Wpływ materiałów poligraficznych na przenoszenie farby w technice fleksograficznej

Krzysztof Stępień Svitlana Khadzhynova Janina Leks-Stępień Politechnika Łódzka Instytut Papiernictwa i Poligrafii Wpływ materiałów poligraficznych na przenoszenie farby w technice fleksograficznej Krzysztof Stępień, Svitlana Khadzhynova, Janina Leks-Stępień: Wpływ materiałów poligraficznych na przenoszenie farby w technice fleksograficznej W poprzednim artykule dokonano analizy wpływu wybranych parametrów pracy zespołu farbowo-drukującego na proces przenoszenia farby na podłoże drukowe. Omówiono takie czynniki, jak: rodzaj cylindra rastrowego, docisk w strefach podziału farby, ilości farby drukowej na formie oraz prędkości drukowania. Poniżej dokonano przeglądu wpływu kolejnych czynników, a mianowicie właściwości: formy i farby drukowej oraz podłoża drukowego. Są to materiały poligraficzne, których optymalne zastosowanie w procesie drukowania, na równi z omówionymi wcześniej czynnikami, decyduje o efektywności przenoszenia farby w trzech kolejnych strefach zespołu farbowo-drukującego w maszynie fleksograficznej. Krzysztof Stępień, Svitlana Khadzhynova, Janina Leks-Stępień: The influence of printing materials on ink transfer in flexography. Previous article concerned the influence of exploitation parameters of flexographic printing unit upon the ink transfer to the substrate. There was description of such factors as: type of anilox, pressure in ink division sections, printing speeds and influence of ink amount in the plate. This article is devoted to the impact of plate, printing ink and substrate properties on ink transfer process. These are parameters of printing materials which when optimally applied equally to the previously described factors, determine the efficiency of ink transfer in three successive sections of inking-printing unit of the press. Parametrami opisującymi przebieg odwzorowania obrazu formy drukowej, przez przenoszenie farby na podłoże, w procesie drukowania fleksograficznego, są m.in.: docisk formy do podłoża drukowego, czas kontaktu formy drukowej z cylindrem rastrowym i podłożem (prędkości drukowania), właściwości materiału tworzącego powierzchnię formy, właściwości farby drukowej, temperatura farby w strefie przekazywania farby, stopień czystości formy, czas relaksacji odkształcenia elementów drukujących formy drukowej lub kompresyjnej taśmy montażowej, rodzaj i właściwości podłoża drukowego. Pomimo tego, że czynniki wywierające wpływ na proces drukowania są znane, to różnorodność zmiennych i wzajemne ich uwarunkowania czynią proces drukowania zagadnieniem trudnym do standaryzacji. Dlatego też, utrzymanie parametrów drukowania na maksymalnie możliwym stałym poziomie jest podstawowym warunkiem uzyskania dobrej jakościowo wielobarwnej odbitki rastrowej [2]. Parametry formy drukowej Na proces przenoszenia farby, jej ilości i równomierności, pomiędzy powierzchnią cylindra rastrowego i formą drukową oraz elementami drukującymi formy a podłożem drukowym (strefy oznaczone jako 2 i 3 w publikacji [1]) mają wpływ następujące parametry formy drukowej: rodzaj materiału, skład i grubość formy drukowej, technologia jej wykonania, twardość, gładkość i równomierność powierzchni, energia powierzchniowa oraz geometryczne wymiary elementów drukujących i głębokość reliefu. Na przenoszenie farby i jakość odwzorowania obrazu na podłożu drukowym mają również wpływ właściwości dwustronnie klejącej taśmy montażowej, za pomocą której, forma jest mocowana do powierzchni cylindra formowego lub tulei. Właściwości powierzchni elementów drukujących formy, jej równomierność, gładkość i energia powierzchniowa będą decydowały o tym, w jakim stopniu farba będzie zwilżać formę i jaka ilość farby tworzy warstwę nie uczestniczącą w podziale. Praktycznie powierzchnie drukujące formy powinny cechować się łatwym przyjmowaniem i oddawaniem farby. Energia powierzchniowa konwencjonalnych form fleksograficznych wynosi ok. 30-35 mn/m, przy chropowatości powierzchni R a ok. 0,4 0,6 μm. Współczesne polimery, takie jak silikon pozwalają otrzymać formy, których energia wynosi 20 22 mn/m i chropowatość R a = 0,3 μm. Obecnie, do właściwości mechanicznych materiałów, które stosowane są na formy drukowe zaliczamy: kompresyjność, wynikającą z gęstości i struktury materiału, okresową lub stałą deformację kształtu elementu drukującego oraz odporność na zużycie. Przykładowo, ścieralność powierzchni formy fotopolimerowej wynosi od 180 do 220 mm 3, a formy silikonowej jest znacznie wyższa i wynosi 80-150 mm 3. Bardzo ważnym czynnikiem, często decydującym o doborze materiału formy drukowej jest jej odporność na dany rodzaj farb i środki czyszczące. Jeśli płyta formy spęcznieje, to często oprócz nierównomiernej zmiany jej grubości, obniża się jej twardość [3]. Fleksograficzne formy drukowe występują w postaci arkuszy, płyt i tulei. Te ostatnie, jako tzw. digibase są stworzone specjalnie dla technologii CTS (computer