1930-х гг. анилиновые красители были признаны в США токсичными. Хотя к этому времени применялись различные краски, термин «анилиновая печать» продолжал использоваться, пока в конце 1940-х гг. не стала очевидной необходимость его замены, поскольку этот способ применялся для печати на упаковке пищевых продуктов. В 1951 г. МС объявила конкурс на переименование процесса. Со всей страны поступило 200 предложений, и специальный комитет Института упаковки (Packing Institute) отобрал из них три: permatone process, rotopake process, flexographic process. 21 октября 1952 г. подавляющим числом голосов был принят термин flexographic process, или flexography, т.е. по-русски «флексографический процесс» или «флексография». [1]

1.2 Технология  печатного процесса. Преимущества  и недостатки

Флексографская печать – это единственный способ высокой печати, применение которого расширяется преимущественно в упаковочной, этикеточной и газетной печати. Главная отличительная черта флексографской печати – использование гибких, по сравнению с типографской печатью, относительно мягких печатных форм, которые позволили изменить процесс подачи краски.

При помощи эластичных (мягких) печатных форм и специально подобранных печатных красок (низкой вязкости) можно получать большую палитру цветов на впитывающих  и невпитывающих материалах. На рис.1. показан принцип работы печатной секции флексографской машины.

Рисунок 1 – Печатный аппарат машины флексографской печати (принцип ротационной  высокой печати) [2]

В упрощенном виде флексографская печатная машина включает четыре главных элемента: дукторный вал, дозирующий, или анилоксовый вал, формный цилиндр, печатный цилиндр. Дукторный вал вращается в красочном корыте и захватывает краску. Далее он перекатывает краску на анилоксовый вал; его также называют иногда накатным, дозирующим, рифленым, гравированным, аппликаторным, краскопередающим.

 

 

Рисунок 2 - Анилоксовый  вал

 

Анилоксовый вал захватывает краску, наполняя крошечные растровые ячейки, выгравированные на его поверхности  с частотой от 80 до 1200 на линейном дюйме. Гравирование производят механически или при помощи лазера; ячейки могут иметь форму усеченной пирамиды – трех-, четырех- или шестигранной – со спиральной разверткой линий, образуя спиральную растровую структуру. Чем тоньше детали изображения, тем гуще размещены ячейки. Вместе с анилоксовым валом часто используют ракельный нож, который под острым углом счищает избыток краски с поверхности вала. Таким образом, краска остается, в основном, в растровых ячейках.

После того, как анилоксовый валик  «зачерпнул» краску в ячейки, а ракель счистил лишнюю краску с его поверхности, краска передается (перекатывается) с анилоксового вала на печатную форму. Она закреплена на формном цилиндре при помощи специальной двусторонней липкой ленты. Возвышающаяся часть поверхности формы захватывает краску с анилоксового валика и переносит на запечатываемый материал.

Печатный цилиндр прижимает  запечатываемый материал к печатной форме и обеспечивает нужный уровень  давления для того, чтобы получить четкое изображение на оттиске. Изображение  будет воспроизведено правильно при условии, что дукторный вал, анилоксовый вал, формный цилиндр и печатный цилиндр вращаются с одинаковой скоростью.

В промежутках между печатными  секциями, или красочными станциями, установлены сушильные системы  для закрепления краски перед нанесением следующего слоя. Система состоит из  газопламенного сушильного устройства и двух вентиляторов (приточного и вытяжного). Под воздействием высокой температуры влага из краски испаряется. Вентиляторы обдувают оттиски, усиливая движение воздуха, что также способствует испарению.

Поскольку эти сушильные устройства расположены между красочными станциями, их называют «красочными сушками», или межсекционными сушками». На каждой стадии закрепления краски из краски удаляется определенное количество влаги, и это позволяет пропустить полотно через следующую красочную станцию без смазывания предыдущего слоя краски. После нанесения всех слоев краски, окончательного закрепления краски на оттиске, запечатываемый материал проходит через устройство, которое называют «главным туннелем», «туннелем основной сушки» или «дополнительной сушкой».

