Проблемы прочности ламинирования при использовании красок для глубокой печати на водной основе

В секторе гибкой упаковки для пищевых продуктов часто применяется глубокая печать с обратной стороны в сочетании с ламинированием для обеспечения безопасности пищевых продуктов, эффективно предотвращая попадание чернил в продукты. Однако это создает новую проблему: прочность ламинирования . Будучи ключевым показателем качества упаковки (обычно требуемая прочность ≥3 Н/15 мм), прочность ламинирования определяет, сможет ли упаковка выдержать транспортировку, противостоять расслоению и предотвратить протечку. Недостаточная прочность может привести к расслоению, образованию складок и даже к разрушению упаковки.

Отраслевые исследования показывают, что около 35% отказов ламинирования при использовании красок для глубокой печати на водной основе вызваны недостаточной прочностью сцепления, что значительно выше, чем при использовании красок на основе растворителей (15%). В данной статье анализируются основные причины, влияющие на прочность ламинирования, и предлагаются практические решения, помогающие производителям печатной продукции преодолеть трудности, связанные с ламинированием.

1. Какова прочность ламинирования при использовании красок для глубокой печати на водной основе?

Процесс ламинирования чернилами для глубокой печати на водной основе включает формирование стабильной структуры « подложка + слой краски + клей + вторичная подложка» за счет физической адсорбции и химической связи. Прочность ламинирования зависит от двух основных факторов:

1. Адгезия чернил к подложке – Смола чернил на водной основе должна связываться с полярными группами на поверхности подложки посредством водородных или ковалентных связей.

2. Совместимость чернил и клея — поверхностная энергия чернил должна максимально соответствовать клею (разница ≤5 дин/см), без остаточных низкомолекулярных веществ, которые могли бы препятствовать проникновению клея.

Любая слабость этих связей напрямую снизит прочность ламинирования.

2. Шесть основных причин слабой прочности ламината

(1) Неадекватная предварительная обработка основания

• Проблема: Невпитывающие материалы (BOPP, PE) с поверхностным натяжением ≤34 дин/см препятствуют нормальному смачиванию чернилами, снижая адгезию до уровня всего 2B. Чернила легко отслаиваются при ламинировании.

• Причины:

• Недостаточная или устаревшая обработка коронным разрядом.

• Остатки масла, скользящих добавок или загрязняющих веществ, образующие изоляционный слой.

• Данные: пленка BOPP с поверхностным натяжением 34 дин/см достигла адгезии всего лишь 2,1 Н/15 мм ; после обработки коронным разрядом до 38 дин/см адгезия улучшилась до 4,5 Н/15 мм (+60% прочности ламинирования).

• Решение:

• Обработка коронным разрядом: БОПП/ПЭТ ≥38–42 дин/см; ПЭ ≥36–38 дин/см.

• Распечатайте в течение 4 часов после обработки (в противном случае выполните повторную обработку).

• Очистите поверхность от масла и скользящих веществ спиртовыми салфетками или плазменной очисткой.

(2) Плохая совместимость со смоляной системой

• Проблема: слои краски либо слишком хрупкие (трескаются), либо слишком мягкие (плохое сцепление с клеем).

• Причины:

• Одинарная акриловая смола = хрупкая пленка, низкая гибкость.

• Отсутствие полярных групп = плохая водородная связь с клеем.

• Слишком низкое содержание смолы: твердые частицы <40%, смола <30%, пористый слой краски → «ложное склеивание».

• Пример: производитель, использующий чистую акриловую смолу (содержание твердых веществ 35%), достиг прочности пленки ПЭ всего лишь 2,2 Н/15 мм ; переход на гибридную смолу акрила и полиуретана (содержание твердых веществ 45%) повысил прочность до 3,8 Н/15 мм .

• Решение:

• Используйте гибридные акрил-полиуретановые смолы (Tg 30–40℃) для баланса адгезии и гибкости.

• Обеспечить содержание твердых веществ ≥45%, смолы ≥35%.

• Поддерживайте вязкость 25–35 с (чашка DIN 4, 25℃).

• Добавьте связующие агенты/модификаторы поверхности для усиления сцепления.

(3) Неполное высыхание красочного слоя

• Проблема: Остаточная вода >5% приводит к образованию пузырьков и слабому проникновению клея во время ламинирования.