to sleeve), jako tuleje bazowe do druków bez szwu. Jako materiały na fleksograficzne formy drukowe stosowane są: fotopolimery, elastomery i polimery. Grubość form drukowych, w zależności od zadrukowywanych podłoży (od cienkich do grubszych i miękkich), wynosi od 1,14 do 6,35 mm, a ich twardość odpowiednio 76-32 0 SR A. Twardość formy, a szczególnie twardość i geometria wytworzenia poszczególnych punktów rastrowych będą miały wpływ na transfer farby i jakość druku, określane intensywnością barwy i wielkością przyrostu punktów rastrowych w procesie drukowania. Zastosowanie miękkiej formy drukowej zapewnia większy transfer farby i większe gęstości optyczne, w pełnych tonach odbitki drukowej w porównaniu z formą twardą, jednakże powoduje wzrost powierzchni kontaktu między pokrytą farbą formą drukową a podłożem [4, 5]. OPAKOWANIE 3/2007 37

Jakość wytworzonych elementów drukujących formy zależy od jej technologii wykonania. Współczesne technologie, określane jako computer-to-plate umożliwiają wykonanie na formie drukowej drobnych punktów rastrowych w tonach jasnych, o stopniu pokrycia 2, a nawet 1%. Produkcja form fleksodrukowych metodą cyfrową bezpośredniego naświetlania płyt z maską ma wiele zalet. Do najistotniejszych należą m.in.: wysoka wydajność, zmniejszenie kosztów własnych wykonywania form i skrócenie procesu technologicznego, zmniejszenie liczby etapów technologicznych i niezbędnej powierzchni produkcyjnej, mniejsza ilość niezbędnych materiałów, lepsze warunki ekologiczne oraz wysoka jakość i stabilność procesu drukowania. Na rys. 1 przedstawiono geometryczne kształty elementów drukujących wykonanych metodą konwencjonalną i cyfrową, zilustrowano charakter krzywych drukowania przy zastosowaniu tego typu form drukowych [4, 6]. Rys. 1. Porównanie kształtów elementów drukujących na formie drukowej oraz efektów drukowania dla dwóch metod wykonania formy, tradycyjnej i cyfrowej Najnowsza technologia wytwarzania form, grawerowanie laserem w płycie elastomerowej lub polimerze, jako metoda pozytywowa nie wymagająca stosowania środków chemicznych stwarza możliwość otrzymywania punktów drukujących na formie o wielkości mniejszej niż wiązka lasera. Technologia ta umożliwia trójwymiarową kontrolę przyrostu punktów przez precyzyjne ustawienie reliefu wierzchołka punktu, tzw. obniżenie lica. Na formie uzyskuje się obraz płynnych przejść tonalnych i możliwość reprodukcji punktów rastrowych o stopniu pokrycia od 1 do 98% przy liniaturze 70 linii/cm, co jest praktycznie nie osiągalne w konwencjonalnym procesie negatywowym. Prędkość grawerowania obrazu wynosi obecnie powyżej 0,6 m 2 /h. Na rys. 2 przedstawiono przykładowo kształt grawerowanych wiązką lasera elementów drukujących na formie drukowej [6-8]. Współcześnie, także ze względu na ochronę środowiska, oferowane są formy naświetlane w technologii Ctp, których obróbka polega na wymywaniu elementów nie drukujących formy, przy użyciu wody lub na sucho, przez obróbkę cieplną i wycieranie nie naświetlonych elementów specjalną tkaniną. Warunkiem właściwego nanoszenia farby na powierzchnię punktów rastrowych formy drukowej jest odpowiednia wielkość najmniejszego punktu drukującego formy, która nie powinna być mniejsza od wielkości kałamarzyka farbowego cylindra nadającego [9]. Przykłady poprawnego i niewłaściwego doboru kałamarzyków cylindra rastrowego w stosunku do elementu drukującego formy drukowej przedstawiono na rys. 3. Przy niewłaściwym doborze liniatury cylindra rastrowego może pojawić się niebezpieczeństwo zanurzenia drobnego punktu drukującego w kałamarzyku, mającym większe wymiary niż średnica punktu. Farba zostaje wtedy przyjęta nie tylko przez powierzchnię elementu drukującego, ale i również przez jego boczne krawędzie podstawy. Przeniesiona w taki sposób farba na podłoże wywoła zjawisko inwersji, co ilustruje przykładowa charakterystyka drukowania przedstawiona na rys. 4. Oznacza to, że na otrzymanym obrazie formy tony jasne, o stopniu krycia np. 2%, na odbitce będą postrzegane jak 10%. Przy laserowo-fotochemicznej technologii computer-to-plate dobiera się cylindry rastrowe o większej liniaturze. Obecnie, jako poprawny dobór rekomenduje się stosunek liniatury cylindra rastrowego do liniatury rastra formy drukowej, w proporcji od 4: 1 do 6: 1. Uważa się także, że stosunek ten nie powinien być liczbą całkowitą [4, 10-12]. Aby zapobiegać nadmiernym przyrostom korzysta się z warstwy kompresyjnej między formą a cylindrem formowym. Warstwa ta, pod wpływem nacisku zniekształca się (ściska się) i tym samym kompensuje zniekształcenie elementów drukowych. Zasadę działania warstw kompresyjnych zilustrowano na rys. 5 [13]. Warstwa kompresyjna (poliuretan lub polipropylen) może być umieszczona na formie drukowej, podkładzie montażowym, tulei formowej, taśmie montażowej lub montażowej folii napinającej. Obecne na rynku taśmy montażowe mają różny stopień kompresji i w zależności od niego dzieli się je na: miękkie, średnie, twarde. Stopień