Prawie każdy przedmiot, który jest wyprodukowany przez człowieka, posiada szereg informacji: dane o przeznaczeniu, sposobie jego używania, składzie, dane o producencie itp. Informacje te zwykle są nadrukiem trwale związanym z przedmiotem lub jego opakowaniem. Wiele wyrobów oprócz nadruków informacyjnych posiada ponadto nadruki dekoracyjne podnoszące ich walory estetyczne.

Producenci wyrobów z papieru, tworzyw sztucznych i metali stają przed dylematem wyboru techniki wykonywania nadruków na swoich wyrobach. Artykuł obejmuje wybraną problematykę zadruku opakowań płaskich, jak i przedmiotów o kształtach trójwymiarowych. Oprócz charakterystyki technologii zadruku opakowań w artykule przedstawiono przykłady nowoczesnych maszyn i linii produkcyjnych zadruku opakowań.

Współczesne technologie zadruku opakowań

Do zadruku opakowań stosowane są głównie dwie techniki drukowania: offsetowa i fleksograficzna, choć często wykorzystuje się również wklęsłodruk, typoofset i sitodruk. Ostatnio bardzo dynamicznie rozwija się również cyfrowa technika drukowania, ale praktycznie nie ogranicza ona rozmiarów zastosowania tradycyjnych technik. Projekt opakowania wymusza zastosowanie określonej techniki drukowania. Techniki te są wciąż udoskonalane. Materiały i technologie wykonywania form drukowych przechodzą ewolucje jakościowe. Podobny rozwój dotyczy elementów konstrukcji maszyn oraz stosowanych farb i lakierów drukowych [1, 2].

Producenci wyrobów z papieru, tworzyw sztucznych i metali stają przed dylematem wyboru techniki wykonywania nadruków na swoich wyrobach. Artykuł obejmuje wybraną problematykę zadruku opakowań płaskich, jak i przedmiotów o kształtach trójwymiarowych. Oprócz charakterystyki technologii zadruku opakowań w artykule przedstawiono przykłady nowoczesnych maszyn i linii produkcyjnych zadruku opakowań, które obejmują najbardziej reprezentatywne techniki zadruku opakowań z tworzyw sztucznych. Osiągnięcie jak najwyższej jakości nadruku jest sprawą nadrzędną, jeżeli chodzi o walory estetyczne opakowania.

Technologie zadruku opakowań

Szczególnym rodzajem opakowania jest opakowanie środków spożywczych. Wśród nich występują takie, w których niezadrukowana strona podłoża ma bezpośredni kontakt z zapakowanym produktem, oraz opakowania oddzielone pewnym rodzajem bariery funkcjonalnej. Ostatnio wzrasta na rynku ilość opakowań bezpośrednich ze względu na znaczną redukcję kosztów ich wytwarzania. W tego typu opakowaniach występują wzajemne oddziaływania pomiędzy zadrukowanym opakowaniem a produktem. Należą do nich m.in.: migracja cząstek, odbijanie i przenikanie substancji wewnątrz zamkniętego opakowania. Migracja oznacza transport określonej substancji do produktu spożywczego i z samego produktu, przez opakowanie, na zewnątrz. Polega ona na rozdziale i dyfuzji substancji podlegających przenoszeniu w obszar graniczny pomiędzy opakowaniem a produktem. Do zjawiska odbijania może dochodzić po wydrukowaniu arkuszy w stosie lub w nawiniętej roli. Druki z widocznym odbijaniem, które są łatwo zauważalne, stanowią straty makulaturowe.

Natomiast zagrożeniem dla wykonanego opakowania jest odbijanie niewidoczne, które może powodować przechodzenie substancji niskocząsteczkowych na stronę opakowania mającego późniejszy kontakt z produktem. Przenikanie substancji wewnątrz opakowania powoduje zmiany zapachu i smaku zapakowanego produktu. Aby skutecznie chronić produkt i konsumenta, dla każdego przypadku należy zastosować odpowiednie warstwy barierowe, podłoża drukowe i materiały poligraficzne (farby, lakiery i dodatki). Przy produkcji folii z tworzyw sztucznych przeznaczonych do drukowania wykorzystuje się wiele syntetycznych polimerów o różnych właściwościach. Do najczęściej stosowanych należą: polipropylen PP, polipropylen orientowany dwukierunkowo BOPP, polietylen o wysokiej gęstości HDPE, polietylen o niskiej gęstości LDPE (linearny LLDPE), orientowany poliester PET, poliamid 66 PA66, orientowany poliamid BON, polichlorek winylu PVC i folia wiskozowa, celofan. Minimalna grubość zadrukowywanych folii wynosi 12 mikrometrów [3–5].

