Основные типы красок для флексографской и глубокой печати и их использование в производстве упаковочных материалов

В. Каплин,
руководитель департамента флексоматериалов ООО «Зифлекс»

В последние годы значение флексографской печати в производстве упаковки заметно выросло. Применение новейших технологий и ноу-хау способствует повышению качества печати, а работа по стандартизации в области упаковки сокращает время, затрачиваемое на изготовление тиражей, и повышает рентабельность производства.

Фирма Siegwerk Druckfarben - производитель высококачественных печатных красок - регулярно проводит научно-исследовательские работы, что позволило предприятию создавать продукцию, отвечающую самым современным требованиям. Пристальное внимание, особенно в последние годы, в компании уделяют экологическому аспекту - широко используется модифицированное растительное сырье, а отдельные традиционные ингредиенты постепенно выходят из употребления, а также вопросам по охране труда и безопасности продукции. Компания строит деятельность таким образом, что это влияет на развитие и прогресс отрасли в целом. При возникновении вопроса о снижении эмиссии растворителей неизбежно приходится решать, насколько возможен с технической и целесообразен с экологической точек зрения переход от красок на основе растворителей к краскам, содержание растворителей в которых весьма незначительно, поэтому в качестве альтернативы часто рассматриваются водоразбавляемые краски и краски УФ-отверждения.

Структура красок для флексографской и глубокой печати

Краски на основе растворителей и водоразбавляемые краски на 40–60% состоят из соответствующих органических растворителей или воды. К прочим составляющим относятся связующие (15–25%), красящие вещества (10–15%) и добавки (5%). Краска УФ-отверждения не содержит растворителей и состоит из четырех компонентов: связующее (55–80%), красящее вещество (10–20%), фотоинициаторы (5–15%) и добавки (5–10%).

Состав спирто- и водорастворимых красок	Состав УФ-красок .
Рис. 1. Структура общеизвестных красок

Наиболее распространенными растворителями являются спирты (этанол, изопропанол), производные гликолей (этоксипропанол, метоксипропилацетат), кетоны (ацетон, метилэтилкетон), углеводороды (бензин, циклогексан) и эфиры (этилацетат, изопропилацетат). Водоразбавляемые краски наряду с водой часто содержат незначительное количество (0–5%) спирта (этанол или изопропанол).

Краски на основе растворителей содержат наибольшее количество разнообразных типов связующего: природные смолы (шеллак), модифицированные природные смолы (нитроцеллюлоза, канифоли, алкидные смолы) и искусственные смолы (полиамиды, сополимеры винила, полиэфиры, полиуретан, кетоновые смолы).

В качестве связующего для водоразбавляемых красок применяют главным образом кислые смолы (акрилаты, полиакрилаты, в редких случаях малеинаты либо уретан) или водные дисперсии кислых смол. Кислые смолы не растворимы в воде, поэтому их необходимо переводить в водоразбавляемую форму с помощью омыления в аммиаке или аминах. Водные дисперсии после нанесения краски высыхают значительно быстрее смол, однако растворенные в воде смолы лучше работают в процессе печати, поскольку вновь размягчаются свежей краской.

Среди УФ-красок чаще остальных используют краски с радикальным механизмом отверждения. В них в качестве связующего компонента добавляют акриловые эфиры, которые в зависимости от молекулярного веса подразделяются на высоковязкостные олигомеры и низковязкостные мономеры. Важнейший компонент УФ-красок - фотоинициаторы. Это низкомолекулярные соединения, которые при воздействии УФ-излучения распадаются на реактивные свободные радикалы и способствуют началу реакции сшивки связующего - радикальной полимеризации.

Во всех трех типах красок обычно применяют идентичные красящие вещества (органические и неорганические, а также металлические, перламутровые, люминесцентные пигменты) и добавки. Что касается добавок, то они упрощают производство, повышают технологичность жидких красок в печатной машине и придают необходимые свойства высохшей красочной пленке.

Применение

Краски на основе растворителей в отличие от УФ- и водоразбавляемых красок практически универсальны. Материалы с самыми различными свойствами и химической структурой, такие как бумага, картон (впитывающие подложки), алюминиевая фольга и большой спектр пленок (невпитывающие подложки) могут запечатываться ими как фронтальной, так и межслойной печатью. Применение красок на основе растворителей обеспечивает все необходимые стойкостные характеристики оттиска.

Водоразбавляемые краски по сравнению со спирторазбавляемыми обладают узким спектром исходного сырья, а также низкой скоростью высыхания оттиска, поэтому их область применения довольно ограничена. Кроме того, теплота испарения воды гораздо выше, чем у органических растворителей, поэтому водные краски сохнут медленнее спирторазбавляемых.

Использование водоразбавляемых красок при печати по бумаге и картону не сказывается на скорости работы машины, так как в процессе высыхания вода не только испаряется, но и впитывается самим материалом. Именно поэтому водоразбавляемые краски применяют преимущественно для печати по гофрокартону, а также в производстве бумаги для упаковки подарков, обоев, салфеток, упаковки соков, моющих средств и сигарет.

