Kalvomateriaalien painatuskelpoisuuden toteaminen.

1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
KALVOMATERIAALIN PAINATUSKELPOISUUDEN TOTEAMINEN
Taustaa
Kalvomateriaalien laadun vaihtelu asettaa merkittävän haasteen painatuksen laadun hallitsemiseen.
Tässä artikkelissa kuvataan kalvomateriaalin ja painovärin ominaisuuksien vaikutusta värin
siirtymiseen ja tartuntaan ja sitä kautta myös painatustulokseen. Huono tasoittuminen ja
ankkuroituminen aiheuttavat ongelmia esimerkiksi päällekkäispainatuksessa (trapping),
sävynhallinnassa, mekaanisissa kestoissa sekä värin kiillossa.
Värin siirtyminen ja painomateriaalin tarttuminen
Keskeiset painovärin siirtymiseen vaikuttavat tekijät ovat painolaatta, painoväri ja painettava
materiaali. Jotta painoväri siirtyy tasaisesti ja määrällisesti riittävänä kalvomateriaaliin on materiaalin
pintaenergian (dyne/cm) oltava suurempi kuin painovärin pintajännityksen (dyne/cm). Pintaenergian ja
pintajännityksen eron kasvaessa väri tasoittuu paremmin ja myös värin adheesio kalvomateriaaliin
paranee.
http://www.exxonmobilchemical.com/Public_Files/OPPFilms/Oriented_PP_Films/NorthAmerica/Test_
Method_Wetting_tension_and_contact_angle.pdf
Mitä tarkoitetaan 'pintajännityksellä'?
Nesteen pintajännitys voidaan mitata suoraan sellaisen, annostelukärjestä riippuvan pisaran
muodosta, joka on juuri putoamaisillaan. Pintajännitystä voidaan pitää 'kokoonvetävänä voimana',
joka muovipussin tavoin pitää nestemolekyylit yhdessä. Samalla tavalla näytteen pinnalla on 'vapaa'
pintaenergia, 'vetovoima', mikä pyrkii voittamaan nestepisaran koossapitävän voiman.
Nesteen pintajännitys ja näytepinnan 'vapaa' pintaenergia tuottavat yhdessä nestepisaran ja
näytepinnan välisen kontaktikulman. 'Kokonaiskastuminen' tapahtuu silloin kun 'vapaa' pintaenergia
on yhtä suuri tai suurempi kuin nesteen pintajännitys ja kontaktikulma pienenee nollaksi. Kun
nestepisara, jolla on suuri pintajännitys (esim. vesi) pannaan alhaisen pintaenergian pinnalle (esim.
Teflon) saadaan suuri kontaktikulma. Jos nesteeseen lisätään pinta-aktiivista ainetta (esim.
pesuainetta), nesteen pintajännitys alenee ja pisara leviää helpommin näytepinnalle. Tämän
seurauksena havaitaan pienempi kontaktikulman arvo.
http://www.pocketgoniometer.com/main.php?cont=surfacetension&lang=fi
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
Mitä tarkoitetaan 'vapaalla pintaenergialla'?
Vapaata pintaenergiaa (surface 'free' energy = SFE) voidaan luonnehtia pinnan 'vetovoimana'. Kun
vesipohjainen painoväri painetaan pinnalle, jolla on matala vetovoima (esim. ekstruusio-PEpäällystys), adheesio on liian alhainen ja väri voidaan pyyhkäistä pinnalta pois. Pintaenergiaa voidaan
kasvattaa korona- tai liekkikäsittelyllä mikä lisää pinnalla olevien mahdollisten sidosten määrää, kun
pinnalla olevat pitkät molekyyliketjut katkeavat. Tämän seurauksena kontaktikulma alenee ja saadaan
riittävä värin adheesio. Sama periaate toimii myös liuotinohenteisissa väreissä.
http://www.pocketgoniometer.com/main.php?cont=surfacetension&lang=fi
Kuvassa 1 pieni kontaktikulma ja suuri
pintaenergia suhteessa pintajännitykseen.
Painoväri tasoittuu ja ankkuroituu paremmin.
Kuvassa 2 suuri kontaktikulma ja pieni
Materiaalin pintaenergia suhteessa painovärin
Pintajännitykseen. Painoväri tasoittuu ja ankkuroituu
heikosti.
Näytepinnan vapaata pintaenergiaa (surface free energy, SFE) ei voida suoraan mitata. Sensijaan
tämä voidaan määritellä yhdellä tai useammalla täysin karakterisoidulla testinesteellä tehdyllä
kontaktikulmamittauksella. Yksinkertaisimmillaan voidaan käyttää puhdasta vettä ja muuntaa
kontaktikulmalukema dyne/cm-arvoksi (pintajännityksen yksikkö) standardisoidun taulukon avulla.
Esimerkiksi polyolefiinipinnalla olevan veden 90 asteen kontaktikulma vastaa SFE-tasoa 32 dyne/cm.