kompresji ma wpływ na jakość drukowanego obrazu (transfer farby na podłoże) [14]. Dobre efekty druku zapewniają okrągłe kształty komórek w warstwie kompresyjnej taśmy samoprzylepnej. Ponadto wszystkie komórki powinny mieć zbliżony i jednolity kształt. Warunek ten zapewnia stałość grubości pianki i stabilność właściwości kompresyjnych przez długi okres ich użytkowania [15]. Zdaniem producentów kompresyjnych taśm montażowych do drukowania wysokojakościowych druków rastrowych zaleca się taśmy miękkie, do druku apli i obrazów kreskowych twarde, a do prac kombinowanych średniej twardości. Im większa grubość zastosowanej do drukowania formy fleksograficznej, tym należy się spodziewać mniejszego wpływu taśmy kompresyjnej na proces przenoszenia farby. Kombinacja twardej formy drukowej i średniej twardości kompresyjnej taśmy montażowej osiąga najlepsze wyniki w drukowaniu apli i obrazu rastrowego [16]. Kompresja zmian docisku drukowania wynosi od 2,5 do 5%. Należy dobierać taśmy (różna kompresyjność) w zależności od rodzaju drukowanego motywu, kontrolować naciski i pamiętać, że podczas drukowania mogą powstać trwałe odkształcenia taśm montażowych, które nie spełniają już swojej funkcji technologicznej. Taśmy twarde wykazują słabą zmianę wartości gęstości optycznej apli od prędkości druku, zaś taśmy miękkie bardzo dobrą. Przyszłością są tuleje kompresyjne, na przykład typu Twinlock, które mają własną powierzchnię kleistą. Konstrukcja taka powoduje, że nie trzeba stosować taśmy montażowej, a formę przykleja się bezpośrednio do tulei [15]. Przy montażu form drukowych na powierzchni cylindra formowego lub tulei należy zwrócić uwagę, aby pod taśmą dwustronnie klejącą i pod płytą formy nie pozostały jakiekolwiek 38 OPAKOWANIE 3/2007

pęcherze powietrza. Podczas drukowania wzrasta temperatura materiałów elastycznych na skutek wewnętrznych naprężeń lepko-sprężystych w strefach przenoszenia farby. Istniejące małe pęcherzyki powietrza mają tendencje do łączenia się w większe grupy. W efekcie w trakcie drukowania nakładu jego jakość drastycznie spada. Jedna z firm opracowała technologię nakładania kleju na taśmy montażowe. Klej na taśmie ma wyżłobioną strukturę siatki mikrokanalików, które podczas montażu pomagają usuwać powstałe pęcherzyki powietrza zarówno od strony powierzchni cylindra, jak i od strony montowanej płyty formy [13]. Omawiany problem nie ma miejsca w wypadku zastosowania technologii wytwarzania form drukowych, gdzie elastomer lub polimer jest trwale związany z powierzchnią cylindra lub tulei. Rys. 2. Przykładowy kształt grawerowanych elementów drukujących Rys. 3. Schemat przekazania farby z kałamarzyków cylindra rastrowego na element drukujący formy przy doborze liniatury kałamarzyków: a) poprawnym, b) niewłaściwym Rys. 4. Przykładowa charakterystyka drukowania fleksograficznego, na której pokazano zjawisko odwrócenia odwzorowania wartości tonalnych w przypadku zastosowania form wykonanych techniką cyfrową Właściwości farby W drukowaniu fleksograficznym stosuje się farby rozpuszczalnikowe, wodorozcieńczalne i UV. Ich skład jest opracowany przez producentów tak, aby spełniały one ściśle określone wymagania. Aby proces drukowania przebiegał poprawnie, farba powinna mieć odpowiednią adhezję i kohezję. W obszarze styku współpracujących powierzchni, w zespole farbowo-drukującym maszyny, w czasie ułamków sekundy następuje nagły wzrost i spadek naprężeń w formie, farbie i podłożu drukowym. W strefie tworzenia obrazu na podłożu maksimum naprężenia dzieli moment kontaktu formy z podłożem na dwie fazy. W pierwszej fazie występuje deformacja elementów drukujących formy i wtłaczanie farby w powierzchnię podłoża, natomiast w drugiej następuje rozdział warstwy farby. Właściwy przebieg procesu drukowania spełnia następujące warunki: farba drukująca wykazuje określoną adhezję, tzn. zwilża stykające się powierzchnie i równomiernie przylega do nich, warstwa farby jest plastyczna, przed spadkiem naprężenia w obszarze styku powinna rozdzielać się pomiędzy powierzchniami, tzn. wykazuje żądane właściwości kohezji. Równowaga adhezyjno-kohezyjna powinna być stała, aby rozdzielenie warstwy farby nie zmieniało się w czasie [2, 9, 17, 18]. Zdolność adhezji między kontaktującymi się fazami zależy głównie od: wielkości powierzchni stykających się faz, ciekłej farby z fazą stałą (pokryciem cylindrów zespołu farbowo-drukującego lub podłożem drukowym) oraz oddziaływania międzycząsteczkowego, powstającego na granicy faz. Wielkość powierzchni stykających się faz zależy od zdolności zwilżania danej powierzchni farbą oraz stanu i struktury powierzchni zwilżanej farbą. Zdolność zwilżania danej powierzchni zależy od napięcia powierzchniowego na granicy określonych faz. Do oceny zwilżalności powierzchni stosuje się często kryterium porównania wartości napięcia powierzchniowego farby z napięciem powierzchniowym fazy stałej. Zbliżone wartości napięć powierzchniowych zapewniają dobre zwilżanie, a tym samym i adhezję. Również ważnym czynnikiem wpływającym na powierzchnię oddziaływań międzyfazowych jest struktura powierzchni danego materiału. Im powierzchnia jego jest bardziej rozwinięta, porowata, tym lepsza jest adhezja warstwy farby. Trwałe wiązanie warstwy farby z podłożem drukowym zapewniają oddziaływania między cząsteczkami farby a podłożem. W celu poprawy stopnia związania farby ze współpracującymi powierzchniami cylindrów zespołu farbowo-drukują- OPAKOWANIE 3/2007 39

