مرکب‌های پلی یورتان در چاپ

مرکب‌های پلی یورتان در چاپ

1932  تعداد بازدید  |  چهارشنبه 5 آبان ماه 1400

مرکب‌ها علاوه بر چسبندگی به سطح چاپ‌شونده، باید از چسبندگی و انسجام خوبی نیز برخوردار باشند.
علاوه بر این، خواصی دیگر مانند انعطاف، براقیت و مقاومت در برابر دوخت حرارتی برای مرکب‌های روی فیلم پلاستیکی ضروری است.
در بیشتر موارد این فیلم‌ها برای بسته‌بندی مواد غذایی به کار می‌رود و یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این مرکب‌ها عاری بودن از مواد شیمیایی قابل نفوذ به داخل فیلم است که به سرعت ماهیت محتویات بسته را تغییر می‌دهد و فاسد می‌کند.
البته بسته به نوع مصرف فیلم، برخی از خواص ذکر شده قابل صرف‌نظر کردن است. برای مثال در مورد مرکب‌هایی که برای لایه‌های داخلی به کار می‌روند تمایل و جذب لایه چسب ضروری است، ولی براقیت اهمیت چندانی ندارد.
ترکیبات مرکب برای چاپ روی پلاستیک علاوه بر خواص نهایی، وابسته به روش چاپی نیز می‌شود.


مواد جامد
برای مثال درصد مواد جامد در مرکب روتوگراور از 21 تا 54 درصد و برای مرکب‌های فلکسوگرافی از 22 تا 49 درصد متغیر است. نکته دیگر اینجاست که در ماشین‌ چاپ روتوگراور، سیلندر به طور مستقیم مرکب را روی فیلم منتقل می‌کند، در حالی که در ماشین چاپ فلکسو، مرکب پس از طی چندین مرحله روی فیلم انتقال می‌یابد. این تفاوت باعث می‌شود که مرکب فلکسو به درصد بالاتری از مواد جامد نیاز داشته باشد.


