|
Битвы Титанов
Summary:
Что выбрать – картон или пластик? Зачастую этот вопрос решается в зависимости от экономических возможностей предприятия в данный конкретный момент, или от «моды» на рынке. При выборе упаковки нужно быть вооружённым всеми «за» и «против».
Все материалы (в том числе и упаковочные), на которые можно нанести изображение типографским способом, по своим гигроскопичным свойствам делятся на впитывающие и невпитывающие. К впитывающим относятся волокнистые материалы – бумага, картон, гофрокартон; к невпитывающим – разнообразные пленки, а также фольга, пластмассовая и металлическая тара. Различные физические свойства этих материалов требуют особенных условий печати, а также до- и послепечатной обработки.
В начале – несколько слов о способах печати, применяющихся при изготовлении тары и упаковки.
Для нанесения информации и изображения на упаковку и этикетки используются практически все существующие виды печати: высокая, глубокая, офсет, флексография и даже (правда, довольно редко) трафаретная и тампонная печать. При этом каждый из способов имеет свою область применения. Так, высокая печать в основном применяется для производства этикеточной продукции и для печати на жести и пластмассе. Трафаретная печать применяется, как правило, при выпуске нестандартной тары малыми партиями (из стекла, кожи, дерева, ткани, дорогой бумаги и т. п.). Тампонная печать в основном используется при производстве различных пластмассовых пузырьков и крышек, а также сувенирной продукции (ручки, брелоки и т. п.).
Флексография формально является разновидностью высокого способа печати. Но применение высокоэластичных форм и низковязких красок позволяет запечатывать более широкий спектр материалов с различными физико-химическими свойствами: бумагу, картон, гофрокартон, различные синтетические пленки (полипропилен, полиэтилен, полиэфиры и др.), металлизированную фольгу, комбинированные материалы (самоклеящиеся бумага и пленка). Флексографский способ сегодня является одним из лидеров в сфере производства упаковки и имеет хорошие перспективы.
По состоянию на 2000 г. соотношение различных способов печати в упаковочной индустрии было таково: флексография – 36 %, офсет – 38 %, глубокая печать – 18 %, высокая – 5 %. На остальные виды печати (тампонную, трафаретную, цифровую) приходится не более 3 %. Предполагается, что в 2005 г. ситуация несколько изменится в пользу флексографии и высокой печати: флексография – 39 %, плоская офсетная – 36 %, глубокая – 10 %, высокая – 13 %.
Плоский офсетный способ является бесспорным лидером при печати различной книжно-журнальной и рекламной продукции. Однако при производстве упаковки он используется практически лишь для печати на листовых или рулонных волокнистых материалах (бумага, картон, гофрокартон) малой и средней толщины.
Глубокая печать постепенно теряет свои позиции при изготовлении упаковки. Основным ее минусом является очень высокая стоимость печатных машин, а также большая трудоемкость и дороговизна формного процесса, поскольку для каждого тиража необходимо изготавливать отдельные металлические печатные цилиндры. Глубокую печать целесообразно использовать при многомиллионных тиражах какой-либо особо качественной упаковочной продукции (как бумажной, так и пленочной), т. к. этот способ позволяет получить максимально насыщенные и глубокие цвета и оттенки.
Также в последнее время находит применение в этой области и цифровая печать, преимуществом которой является высокая оперативность при изготовлении этикеточной и упаковочной продукции. Однако качество пока в большинстве случаев оставляет желать лучшего.
Волокнистые материалы
К этому типу материалов относятся бумага, картон и плотный картон.
Разграничение бумаги, картона и плотного картона производится по массе (плотности). Этот параметр означает вес материала на квадратный метр поверхности и, как правило, указывается в г/м2.
Четкой границы между бумагой и картоном нет. Бумага занимает диапазон от 20 до 160 г/м2 (иногда до 180 г/м2), картон – от 150 до 500 г/м2. Плотный картон – это материал с массой от 400 г/м2 и выше (до 1000 г/м2).
Вместе с массой изменяется и толщина волокнистых материалов. При прочих равных условиях с увеличением толщины материала растут его прочность и устойчивость к деформации, снижается прозрачность.
Для полиграфической печати используют бумагу толщиной от 0,05 до 0,25 мм. Более толстый материал толщиной от 0,3 мм до 2-3 мм материалов называется картоном. Большая часть бумаг для печатания имеет толщину 0,07-0,1 мм.