Suurempi kontaktikulma (esim. 100 astetta) indikoi alhaisempaa pintaenergiatasoa (tässä esimerkissä
SFE = 29 dyne/cm) vastaten noin yhden dyne/cm muutosta kontaktikulman jokaisen kolmen asteen
muutosta kohden. Kontaktikulman mittaamiseen on tarjolla ratkaisuja eri laite- ja ohjelmistotoimittajilla.
http://www.pocketgoniometer.com/main.php?cont=surfacetension&lang=fi
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
PAINOVÄRIEN PINTAJÄNNITYS JA KALVOMATERIAALIEN PINTAENERGIAT
Yllä olevassa kuvassa on esitetty eri kalvomateriaalien pintaenergioita ja eräiden liuottimien
pintajännityksiä (dyne/cm). Tyypillisiä liuotinohenteisen painovärin liuottimia ovat alkoholit ja asetaatit,
joidenka pintajäänitykset vaihtelevat 20-25 dyne/cm. Liuotinohenteisen painovärin pintajännitys on 2030 dyne/cm. Koska PE- ja PP-kalvojen pintajännitys on noin 30 dyne/cm, on ne käsiteltävä ennen
painatusta yli 38 dyne/cm pintaenergiatasolle hyvän värin tasoittumisen ja ankkuroitumisen
varmistamiseksi.
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
KALVOMATERIAALIN KÄSITTELYMENTELMÄT
Kalvomateriaalit käsitellään valmistusvaiheessa joko koronoimalla (corona treatment) tai liekki –
käsittelyllä (flame treatment). Esimerkiksi OPP –kalvojen pintaenergiaa nostetaan käsittelyllä tasolle
35-55 dyne/cm. Kalvon painettavuus ja adheesio-ominaisuudet niin painovärin kuin laminointiliimankin
osalta paranevat tätä kautta. Käsittely voidaan toistaa painokoneeseen integroidulla käsittelyyksiköllä. Kolmas menetelmä on kalvon praimerointi.
Koronoinnissa painoradalla liikkuva filmi altistetaan plasmapurkauksille. Plasma on purppuran
sävyistä ionisoitua ilmaa, joka reagoi kemiallisesti kalvomateriaalin kanssa. Hapettumiessa kalvon
polaariset ryhmät lisääntyvät ja pintaenergia kasvaa.
Liekki –käsittelyssä painoradalla liikkuva filmi altistetaan riittävän korkean lämpötilan omaavalle
liekille, joka muodostaa plasman happi- ja typpiatomeista, elektroneista ja ioneista. Plasma reagoi
kemiallisesti samaan tapaan kuin koronoinnissa.
Praimeroinnissa kalvo painetaan ohuella kerroksella materiaalikohtaista praimeria, jonka päälle väri
painetaan. Menetelmää käytetään erityisesti metalloituihin polypropeenikalvoihin.
Lisätietoa käsittelymenetelmistä:
http://www.enerconind.com/treating/flame.html
http://www.pillartech.com/whatsnew_corona2003_2.html
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
KALVON MITTAUSMENETELMÄT
Kalvon pintaenergiaa voidaan mitata pintajännityskynillä, dyne –liuostestillä tai nestepisaran
kontaktikulman mittauksella.
Pintajännityskynä on nopea ja helppo tapa todeta kalvon pintaenergiataso. Tulos on suuntaa antava
ja vaihtelee kynän kunnon mukaan.
Dyne –liuostesti on myös nopea ja helppo tapa mitata kalvon pintaenergiaa. Dyne -liuostesti on
tarkempi testimentelmä kuin pintajännityskynä, mutta tulokseen sisältyy tulkintaa. Alla on esitetty
Dyne –liuosten koostumus eri pintaenergiatasojen mukaan. Liuos valmistetaan ja säilötään
esimerkiksi pieniin pulloihin.
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
Dyne -liuos levitetään kalvomateriaalille ja seurataan liuoksen käyttäytymistä. Alla olevassa kuvassa
on havainnollistettu tulosten tulkinta.
1= hyvä käsittelytaso - testiliuos asettuu kalvolle tasaiseti muodostaen yhtenäisen pinnan. Kalvon
pintaenergia on yhtä suuri tai suurempi kuin testiliuoksen pintjännitys.
2 = ei käsittelyä - väri pisaroi. Kalvon pintaenergia on selvästi alle testiliuoksen pintajännityksen.
3 = osittain käsitelty – väri tasoittuu osittain ja kertyy erityisesti reuna-alueille. Materiaalin
pintaenergia on lievästi alle testiliuoksen pintajännityksen.
Lisätietoa:
http://www.shermantreaters.co.uk/news06.htm
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]
1
Tekninen artikkeli
04.2004 ⏐ Pakkauspainaminen⏐ Flekso
Nestepisaran kontaktikulman mittaus
Kontaktikulman mittaus suoritetaan tarkoitukseen valmistetulla mittalaitteella ja ohjelmistolla. Monet
laitteista perustuvat videokuva-analyysiin pisaran asettumisesta kalvomateriaalille alla olevan kuvan
mukaisesti.
Kontaktikulman mittauksen etuna muihin menetelmiin verrattuna on tulosten tarkkuus. Toisaalta
laitteiston hankintakustannukset ovat korkeat.
Kontaktikulman mittaamisen tarkoitettuja laitteita markkinoivat esimerkiksi:
http://www.pocketgoniometer.com/main.php?cont=products&lang=fi
http://www.dataphysics.de/english/produkte.htm
http://www.thwingalbert.com/DAT.htm
http://www.thermo.com/com/cda/product/detail/0,1055,19220,00.html
MUITA LÄHTEITÄ
http://www.accudynetest.com/
http://www.flexography.org
http://pffc-online.com/flexpack/index.htm
http://www.inkworldmagazine.com/
http://www.flexoexchange.com/
http://testequipment.globalspec.com/SpecSearch/Suppliers/Labware_Test_Measurement/Product_Material_Te
sting/Surface_Tension_Measuring_Instruments
Hostmann-Steinberg Suomi Oy
•
Petikontie 16-18
•
FIN-01720 Vantaa
•
Puh. +358 (0)9-8946 250
•
[email protected]