Иногда флексографские машины оснащают устройствами для разрезки ленты  на листы и укладки в стопы, в этом случае машина выдает листовую продукцию. Другие машины оборудованы комплексом для раскроя и высечки. Таким образом, изделиями машины могут быть готовые складные коробки, смотанные в рулон этикетки и т.д. Поэтому о флексографии часто говорят, что она выдает готовый товар непосредственно «с печатной машины». [1]

 

Рисунок 3 – Узкорулонная флексографская машина

В чем принципиальное отличие флексографии от других видов  печати? Прежде всего — это гибкая фотополимерная форма, с которой  краска под низким давлением переносится  непосредственно на запечатываемый материал. Именно от нее флексография и получила свое название. Такая форма имеет целый ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с формой, используемой в других типах печати. Она сочетает в себе простоту изготовления (процесс, несколько похожий на изготовление офсетной формы) с высокой тиражестойкостью, присущей форме при высокой и глубокой печати. Тиражестойкость фотополимерной формы превышает тиражестойкость обычной монометалической офсетной формы на порядок и составляет от 1 до 5 миллионов оттисков. Эластичность формы позволяет ей работать и как декель, что исключает процесс приправки, а так же печатать на материалах с такой грубой фактурой, на которой печать офсетным способом вообще невозможна.

Ниже, в таблице, представлены основные достоинства и недостатки флексографии.

 

 

 

Таблица 1 – Достоинства и недостатки флексографии [3]

Основные достоинства  флексографии

Основные недостатки флексографии

Большой выбор типов носителей  для флексопечати

Большое растискивание

Возможность печати на очень толстых  материалах

Трудности репродуцирования в тенях и высоких светах

Относительная экономичность в  довольно широком диапазоне тиражей

Невозможность печати шрифтов малых  кеглей, особенно вывороткой

Гибкость конфигурации форм для  печати оттисков разных размеров

Неэкономичность при малых тиражах

Возможность применения водных красок

Качество печати меняется от машины к машине

Возможность объединения послепечатных  процессов (ламинирования, вырубки  штампом, фальцовки и склейки) в  единую линию

На сегодня отсутствие промышленных стандартов


 

 

Далее поговорим о разновидности  запечатываемых материалов во флексопечати.

1.4 Разновидности  запечатываемых материалов

Флексографские машины могут печатать на широком спектре материалов: целлофане, полиэтилене, полипропилене, а также  на различных сортах бумаги, картона, на металлизированной пленке. Конструкция флексографских печатных машин обладает гибкостью, благодаря которой они могут печатать на чем угодно.

В отличие от технологии офсетной печати, для которой материалы  подбирают по их печатным свойствам (белизне, матовости, присутствию волокон льна, типу мелования), во флексопечати материал выбирается по признаку функциональности. При выборе материала учитывается его способность обеспечить защиту от проникновения влаги, запахов, а также его прочность, гибкость и т.д. Здесь происходит такое слияние печатных свойств и функционального назначения, которого почти не встретишь в области применения офсетной печати.

Вот перечень, включающий лишь часть  многочисленных материалов, которые  можно запечатывать способом флексографии:

• бумага и картон;

• гибкая упаковка;

• гофрированный картон;

• полиэфирная пленка;

• поливинилхлорид (виниловые пленки);

• целлофан;

• самоклеящаяся  бумага;

• металлизированная  пленка и бумага;

• латексная  бумага;

• одноразовая  бумажная посуда, например, коробки для молока;

• многослойные пакеты;

• полиэтилен;

• полипропилен;

•полистирол;

• полиамид;

• ПВХ;

• самоклеящаяся  пленка;

• пергамент;

• синтетическая  бумага. [4]

 

В данном разделе  мы рассмотрели особенности технологии флексографского процесса, его преимущества и недостатки,  а также запечатываемые материалы, использующиеся во флексографии. Теперь перейдём к рассмотрению красок.