Основными компонентами волокнистых бумажных материалов являются целлюлоза и древесная масса. В качестве дополнительных ингредиентов могут использоваться различные растения (солома, стебли табака, лен, хлопок), а также древесные отходы, вторсырье и т. п.
Древесная масса представляет собой волокнистую субстанцию, которая получается путем механического истирания древесины в водной среде. Это наиболее экономичный полуфабрикат с содержанием природного сырья: его выход по отношению к древесине составляет 93-98 %. Кроме того, производить древесную массу проще и дешевле, чем целлюлозу. В результате также получается меньше отходов.
Целлюлоза – высококачественный волокнистый материал. Ее получают из древесины путем удаления лигнина.
Лигнин – природный полимер, содержащийся в одревесневших растительных тканях наряду с целлюлозой и гемицеллюлозами. Целлюлоза образует стенки клеток, а лигнин скрепляет их, образуя срединные пластинки. В состав пластинок входит около 70 % лигнина и всего 4 % целлюлозы, а в стенках клеток, состоящих главным образом из целлюлозы, содержание лигнина падает до 30-40 %. Сложность строения растения как живого организма, неодинаковые биологические функции разных частей растения, различия пород деревьев являются причиной неопределенности состава лигнина. Условно лигнином называют часть древесины, нерастворимую в концентрированной (72 %) серной кислоте и в концентрированной (40-42 %) соляной кислоте. В отличие от целлюлозы лигнин имеет пространственное строение, что придает ему жесткость и нерастворимость. Лигнин имеет свойство со временем желтеть. Жесткие волокна, содержащие лигнин, плохо переплетаются, поэтому бумага, изготовленная из сырья с большим содержанием лигнина, получается пористой, с низкой гладкостью и белизной, а также низкой прочностью. Все это сказывается на качестве упаковки, которая со временем может терять свою привлекательность и приобретать неприятный желтый оттенок.
Для улучшения потребительских свойств готовой бумажной продукции ее подвергают отбеливанию. В результате отбеливания из целлюлозы удаляют остатки лигнина, что существенно повышает ее белизну. Так, белизна сульфитной целлюлозы повышается с 60-65 % до 83-92 %, сульфатной – с 35-40 до 80-88 %. Отбеливание древесной массы и полуцеллюлозы заключается в их обработке окислителями при режимах, не вызывающих деструкции волокна и растворения лигнина. Однако в дальнейшем под влиянием воздуха (кислорода) и света может произойти реакция окислительной полимеризации, а также произойти обратное окисление и пожелтение лигнина. Иными словами, все равно со временем бумага будет желтеть.
Для изготовления гладкой, прочной и белой бумаги применяют волокнистые материалы, не содержащие лигнина, например древесную целлюлозу, хлопок, лен, что приводит к увеличению стоимости данной продукции.
Существуют 2 основных способа получения целлюлозы – сульфатный и сульфитный, в зависимости от которых различаются и свойства самих бумаг. Целлюлоза, получаемая сульфатным способом, более равномерна по степени полимеризации в толще стенки ее волокна. Сульфитная же целлюлоза содержит во внешних слоях клеточных стенок низкомолекулярную целлюлозу и гемицеллюлозы. Поэтому сульфитная целлюлоза дает менее стойкую к механическим воздействиям бумагу.
Как правило, чем дороже бумага, тем дольше она сохранит свои прочностные и потребительские качества. Поэтому более дешевую бумагу целесообразнее использовать для продукции, не рассчитанной на долгое хранение.
Для производства этикеток все большее распространение получает самоклеящаяся бумага (клеевой слой наносится до печати). При этом бумага может быть как мелованной, так и не мелованной. В качестве клеящих веществ применяются различные композиции на основе акрилов или каучука. Самоклеящаяся бумага стоит дороже обыкновенной этикеточной бумаги, на которую клей (также чаще всего на акриловой основе) наносится непосредственно перед приклеиванием на изделие.
Для изготовления дешевой упаковочной и оберточной бумаги нередко используется макулатура – регенерированное оборотное волокно бывшей в употреблении продукции. Из него также получают серый макулатурный картон.
Наряду с однородной продукцией, изготовленной из одного вида волокна, производятся многослойные материалы, например двухслойный картон с мелованной поверхностью из целлюлозы. Применяется картон преимущественно для производства твердой тары и упаковки.