Rys. 5. Współpraca montażowej taśmy kompresyjnej twardej i miękkiej z elementem drukującym formy (CF cylinder formowy, CD cylinder dociskowy) cego lub podłoża drukowego, stosowane są odpowiednie środki, zwane promotorami adhezji. Należą do nich, m.in. środki do wstępnego przygotowania powierzchni (odtłuszczające, zwilżające i aktywujące powierzchnię) oraz środki powierzchniowo czynne albo zwiększające powstawanie wiązań chemicznych lub oddziaływań międzycząsteczkowych w warstwie międzyfazowej używane, jako dodatki do farb. Przykładowo napięcia i energie powierzchniowe materiałów stosowanych w technologii fleksograficznej wynoszą w przybliżeniu: dla cylindrów rastrowych z pokryciem ceramicznym od 35 do 45 mn/m, dla form drukowych od 30 do 35 mn/m, a dla przygotowanych do drukowania farb wodorozcieńczalnych od 40 do 50 mn/m [2]. W niektórych wypadkach, jeżeli farba nie przenosi się na podłoże, występuje zjawisko osłabienia sił kohezyjnych farby przez zmniejszenie jej lepkości. W takich sytuacjach zwiększa się napięcie powierzchniowe podłoża przez aktywację jego powierzchni [17]. Lepkość farby ma wpływ na ilości przenoszonej farby we wszystkich trzech strefach jej podziału w zespole farbowym. Farby rozpuszczalnikowe i wodorozcieńczalne produkowane są jako koncentraty o lepkości od 100 do 250 mpa s (40-90 s wg kubka Forda φ 4 mm). Roztwory robocze farb, przygotowanych do drukowania na maszynie fleksograficznej, mają lepkość w zależności od tego, jaki system do nadawania farby pracuje w maszynie (przeważnie w zakresie od 19 do 32 s wg kubka Forda φ 4 mm). Farby UV mają znacznie wyższą lepkość około 400 mpa s (powyżej 100 s wg kubka Forda φ 4 mm). Z warunków klimatycznych głównie temperatura wpływa na zmianę właściwości farby. Ewentualne zmiany temperatury farby i elementów składowych zespołu farbowo-drukującego mają znaczący wpływ na jakość i stabilność przenoszenia farby na podłoże [19]. Wraz ze wzrostem temperatury maleje lepkość, z tego powodu zaleca się klimatyzowanie farby przed procesem drukowania. Podczas drukowania lepkość farby należy utrzymywać na stałym poziomie. Wahania lepkości podczas drukowania powodują zachwianie koncentracji pigmentu, co ostatecznie wpływa na zmianę intensywności barwy. Gdy zwiększa się lepkość farby, rosną siły hydrostatyczne farby w strefie drukowania, zwiększa się też ilość przekazywanej farby na podłoże. Grubość przeniesionej farby na podłoże ma wpływ na właściwości optyczne odbitki i przyrosty punktów rastrowych. Miarą grubości warstwy farby na odbitce jest gęstość optyczna tonów pełnych (apli). Dotychczas posługiwano się parametrem gęstości optycznej, a obecnie wykorzystuje się, zgodnie z zaleceniami norm ISO, wielkości CIELAB przedstawione w tabeli. Od farb i lakierów, które stosuje się do drukowania elastycznych podłoży drukowych na opakowania, wymaga się określonych cech mechanicznych, fizycznych i chemicznych. Spełnienie tych wymagań znacznie poprawia funkcję i wartość danego opakowania. Koncepcja dostaw farb polega często na tym, że producent farb oferuje wysoko skoncentrowaną pastę pigmentową, a gotową farbę wykonuje odpowiednio do swoich potrzeb drukarnia. Wykonanie z głównego koncentratu, zawierającego rozproszony pigment i spoiwo na bazie nitrocelulozy, farby gotowej do drukowania podłoża, polega na zmieszaniu go w odpowiednio dozowanej proporcji z podstawowym dodatkiem i następnie z rozpuszczalnikiem, tak aby farba przed podaniem jej do maszyny drukującej miała właściwą lepkość. Dodatki wpływają na różne charakterystyczne cechy farb, m.in. adhezję, odporność na sklejanie, ścieranie, czas schnięcia odbitek itd. Zaletą omawianego systemu w stosunku do układów konwencjonalnych jest to, że w tym wypadku koncentrat jest dostarczany bez dodatków. Dzięki temu, wszelkie serie spoiwowych farb mogą być produkowane w drukarni i tam poprzez dodanie odpowiednich dodatków, można uzyskać indywidualne ich cechy, odpowiednio do danych rodzajów opakowań. Jako substancje barwiące w farbach nitrocelulozowych stosowane są pigmenty i barwniki. Pierwsze to pigmenty: organiczne (które cechują, m.in. czyste i intensywne kolory), metaliczne (aluminiowe i brązowe stopy miedzi i cyny), nieorganiczne (białe tlenek tytanu TiO 2 i perłowe iriodine). Barwniki, ze względu na łatwość wnikania w pakowane produkty nie znalazły zastosowania do farb opakowaniowych. Żywice NC powodują dobre zwilżanie pigmentów, mają doskonałe właściwości filmotwórcze i są odporne na działanie wysokiej