W porównaniu z papierem folie oceniane są jako podłoża trudniejsze do zadrukowania ze względu na swą nie-wsiąkliwość, małą zwilżalność, niską energię powierzchniową, niestabilność wymiarów przy naciąganiu i przy zmianie temperatury. Właściwości mechaniczne i powierzchniowe folii ukierunkowują je do zastosowania technik drukowania fleksograficznego i wklęsłodrukowego. Techniką drukowania offsetowego arkuszowego zadrukowuje się najczęściej grube (ponad 80 mikrometrów) folie z PVC i powlekane folie z orientowanego PP.

Dla osiągnięcia pożądanych właściwości proste monofolie (jednowarstwowe) zostają modyfikowane w materiały wielowarstwowe, laminaty. Połączone materiały produkowane są najczęściej za pomocą jednoczesnej koekstruzji (współwytłaczania) dwóch lub więcej polimerów bez-pośrednio przy produkcji, ze stopionej masy lub przez łączenie ze sobą wielu monofolii oraz papieru, folii aluminiowej (laminowanie i powlekanie) lub też przez powierzchniowe wykańczanie folii, takie jak powlekanie lub metalizowanie.

W czasie zadrukowywania powierzchni tworzyw sztucznych, na przykład folii polietylenowych (PE) i polipropylenowych (PP) niepowlekanych występują trudności ze zbyt małą (do zadrukowywanych folii) adhezją stosowanych farb. 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 drukowej. Jako warunek ogólny dobrej adhezji farby przyjmuje się różnicę pomiędzy napięciem powierzchniowym folii i farby równą minimum 10 mN/m. Na przykład napięcie powierzchniowe farb fleksograficznych jest w granicach 20–25 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 poprzez aktywację ich powierzchni. Od folii PE i PP przeznaczonych do zadrukowania wymaga się następujących stopni aktywacji mierzonej ich napięciem powierzchniowym w chwili drukowania: folie PE-LD – 39-40 mN/m, folie PE –HD – min. 48 mN/m, folie PP – min. 38 mN/m [4].

Dobranie odpowiedniego materiału opakowaniowego oraz zastosowanie odpowiednich farb drukowych czasem może okazać się niewystarczające w produkcji opakowania. Dlatego istotną kwestią jest również uszlachetnianie druków poprzez naniesienie lakieru na ostatnim zespole drukującym. Aby proces lakierowania odbitek, przy wykorzystaniu pigmentów specjalnych, np. perłowych, złotych, srebrnych lub miedzianych, przebiegał prawidłowo, muszą być spełnione następujące warunki, m.in.: odpowiednie zdyspergowanie mieszanki pigmentów w lakierze i zachowanie właściwej lepkości farb. Wpływ na dobór parametrów technologii drukowania ma rodzaj podłoża i motyw drukowanego obrazu. Aby proces drukowania podłoża na opakowanie przebiegał prawidłowo, farba powinna posiadać odpowiednią adhezję i kohezję. W obszarze styku współpracujących powierzchni, w zespole farbowo-drukującym maszyny, w czasie ułamków sekundy następuje gwałtowny 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 wtłaczanie farby w powierzchnię podłoża, natomiast w drugiej następuje rozdział warstwy farby. Prawidłowy 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, 6–8]. 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 (tabela 1). 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 i podłożem. W celu poprawy stopnia związania farby z współpracującymi powierzchniami cylindrów zespołu farbowo-drukującego 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 lub 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 – 35–45 mN/m, dla form drukowych – 30–35 mN/m, a dla przygotowanych do drukowania farb wodorozcieńczalnych – 40–50 mN/m [2].



