Laminowanie materiałów drukowanych

Kleje na bazie wodnych dyspersji polimerowych sprawdziły się w końcowej obróbce materiałów drukowanych. Ich udział w rynku stale rośnie, ponieważ coraz częściej zastępują produkty na bazie rozpuszczalników. W wysoko rozwiniętych krajach, takich jak Niemcy i Wielka Brytania produkty te praktycznie już całkowicie wyeliminowały kleje rozpuszczalnikowe, podczas gdy na rynkach południowoeuropejskich wciąż istnieje widoczny potencjał do zwiększenia zapotrzebowania. Laminatorzy, nie tylko przyzwyczaili się już do pracy z dyspersjami wodnymi, które początkowo sprawiały im problemy aplikacyjne, ale również dostrzegli zalety ich stosowania, takie jak możliwość sprostania bardziej restrykcyjnym regulacjom dotyczącym emisji substancji lotnych przy bardzo małym nakładzie kosztów.

Pomimo, że kleje wodne sprawdziły się w praktyce i z zasady spełniają najwyższe wymagania jakościowe, to jednak w Europie przejście na dyspersje zachodzi z różną szybkością. Niezrozumiałym jest, że wciąż wielu laminatorów nie chce się rozstać z układami rozpuszczalnikowymi i prawdopodobnie nie zrobi tego, aż ich stosowanie zostanie zakazane. Niemniej jednak „dyrektywa o emisji rozpuszczalników” (1999/13/EC) jest obowiązująca w krajach członkowskich Unii Europejskiej, co powoduje, że naciski na ograniczenie emisji substancji lotnych wzrastają. Jest to szczególnie ważne dla małych zakładów, dla których usuwanie oparów rozpuszczalnikowych, tzn. ich odzyskiwanie lub katalityczne dopalanie ze względów ekonomicznych nigdy nie było rozważane.



Wymagania

Materiały do laminacji mogą być bardzo różne, na przykład pod względem formatu, użytych farb drukarskich i rodzaju papieru. Najczęściej stosowane są folie BOPP (polipropylen zorientowany dwuosiowo). Szczególnie szybko wzrasta udział filmów matowych. Wciąż dosyć często używane są folie acetylocelulozowe (szczególnie we Francji) i inne, takie jak folie poliestrowe, metalizowane i kolorowe. Całkowite roczne zużycie folii do laminacji w Europie jest szacowane na 18 - 20 tys. ton, w tym ok. 16 tys. ton BOPP.

Ze względu na tak dużą różnorodność materiałów, klej używany do laminacji musi charakteryzować się następującymi cechami:

- dobra adhezja do folii i druku,
- idealna zwilżalność folii i druku podczas nanoszenia i laminacji,
- kompatybilność z farbami, stała jakość druku w czasie, brak interakcji,
- odporność na resztkowe zawartości rozpuszczalników z farb drukarskich,
- jak największy połysk,
- odporność na działanie światła i starzenie,
- własności reologiczne dopasowane do systemu powlekania,
- w przypadku dyspersji brak problemów z pianą.

Do wymienionych parametrów, z czasem dochodzą nowe wymagania, tj.:

- kompatybilność z nowoczesnymi farbami (duct-fresh świeże w kałamarzu i fresh inks farby niezasychające),
- możliwość laminacji z większymi prędkościami,
- szybsze sieciowanie,
- niższa emisja substancji lotnych by sprostać nowym przepisom,
- zmniejszenie udziału lub całkowite wyeliminowanie niektórych substancji (np. APEO – etoksylowane alkilofenole).

Nowe, samosieciujące dyspersje polimerowe

W celu sprostania pojawiającym się wymaganiom, firma BASF opracowała nowe dyspersje polimerowe oparte na sprawdzonej bazie akrylowej. Mają one szereg zalet a) docenianych przez producentów klejów:

- drastycznie niższa emisja VOC (lotne substancje organiczne),
- bez APEO,
- niższa tendencja do pienienia się.

b) docenianych przez laminatorów:

- niższe koszty produkcji ze względu na większe prędkości laminacji
- duża poprawa bezpieczeństwa i higieny pracy - resztkowe VOC
- łatwa utylizacja ścieków, produkt bez APEO.

Typowe parametry dyspersji i mechanizm reakcji sieciowania Wodne dyspersje polimerowe oparte są na kopolimerach akrylowych. Ich podstawowe parametry to:

- zawartość suchej masy: ok. 50%,
- lepkość: ok. 18 s czas przepływu zgodnie z DIN 4 (Kubek Forda),
- pH: ok. 5.

Zazwyczaj do dyspersji muszą być dodane substancje, które zapewniają niezakłucone parametry pracy podczas laminacji. Szczególnie ważne jest uzyskanie idealnej zwilżalności laminowanych folii (BOPP, folie octanowe) oraz możliwie jak najmniejszej ilości piany w systemie powlekania.

Proces sieciowania

Jednoskładnikowe, samosieciujące dyspersje zawierają system sieciujący, który znacząco polepsza adhezję kleju do folii i druku. Jednocześnie kohezja polimeru jest tak duża, że laminaty mogą być wygniatane lub żłobkowane.

Reakcja kondensacji (rys.1) zakończeń kwasu dikarboksylowego, który zawiera grupy hydrazydowe z grupami ketonowymi tworzy siatkę, która zwiększa kohezję.


Rys. 1. Reakcja sieciowana wewnątrz polimeru

Podobna reakcja zachodzi pomiędzy polimerem, a aktywowaną powierzchnią folii polipropylenowej OBPP (rys. 2).


Rys. 2. Reakcja sieciowana pomiędzy polimerem a aktywowaną powierzchnią folii

W celu zapewnienia właściwej zwilżalności i adhezi folia musi zostać poddana procesowi koronowania, w celu utworzenia aktywnych grup karbonylowych i karboksylowych. Zmiany powierzchni po procesie koronowania przedstawione są na przykładzie folii polietylenowej rys.3.


Rys. 3. Spektrum IR folii PE

Przyszłość

Wodne dyspersje polimerowe używane do laminacji foliami błyszczącymi mają technologiczną przewagę nad klejami rozpuszczalnikowymi. Nie stwarzają one zagrożenia pożarem lub wybuchem oraz zancząco poprawiają warunki pracy panujące na hali produkcyjnej. Ponadto laminowanie klejami wodnymi wymaga mniejszej ilości energii potrzebnej do suszenia niż w przypadku klejów rozpuszczalnikowych, choć często sądzi się, że jest na odwrót.

Prawdą jest, że entalpia parowania wody jest pięciokrotnie wyższa od entalpii parowania rozpuszczalników węglowodorowych. Niemniej jednak ze względów bezpieczeństwa wymiana powietrza musi zapewnić utrzymywanie ilości rozpuszczalnika poniżej 50% dolnej granicy wybuchowości, np. 20g rozpuszczalnika na 1kg powietrza. W przypadku układów wodnych powietrze może być całkowicie nasycone parą wodną transportując 100g wody na 1kg powietrza bez zagrożenia wybuchem. Ponadto zawartość suchej masy w układach wodnych sięga aż 50%, co daje dodatkowe oszczędności w porównaniu do 30-40% w przypadku układów rozpuszczalnikowych.

Ze względu na powyższe parametry spodziewany jest dalszy wzrost użycia wodnych dyspersji, zwłaszcza, że można je stosować na tych samych urządzeniach, co do laminacji klejami rozpuszczalnikowymi.