مبانی چاپ فلکسوگرافی- بخش 5

چاپ فلکسوگرافی

جوهر های مورد استفاده در این مقاله جوهرهای چاپی مورد استفاده در فلکسوگرافی و زیر آیند های پلیمرها را که معمولاً با این روش چاپ می شوند، بررسی خواهد شد. نوع زیرآیند کیفیت چاپ را تعیین نمی کند. در واقع ، تمام زیرآیندهای رولی و ورقه ای ، جاذب و غیر جاذب می توانند در شرایط مناسب چاپ شوند. آنچه قابل توجه است انتخاب جوهر مناسب برای زیرآیند چاپی است. جدا از خصوصیات دستگاه و پارامترهای فرآیند چاپ ، یک سیستم جوهر مناسب است که بر کیفیت چاپ تأثیر می گذارد.
انواع زیر از جوهرهای فلکسوگرافی موجود است:
_ پایه حلالی ،
_ پایه آبی،
_ پخت شونده با UV.
طیف گسترده ای از انواع جوهرهای فلکسوگرافی وجود دارد: سفید ، سیاه ، رنگارنگ ، بر اساس سیستم رنگی Pantone ، CMYK ، متالیک و مخصوص چاپ ترنسفر.
با توجه به نحوه انتقال جوهر با غلتک آنیلوکس ، جوهر باید مایع باشد و باید دارای ویسکوزیته کم (500-1500 سانتی پواز)، محتوای حلال زیاد و غلظت پیگمنت کم باشد. استثنا در این قانون جوهرهای پخت شونده با اشعه ماورا بنفش است که در فرمولاسیون آن ها هیچ حلالی وجود ندارد. مبنای تولید این فرمولاسیون ها بایندر های معمولاً اکریلات است که تحت تأثیر اشعه ماورا بنفش به یک لایه خشک تبدیل می شوند. در مورد جوهرهای پایه حلال و پایه آب ، خشک شدن جوهر روی زیرآیند چاپ نتیجه تبخیر حلال است. هرچه حلالهای فرار در جوهر وجود داشته باشند ، خشک شدن سریعتر اتفاق می افتد. خصوصیات جوهر چاپ خصوصیات چاپ را تعیین می کند ، از جمله این خصوصیات کشش سطحی (توانایی مرطوب کردن پایه های خاص) است.
چاپ روی زیرآیندهای غیر جاذب از پلاستیک با هر سه نوع جوهر فلکسوگرافی امکان پذیر است. در ابتدا برای این کار از جوهرهای پایه حلال استفاده می شد زیرا به دلیل کشش سطحی کمی که دارند مواد پلیمری را بهتر خیس می کردند و چسبندگی جوهر به زیرآیند را فراهم می کردند. جوهرهای پایه آب کشش سطحی قابل توجهی بالاتری از جوهرهای پایه حلال دارند. به همین دلیل کاربرد آنها برای چاپ روی فیلم پلاستیکی دشوار است. با توجه به جنبه های اکولوژیکی و از بین بردن حلال ها ، که باعث ایجاد آتش سوزی و انفجار در محل کار می شوند، از جوهر های پایه آب در حال حاضر بیشتر استفاده می شود. مواد جدید در جوهرها کاربرد آنها بر روی زیرآیندهای غیر جاذب فراهم را می کند و چاپ با کیفیت بالا را تضمین می کند. جوهرهای قابل پخت با اشعه ماورا بنفش (UV) چاپ های با کیفیت بالا ، چسبندگی خوب را تضمین می کنند و معمولاً برای چاپ برچسب ها و همچنین برای چاپ فیلم های بسته بندی انعطاف پذیر از جنس پلیمر استفاده می شوند.
جوهر بر پایه آب
جوهرهای پایه آب بیش از 25 سال است که در چاپ فلکسوگرافی استفاده می شوند. به طور کلی از آنها برای چاپ زیرآیندهای جاذب استفاده می شود مانند موارد کاغذی، مقوایی، کارتن بسته بندی، کاغذ کادو، دستمال کاغذی، کاغذ دیواری، کاغذ بسته بندی و کیسه های کاغذی. به تازگی، این جوهر ها همچنین در چاپ زیر آیند های غیر جاذب هم استفاده می شوند. اجزا و دستورالعمل های خوب انتخاب شده این امکان را می دهد که جوهرهای فلکسوگرافی بر پایه آب برای چاپ روی فیلم از جنس PE ، PP یا پلی اتیلن ترفتالات (PET) بدست آید. در ابتدا ، این جوهرها در مقایسه با جوهرهای پایه حلال براقیت و مقاومت در برابر مالش کمی داشتند. با این حال، این مشکلات برطرف شد. چاپ روی فیلم های پلاستیکی با جوهرهای پایه آب فلکسوگرافی معمولاً روی سطح خارجی از زیرآیند ها انجام می شود. اما با این حال جوهر پایه آب فلکسو گرافی برای چاپ روی سطح داخلی زیرآیند ها و چاپ بین لایه ای نیز وجود دارد.