Использовать для упаковки чего-либо дорогую чисто целлюлозную бумагу нецелесообразно с экономической точки зрения. Исключение – картонная упаковка для пищевых продуктов и жидкостей. Ее производят главным образом из химически чистой целлюлозы, т. к. только в этом случае достигается необходимая жесткость и прочность изделия. В большинстве случаев качественная коробка из картона или гофрокартона стоит дешевле аналогичной пластиковой тары.
Из зарубежных производителей бумаги и картона, представленных на нашем рынке, стоит отметить шведские компании Metsa Serla и Modopaper, а также немецкую Haandi. Крупным поставщиком гофрированного картона является компания «Венпап» (Россия). Самоклеящиеся бумаги предлагают фирмы Fasson, Jak Stadt, Raflatak.
Невпитывающие материалы
Согласно результатам многочисленных исследований, пленка из искусственных синтетических материалов завоевывает во всем мире все большую популярность. Основные сферы ее использования – упаковка пищевых продуктов, предметов гигиены, промышленных товаров. Доля рынка упаковки из искусственных материалов в области пищевых продуктов достигла в Европе в 1998 г. 7,5 млн. т (28,23 $ млрд.), а в 2005 г. этот показатель должен достигнуть 9-9,5 млн. т (около 33 $ млрд.).
Большую долю составляет гибкая упаковка из пленки, которая запечатывается преимущественно способами флексографской и глубокой печати (в Европе на 1998 г.: 50 % – флексография, 40 % – глубокая, 10 % – прочие способы). При этом флексография является более выгодной с экономической точки зрения. Высокий и офсетный способы для печати на пленке практически не используются.
Обычно пленки изготавливаются путем экструдирования (для каждого вида пленки – определенный вид экструдера) из гранул, поставляемых химическими комбинатами. Крупными экспортерами готовой пленки на российский рынок являются Беларусь и Турция.
В основном в качестве упаковочного и защитного материала применяется монопленка из искусственных материалов толщиной от 5 мкм до 350 мкм. Как правило она поставляется в рулонах и обрабатывается на рулонных печатно-отделочных линиях, на которых может осуществляться как продольная, так и поперечная резка. Чтобы краска лучше ложилась на поверхность, непосредственно перед печатанием пленка обрабатывается коронным разрядом.
Теперь рассмотрим более подробно основные виды пленочных материалов.
Полиэтилен
Полиэтилен является термопластичным искусственным материалом, который производится посредством полимеризации газообразного этилена под высоким давлением и при высокой температуре. Изготовленная методом экструзии (выдавливания), полиэтиленовая пленка относительно прозрачная, без запаха и вкуса, непроницаемая для воды и пара, прочная, эластичная даже при температуре 0° С. Этот материал является оптимальным для упаковки, особенно если сравнить его с волокнистыми материалами (бумагой).
Полиэтилен применяется для упаковки пищевых продуктов, промышленных товаров, кормов для животных, для производства сумок и пакетов, защитной пленки. Кроме того, полиэтиленовая пленка широко применяется в сельском хозяйстве.
Паронепроницаемость, прозрачность и гибкость при низких температурах являются основными причинами широкого применения полиэтиленовой пленки в области упаковки. Вследствие отсутствия воды и пластификатора в своем составе, пленка не становится хрупкой при отрицательных температурах; гибкость и прозрачность позволяют оценить качество упакованного продукта через пленку.
Перед нанесением типографского изображения полиэтиленовую пленку (так же как и все остальные) необходимо обрабатывать коронным разрядом. Эта обработка снимает статический заряд электричества и изменяет поверхностное натяжение пленки (это облегчает прилипание краски к поверхности). Однако, с другой стороны, предварительная обработка ухудшает процесс запаивания и снижает устойчивость к разрыву и удару. Поэтому величина короны должна быть оптимально подобрана в соответствии с типом печатной краски, условиями процесса печати и назначением этой продукции.
Из всех синтетических пленочных материалов полиэтилен является наиболее растяжимым. Поэтому запечатывать его можно только на планетарных печатных машинах, имеющих один печатный цилиндр, так как только в этом случае не возникает проблем с совмещением красок на оттиске. Это касается как глубокого, так и флексографского способа печати. На современных флексографских планетарных печатных машинах, оснащенных различными электронными устройствами контроля приводки и натяжения полотна, можно запечатывать полиэтиленовую пленку толщиной 15-20 мкм.