حلال‌ها
تفاوت مهم دیگری که مرکب‌های گراور را از فلکسو متمایز می‌کند، سیستم حلال‌های این دو مرکب است. انتخاب حلال‌ها در مرحله اول به خواص ذاتی حلال مانند قابلیت حل کردن رزین و مدت زمان خشک شدن آن برمی‌گردد. از طرف دیگر کیفیت سطح چاپ‌ شده بستگی به کیفیت حلال باقیمانده در لایه مرکب چاپ شده دارد و در چاپ روی سطوح غیرجاذب مانند فیلم‌های پلاستیکی، مرکب یک لایه یکنواخت و صاف باید تشکیل دهد.
به همین دلیل خواص رئولوژیکی و سیالیت مرکب اهمیت فراوانی دارد. با فرمولاسیون درست و سیالیت مناسب می‌توان مشکلات زیادی را برطرف ساخت.
مراحل دیگری که انتخاب سیستم حلالی مرکب را تعیین می‌کند، قوانین تبخیر و رهاسازی حلال‌ها در فضای چاپخانه است.
برای نمونه در ایتالیا قوانین جدی بازیافت حلال، سازندگان را مجبور می‌سازد که از سیستم تک حلالی برای مرکب روتوگراور استفاده کنند. به طور معمول اتیل استات خالص برای چاپ روتوگراور انتخاب مناسبی است که می‌توان در پایان فرآیند چاپ آن را بازیافت کرد. بعضی وقت‌ها برای کاهش سرعت تبخیر مرکب می‌توان به آن 4 تا 8 درصد اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل هم اضافه کرد.
در روش چاپ فلکسوگرافی، سرعت چاپ اغلب کمتر از روتوگراور است و لازم می‌شود فیلم مدت بیشتری در معرض هوا باشد تا تبخیر حلال‌ها یکنواخت‌تر و لایه مرکب چاپ شده یک‌دست‌تر شود. بنابراین در مرکب‌های فلکسو به طور معمول از سیستم دو حلالی استفاده می‌شود.
اگر پلیت فلکسو (کلیشه) از جنس لاستیکی باشد، ترکیبی از دو حلال استات و اتیل الکل به نسبت 30 به 70 یا 20 به 80 انتخاب مناسبی خواهد بود.
همان‌طور که ذکر شد، قوانین مصرف حلال در کشورها متفاوت است، ولی به طور کلی مصرف استرها در مرکب‌های مخصوص بسته‌بندی غذایی محدودیت‌هایی دارد.
به طور مثال نسبت استات به اتیل الکل در اسپانیا 20 به 80 است.
بسیاری از این قوانین و محدودیت‌ها، چاپخانه‌ها و مراکز تکمیلی را به سوی مرکب‌های پایه‌ آب یا مرکب‌های آب و الکلی سوق داده است.
متاسفانه به خاطر سرعت بالا در چاپ بسته‌بندی‌های منعطف در روتوگراور (200 تا 300 متر در دقیقه) و فلکسوگرافی (100 تا 150 متر در دقیقه)، استفاده از حلالی که در عین سلامت، دارای سرعت تبخیر بسیار پایین (مثل آب) باشد، غیرممکن به نظر می‌رسد.
برای خشک کردن سطح چاپ شده در زمان قابل قبول به ناچار باید از حرارت استفاده کرد که به نوبه خود به فیلم‌های نازک پلاستیکی آسیب می‌رساند.
بنابراین فرمولاسیون‌های پایه آبی در وهله اول برای سطوح جاذب مانند کاغذ مورد توجه قرار می‌گیرد. در چاپ فلکسوگرافی، ترکیب آب و الکل در موارد محدودی قابل استفاده است، ولی در مورد روتوگراور با توجه به سرعت بالای آن، استفاده از آب غیرممکن است.
همان‌طور که در جدول 2 ملاحظه می‌شود تفاوت قابل ملاحظه‌ای بین مقادیر پیگمنت در مرکب‌های سفید و رنگی دیده می‌شود.
مقدار پیگمنتی که در مرکب فرموله می‌شود، بستگی مستقیم به عواملی مانند شفافیت، شدت رنگی، تن و تمایل پیگمنت به محمل دارد.
از میان عوامل دیگر می‌توان خواصی نظیر حلالیت پیگمنت، اثرات آن بر سیالیت و تاثیرات پیگمنت بر محصول نهایی را نام برد. برای مثال پیگمنت‌های زرد به دلیل تاثیراتشان بر بالا بردن ویسکوزیته مرکب نمی‌توانند بیش از 6 تا 5/6 درصد در فرمول به کار گرفته شوند.
به طور کلی میزان مصرف پیگمنت سفید دی اکسید تیتانیم در فرمولاسیون مرکب‌های پلاستیک 30-25 درصد است و مصرف پیگمنت‌های رنگی (‌به‌طور معمول مواد آلی) 9-6 درصد برای چاپ روتوگراور و از 7-5/6 یا 15-12 درصد برای چاپ فلکسوگرافی است.گاهی لازم است که به فرمولاسیون، نمک‌های آلی اضافه شود تا توزیع ذرات پیگمنت تیتان دی‌اکساید تسهیل شود و نیز یکنواختی رنگی، یکدستی لایه چاپ شده و در نتیجه براقیت مرکب افزایش یابد.