При печати по невпитывающим подложкам важно помнить, что водоразбавляемые краски используют главным образом для маркировки колбасных оболочек из полиамида, гидрата целлюлозы и печати по напыленным поливилиденхлоридом (PVdC) пленкам, а также по полиэтилену в производстве пакетов и мешков для тяжелых грузов.

Водные краски практически не применяют для печати по алюминию и металлизированным пленкам из-за низких адгезионных свойств этих материалов. Кроме того, при печати к красочной системе предъявляются специальные требования - высокая степень адгезии при кашировании, устойчивость к термосвариванию и стерилизации, глубокой вытяжке или к воздействию воды либо перекиси водорода, - которые в большинстве случаев водные краски обеспечить не могут.

Краски УФ-отверждения используют для печати по впитывающим и невпитывающим подложкам. Их отличает отличное качество печати, высокий глянец, высокая механическая и химическая устойчивость. Как правило, применяют УФ-краски при печати этикеток из бумаги и полиолефиновых пленок, печати на тубах, картоне, бумажных и полиэтиленовых пакетах, изготовлении этикеток из ОПП, печати на технических пленках, а также на алюминиевых платинках для молочных продуктов и кормов для животных.

Для печати по материалам, подлежащим ламинированию, ни УФ-, ни водоразбавляемые краски не применяют из-за отсутствия необходимых стойкостных характеристик. Исходя из сказанного, использование этих красок для печати в секторе упаковки практически невозможно. Хорошей альтернативой металлическим емкостям по экономии, цене, весу и экологическим показателям служат напольные емкости из ламината, состоящего из ПЭТФ/алюминия/ПП (бочки для сухих и жидких продуктов). Это новейшая разработка, гибкий материал, подходит для запечатки флексографским способом и применяется для упаковки больших объемов сыпучих и жидких продуктов. Таким образом, бережное отношение к природным ресурсам не противоречит использованию красок на основе растворителей, без которых трудно представить многие инновационные разработки.

Другой, пока еще не решенной, является проблема возникновения запахов, что в значительной степени ограничивает применение УФ-красок, особенно в производстве упаковочных материалов с повышенными органолептическими характеристиками. Запахи вызваны наличием продуктов расщепления фотоинициаторов, а также летучих, то есть не связанных в красочной пленке, остатков красок.

Защита окружающей среды и охрана труда

Краски на основе растворителей содержат легколетучие органические соединения, эмиссия которых не должна превышать установленные нормы. Это вполне достижимо с помощью герметизации красочных аппаратов и установки систем очистки отводимого воздуха.

Использование водоразбавляемых красок с незначительным содержанием спирта установки таких систем не требует. Но поскольку в процессе печати происходит выделение аммиака, необходимо наличие приточно-вытяжной вентиляции.

Если же содержание спирта в воздушных выбросах превышает определенное пороговое значение, то оборудование должно быть оснащено соответствующей системой очистки.

При использовании красок УФ-отверждения проблема эмиссии растворителей, разумеется, не возникает. Это позволяет экономить средства на установку систем очистки отводимого воздуха и систем взрывозащиты самих печатных машин. Кроме того, снижается потребность в производственных площадях по сравнению с традиционными печатными машинами. Проблема содержания остаточного растворителя в готовой печатной продукции - также как и при использовании водных красок - перестает быть актуальной.

Эмиссия растворителей при очистке оборудования характерна для всех красочных систем. Ее можно минимизировать, например, за счет использования герметично закрытых емкостей для хранения остатков красок.

Утилизация непригодных к дальнейшему использованию остатков растворителей и смывок может осуществляться с помощью установок регенерации, если уровень содержания растворителей достаточен для процесса дистилляции. В иных случаях остатки красок и дистиллятов утилизируются как специальные отходы.

Непригодные к дальнейшему использованию УФ-краски уничтожаются термическим способом в специальных установках сжигания.

Утилизация водоразбавляемых красок и смывок в этом отношении гораздо сложнее и связана с более высокими затратами. 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.

В производстве красок на основе растворителей и водоразбавляемых красок нередко используется натуральное или модифицированное растительное сырье, что значительно повышает их экологичность, в то время как с УФ-красками это практически невозможно.

В табл. 2 собраны критерии, необходимые для оценки трех красочных систем.

Перспективы

В последние годы отмечают увеличение доли водоразбавляемых и УФ-красок в производстве упаковочных материалов. Однако если говорить об изготовлении устойчивых к воздействию различных факторов ламинатов, то альтернативы краскам на основе растворителей с технической точки зрения пока не существует.

Все типы красок для флексографской и глубокой печати имеют свои преимущества и недостатки. Тем не менее, современный уровень техники позволяет соблюдать все требования законодательства при их использовании.

В частности, деятельность фирмы Siegwerk Druckfarben направлена в первую очередь на разработку новых и оптимизацию уже существующих рецептур, а также расширение выбора красочных систем с учетом очень многих, иногда взаимоисключающих факторов, необходимых для производства качественных упаковочных материалов. Создание новейших технологий, ноу-хау, творчество и инновационное мышление стоят на первом плане в решении этих задач, что позволит и в будущем ожидать новых мощных импульсов в развитии полиграфии.