• Данные: При остаточной влажности 2% прочность ламинирования = 3,5 Н/15 мм ; при 6% она снизилась до 1,8 Н/15 мм с видимыми пузырьками.

• Решение:

• Оптимизируйте параметры сушки (температуру, скорость воздуха, время выдержки).

• Поддерживайте остаточную влажность ≤2% (регулярный отбор проб).

(4) Несоответствие выбора клея и процесса

• Проблема: Клей усаживается или не распределяется, создавая точечное склеивание вместо равномерного; прочность ламинирования колеблется (±1 Н/15 мм).

• Причины:

• Несоответствие полярности чернил и клея (чернила на водной основе = полярные; резиновые клеи = неполярные → усадка).

• Недостаточное количество клеевого слоя или низкое давление ламинирования.

• Данные: Полярный полиуретановый клей (3 г/м²) обеспечил 95% покрытие и прочность 3,6 Н/15 мм ; неполярный каучуковый клей обеспечил только 60% покрытие и прочность 1,9 Н/15 мм .

• Решение:

• Выбирайте полярные полиуретановые клеи с хорошей совместимостью с чернилами.

• Контрольное нанесение клея 3–4 г/м².

• Поддерживайте давление ламинирования 0,4–0,6 МПа, температуру 45–55℃.

(5) Недостаточное последующее отверждение клея

• Проблема: Без пост-отверждения или при ненадлежащих условиях отверждения клеи не сшиваются полностью. Начальная прочность может сохраняться, но через неделю снижается более чем на 30%.

• Данные: Пост-отверждение при 45℃ × 12 ч → сохранение 95% прочности через 1 неделю ; хранение при комнатной температуре → сохранение только 68% .

• Решение:

• Обеспечить последующее отверждение при температуре 40–50℃ в течение 8–12 часов.

• Поддерживайте влажность <65% во время отверждения.

• Проверка сохранения: прочность ≥90% через 1 неделю.

3. Пример: повышение прочности ламинирования при упаковке закусок

• Предыстория: Компания по упаковке пищевых продуктов использовала водорастворимые чернила для глубокой печати на БОПП-пленке, ламинированной полиэтиленом, для упаковки закусок. Прочность ламинирования составила всего 2,3 Н/15 мм (требование ≥3 Н/15 мм). Расслоение приводило к 15%-ному уровню брака при транспортировке и частым жалобам.

• Выявленные проблемы:

1. Субстрат: BOPP корона всего 35 дин/см, хранится >24 ч (спад напряжения).

2. Чернила: чистая акриловая смола, содержание сухих веществ 38%, остаточная влажность 4,5%.

3. Клей: неполярный каучуковый клей, покрытие 2 г/м², без последующего отверждения.

• План оптимизации:

1. Подложка: повторно обработана коронным разрядом до 39 дин/см, напечатана в течение 4 часов.

2. Чернила: заменены на гибридную акрил-ПУ смолу (45% твердых веществ), добавлено 1,5% силанового связующего агента, оптимизирована сушка (50℃ → 65℃ → 55℃, скорость воздуха 3 м/с).

3. Клей: клей Polar PU, покрытие 3,5 г/м², давление ламинирования 0,5 МПа, пост-отверждение при 45℃ × 10 ч.

• Результаты:

• Прочность ламинирования увеличилась с 2,3 Н/15 мм → 4,1 Н/15 мм (выше стандарта).

• Уровень отбраковки при транспортировке снижен с 15% → 0,8% .

• Жалобы клиентов устранены.

• Через 1 месяц прочность сохраняется на 96% , расслоения нет.

4. Заключение: Основная логика повышения прочности ламинирования

Ключом к повышению прочности ламинирования при глубокой печати на водной основе является:

1. Предварительная обработка основания – создание прочной основы для адгезии.

2. Оптимизация рецептуры чернил — обеспечение образования плотной пленки и химической совместимости.

3. Контроль процесса – полное высыхание, правильное нанесение клея и правильное давление ламинирования.

4. Постотверждение – обеспечение длительной прочности и стабильности.

Благодаря постоянному совершенствованию рецептур чернил и оборудования для ламинирования прочность ламинирования красок для глубокой печати на водной основе будет все больше соответствовать прочности ламинирования красок на основе растворителей, что сделает их надежным и экологичным выбором для упаковки пищевых продуктов.