رزین‌ها
رزین نیتروسلولز یکی از رزین‌های اصلی برای تولید مرکب‌های فیلم پلاستیک است. این رزین چه به صورت یک جزیی (برای مرکب‌های ترموپلاست) و چه دو جزیی (با هاردنر یا کاتالیست برای مرکب‌های ترموست) به خاطر خواصی مانند سهولت خشک شدن، تشکیل فیلم، اقتصادی بودن، مقاومت حرارتی، حلالیت خوب در مخلوط الکل و اتر، استرها، کتن‌ها و قابلیت رقیق شدن توسط هیدروکربن‌ها، به فراوانی در مرکب‌سازی استفاده می‌شود. رزین نیتروسلولز بوی کمی دارد و پایداری ابعادی آن خوب است، ولی مقاومت آن در برابر اسیدها و بازها کم است. به دلیل خشکی این رزین، باید 3-1 درصد نرم‌کننده به فرمولاسیون اضافه شود.
نرم‌کننده‌های نیتروسلولزی را به دو گروه تقسیم می‌کنند:
1-نرم‌کننده‌های اولیه یا ژله‌ای
این نرم‌کننده‌ها ترکیبات شیمیایی- قطبی هستند که می‌توانند نیتروسلولز را حل کنند. فتالات‌ها مثال خوبی از این دسته نرم‌کننده‌ها هستند که در گذشته به فراوانی استفاده می‌شدند، ولی به دلیل قوانین بین‌المللی امروزه مصرف آنها بسیار محدود شده است و سیترات‌ها و آدییات‌ها جایگزین آن شده‌اند، ولی مصرف در نوع نرم‌کننده اخیر از مقاومت حرارتی و چسبندگی رزین می‌کاهد.
2- نرم‌کننده‌های ثانویه یا غیرژله‌ای:
این نرم‌کننده‌ها ترکیباتی با قطبیت ضعیف هستند و به‌طور معمول به صورت روغن‌هایی با زنجیرهای آلیفاتیک هستند؛ مانند استئاریک استر.
به طور معمول متخصصان باتجربه ترکیبی از نرم‌کننده‌های اولیه و ثانویه را در فرمولاسیون به کار می‌برند تا به بهترین خواص براقیت، چسبندگی و مهم‌تر از همه رهاسازی حلال برسند. در حقیقت بعضی از نرم‌کننده‌ها با ایجاد حالت پپتیدی باعث کاهش اندازه ریزساختارهای مولکولی در مرکب می‌شوند که این‌ به نوبه خود باعث آزادسازی بهتر حلال‌ها می‌شود.
همین کاهش اندازه ذرات باعث بالا رفتن براقیت در فیلم چاپ شده نیز می‌شود. مشابه این حالت و کاهش اندازه ذرات مواد رنگزا در مرکب‌های محلول با مواد رنگزای حل شونده دیده می‌شود.
همانطور که گفته شد، بهبود براقیت توسط افزودن 3-2 درصد رزین‌های کتنی هم امکان‌پذیر است.
از مهم‌ترین عوامل در فرمولاسیون مرکب برای چاپ فیلم‌های پلاستیکی، انتخاب حامل مناسب است. این انتخاب باید بر مبنای ترکیبی متناسب از خواص زیر باشد:
-پخش و دیسپرسیون خوب پیگمنت
-امکان لمینیت کردن کار چاپ شده
-آزادسازی سریع حلال و نگهداری مقدار کم حلال در فیلم چاپ شده
-حلالیت خوب رزین در سیستم حلالی
همانطور که در توضیح فرمولاسیون مرکب در ابتدای مطالب دیده می‌شود، یکی از مناسب‌ترین رزین‌ها برای چاپ روی پلاستیک، رزین پلی یورتان است. این رزین‌ها از نوع ترموپلاستیک است و خواص انعطاف و ارتجاعی خوب و مقاومت حرارتی مطلوبی (به خصوص رزین‌های پلی یورتان با وزن مولکولی متوسط به بالا) دارند. مهم‌تر از همه این رزین‌ها چسبندگی خوبی به فیلم پلاستیکی دارند.پلی یورتان‌هایی با وزن مولکولی کم و ویسکوزیته پایین به نوعی نقش نرم‌کننده را ایفا می‌کنند، در حالی که رزین‌هایی با وزن مولکولی بالا خشک‌تر بوده و حلال را بیشتر در خود نگه می‌دارند.
ولی در عوض برای بهبود چسبندگی و کاهش مهاجرت و نفوذ به فیلم پلاستیکی به کار می‌روند.
از مشخصه‌های مرکب‌های پلی یورتانی مخصوص پلاستیک، براقیت پایین و پشت پوشانی آنها است. درجه براقیت را می‌توان با مصرف دقیق و متعادل رزین کتنی جبران کرد.
رزین‌های کتنی حتی حلالیت رزین پلی یورتان را در سیستم‌های حلالی آن بهبود می‌بخشد.
برای دستیابی به براقیت‌های خیلی بالا می‌توان به مرکب‌های پلی یورتانی کمی رزین مالئیک افزود. این رزین به بهبود خواص تیکسوتروپی مرکب نیز کمک می‌کند. (ویژگی مرکب‌های نیمه خمیری که با هم زدن روان می‌شوند و چنانچه به حال خود باقی گذارده شوند، به حالت ژله‌ای و سفت برمی‌گردند.).بالا بردن براقیت مرکب با استفاده از رزین‌های پلی آمیدی هم امکان‌پذیر است.
این رزین‌ها مقاومت بالا و قابلیت چاپ بسیار خوبی دارند. اشکال این رزین‌ها بوی زیاد، خاصیت تیکسوتروپی و نامناسب بودن برای مراحل دیگر مثل لمینیت کردن و سایر عملیات حرارتی با دمای بالا است.
مرکب‌های بسیار براق با مقاومت حرارتی خیلی بالا و مقاومت زیاد در مقابل خراش از ترکیبی از دو رزین اکریلیک و پلی استر، همراه با هاردنر ایزوسیانات تهیه می‌شوند.
رزین‌های اکریلیک چسبندگی خوبی روی فیلم‌های کوت شده PVDC دارند و برای فرمولاسیون‌های پایه آبی به کار می‌روند.