temperatury. Ponadto istnieje możliwość modyfikacji ich właściwości odpowiednimi dodatkami. Używane są żywice typu alkoholowego lub estrowego. Różne długości łańcucha wiązań warunkują uzyskiwanie różnych lepkości. Dodawane żywice pomocnicze poprawiają połysk farb i ich odporność mechaniczną. Zapewniają one wzrost zawartości spoiw w farbie oraz wpływają na adhezję farby do drukowanego podłoża. Z kolei żywice poliuretanowe (całkowicie przereagowane poliuretany), zapewniają odpowiednią elastyczność farby i poprawiają jej zdolność do laminacji. Podobnie, jak poprzednie wpływają również na adhezję farby do podłoża. Do farb dodawane są także inne dodatki, takie jak: plastyfikatory, woski, środki poślizgowe, promotory adhezji. Jako rozpuszczalniki do farb NC stosowane są: alkohole, estry i glikole. Mają one różną szybkość odparowania, tzw. liczbę lotności, która określa ile razy dłużej odparowuje dany rozpuszczalnik w stosunku do czasu odparowania najszybciej odparowującego eteru etylowego w danej temperaturze. Liczbę lotności eteru etylowego przyjmuje się równą 1. Im większa jest liczba lotności danego rozpuszczalnika, tym mniejsza Kolory Wielkości kolorymetryczne dla triadowych farb fleksograficznych [20] papier niepowlekany tektura falista Typ zadrukowywanego podłoża papier powlekany folia L a b L a b L a b Cyjan 58-25 -43 54-36 -50 50-33 -36 Magenta 54 58-2 50 71-2 43 54-8 Yellow 86-4 75 88-9 88 73-10 63 Black 31 1 1 26 0 2 26-1 -2 40 OPAKOWANIE 3/2007

jest jego szybkość odparowania. Najmniejszą wartość liczby lotności mają estry (2,8 6,1), większe wartości tej liczby mają alkohole (8,2 16,5), a wjększe etery kombinowane z glikolami (23-40). Farby rozpuszczalnikowe suszone są przez proces odparowania. Coraz powszechniej stosowane są w fleksografii farby UV, rodnikowe, na bazie akrylanów i kationowe, na bazie cykloalifatycznych żywic epoksydowych. Są one suszone poprzez proces utwardzania fotopolimeryzacji. W rodnikowych, pod wpływem promieniowania UV, cząsteczka fotoinicjatora zostaje rozbita na dwa wolne rodniki wchodzące w reakcję z cząsteczkami monomeru, powodując powstanie makrorodnika. Zachodzi tu reakcja łańcuchowa i powstają duże cząstki o stałej konsystencji. W farbach kationowych, do zapoczątkowania reakcji niezbędne jest ciepło IR pod wpływem którego fotoinicjator wydziela kwas, który działa na żywicę i zapoczątkowuje reakcję fotopolimeryzacji. Farby UV można stosować do druku powierzchniowego lub wewnętrznego (rewersowego) do druku opakowań spożywczych, kosmetycznych, etykiet, reklamówek na podłożach takich, jak: papier i tektura powlekane i nie powlekane oraz folie polietylenowe, polipropylenowe, poliestrowe, poliamidowe, polichlorku winylu i aluminiowe. Drukowanie tymi farbami należy wykonywać przy ich lepkości ok. 0,3 1,5 Pas i napięciu powierzchniowym 38 42 mn/m. Zespół farbowy powinien być wyposażony w ceramiczny wałek rastrowy, wykonany w technologii wypalania jego kałamarzyków laserem. Liniatura rastra wałka rastrowego przy druku pełnych apli powinna wynosić od 100 do 150 linii/cm, zaś przy druku rastrowym liniatura powinna być dobrana do liniatury obrazu na formie drukowej i wynosić od 150 do 300 linii/cm. Moc stosowanych lamp w systemie utwardzania farb wynosi od 100 do 250 W na centymetr szerokości drukowanego podłoża. Korzyści z zastosowania w drukarni farb UV w porównaniu z farbami rozpuszczalnikowymi są następujące: brak emisji rozpuszczalnika do atmosfery, możliwość zwiększenia wydajności (większa prędkość drukowania ~ 350 m/min), otrzymywanie wysokiej jakości druków z dużym połyskiem (porównywalnych z techniką wklęsłodrukową), brak zasychania farby na formach drukujących i wałku rastrowym w maszynie drukującej. Ponadto, farba UV jest niepalna i ma duże właściwości odpornościowe na ścieranie, temperaturę i chemikalia. Do wad stosowania farb UV należy zaliczyć: większą ich cenę w stosunku do farb konwencjonalnych, droższe wyposażenie maszyn drukujących oraz ich szkodliwe działanie na skórę i środowisko w stanie płynnym. Podczas utwardzania farb UV wydziela się toksyczny ozon oraz duże ilości ciepła, co wymaga zastosowania odpowiedniego układu chłodzącego. Obecnie duże zastosowanie mają również farby wodorozcieńczalne, które utrwalają się na podłożu przez odparowanie i absorpcję. Podstawowym składnikiem ich mieszaniny jest woda z dodatkiem organicznych rozpuszczalników w ilości 5 10%. Wśród farb wodnych znajdują się również farby nie zawierające rozpuszczalników organicznych. Użycie wody jako rozpuszczalnika jest ekonomiczne i nie powoduje zanieczyszczenia środowiska. Zaletą tych farb jest niepalność i tym samym proste systemy ich transportu, składowania i stosowania na maszynie drukującej (zabezpieczenia wybuchowe i przeciwpożarowe). Nie istnieje tutaj potrzeba instalowania kosztownych urządzeń do spalania par odprowadzanych z maszyny drukującej. Farby te najlepiej drukują na podłożach wsiąkliwych, zaś przy drukowaniu na podłożach powlekanych