محتوای شیمیایی فرمولاسیون جوهرهای پایه آب همانند جوهرهای پایه حلال است. بنابراین ، آنها شامل بایندر به شکل رزین ، رنگدانه ها و مواد افزودنی هستند که باعث بهبود چسبندگی ، مقاومت در برابر مالش و سایر خواص می شوند. همانطور که از نام آن مشخص است ، حلال اصلی در این فرمولاسیون آب است و حلالهای آلی اضافه شده معمولاًبیشتر از 5٪ نیستند. امروزه جوهرهای از این نوع اصلاً حاوی حلالهای آلی نیستند یا محتوای حلال کمتراز 1٪ است. این جوهرها “جوهرهای بدون حلال” نامیده می شوند. چرا که حلال آلی ندارند. شایان به ذکر است که شرکت سیماب یکی از تولید کنندگان مواد اولیه جوهر های پایه آب مانند رزین و دیسپرس کننده های پایه آبی است.
جوهرهای پایه آب مدرن که در چاپ فلکسوگرافی مورد استفاده قرار می گیرند گزینه مناسبی برای زیرآیند های های متنوع هستند. آب به عنوان یک حلال هم از نظر اقتصادی و هم زیست محیطی مفید است. غلظت رنگدانه در جوهرهای پایه آب بیشتر از مرکب های حلالی است بنابراین، باعث کاهش مصرف جوهر می شود. از دیگر مزایای این نوع جوهرها غیر قابل احتراق بودن، استفاده در سیستم های حمل و نقل، ذخیره سازی و کاربرد در ماشین آلات ساده و همچنین حذف بخار حلال است. البته این جوهر ها عاری از نقص نیستند. به عنوان مثال ، خواص چاپ آنها از جوهرهای پایه حلال بدتر است یا برای خشک کردن چاپ به انرژی بیشتری نیاز است.
جوهر پایه حلال
از جوهرهای فلکسوگرافی بر پایه حلال به طور معمول برای چاپ بسته بندی های انعطاف پذیر استفاده می شود. طبقه بندی های مختلفی برای این جوهر ها وجود دارد ، اما در معروف ترین دسته بندی آنها را جوهر دارای مواد رنگزا با کاربرد محدود و یا رنگدانه در نظر می گیرند که قسمت اصلی جوهرهای پایه حلال را تشکیل می دهد. بسته به نوع رزین مورد استفاده ، جوهرهای حاوی رنگدانه پایه حلال را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد:
_ نیتروسلولز (NC)،
_ پلی آمید(PA) ،
_ پلی وینیل بوتیرال(PVB) ،
_ پلی وینیل کلراید (PVC)،
_ اکریلیک ،
_ پلی یورتان(PU).
جوهرهای مبتنی بر حلال های آلی معمولاً در چاپ روی فیلم ، کاغذ روکش دار یا مقوا سبک استفاده می شوند. ممکن است فرمولاسیون آن ها بر اساس یک رزین تولید شوند ، به عنوان مثال PVB نباید با سایر رزین ها ترکیب شود زیرا ممکن است باعث رسوب رزین در فرمولاسیون شود ، یا به عنوان ترکیبی از دو رزین ، به عنوان مثال ، NC / PU ، NC / PA ، PU / NC باشد. انتخاب بایندر پارامترهایی مانند براقیت و چسبندگی را تحت تأثیر قرار می دهد. جوهرهای پایه حلال با ویسکوزیته قابل کار حاوی 60-80٪ از حلال ها هستند که می تواند شامل مواد زیر باشد: اتانول ، n-الکل پروپیل ، الکل ایزوپروپیل و غیره. برخی از آنها همچنین حاوی متیل اتیل کتون(MEK)، متیل ایزوبوتیل کتون(MIBK) ، تولوئن و اتیل استات هستند.