W niektórych wypadkach, jeżeli farba nie przenosi się na podłoże, występuje zjawisko osłabienia sił kohezyjnych farby poprzez zmniejszenie jej lepkości. W takich sytuacjach zwiększa się napięcie powierzchniowe podłoża poprzez aktywację jego powierzchni [7]. Lepkość farby ma wpływ na ilości przenoszonej farby we wszystkich strefach jej podziału w zespole farbowym i drukującym maszyny. Z zasady drukowania techniką offsetową wynika, że stosowana w niej farba jest odporna na wodę i posiada niską polarność. Do zadruku materiałów niechłonnych stosowane są tutaj farby oksydacyjne, których schnięcie następuje wskutek utleniania i polimeryzacji, i rodnikowe farby UV, które dopuszczone są do drukowania opakowań środków spożywczych, utrwalane strumieniem elektronów. Lepkość tych farb jest na poziomie 30–50 Pa·s.

W technologii fleksograficznej stosowane farby, rozpuszczalnikowe i wodorozcieńczalne, produkowane są jako koncentraty o lepkości 100–250 mPa·s (40–90 s według kubka Forda „fi” 4 mm), zaś roztwory robocze farb, przygotowanych do drukowania na maszynie drukujacej, 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 „fi” 4 mm). Inne stosowane dziś powszechnie farby UV mają znacznie wyższą lepkość – około 400 mPa·s (powyżej 100 s według kubka Forda „fi” 4 mm). W technice wklęsłodrukowej, podobnie jak w technologii fleksograficznej, stosuje się podobne rodzaje farb ciekłych o lepkości roboczej 10–50 mPa·s. W sitodruku, gdzie grubość nanoszonej farby na podłoże wynosi do 60 mikrometrów i jest ponad dziesięciokrotnie wyższa niż warstwa naniesiona techniką fleksograficzną, lepkości farb wynoszą 1–5 Pa·s. Wymagane są od nich wysoka granica płynięcia, jednocześnie odpowiednio dobrana lepkość i niska wartość tacku. Farby te posiadają też właściwości tiskotropowe.

Z warunków klimatycznych głównie temperatura wpływa na zmianę własności farby i dlatego ewentualne zmiany temperatury farby i elementów składowych zespołu farbowo-drukującego mają znaczący wpływ na jakość i stabilność przenoszenia farby na podłoże [9]. Wraz ze wzrostem temperatury maleje lepkość, z tego powodu zaleca się klimatyzowanie farby przed procesem drukowania, a podczas drukowania lepkość farby w maszynie należy utrzymywać na stałym poziomie. Wahania lepkości podczas drukowania powodują zachwianie koncentracji pigmentu, co w ostateczności prowadzi do zmiany intensywności barwy. Gdy zwiększa się lepkość farby, rosną siły hydrostatyczne farby w strefie drukowania i zwiększa się też ilość farby przekazywanej na podłoże. Grubość warstwy farby przeniesionej na podłoże ma wpływ na własności optyczne odbitki i przyrosty punktów rastrowych. Miarą grubości warstwy farby na odbitce jest gęstość optyczna tonów pełnych (apli). Dotychczas posługiwano się parametrem gęstości optycznej, w chwili obecnej wykorzystuje się, zgodnie z zaleceniami norm ISO, wielkości CIELAB, przedstawione przykładowo dla papieru powlekanego i folii w tabeli 2.



Wielkość cząstek pigmentów musi być mniejsza niż grubość warstwy farby przekazanej na podłoże drukowe. Wiąże się to z dążeniem do osiągnięcia wymaganego nasycenia barwy i połysku warstwy farby, bowiem przy takiej samej zawartości pigmentu w farbie jej nasycenie rośnie wraz ze zmniejszaniem się wielkości cząstek. 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 funkcje i wartość danego opakowania. Jak już wspomniano, 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 posiadała 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 przypadku 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, elastycznie 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 TiO2 i perło-we – iriodine). Barwniki ze względu na łatwość wnikania w pakowane produkty nie znalazły zastosowania do farb opakowaniowych. Żywice NC powodują dobre zwilżanie pigmentów, posiadają doskonałe właściwości filmotwórcze i są odporne na działanie wysokich temperatur. Ponadto istnieje możliwość modyfikacji ich własności 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. Posiadają 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 jest jego szybkość odparowania. Najmniejszą wartość liczby lotności posiadają estry (2,8–6,1), większe wartości tej liczby mają alkohole (8,2–16,5), a najwyższe posiadają etery kombinowane z glikolami (23–40). Farby rozpuszczalnikowe suszone są przez proces odparowania.