مقاومت نوری
مرکب‌هایی که بر پایه نیترو-یورتان هستند، مقاومت نوری بالایی ندارند و در حقیقت نیتروسلولز و یورتان‌های آروماتیک به راحتی در نور تغییر رنگ داده و زرد می‌شوند. در صورت استفاده از یورتان‌های آلیفاتیک خطی، زردشدگی کمتر اتفاق می‌افتد. در کل پلی یورتان‌های آلیفاتیک با این ویژگی شناخته می‌شوند که نسبت به ترکیب‌های آروماتیک آنالوگ، نرمی بیشتر و چسبندگی کمتری دارند.
پایدارکننده
ماده دیگری که در بیشتر فرمولاسیون‌های مرکب مخصوص پلاستیک دیده می‌شود، پایدارکننده است. این ماده جهت جلوگیری از اکسیداسیون ناخواسته به کار می‌رود.
از جمله رایج‌ترین پایدارکننده‌ها که در قدیم بسیار مورد استفاده قرار می‌گرفت می‌توان به BHT اشاره کرد. بتاهیدروکسیل تالوئن که متاسفانه در واکنش با اکسیژن سبب زردی ترکیبات کتنی می‌شود و مهاجرت و نفوذ بالا از معایب مشخصه این ترکیب است.
امروزه از پایدارکننده‌هایی که از مولکول‌های بزرگ‌تر (مانند دو یا چند حلقه آروماتیک) تشکیل شده‌اند (مانند Irganox محصول CIBA) بیشتر استفاده می‌شوند. این مواد مهاجرت و نفوذ کمتری دارند و پایداری بیشتری به مرکب می‌دهند.
به جز مرکب‌های برپایه پلی یورتان، می‌توان انواع دیگری فرمولاسیون بر پایه رزین‌هایی چون مالئیک، اکریلیک، کتنی، پلی آمید و پلی وینیل طراحی کرد. مورد آخر یعنی پلی وینیل‌ها براقیت و مقاومت حرارتی بسیار خوبی دارند.
مالئیک یا فوماریک رزین‌های اسیدی، مرکب‌هایی با چسبندگی و براقیت بسیار عالی می‌دهند، ولی متاسفانه نقطه نرم شدن‌شان پایین است.
رزین‌های اکریلیک و رزین‌های کتنی هم به طور مشابه چسبندگی و براقیت بسیار خوبی دارند، اما مقاومت حرارتی‌شان پایین است و حلال را زیاد نگه می‌دارند.

 منبع : ماهنامه صنعت چاپ