Тонкая полимерная пленка имеет тенденцию прилипать к деталям машин и различным поверхностям. Во избежание этого во время процесса полимеризации используются специальные смазки. Они отчасти действуют как пластификаторы, влияют на сцепление краски и размягчают красочный слой. Предварительная обработка полиэтилена, в частности типов с высоким содержанием смазки, после нескольких недель хранения на складе ослабевает, поэтому перед процессом печати может понадобиться повторная обработка.
Чаще всего запечатывается полиэтилен толщиной 20-150 мкм; вообще же для печати пригодны пленки толщиной от 10 до 250 мкм.
Полиэтилен может иметь плоскую или рукавную форму. Рукавный материал используется при изготовлении сумок, мешков, пакетов. Если лицевая или оборотная сторона полиэтиленового рукава должна запечатываться, то обе поверхности следует предварительно обработать.
Сам полиэтилен по плотности и коэффициенту плавления различается на следующие типы: низкой, средней и высокой плотности (давления).
Все типы полиэтилена практически не пропускают водяной пар.
Отличительные особенности полиэтилена низкой плотности:
1) температура сварки в диапазоне от 100 до 150° С;
2) горячее сваривание – прочность схватывания в нагретом для сварки состоянии;
3) низкая жесткость, воскообразное качество;
4) не оказывает физиологического воздействия на пищевые продукты;
5) оценка чувствительности;
6) высокая статическая прочность;
7) прозрачность от хорошей до средней;
8) с повышением коэффициента плавления повышается возможность включения порошкообразных наполнителей в сварочный шов.
Удельная плотность полиэтилена низкого давления составляет от 0,917 до 0,920.
Существует линейный полиэтилен низкой плотности. Он производится новым способом при очень низком давлении из газообразной или жидкой фазы и имеет линейные макромолекулярные цепи с небольшим количеством очень коротких боковых цепей. Этот материал может быть использован для приклеивания или припрессовки (в качестве ламината), т. к. имеет улучшенную механическую прочность, более высокое растяжение и хорошо поддается горячему скреплению при низких температурах сварки (от 90 °С).
Полиэтилены средней и высокой плотностей имеют сходные характеристики:
• температура сварки от 120 °С;
• хорошее горячее скрепление;
• хорошо подходит в качестве многослойного материала, устойчивого к стерилизации;
• высокая статическая устойчивость, но имеются ограничения в динамической нагрузке;
• мутность, непрозрачность;
• высокая устойчивость почти ко всем разбавленным кислотам, щелочам и солевым растворам.
Полиэтиленовая пленка средней и высокой плотности менее эластична, чем пленка низкой плотности, но более стабильна при изменении температуры. Полиэтилен средней и высокой плотности требует более интенсивной предварительной обработки коронным разрядом.
Полипропилен
Полипропилен получают посредством полимеризации газообразного пропилена. По своим свойствам полипропилен очень похож на полиэтилен высокого давления, но он значительно более устойчив к воздействию жира, газа, а также к силовым механическим воздействиям (удару, разрыву).
Полипропилен используется как упаковка для пищевых продуктов (в том числе для глубокой заморозки), в качестве технической пленки, в сфере медицины и гигиены.
Что касается процесса печати, то для полипропиленовой пленки, так же как и для полиэтилена, для улучшения восприятия печатных красок требуется обработка коронным разрядом. Сам полипропилен в процессе печати тянется меньше, чем полиэтилен. Вследствие этого его можно запечатывать на машинах линейного секционного и ярусного построений. Но все же для получения наилучшего качества для всех типов пленочных материалов целесообразно использовать машины планетарного типа, прежде всего флексографские.
Широкое распространение получила вытянутая (ориентированная) пленка, моноаксиальная, а чаще биаксиальная.
Физические свойства ориентированной полипропиленовой пленки:
1) удельная плотность 0,85-0,92;
2) возможность стерилизации в автоклавах без ограничений;
3) паронепроницаемость выше, чем у полиэтилена низкой плотности;
4) высокий глянец и устойчивость к истиранию;
5) высокая прозрачность;
6) прочнее полиэтилена;
7) не содержит пластификатора;
8) может свариваться в невытянутом состоянии.
К минусам стоит отнести ломкость уже при 0° С.
Полиэфир
Полиэфирная пленка – это полимеризованный эфир, который получается при конденсации многофункционального спирта с многоосновными ароматическими кислотами.