Coraz powszechniej stosowane są w technologii poligrafii 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, prowadząc do powstania makrorodnika. Zachodzi tu reakcja łańcuchowa i powstają duże cząstki o stałej konsystencji. W farbach kationowych do zapoczątkowania reakcji niezbędna jest energia cieplna IR, pod wpływem której foto-inicjator 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 niepowlekane oraz folie polietylenowe, polipropylenowe, poliestrowe, poliamidowe, polichlorku winylu i aluminiowe. Przykładowo drukowanie tymi farbami w technice fleksograficznej należy prowadzić przy ich lepkości rzędu 0,3–1,5 Pa·s 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 aplipowinna być w zakresie 100–150 linii/cm, zaś przy druku rastrowym liniatura powinna być dobrana do liniatury obrazu na formie drukowej i wynosić od 150 do 500 linii/cm. Moc stosowanych lamp w systemie utwardzania farb wynosi od 100 do 250 W na centymetr szerokości drukowanego podłoża.

Korzyści z zastosowania w technologii fleksograficznej farb UV w porównaniu z farbami rozpuszczalnikowymi są następujące: brak emisji rozpuszczalnika do atmosfery, możliwość zwiększenia wydajności (wyższa prędkość drukowania), otrzymywanie wysokiej jakości druków z wysokim połyskiem (porównywalnych z techniką wklęsłodrukową), brak zasychania farby na formach drukujących i wałku rastrowym w maszynie drukującej. Ponadto farba UV jest niepalna i posiada wysokie własności odpornościowe na ścieranie, temperaturę i chemikalia. Do wad stosowania farb UV należy zaliczyć: wyższą ich cenę w stosunku do farb konwencjonalnych, ich szkodliwe działanie na skórę i środowisko w stanie płynnym oraz droższe wyposażenie maszyn drukujących. Podczas utwardzania farb UV wydziela się toksyczny ozon oraz duże ilości ciepła, co wymaga zastosowania odpowiedniego układu chłodzącego. Obecnie szerokie zastosowanie dla omawianej technologii mają również farby wodorozcieńczalne, które utrwalają się na podłożu poprzez odparowanie i absorpcję.

Podstawowym składnikiem ich mieszaniny jest woda z dodatkiem organicznych rozpuszczalników w ilości 5–10%. Wśród farb wodnych znajdują się również farby niezawierające 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 od-prowadzanych 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, stąd farby te są droższe o około 20%.

Dodatkowo musi być zastosowana odpowiednia konstrukcja suszarni maszyny zapewniająca prawidłowe wysuszenie wykonywanych odbitek. Dla 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 niepowlekanych. Ponadto farby o zawartości rozpuszczalnika poniżej 1% stosuje się na przykład do opakowań ze sterylizowaną zawartością, farby wysoko skoncentrowane – do druku opakowań na papierach powlekanych i niepowlekanych, 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 niepowlekanych, 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 niepowlekanych. 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 PCW. Przy drukowaniu farbami termochromowymi zalecana jest wolniejsza prędkość robocza maszyny i większy transfer farby na podłoże. Farby te posiadają krótką żywotność 1–6 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 [11].

Współczesne laboratoria firm, które oferują 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 posiadały własny sprzęt do oceny drukowości i cech użytkowych swoich produktów. 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, przyjmowania farby przez farbę – trapping, kontrast względny druku oraz odchyłki odcienia i zaszarzenia farb. Na bazie otrzymanych wyników opracowywane są charakterystyki, na podstawie których formułowane są praktyczne wnioski dla drukarni.

Wybrane technologie i maszyny

Współczesne wielobarwne arkuszowe maszyny offsetowe (pół- i pełnoformatowe) drukują folie i laminaty z wydajnością do 15 000 ark./h. Maszyny te wyposażone są w system transportu arkuszy, w którym na szczególną uwagę zasługuje układ wprowadzania i trzymania arkuszy na cylindrach dociskowych oraz ich przepływu na cylindrach transferowych. Ponadto maszyny wyposażone są w automatyczne układy: pasowania barw (obwodowe, wzdłużne i ukośne ustawienia formy bądź prowadzenia arkuszy), zakładania form drukowych, ustawienia kałamarzy farbowych (na podstawie sygnałów cyfrowych ze skanowania form lub bezpośrednio z przygotowalni form) i mycia elementów zespołów farbowych i cylindrów zespołów drukujących.