 

2 Типы красок для флексографии

 

        2.1 Общие сведения

За прошедшее столетие краски для  флексопечати претерпели широчайшие изменения. Первоначально флексографию называли анилиновой печатью, потому что для создания красок для флексографии использовали  ядовитые анилиновые красители. Анилиновые краски, получаемые из каменноугольного дегтя, было запрещено применять для пищевой упаковки; такое решение было принято FDA (Food and Drug Administration – Управление по контролю за продуктами и лекарствами США).

В отличие  от густых и очень вязких красок для офсетной печати, флексографские краски жидкие. Для того чтобы краска могла перейти с анилоксового вала на запечатываемый материал, она должна свободно перетекать, вначале заполняя растровые ячейки анилоксового вала, а затем вытекая на печатную форму. Этот процесс происходит только при условии достаточно низкой вязкости краски. Вязкость краски варьируется в зависимости от скорости работы печатной машины. Чем выше скорость печати, тем более жидкой должна быть краска. Таким образом, краска должна быть составлена с учетом особенностей конкретного анилоксового вала, области применения конкретной работы, запечатываемого материала и скорости работы машины. [1]

Рецептура красок для флексографской печати включает следующие основные компоненты: пигмент (12-15 %), связующее (12-13%), растворитель (65-70%), добавки (3-10%). Связующее флексографской краски часто включает в себя комбинацию из нескольких пленкообразователей для придания краске необходимых свойств. Добавки служат для корректировки свойств самой краски и сухого красочного слоя:

  1. Пластификаторы. Повышают эластичность сухой красочной пленки (устойчивость при сгибании, разломе, стирании); облегчают сушку, т.е. вытесняют растворитель из красочной пленки
  2. Воски. Повышают прочность краски к истиранию и царапанию, также повышает скольжение запечатанной пленки
  3. Матирующие добавки. Снижают блеск, придают матовость
  4. Смачиватели и пеногасители (для водных красок).

Флексографские краски отличаются стабильными свойствами и быстро закрепляются, благодаря этому скорость движения ленты в рулонной флексографской машине может колебаться от 7,5 м до 450 м в минуту. Когда флексографию применяют для печати на ткани, скорость ленты может достигать до 610 м в минуту.

Флексографские  краски, по общему мнению, - яркие и  живые. Именно поэтому флексографию часто выбирают для запечатывания  крупных плашек (сплошных заливок краской одного цвета) на упаковке.

 В флексографской  печати краски по вязкости  близки краскам глубокой печати (0,05–0,5 Па • с), а толщина слоя  достигает 1 мкм. Флексографские  печатные краски (при высоких  требованиях к качеству печати) переносятся на эластичную печатную форму через красочный аппарат, состоящий из камерной ракельной системы с растровым валиком. Регулировка вязкости краски особенно важна для достижения высокого качества печати. При этом не должно быть выдавливания краски за края участков изображения. Краски должны иметь высокую плотность, хорошее расщепление наносимого слоя, а также обеспечивать заполнение ячеек на анилоксовом (растровом) валике. Ассортимент различных пигментов при изготовлении краски в флексографском способе печати очень разнообразен, что ведет к широкому спектру их применения для выпуска продукции. Как в глубокой, так и в флексографской печати решающую роль играет тип растворителя. Он испаряется после нанесения на запечатываемую поверхность благодаря подводу тепла. В результате на оттиске остается сухая красочная пленка. В многокрасочной печати применяют промежуточную сушку, так как печать «сырое по сырому» ведет к переносу предыдущей нанесенной краски в следующий красочный аппарат. В флексографии используют преимущественно следующие растворители:

• этилацетат;

• спирты;

• воду (для  лучшей адгезии с запечатываемым материалом добавляют чаще всего  спирт). [2]