lub foliach, wymagana jest aktywacja powierzchni przez urządzenie koronowe, zainstalowane na maszynie drukującej, przed zespołami drukującymi. Właściwości drukowe farb wodorozcieńczalnych są zwykle gorsze niż przy stosowaniu farb rozpuszczalnikowych, z uwagi na trudniejsze ich przekazywanie z formy drukującej na podłoże (są one mniej ciągliwe). W maszynie należy stosować wałki rastrowe o większej liniaturze rastra i innym kształcie kałamarzyków. Przed postojem maszyny, należy koniecznie pamiętać o dokładnym umyciu form drukujących i zespołu farbowego wodą lub mieszaniną wody z etanolem. Ponadto, nie powinno się stosować form wywoływanych za pomocą wody, z uwagi na możliwość ich pęcznienia w czasie procesu drukowania. Uzyskanie podobnych parametrów odpornościowych dla farb wodorozcieńczalnych w stosunku do farb rozpuszczalnikowych, wymaga stosowania droższych pigmentów o wyższej jakości, dlatego farby te są droższe o około 20%. Dodatkowo musi być zastosowana odpowiednia konstrukcja suszarni maszyny fleksograficznej, zapewniająca właściwe wysuszenie wykonywanych odbitek. Do odparowania wody potrzeba pięciokrotnie więcej energii, niż przy stosowaniu, na przykład farb z alkoholem etylowym. Ponieważ temperatury suszenia nie można zbytnio podwyższać, konieczne jest wydłużenie tunelu suszącego maszyny lub zmniejszenie szybkości roboczej maszyny. Oferowane farby wodorozcieńczalne, w których rozcieńczalnikiem jest mieszanina wody i etanolu lub sama woda, stosowane są do druku na serwetkach i materiałach higienicznych, opakowań żywności na papierach chłonnych, wysokojakościowych opakowań na papierach powlekanych PE i nie powlekanych. Ponadto farby o zawartości rozpuszczalnika poniżej 1% stosuje się na przykład do opakowań ze sterylizowaną zawartością, farby wysokoskoncentrowane do druku opakowań na papierach powlekanych i nie powlekanych, a także farby złote do druku wysokojakościowych opakowań na papierach i tekturach powlekanych. Inne farby to farby wodne, które odporne są na działanie czynników atmosferycznych, stosowane do druku podłoży z polietylenu LDPE i HDPE do wyrobu ciężkich worków na nawozy lub chemikalia oraz farby do druku etykiet samoprzylepnych na papierach powlekanych i nie powlekanych, foliach LDPE z obniżoną zawartością środków poślizgowych oraz foliach aluminiowych lakierowanych lakierem NC. Farby wodorozcieńczalne o odczynie alkalicznym mają zastosowanie do druku toreb reklamowych na foliach LDPE, HDPE, lakierowanych foliach aluminiowych, na papierach powlekanych i nie powlekanych. Duża grupa tych farb, jako zwykłe i przeciwpoślizgowe, jest dziś stosowana do druku na tekturze falistej, workach papierowych i papierach natronowych, także jako poddrukowe farby na wierzchnią warstwę tektury falistej. W produkcji opakowań stosowane są coraz częściej farby o specjalnym przeznaczeniu. Przykładem mogą być farby termochromowe, używane głównie do promocji produktów, oznaczania poziomu temperatury produktów na etykietach i zabezpieczeniach dokumentów. Zjawiskiem termochromowym nazywany jest proces zmiany danego koloru farby (uzyskanie innego koloru lub transparentności) pod wpływem działania na nią zewnętrznej temperatury (ogrzanie lub oziębianie). Zmiana ta może być odwracalna lub nieodwracalna. Jako farby termochromowe występują farby wodne i rozpuszczalnikowe. Farbami wodnymi można drukować na papierach, foliach PP i PE oraz aluminiowych, zaś rozpuszczalnikowymi na foliach PVC. Przy drukowaniu farbami termochromowymi zalecana jest wolniejsza prędkość robocza maszyny i większy transfer farby na podłoże. Farby te mają krótką żywotność od 1do miesięcy. Długa ekspozycja na światło (UV) zmienia charakterystykę farby oraz jej kolor. Ponadto pod wpływem wysokiej temperatury (i czasu) pigment zawarty w farbie ulega zniszczeniu, nie jest on również odporny na działanie chemikaliów [21]. Współczesne laboratoria firm, które oferują fleksograficzne farby drukowe standardowo wyposażone są, m.in. w: komputerowy system recepturowania, drukarki laboratoryjne do wydruków próbnych, standaryzowane źródła oświetlenia, zgrzewarki i urządzenia do badania ścieralności, chromatograf gazowy i in. Wskazane jest również, aby i drukarnie miały własny sprzęt do oceny drukowości i cech użytkowych swoich produktów. Przykładem kompleksowego systemu kontroli OPAKOWANIE 3/2007 41