Ostatnimi jednostkami instalowanymi w nowych maszynach są tzw. wieże lakierujące, które służą do podniesienia połysku i określonych właściwości wykonywanym drukom. Dzięki indywidualnie dobieranym konfiguracjom zespołów lakierujących, przestawieniu zespołu nawilżająco-lakierujacego i możliwości instalowania na przedłużonym wykładaniu, w zależności od potrzeb, suszarek IR lub UV, można uszlachetniać drukowane podłoża na całej powierzchni druku lub wybiórczo. Na bazie nowej technologii z wykorzystaniem farb hybrydowych można wykonywać lakierowanie z wysokim połyskiem, bez konieczności stosowania maszyn, dwiema wieżami lakierniczymi. Przy wykorzystaniu tej metody uzyskuje się interesujące połączenia matowych i błyszczących fragmentów druku. Tradycyjny zespół lakierujący w maszynie offsetowej musi wtedy posiadać dwa obiegi lakieru do zmiennego stosowania lakierów dyspersyjnych i UV. Na wysuszoną farbę hybrydową (mieszanina ~70% farby konwencjonalnej i ~30% farby UV), jest nanoszony lakier UV [12].


Rys. 1. Maszyna fleksograficzna z centralnym cylindrem FP 2210 GL firmy Comexi

Współczesne arkuszowe maszyny offsetowe posiadają niezawodne systemy kontroli jakości druków. Praktycznie stosują większość oferowanych systemów pomiaru barwy, określanej w przestrzeni barwnej CIELab. Systemy pomiarowe barw posiadają zintegrowaną bazę kolorów specjalnych Pantone. Istnieją również rozwiązania konstrukcyjne maszyn arkuszowych pozwalające na alternatywny zadruk podłoża w postaci arkusza i ze zwoju. W tym drugim przypadku na przedłużeniu maszyny, przed samonakładakiem zamontowany jest zespół składający się z odwijaka, przekrawacza poprzecznego i systemu transportu arkuszy na stół spływowy.

Do zadruku opakowań o wyższych nakładach wykorzystywane są również zwojowe maszyny offsetowe. We wszystkich ich nowych konstrukcjach, podobnie jak w maszynach arkuszowych, istnieją tendencje do zwiększenia liczby zespołów drukujących (dziesięciu lub dwunastu), stosowania technologii offsetu bezwodnego, instalowania zespołów uszlachetniających zadrukowywaną wstęgę oraz zastosowanie rozwiązań, które skracają czas narządu i rozruchu maszyny. Należą do nich m.in. systemy odwijania, nawijania, regulacji biegu i zaprowadzania wstęgi przez maszynę, układy automatyczne zakładania płyt i czyszczenia zespołów oraz układy regulacji i sterowania parametrami eksploatacyjnymi. Współczesne rozwiązania tych maszyn posiadają bezkanałowe obciągi w postaci tulei instalowane na pneumatycznych cylindrach pośrednich. Nowoczesne offsetowe maszyny zwojowe pracują z wydajnością rzędu 50–60 tysięcy obrotów cylindra na godzinę.

Ze względu na format stosowanego podłoża występują maszyny mało-, średnio- i wielkoformatowe. Ponadto występują maszyny wielkoformatowe do specjalnych prac o dużej szerokości drukowania i maszyny kombinowane. Współcześnie wzrasta zastosowanie technologii fleksograficznej w porównaniu z offsetową i rotograwiurową. Ma ona szereg zalet. Są to m.in. niższe koszty inwestycyjne, krótsze czasy przezbrajania maszyny, zmienne długości drukowania (obwodu cylindra), mniejsza ilość strat podłoży drukowych, stosowanie do wyboru farb rozpuszczalni-kowych, wodnych lub farb UV, bardziej efektywna produkcja przy coraz mniejszych nakładach, możliwość otrzymywania wysokiej i porównywalnej z innymi technologiami jakości druków, możliwości produkcji opakowań w systemie in-line oraz możliwość zadrukowywania materiału ze zwoju [13–15].