Существуют  три основных типа красок для флексопечати: на основе органических растворителей, на водной основе и УФ-отверждаемые краски. До 1980-х гг. наиболее применяемыми были краски на основе органических растворителей. В 1980-х гг. краски на водной основе были существенно усовершенствованы, и им стали отдавать предпочтение для печати на большинстве изделий из бумаги и картона. Движущей силой перехода к использованию красок на водной основе были, прежде всего, экологические соображения, поскольку испарение органических растворителей приводит к загрязнению окружающей среды. В последнее время по той же причине все больший интерес проявляется к УФ-отверждаемым краскам. Эти краски имеют большое преимущество при печати на пленках, фольге и ламинатах по сравнению с красками на водной основе, печать которыми на невпитывающих поверхностях весьма затруднительна. Прекрасное качество может быть получено при использовании каждой из перечисленных красок. [4]

 

2.2 Краски на основе растворителей  (сольвентные краски)

Печатные  краски этой группы в основном состоят  из следующих компонентов:

• красящие вещества (10–30 %);

• связующие вещества (10–40 %);

• растворители (25–70 %);

• вспомогательные вещества (до 5 %).

В настоящее время в качестве связующих в красках этих типов  чаще всего используются следующие  вещества:

• производные целлюлозы, такие, как  нитроцеллюлоза, этилцеллюлоза, ацетобутират целлюлозы или ацетопропионат целлюлозы;

• полиамидные смолы;

• продукты полимеризации винила, такие, как поливинилбутираль, полиакрилат  или смешанный поливинилхлорид;

• другие связующие, такие, как полиэфир, полиуретан, кетоновые смолы, малеинаты, акриловые смолы и т. д. [5]

В качестве красящих веществ для  этих печатных красок в настоящее  время применяются красители, неорганические и органические пигменты, а также  металлопигменты. В начальном периоде  развития флексографской печати применялись практически исключительно так называемые «анилиновые», или  штемпельные краски, представляющие собой спиртовые растворы основных красителей с добавлением фиксирующих средств. Несмотря на применение фиксаторов, полученные с помощью таких красок оттиски обладали очень низкой стойкостью к воздействию воды, кислот, щелочей, жиров. Кроме того, у  красителей есть неприятное свойство: они сильно склонны к миграции. Вдобавок и светостойкость этих красителей очень мала — сделанные с применением таких красок оттиски, которые могли испытывать воздействие дневного света, не выдерживали длительного пользования. С другой стороны, нельзя не сказать и о положительных качествах этих красок: у них прекрасные печатные свойства, с их помощью можно получать исключительно интенсивные по окраске, сочные оттиски. Однако, несмотря на указанные неоспоримые преимущества, использование флексографских красок с красителями весьма ограничено. [6]

Флексографские печатные краски на основе растворителей занимают на сегодняшний день доминирующее положение в сегменте гибких упаковок.

В этой группе преобладают краски на основе традиционной нитроцеллюлозы (благодаря их универсальности и готовности к применению). Но сейчас на передний план выходит класс связующих с использованием поливинилбутираля, который по своим свойствам в некоторых случаях превосходит нитроцеллюлозу.

Самые распространенные – спиртовые, хорошо свариваются  и лакируются, высокая красящая сила, но способны к расслаиванию при хранении, их необходимо тщательно перемешивать. Краски поставляют, как правило, более густыми и вязкими, чем требуется, поэтому на производстве их корректируют.

Абсолютно незаменимы флексографские краски на растворителях  для печати на невпитывающих подложках, таких как полимерные пленки и алюминиевая фольга. Главная сфера их применения лежит в области гибкой упаковки.

Краски на основе растворителей являются экологически менее чистыми, однако они дешевле  водорастворимых;но при этом они обладают значительно лучшей адгезией, и получаемый оттиск имеет больший глянец, чем при печати водорастворимыми красками. [7]

 

 2.3 Краски на водной основе

Водоразбавляемые  краски — самые универсальные. Они  незаменимы для печати на упаковочных  материалах, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами. Однако при использовании красок этого типа сложно добиться высокого качества печати, поскольку вода испаряется медленно. Печатники, в свою очередь, вынуждены уменьшать перенос краски, вследствие чего снижается насыщенность изображений и падает скорость печати.