از مزایای این نوع جوهرها می توان به خصوصیات متنوع آنها نام برد که چاپ روی انواع زیرآیند ها را تسهیل می کند. همچنین قیمت مناسب در مقایسه با سایر جوهرهای فلکسوگرافی و هزینه خشک شدن کمتر در مقایسه با جوهرهای پایه آب از مزایای دیگر این جوهر ها است. با این حال ، نقطه ضعف آنها قابلیت احتراق و سمیت بالا و مشکلات زیست محیطی ناشی از آن است. بنابراین برای استفاده از این نوع جوهر ها باید تمهیداتی اندیشید که بخارات حلال های تبخیر شده از آن ها جمع آوری شده و در محیط زیست رها نشود که این امر غیر ممکن به نظر می رسد.
جوهر پخت شونده با اشعه ماورا بنفش
جوهرهای پخت شونده با اشعه ماورا بنفش(UV) جدیدترین نوع جوهرهای فلکسوگرافی هستند. این جوهر ها دو نوع دارند: رادیکالی و کاتیونی. هر دو نوع تحت تأثیر اشعه ماورا بنفش پخت می شوند. در مورد نوع رادیکالی ، هنگامی که تابش متوقف می شود ، روند پخت نیز متوقف می شود. برای جوهرهای کاتیونی ، پس از قطع منبع اشعه ماورا بنفش ، پخت نیز ادامه می یابد. با وجود مکانیسم های مختلف پخت در این دو نوع ، در لایه ثابت این دو جوهر خواص مشابه دارند.
در طی پخت رادیکالی ، پلیمریزاسیون رزین مایع در نتیجه واکنش زنجیره ای شیمیایی اتفاق می افتد. این فرآیند با آغازگرهای نوری شروع می شود. آنها انرژی اشعه ماورا بنفش را جذب می کنند و تحت تأثیر آن از هم می پاشند. این باعث ایجاد دو رادیکال آزاد بسیار واکنش پذیر می شود. رادیکال های آزاد با مونومرها واکنش می دهند، در نتیجه ی آن رادیکال های دیگری ایجاد می شود. در اثر واکنش پلیمریزاسیون نوری ، که خیلی سریع اتفاق می افتد ، یک لایه جوهر از حالت مایع با جامد تشکیل می شود.
در مورد مکانیسم کاتیونی ، یک آغازگر نوری، اسیدی تولید می کند که با واکنش با رزین، فرآیند ترکیب از مونومرها به ماکرومولکول ها(رزین) را آغاز می کند. واکنش زنجیره ای در مرحله بعدی مشابه واکنش رادیکالی رخ می دهد.
یک مزیت جوهرهای UV پخت سریع آنها است که باعث چسبندگی فوری و کامل پوشش می شود. بهترین خواص پوشش هنگام استفاده از اشعه ماورا بنفش با طول موج کمتر از 300 نانومتر بدست می آید. از معایب سیستم های پخت با اشعه ماورا بنفش ، انتشار همزمان اشعه مادون قرمز از لامپ تولید کننده اشعه UV است و این دلیل نیاز دستگاه های چاپ به خنک سازی است.همچنین افزون بر این مشکل در طی فرایند پخت، اُزُن منتشر می شود. این گازی است که برای سلامتی مضر است و از نظر شیمیایی تهاجمی است و لازم است سیستم تهویه مناسب برای آن در نظر گرفته شود.
ویسکوزیته ی جوهرهای UV بالاتر از سایر جوهرهای فلکسوگرافی است. به همین دلیل است که آنها در مورد چاپ نقطه نقطه ای (HALF TONE) راه حل خوبی هستند. ویسکوزیته آنها باعث می شود که یک نقطه با لبه تیز حاصل شود. با این وجود ریختن چنین جوهرهایی به سختی انجام می شود و این امر ممکن است در مورد چاپ یکدست مشکل ایجاد کند. جوهرهای UV نسبت به جوهرهای کلاسیک فلکسوگرافی کمی گران ترند. دلیل این امر استفاده از پیگمنت گران قیمت است. این جوهرها با مقاومت بالا ، دوام و براقیت مشخص می شوند. یکی از مزیت های بی نظر این جوهر ها این است که اگر تحت تابش اشعه ماورا بنفش قرار نگیرند ، جامد نمی شوند. این ویژگی اجازه می دهد تا اتلاف جوهر در هنگام چاپ محدود شود.