Maszyny małoformatowe posiadają szerokość drukowania rzędu 300 mm. Konstruowane są zarówno z jednym, jak i z wieloma cylindrami dociskowymi. Wyposażone są w zespoły lakierowana, wykrawania, tłoczenia i laminowania, na zimno i na gorąco. Najczęściej tworzą linię technologiczną do produkcji etykiet. Często nazywane są maszynami wąskowstęgowymi. W przypadku zadruku wstęgi folii i laminatów, za odwijakiem, umiejscowione jest często urządzenie do obróbki powierzchni podłoża przed jej drukowaniem. Często oprócz zespołów fleksograficznych, do drukowania etykiet i opakowań giętkich, używa się maszyn złożonych (hybrydowych), które wyposażone są w jednostki sitodruku rotacyjnego, typografię, tłoczenia folią itd. Są one najczęściej budowane szeregowo, w sposób modułowy, tak że łatwo jest wymienić daną jednostkę na inną. Maszyny małoformatowe są superprecyzyjnymi maszynami drukującymi, które pozwalają dziś otrzymywać druki o wysokiej jakości, dorównujące drukom offsetowym, umożliwiając przy tym szereg operacji in-line.

Maszyny średnioformatowe z centralnym cylindrem wykorzystuje się głównie do druku produktów na folii i laminatach. Na tych maszynach można z bardzo dobrym pasowaniem zadrukowywać materiały rozciągliwe. Obecnie tego typu maszyny występują nawet z 10 zespołami farbowo-drukującymi. Przykładowy schemat nowoczesnej maszyny CI przedstawiono na rys. 1. Maszyny CI zadrukowują głównie podłoża w postaci wstęgi z roli na rolę. Są one wyposażone m.in. w: układ do aktywacji powierzchni wstęgi do zadruku, zespoły farbowo-drukujące z układami suszącymi międzyzespołowymi i urządzenia kontrolnopomiarowe.


Rys. 2. Schemat maszyny kombinowanej szeregowej złożonej z 10-kolorowej maszyny fleksograficznej z centralnym cylindrem i zespołu rotograwiurowego firmy Flexotechnica

Z kolei maszyny kombinowane to maszyny, które składają się z zespołów drukujących różnymi technikami drukowania, np. z fleksograficznych i wklęsłodrukowych, czy offsetowych i fleksograficznych. Wyposażone są one często w sekcje do lakierowania. Tego typu maszyny konstruowane są głównie ze względu na konieczność przeprowadzenia specyficznego procesu technologicznego oraz specjalnych wymagań stawianych przez rynek. Pozwalają one uzyskać wysoką jakość druków. Budowane są najczęściej w konfiguracji modułowej, w której poszczególne bloki zespołów danej techniki druku są usytuowane szeregowo. Na rys. 2 przedstawiono przykładowy schemat takiej maszyny wielkoformatowej.

Zadruk opakowań o różnych kształtach

Producent opakowań o różnych kształtach, trójwymiarowych, ma do wyboru kilka technik do ich zadruku. Wśród nich zasadniczą rolę odgrywają: tampondruk, typooffset i sitodruk. Tampondruk polega na pośrednim przenoszeniu farby ze wzoru znajdującego się na formie drukowej, za pomocą stempla, tzw. tamponu, na powierzchnię przedmiotu. Tampon o kształcie wypukłym, wykonany z gumy silikonowej, zabiera farbę z wgłębień formy i przenosi na powierzchnię wyrobu. Elastyczność tamponu pozwala na dostosowanie się jego kształtu do kształtu zadrukowywanego przedmiotu. Rozróżnia się dwa podstawowe rozwiązania konstrukcyjne: drukarki tamponowe z przesuwem poziomym formy drukowej i wyłącznie pionowym ruchem tamponu, przy nieruchomym systemie nakładania farby, oraz drukarki, w których forma drukowa jest nieruchoma, a tampon przemieszcza się w poziomie i w pionie, przy poziomym ruchu systemu farbowego. Na rysunku 3 przedstawiono schemat nowoczesnej trzykolorowej drukarki tamponowej [16–18].


Rys. 3. Drukarka z tamponami umieszczonymi na głowicy rewolwerowej

Ciekawym rozwiązaniem są również drukarki karuzelowe, których konstrukcje przedstawiono na rys. 4 i 5, oraz drukarka rotacyjna przedstawiona na rys. 6.