Водорастворимые краски считаются самыми экологически чистыми и удобными в работе. В  них основным растворителем является вода или же смесь воды и спирта. Краски на водной основе предназначаются  в первую очередь для запечатывания  впитывающих поверхностей (бумаги и картона). Запечатывать какую-либо синтетическую пленку такими красками не представляется возможным из-за плохой адгезии к пленкам. При использовании водорастворимых красок изображение на оттиске получается матовым, что иногда предпочтительнее глянцевого, например, при печати на гофрированном картоне. Немаловажно, что утилизация водоразбавляемых красок и смывок гораздо сложнее и связана с более высокими затратами, чем утилизация прочих флексографских красок. Широко распространенная физико-химическая технология утилизации основана на том, что сначала растворенные остатки красок осаждаются путем введения солей металлов при определенном значении рН и отфильтровываются. Затем осажденный продукт утилизируют как специальные отходы, а фильтрат и соответствующим образом проверенная вода отводятся в канализацию. Энергозатраты на сушку водоразбавляемых красок в процессе печати из-за низкой летучести воды неизмеримо выше, чем у спирторазбавляемых или УФ-красок. [7]

Флексографские  краски на водной основе уже в течение десятилетий содержат доминирующий класс связующих на основе полимеров и сополимеров акрилата в воде, являющейся для них растворителем. Этот вид красок предназначен для запечатки впитывающих поверхностей, таких как бумага и картон. А в области печати на гофрированном картоне этим краскам на рынке принадлежит господствующее место. В то же время доля рынка флексографских красок на водной основе для невпитывающих подложек (то есть гибких упаковок и этикеток) незначительна.

Эти краски, как уже было сказано, в качестве растворителя содержат воду. Ранее их составной частью являлись также летучие растворители, количественная доля которых составляла до 25%. Но благодаря совершенствованию рецептуры к настоящему времени удалось получить флексографские краски исключительно на водной основе. Они применяются для огромного рынка печати на гофрированном картоне. Вода для них является единственным растворителем, а органические растворители полностью исключены из рецептуры, по крайней мере в этикеточном и упаковочном сегментах рынка. [8]

Иначе обстоит  дело с флексографскими красками на водной основе для пленок. По сравнению с рецептурами 80-х годов доля органических растворителей в них была значительно уменьшена, тем не менее небольшое их количество (до 5%) все еще необходимо для получения оптимальных результатов печати. Для этого сегмента рынка также проводятся интенсивные работы по созданию красок на водной основе, полностью свободных от растворителей.

Одним из критериев  различия между красками на водной основе и на основе растворителей является отношение «пигмент/вязкость». Для обеспечения одинаковой вязкости краски на водной основе должны содержать значительно больше пигмента, чем сравниваемые с ними краски на основе растворителей. Только таким путем можно добиться более высокой толщины красочного слоя. Этот на первый взгляд незначительный факт имеет, однако, большое значение для совершенствования флексографских красок.

Хотя водоразбавляемые краски, так же как и краски, содержащие органические растворители, состоят  из красящих веществ, связующих, вспомогательных добавок и растворителей, все же они имеют некоторые отличия, о которых следует здесь сказать. В качестве растворителей в водоразбавляемых красках  используют спирты: метанол, этанол, изопропанол, а также воду. Применяемые в качестве красящих веществ пигменты аналогичны пигментам красок,  содержащих органические растворители. Для получения специальных поверхностных свойств, а также для улучшения прочности на соскребание в эти краски добавляют воск. С помощью пластификаторов красочная пленка становится более эластичной. Специальные добавки препятствуют вспениванию краски.