از دیگر معایب جوهرهای پخت شونده با اشعه ماورا بنفش مضر بودن آنها برای سلامتی انسان است. برخی از ترکیبات، به عنوان مثال رزین یا آغازگرهای نوری جوهرها برای سلامتی خطرناک تلقی می شوند. پس از پخت لایه جوهر، همه آن مواد بی خطر می شوند. با تغییر دما می توان ویسکوزیته این جوهر ها را تنظیم کرد. به همین دلیل حفظ درجه حرارت ثابت و مناسب در واحدهای مرکب دستگاه چاپ برای دستیابی به انتقال جوهر مناسب از اهمیت برخوردار است. نکته قابل توجه مهم دیگر در مورد این جوهر ها زمان انبار داری آنها است. در طول نگهداری طولانی مدت ، مونومرهای موجود در جوهر ممکن است تحت یک روند کند پلیمریزاسیون قرار بگیرند و باعث شوند جوهر در انبار و درون ظرف نگهداری ژل شود.
امروزه استفاده از جوهر UV بیشتر شده است. کاربرد آنها هنوز کمتر از موارد حلالی و پایه آب است ، اما در چاپ برچسب ها بسیار محبوب هستند. این امر به دلیل از بین بردن مشکلاتی از قبیل تثبیت جوهر ، استفاده از حلال های قابل اشتعال و منفجره ، تغییر شدت رنگ جوهر بر روی کپی ها در طی مراحل چاپ و غیره است. استفاده از جوهرهای UV این امکان را می دهد چاپ هایی با کیفیت بالا و براق به دست آید، مقاومت بالا در برابر بسیاری از عوامل و دوام بدون نیاز به لمینیت کردن لایه ثانویه از دیگر مزایای آن است. این ویژگی ها برای موفقیت در تولید برچسب تعیین کننده بودند. جدا از این کاربرد، از جوهر های UV در چاپ بسته های غذایی نیز استفاده می شود.
زیر آیند های پلاستیکی
زیرآیند های چاپی که در چاپ فلکسوگرافی اعمال می شوند ، می توانند به پنج گروه اساسی تقسیم شوند:
_ کاغذ،
_ کارتن ،
_ فیلم های پلاستیکی و زیست تخریب پذیر ،
_ فویل آلومینیوم ،
_ فیلم های لمینیت.

در این میان ، فیلم های پلاستیکی و تجزیه پذیر و همچنین لمینیت ها به پلیمرها و یا همان زیرآیند های غیر جاذب تعلق دارند.
فیلم ها
تقریباً 15٪ از کل پلاستیک های تولید شده برای تولید فیلم استفاده می شود. بازار جهانی فیلم های بسته بندی همچنان در حال افزایش است و در سال 2012 ، ارزش 89،299.3 میلیون دلار کسب کرد. از مواد پلاستیکی زیر برای تولید فیلم استفاده می شود: پلی اتیلن با چگالی کم(LDPE)، پلی اتیلن خطی با چگالی کم(LLDPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا(HDPE)، پلی پروپیلن دو محوره(BOPP)، پلی پروپیلن ریخته گری(CPP)، پلی اتیلن ترفتالات دو محوره ، PVC ، EVOH ، اسید پلی لاکتیک(PLA)، پلی وینیلیدین کلراید(PVDC)، پلی وینیل الکل و غیره. پلیمرهای قابل تجزیه در محیط زیست ، که در انواع مختلفی ظاهر می شوند و بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند ، برای تولید فیلم هایی با خواص مختلف که شبیه پلیمرهای سنتی هستند ، مناسب هستند.
زیرآیند ها را می توان بر اساس سختی آنها به موارد زیر تقسیم کرد:
_ انعطاف پذیر با ضخامت کمتر از 250 میکرومتر ، فقط در ماشین های چاپ زنجیره ای استفاده می شود.
_ نیمه سفت که به آن “سخت” (اصطلاحاً صفحات) گفته می شود ، از 250 تا 1500 میکرومتر ، در دستگاه های تغذیه شونده با ورق استفاده می شوند.
فیلم یک ماده پلاستیکی با ضخامت استاندارد است که ضخامت آن بیش از 250 میکرومتر- معمولاً یک ده یا چند ده میکرومتر- نیست. فیلم ها با استفاده از اکستروژن فیلم دمیده یا اکستروژن فیلم ریزان تولید می شوند. از این مواد اولیه در بسیاری از شاخه های صنعت استفاده می شود. با این حال ، آنها محبوب ترین مواد بسته بندی در صنایع غذایی ، اداری ، ساختمان و صنایع کشاورزی هستند. این دو شاخه آخر وقتی اهمیت پیدا کردند که فیلم ها در کشاورزی و امکانات دامی و همچنین در محوطه سازی ، عایق بندی پایه ها ، دیوارها ، سقف ها و غیره مورد استفاده قرار گرفتند. فیلم های بسته بندی ، که قسمت اصلی بازار فیلم را تشکیل می دهند ، با ضخامت کمتر از 100 میکرومتر برای بسته بندی محصولات ، تولید کیسه ها، بسته بندی چند بسته با هم (تک بسته ، گروه بسته ها و بارهای پالت شده) استفاده می شوند.