Rys. 4. Pięciokolorowa drukarka karuzelowa z obrotową kolumną tamponów i obrotowymi zespołami drukującymi


Rys. 5. Pięciokolorowa drukarka karuzelowa z obrotowym stołem


Rys. 6. Dwukolorowa drukarka rotacyjna z tamponem walcowym do zadruku nakrętek

W technice sitodruku elastyczny rakiel przeciska farbę pokrywającą siatkę na drukowany przedmiot. Przemieszczenie rakla umożliwia nadruk na przedmiocie. Przemieszczenie siatki zsynchronizowane jest z obrotem przedmiotu będącego walcem lub stożkiem. Na rys. 7 przedstawiono przykładowe schematy sitodrukowych zespołów drukujących płaskich i rotacyjnych z sitem cylindrycznym.


Rys. 7. Przykłady rozwiązań konstrukcji sitodrukowych w maszynach płaskich i rotacyjnych. Na zdjęciu pokazany jest płaski zespół drukujący

Kolejną techniką drukowania, która jest szeroko stosowana do zadruku omawianych opakowań, stanowi technologia typooffsetowa. Należy ona do technologii pośredniego przekazywania obrazu z formy drukowej na podłoże poprzez obciąg. Zastosowanie wielu zespołów farbowych, przenoszących w sposób zsynchronizowany obrazy w rozmaitych kolorach na cylinder pośredni, pozwala na uzyskanie w jednej operacji nadruku wielokolorowego. Na rys. 8 przedstawiono schemat pięciokolorowej maszyny do zadruku tulei. Poniżej, na rys. 9, przedstawiono widok zespołu farbowo-drukują-cego. Maszyny drukujące tego typu są najczęściej instalowane w jednej linii produkcyjnej, która najpierw wytwarza surowiec i formuje przedmiot, a następnie zadrukowuje (nawet kilkoma technikami druku) i uszlachetnia jego powierzchnię.


Rys. 8. Schemat pięciokolorowej maszyny do zadruku tulei w technologii typoofsetowej


Rys. 9.Widok zespołu farbowo-drukującego w technologii typoofsetowej

Jednym z najważniejszych zagadnień charakteryzujących omawiane maszyny są rozwiązania konstrukcyjne systemu transportu doprowadzenia i ustawienia zadrukowywanych podłoży. Prawidłowa praca tego systemu zapewnia prawidłowy przebieg procesu drukowania.

Podsumowanie

Rynek wytwarzania opakowań rozwija się bardzo dynamicznie i wciąż wymaga wprowadzania w Polsce światowych innowacji technologicznych. Ma to oczywisty wpływ na zakres optymalnego inwestowania i wykorzystania maszyn poligraficznych do ich drukowania. Dziś zwiększa się konkurencja firm poligraficznych, co zapewne wpływa korzystnie na wyposażenie drukarń i zapewnia wzrost jakości zadrukowywanych opakowań.

Dla opakowań są stosowane różnego typu maszyny drukujące, które odpowiadają wybranym dla danego produktu optymalnym technikom drukowania w zależności od podłoża. Często też wybór techniki drukowania wymusza rynek i konkurencja. Stąd dla klienta drukarni ważne jest także, jakim parkiem maszynowym i możliwościami ona dysponuje.

Bardzo ważnym zagadnieniem jest również kontrola jakości druku, którą należy przeprowadzać podczas drukowania nakładu z uwagi na możliwość zmiany odcienia barwy spowodowanej parowaniem rozpuszczalnika lub stosowaniem dodatków do farb. Ponadto kontrolę powinno się przeprowadzać po zmianie parametrów produkcji, np. innej partii podłoża drukowego, wymiany cylindra rastrowego lub formy drukowej, prędkości drukowania albo przeniesienia produkcji na inną maszynę drukującą. Z przeprowadzonego w artykule przeglądu wybranych technologii zadruku opakowań i przykładów nowoczesnych maszyn i linii produkcyjnych zadruku opakowań wynika konieczność ścisłej współpracy wielu dziedzin nauki związanych z wytwarzaniem podłoży drukowych, mate-riałów poligraficznych i ich obróbki dla optymalnego ich wykorzystania na maszynach drukujących w danej technologii.