Полиэфирная пленка не имеет запаха и вкуса, прозрачная, химически неактивная, с низкой паронепроницаемостью.
Основным физическим свойством является устойчивость к разрыву в 1500 кгс/см2 (когда у полиэтилена, например, 150 кгс/см2, а у целлофана – 500 кгс/см2). Полиэфирные пленки сохраняют свои свойства в большом диапазоне температур, т. е. при изменении температуры они сохраняют стабильность, устойчивость к механическому износу и многим растворителям.
Полиэфирная пленка имеет высокую диэлектрическую устойчивость. Для флексографской печати это означает необходимость использования на печатно-отделочных линиях ионизаторов. Для хорошего высыхания краски в процессе сушки материал должен нагреваться до 80° С. Стоит заметить, что при нагревании пленка может растягиваться, т. е. могут возникать проблемы с приводкой.
Устойчивая к нагреванию и удару, полиэфирная пленка широко применяется при кашировании и припрессовке. В сочетании с металлизированной поверхностью она дает хорошие прочностные свойства. Также она используется для производства вакуумной упаковки, пакетов и т. п.; как прочная основа в комбинации с различными материалами, например с бумагой; может формоваться в бутыли и стаканы. В промышленности полиэфирные пленки часто употребляются в качестве изоляторов.
Физические свойства полиэфирной пленки:
1) удельная плотность 1,38-1,41;
2) высокая точка плавления – 260° С;
3) устойчивость к стерилизации;
4) эксплуатационная температура от 180° до 220° С;
5) устойчивость к растяжению и разрыву;
6) высокая механическая прочность;
7) высокая твердость к истиранию;
8) незначительная усадка;
9) очень высокий блеск;
10) высокое скольжение;
11) безвредность для продуктов питания.
12) незначительная паро- и газопроницаемость.
Полиамидная пленка
В основном используется как комбинированный материал с другой пленкой для упаковки.
В зависимости от выбора исходных материалов полимерные конденсационные продукты представляют собой линейные, неразветвленные, частично кристаллические образования.
В соответствии с этим различаются и свойства разных видов полиамидов, сфера применения которых распространяется от пленки для упаковки до текстиля. Стандартным типом пленки для каширования является полиамид-6.
При печати также желательно использовать машины планетарного строения и обрабатывать пленку коронным разрядом.
Свойства полиамидных пленок:
1) удельная плотность 1,125 – 1,15;
2) диапазон точек плавления: от 215 до 225 °С;
3) высокая устойчивость к нагреванию и охлаждению;
4) высокая устойчивость к пробиванию;
5) хорошая пригодность для глубокой вытяжки;
6) высокая прозрачность;
7) высокая устойчивость к истиранию;
8) устойчивость к воде, водным растворам, маслам и жирам;
9) очень хорошая непроницаемость к кислороду;
10 очень хорошая непроницаемость к запахам;
11) низкая непроницаемость к водяному пару;
12 в обезвоженном состоянии полиамиды становятся ломкими.
Целлофан
Часто для упаковки различных пищевых продуктов применяется целлофан, который представляет собой жиронепроницаемую эластичную пленку из целлюлозы. Целлофан бывает прозрачный и непрозрачный (например, белый).
Целлофан, как и бумага, производится из целлюлозы. При производстве этой пленки в ее состав вводятся различные пластификаторы и кремниевая кислота. С обеих сторон на целлофановую пленку наносятся вещества, придающие пленке желаемые влагостойкость, способность к термосварке и восприимчивость печатной краски. Однако при комбинировании его с какими-либо другими материалами целлофан может покрываться и только с одной стороны. Наиболее распространенными материалами на основе целлофана являются следующие:
1) целлофан без покрывного слоя;
2) целлофан с нитроцеллюлозным покрытием;
3) целлофановые пленки с полимерным покрытием.
Этот материал не является особо тянущимся и может запечатываться на машинах линейного построения. Для печати используются краски на спиртовой основе (это особенно актуально для флексографии), но сама пленка должна быть нагрета примерно до 80 °С.
Большинство типов пленок могут комбинироваться друг с другом, а также с волокнистыми материалами, приобретая при этом оптимальные свойства для той или иной упаковки.
По сравнению с бумагой пленка, конечно, является более капризным материалом для печати, требующим специального печатного оборудования и особых видов и режимов обработки. Однако достоинства ее как упаковочного материала оправдывают эти затраты.
Александр Струве
2003 #3
| 