نوع فیلم و خصوصیات مکانیکی ، نوری و سطحی آن (به عنوان مثال همگن بودن سطح ، مقدار انرژی آزاد سطح) در چاپ پذیری و سهولت پردازش در ماشین آلات و در نتیجه کیفیت محصولات نهایی تأثیر دارد.
بازار فلکسوگرافی و آینده آن
از دهه 1990 ، چاپ فلکسوگرافی به طور مداوم در حال توسعه است. در حال حاضر ، سهم آن در بازار قابل توجه است. در سال 2012 ، حدود 75٪ بسته های چاپی با این روش ساخته شده اند ، در حالی که در سال 1998 ، این درصد به 50٪ بوده است.
محصولات اصلی چاپ شده با این روش به شرح زیر است:
_ بسته بندی انعطاف پذیر (شکل 1) ،
_ کیسه های کاغذی و کیف های چند جداره ،
_ برچسب ها ،
_ کارتن های بسته بندی ،
_ کارتن تاشو ،
_ پاکت نامه ،
_ حوله و دستمال ،
_ روزنامه ها.

شکل 1 تصویر از نمونه زیرآیند های چاپ شده با روش فلکسو گرافی

کیفیت چاپ روی بسته بندی ها باید بالا باشد بنابراین ، در سال های اخیر ، بسیاری از فن آوری اطلاعات جدید و راه حل های دیجیتالی برای بهبود فلکسوگرافی معرفی شده اند. در بازار در حال حاضر ، صفحات چاپ جدیدی با فناوری با کیفیت بالا موجود است همچنین استاندارد سازی غلتک های آنیلوکس بسیار بهتر شده است. در حال حاضر ، اتوماسیون و کنترل دیجیتالی فرآیندهای چاپ نیز در حال معرفی هستند. به عنوان مثال سیستم های زیر در ماشین های چاپ اعمال می شود:
_ برای تعویض اتوماتیک غلطک آنیلوکس بدون توقف دستگاه .
_ برای تنظیم خودکار ، به عنوان مثال ، مطابقت ، فشار افزایش تسلط ماشین آلات و بهبود کنترل کیفیت.
_ برای کنترل خودکار جوهر امکان کاهش ضایعات.
تغییرات ایجاد شده به منظور دستیابی به انسجام بهتر فرآیندها ، اثربخشی تولید و کاهش هزینه ها با کاهش همزمان اندازه حجم ، بهبود کیفیت رنگ و گسترش انعطاف پذیری است.
هنوز ، عوامل کلیدی ای وجود دارند که باعث توسعه مداوم تکنیک فلکسوگرافی می شوند. به عنوان مثال:
_ چاپ با کیفیت و افزایش نقش در طراحی بسته بندی ،
_ سودآوری در حجم کوتاه و سهولت در تغیر سفارش ،
_ چاپ اقتصادی و اکولوژیکی.
کاهش مقدار زباله به صورت ضایعات زیرآیند چاپ و ضایعات جوهر یک جنبه مهم اقتصادی و زیست محیطی است. این کار با اتوماسیون فرآیند آماده سازی دستگاه چاپ ، گسترش کاربرد جوهرهای پایه آب و پخت شونده با UV قابل انجام است. شایان به ذکر است که در سبد محصولات سیماب رزین های کورد استفاده در صنعت چاپ فلکسو وجود دارد. اتوماسیون معرفی شده در فرآیندهای چاپ ، سودآوری را حتی در حجم کم افزایش می دهد و باعث رقابت فلکسوگرافی با چاپ دیجیتال شده است. فلکسوگرافی از هر دو جنبه کیفیت و سودآوری، چاپ افست و گراور را به چالش می کشد.

منبع:
J. Izdebska, Flexographic Printing, In: J. Izdebska, S. Thomas, PRINTING ON POLYMERS Fundamentals and Applications, 2nd edition, Elsevier Inc., 2016, p 180-198.

بخوانید:مبانی چاپ فلکسوگرافی- بخش 4