jakości procesu poligraficznego w drukarni, jest tzw. latające laboratorium, oferowane przez firmę Michael Huber Polska [22]. Umożliwia ono dokonywanie pomiarów wielu parametrów procesu drukowania na miejscu w drukarni. Ocenie podlega aktualna produkcja druków, a nie arkusze archiwalne. Dzięki temu powstałe błędy są korygowane w czasie drukowania. Do podstawowych zależności należą, m. in.: gęstości optyczne wzdłuż zadrukowanego arkusza, przyrosty względne i bezwzględne wartości tonalnych, krzywe drukowania dla poszczególnych kolorów (rys. 6), przyjmowania farby przez farbę trapping, kontrast względny druku oraz odchyłki odcienia i zaszarzenia farb. Na podstawie otrzymanych wyników opracowywane są charakterystyki w wyniku których formułowane są praktyczne wnioski dla drukarni. Rys. 6. Przykładowa charakterystyka pomiarów gęstości optycznej wzdłuż wydrukowanego arkusza Rodzaje podłoża drukowego i jego właściwości Charakterystycznym dla fleksograficznego sposobu drukowania jest stosowanie bardzo dużego rodzaju podłoży: papiery, tektury, tworzywa sztuczne, folie aluminiowe i inne. Zasadniczo wymagania odnośnie podłoży drukowych warunkujące właściwy przebieg procesu drukowania są podobne, jak w przypadku kryteriów dotyczących farb. W wypadku zadrukowywania podłoży papierowych, na ogół nie występują trudności z przenoszeniem farby na podłoże, ponieważ stosowane farby fleksograficzne dobrze zwilżają podłoża papierowe. Fleksograficzna technika druku zapewnia bardzo skuteczne pokrycie nadrukiem nierównych podłoży, takich jak tektura falista. Proces zadruku tektury falistej jest bardzo istotnym etapem wytwarzania opakowania, gdyż jakość nadruku, jaką może zapewnić producent opakowań coraz częściej staje się czynnikiem decydującym o jego wyborze, jako dostawcy. Istnieją dwa rodzaje nanoszenia nadruku: preprint i postprint. W procesie preprintu ma miejsce bezpośrednie zadrukowanie warstwy pokryciowej jako materiału płaskiego, który jest następnie łączony z warstwą pofalowaną i resztą tektury przez jego zaklejenie. W tym wypadku wynik drukowania jest uzależniony od jakości zastosowanego papieru, a struktura tektury falistej nie ma wpływu na jakość drukowanych motywów. W postprintcie nadruk jest nanoszony bezpośrednio na gotowe arkusze tektury falistej. Wskutek wielokrotnego przeginania arkuszy na cylindrach maszyny drukującej tektura traci około 30% swoich właściwości wytrzymałościowych. Dobranie odpowiedniego materiału opakowaniowego oraz zastosowanie odpowiednich farb graficznych czasem może okazać się niewystarczające w produkcji opakowania. Dlatego istotną kwestią jest również uszlachetnianie druków przez naniesienie lakieru na ostatnim zespole drukującym. Aby proces lakierowania odbitek fleksograficznych, przy wykorzystaniu pigmentów specjalnych, np. perłowych, złotych, srebrnych lub miedzianych, przebiegał poprawnie muszą być spełnione następujące warunki: odpowiednie zdyspergowanie mieszanki pigmentów w lakierze, zachowanie właściwej lepkości farb oraz właściwy dobór liniatury rastra cylindra rastrowego w zależności od średnicy zastosowanych pigmentów (od 40 do 120 linii/cm). Wpływ na dobór parametrów ma rodzaj podłoża i motyw drukowanego obrazu. Wielkość pigmentu stosowanego do efektów specjalnych dochodzi do 125 ěm. Dla tak dużych cząstek powinno się stosować pojemność cylindra rastrowego wynosząca 25 cm 3 /m 2, a jego liniaturę ok. 40 60 linii/cm [23]. W czasie zadrukowywania powierzchni tworzyw sztucznych, na przykład folii polietylenowych (PE) i polipropylenowych (PP) nie powlekanych, występują trudności ze zbyt małą (do zadrukowywanych folii) adhezją stosowanych farb fleksograficznych. To niekorzystne zjawisko spowodowane jest małym napięciem powierzchniowym folii, charakterystycznym dla związków o małej polarności. Wiadomo zaś, że zwilżanie, a więc dokładne pokrycie powierzchni ciała stałego cieczą, może dojść do skutku tylko wtedy, gdy napięcie powierzchniowe cieczy nie jest większe niż napięcie powierzchniowe ciała stałego. Powszechnie stosowaną, choć pośrednią metodą oceny adhezji farb drukarskich do folii, jest porównanie napięcia powierzchniowego folii i farby drukarskiej. Jako warunek ogólny dobrej adhezji farby przyjmuje się różnicę pomiędzy napięciem powierzchniowym folii i farby, równą minimum 10 mn/m. Napięcie powierzchniowe farb fleksograficznych wynosi od 20 do 25 mn/m, zaś nieaktywowanych folii PE 31 mn/m, a folii PP (niezorientowanej lub dwuosiowo orientowanej) 29 mn/m. W takiej sytuacji trzeba zwiększyć napięcie powierzchniowe folii przez aktywację ich powierzchni. Od folii PE i PP przeznaczonych do zadrukowania wymaga się następujących stopni aktywacji mierzonej ich napięciem powierzchniowym podczas drukowania: folie PE-LD 39-40 mn/m, folie PE HD min. 48 mn/m, folie PP min. 38 mn/m (są to najczęściej podawane w literaturze wartości liczbowe) [24]. Wpływ gładkości podłoża na proces przenoszenia farby omówiono również w [1]. Zwiększenie gładkości oznacza zmniejszenie mikronierówności na powierzchni podłoża i wskutek tego zmniejszenie zapotrzebowania na farbę przez podłoże. W efekcie druk odbywa się przy mniejszych grubościach farby na formie, a tym samym z mniejszymi przyrostami punktów drukowych i większym kontrastem druku. Podsumowanie Przeanalizowano właściwości materiałów poligraficznych, które mają wpływ na proces przenoszenia farby w trzech strefach zespołu farbowo-drukującego maszyny fleksograficznej. Dokonano charakterystyki cech użytkowych formy i technologii jej wykonania, rodzaju taśm montażowych oraz właściwości farby drukowej oraz podłoży drukowych. Są