Literatura:

[1] K. STĘPIEŃ: Wpływ parametrów eksploatacyjnych i konstrukcyjnych fleksograficznego zespołu farbowego, „Przegl. Papiern.”, vol. 58, nr 8, 479 (2002).
[2] K. STĘPIEŃ: Cylinder, forma, podłoże – wpływ właściwości powierzchniowych na jakość druku, „Świat Druku”, nr 10, 34 (2001).
[3] E. RAJNUSZ: Najnowsze rozwiązania w druku opakowań środków spożywczych, „Poligrafika”, 8, 54 i 9, 40.
[4] S. JAKUCEWICZ: Folie z tworzyw sztucznych. Cz. 1–12, „Poligrafika”, nr 1–12 (2004).
[5] J. PANAK: Poligrafia, procesy i technika, COBRPP, Warszawa (2002).
[6] K. STĘPIEŃ: Wpływ parametrów eksploatacyjnych i konstrukcyjnych fleksograficznego zespołu farbowego, „Przegl. Papiern.”, vol. 58, nr 8, 479 (2002).
[7] A. FREZER-TAUSZ: Optimalnoje sootnoszenie dla żelajemogo riezultata (tłumaczenie z angielskiego), „FleksoDruk Riewiu i Spiecwidy Pieczati” nr 2, 22 (2004).
[8] S. STACHOWICZ, M. KAMIŃSKA: Przyjmowanie farby przez podłoża; Ilościowe przenoszenie farby w procesie drukowania, „Poligrafika”, nr 12, 54 (2001), nr 1, 70 (2002).
[9] S. JAKUCEWICZ: Farby drukowe, Michael Huber Polska, Wrocław (2001).
[10] 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.
[11] J. PIGULLA, J. SEWERYN, R. IWASZCZUK, M. MATUSZEWSKI: Materiały III Seminarium Zrzeszenia Polskich Fleksografów, Warszawa (2000).
[12] K. STĘPIEŃ: Nowe rozwiązania maszyn fleksograficznych do druku opakowań, „Przegl. Papiern.”, 2004, nr 9, s. 517–521.
[13] K. STĘPIEŃ: Nowoczesne zespoły farbowe z cylindrem rastrowym, „Świat Druku”, cz. I, 3, 72 i cz. II, 4, 21 (2006).
[14] K. STĘPIEŃ: Nowoczesne maszyny fleksograficzne, „Świat Druku”, cz. I, 5, 21 i cz. II, 6, 21 (2006).
[15] K. STĘPIEŃ: Maszyny fleksograficzne – budowa i wyposażenie oraz Zespoły farbowe z wałkiem rastrowym, referaty na nośniku elektronicznym, Materiały Miedzynarodowego VII Forum Fleksograficznego, Zrzeszenia Fleksografów Polskich PLFTA, Warszawa 29–30.03 (2006).
[16] M. CHOŁUJ: Budowa i eksploatacja maszyn do zadruku materiałów o różnych kształtach, praca magisterska, promotor dr inż. K. Stępień (2005/06).
[17] Materiały prospektowe i internetowe firm produkujących maszyny i ich elementy: Comexi, Flexotechnica Isimat, Hinterkopf, Polytype i in.

Opracowanie w ramach projektu badawczego nr 3 T08E 065 28, finansowanego przez Komitet Badań Naukowych Ministerstwa Nauki i Informatyzacji w latach 2005–2007.

Dr inż. Krzysztof Stępień – Kierownik Zakładu Technologii Poligrafii i Maszyn Poligraficznych, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, Politechnika Łódzka

Komentarze

  • Gratulacje

    Jestem pod wrażeniem pańskiej pracy. Jest ona świetnym materiałem edukacyjnym dla uczniów i studentów poligrafii. Dzięki wykresom, tabelom i rysunkom, pańska praca nie jest sucha, a technika drukowania jest przedstawiona w sposób b.interesujący Czytelniczka

  • Techniki druku opakowań --do autora

    Panie Stepień!!! Jeżeli już na początku uważa PAn że do zadruku opakowań używane sa gownie technika fleksograficzna i offsetowa to grubo sia PAn myli . Stawiając tamponodruk w jednej linii z wklęsłodrukiem jest pan po prostu kompletnym ignorantem nie znającym rynku opakowąń miękkich . Być moze nie ma Pan mozliwości wejścia do dużych firm działajacych w Polsce - to prooszę sobie poczytać- AMcor Flexibles . Mondi Flexibles , tylko sama Grupa Kęty ma ponad 25 % rynku opakowań miękkich w Polsce