to materiały poligraficzne, których optymalne zastosowanie w procesie drukowania, na równi z omówionymi wcześniej czynnikami [1], decyduje o efektywności przenoszenia farby i jakości drukowania fleksograficznego. Wyszczególniono parametry na podstawie których można oceniać transfer farby na podłoże drukowe. Do najważniejszych należą: współczynnik przenoszenia farby Kp, gęstość optyczna nadruku apli, kontrast druku, przyrost punktu rastrowego, współrzędne barwy nadruku CIELAB. W celu uzyskania odbitek fleksograficznych o dobrej jakości, w przypadku każdego nakładu druku, w drukarni powinny być dobierane optymalne parametry eksploatacyjne zespołu farbowo-drukującego oraz materiałów poligraficznych. Najczęściej dobór parametrów opiera się na własnych doświadczeniach pracowników drukarni. Przy wzrastających wciąż wymaganiach jakości druków, wskazane jest przeprowadzanie testów sprawdzających. Obecnie mamy do dyspozycji wiele przyrządów i metod pomiarowych, które ułatwiają, znacznie szybciej i taniej, osiągnięcie zamierzonej jakości produkowanych druków. Polegają one na wykonaniu próby druków testowych przy nakładaniu zmiennej ilości farby na formę i zastosowaniu różnych parametrów pracy zespołu farbowo-drukującego, które symulują warunki eksploatacyjne maszyny drukującej. 42 OPAKOWANIE 3/2007

LITERATURA [1] Stępień K., Khadzhynova S., Leks-Stępień J.: Czynniki wpływające na przenoszenie farby we fleksografii, Opakowanie, 3/2007. [2] Stępień K.: Cylinder, forma, podłoże wpływ właściwości powierzchniowych na jakość druku, Świat Druku, nr 10/2001. [3] Pluhar J., Hamorol K.: Przyszłość i teraźniejszość formy drukowej we fleksografii, Materiały I Forum Fleksograficznego Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2003. [4] Laskin A., Minin P., Maik W., Sorokin B.: Computer-to-plate dla fleksografii, Klucziewyje aspekty technologii, Moskwa, Kursiv 2001. [5] Johnson J., Ratto P., Lestelius M., Jarnstrom L.: Dynamic nippressure in a flexographic CI- printing press, Technical Conference TAGA, Montreal 2003. [6] Laskin A.: Cyfrowa metoda wykonania formowych tulei fleksograficznych ALFA, Computer-to-plate precyzyjne rozwiązanie dla wysokiej jakości druku fleksograficznego, Materiały XII Seminarium Zrzeszenia Polskich Fleksografów Warszawa (2001), I Forum Fleksograficznego Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2003. [7] Boerkamp J.: Technologia grawerowania laserem polimerów, Materiały IV Forum Fleksograficznego Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2004. [8] Zieliński G.: System laserowego grawerowania płyt i tulei firmy Luscher Flexpose, Heidelberg, Materiały V Forum Fleksograficznego Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2005. [9] Stępień K.: Wpływ parametrów eksploatacyjnych i konstrukcyjnych fleksograficznego zespołu farbowego, Przegl. Papiern., vol. 58, nr 8/2002. [10] Czichon M., Czichon H.: Fleksodrukowe cylindry rastrowe, Świat Druku, nr 10/2001. [11] Harri L., Mażulis S.: Wpływ liniatury rastra anilox na jakość odbitek fleksograficznych, Opakowanie/2002. [12] Barabasz W.: Cylindry rastrowe kryteria doboru i wpływ na jakość druku, Świat Druku, nr 10/2001. [13] Athelstan-Price D.: Taśmy kompresyjne 3M Flexographic Systems Europe, Materiały III Forum Fleksograficznego Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2004. [14] Harri L., Radzicki B.: Wpływ kompresyjnych taśm montażowych na jakość odbitek fleksograficznych wykonanych z form fotopolimerowych, Opakowanie, wyd. specjalne Taropak 2003, 20, 2003. [15] Badyda T., Welwicki M., Hulpowski A.: Materiały XII Seminarium Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2001. [16] Frezer-Tausz A.: Optimalnoje sootnoszenie dla żelajemogo riezultata (tłumaczenie z angielskiego), FleksoDruk Riewiu i Spiecwidy Pieczati nr 2/2004. [17] Stachowicz S., Kamińska M.: Przyjmowanie farby przez podłoża; Ilościowe przenoszenie farby w procesie drukowania, Poligrafika, nr 12/2001, nr 1/2002. [18] Raskin A., Romejkow I.: Tiechnologia pieczatnych procesow, Moskwa, Kniga, (1989). [19] Jakucewicz S.: Farby drukowe, Michael Huber Polska, Wrocław (2001). [20] Draft International Standard ISO/DIS 12647-6.2. Graphic technology Process control for the manufacture of half-tone colour separations, proofs and production prints part 6. Flexographic printing. [21] Pigulla J., Seweryn J., Iwaszczuk R., Matuszewski M.: Materiały III Seminarium Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa 2000. [22] Kuczera R.: Kontrola jakości w poligrafii, Materiały XIII Seminarium Poligraficznego, PŁ IPiP, Łódź 2005. [23] Bosak T.: Lakierowanie z wykorzystaniem pigmentów specjalnych, Materiały VII Forum Fleksograficznego, Warszawa 2006. [24] Jakucewicz S.: Folie z tworzyw sztucznych. Cz. 1-12, Poligrafika, nr 1-12/2004. Opracowanie w ramach projektu badawczego nr 3 T08E 065 28, finansowanego przez Komitet Badań Naukowych Ministerstwa Nauki i Informatyzacji w latach 2005-2007. OPAKOWANIE 3/2007 43