"СМАРТ СТИК" - ТИПОГРАФИЯ ПОЛНОГО ЦИКЛА И ЦЕНТР АВТОМАТИЗАЦИИ ПЕЧАТИ

Дмитрий Токманцев

Данная статья представляет собой обзор материалов, запечатываемых высоким и флексографским способами печати. Основное внимание направлено на волокнистые (впитывающие) и синтетические пленочные материалы (невпитывающие).

Вообще, все запечатываемые полиграфическим способом материалы можно разделить по своей впитывающей способности (жидкостей различных свойств) на впитывающие и невпитывающие. Вся же полиграфическая продукция по типу делится на издательскую и неиздательскую.

Абсолютно вся издательская продукция — книги, журналы, газеты — производится на бумаге (впитывающем материале).

К неиздательской продукции относится упаковочно-этикеточная и сувенир­ная. Эти виды печатной продукции очень многообразны и производятся на самых различных материалах — как на впитывающих, так и на невпитывающих. К числу последних относятся различные пленочные материалы, металлизированная фольга, пластмассовые изделия, изделия из металла. Определенное место в данной иерархии занимают также и различные комбинированные материалы, представляющие собой комбинации всех перечисленных выше типов материалов.

Печать для синтетики

Типографская печать, или как ее называют по типу печатной формы, высокая, является одним из наиболее старых способов печати. В нем применяются печатные формы, печатающие элементы которых возвышаются относительно пробельных и находятся в одной плоскости.

Высокая печать является самым старым способом печати. На протяжении многих десятилетий этот способ использовался в России для производства издательской продукции. При этом в качестве формных материалов применялись цинковые пластины, изготавливаемые посредством травления.

В последнее время высокая печать «жива» только благодаря приходу в этот способ печати полимеров в качестве формного материала. Это позволило упростить формный процесс и расширить сферу применения высокой печати в условиях современной рыночной экономики. В настоящее время высокая печать в Европе в основном используется для производства этикеточной продукции и для печати на жести и пластмассовой продукции. При этом стоит отметить, что качество полученных таким способом этикеток значительно выше, чем при флексографском, и аналогично полученному плоским офсетным (если материал рулонный). Однако в различных районных типографиях до сих пор функционируют старые машины высокой печати, которые производят газетную и книжную продукцию. В принципе, в России выпуск книжных изданий этим способом продолжается.

Фотополимерные формы имеют толщину от 0,5 до 1,0 мм и могут иметь полиэфирную (полиэстровую), стальную и алюминиевую основы.

Флексография — разновидность высокого способа печати с применением высокоэластичных форм и низковязких красок, поэтому здесь также применяются печатные формы, имеющие печатающие элементы, возвышающиеся над пробельными. Однако формный материал в данном случае значительно мягче и эластичнее, а печатная краска менее вязкая. Именно за счет этого и появляется возможность запечатывать более широкий спектр материалов с различными физико-химическими свойствами.

Фотополимерные печатные формы во флексографии имеют различные характеристики и выполнены только на полиэфирной подложке; их толщина варьируется от 0,76 до 6,35 мм.

Флексографская печать является прямым способом печати, то есть запечатываемый материал контактирует непосредственно с печатной формой, закрепленной на формном цилиндре. Вследствие использования высоко­эластичных форм в зоне печатного контакта создается минимальное давление, благодаря чему становится возможной печать на различных материалах. Как уже указывалось выше, к числу таковых относятся бумага, картон, гофрокартон, различные синтетические пленки (полипропилен, полиэтилен, полиэфиры и др.), металлизированная фольга, комбинированные материалы (самоклеящиеся бумага и пленка). Флексографский способ печати используется преимущественно в сфере производства упаковки, где имеет наибольшие перспективы по сравнению с другими видами печати и занимает одно из лидирующих положений. В 1999 году соотношение применяемых способов печати выглядело следующим образом: флексография — 32%, плоская офсетная — 40%, глубокая — 18%. К 2005 году ожидается следующая картина: флексография — 39%, плоская офсетная — 36% и глубокая — 15%. Это обусловлено прежде всего экономическими показателями при постоянно улучшающемся качестве оттисков, воспроизводимых флексографским способом. Флексографская печать применяется и при изготовлении издательской продукции; в США, например, около 40% всех газет запечатываются этим способом на специальных флексографских газетных агрегатах. Данный способ применяется в США также при производстве книжных изданий «карманного» формата.

В данной статье будут рассмотрены виды материалов, которые так или иначе можно запечатывать способами высокой печати и флексографии, а также преимущества каждого из них.


Волокнистые материалы

К данному типу материалов относятся бумага, картон и плотный картон. Эти три вида волокнистых материалов различаются по массе, или поверхностной плотности (г/м2). Следует отметить, что четкой и ясной границы между определенными видами этих материалов не существует.

Для бумаги характерен диапазон поверхностной плотности от 20 до 160 (иногда до 180) г/м2, для картона — от 150 до 500 г/м2. Плотный картон — это материал с удельной массой от 400 г/м2 и выше (до тысячи г/м2).

Вместе с удельной массой изменяется и толщина волокнистых материалов. Толщина, будучи одной из основных характеристик всякого листового материала, существенно влияет на многие его свойства. При прочих равных условиях с увеличением толщины растут его прочность и деформация сжатия, снижается прозрачность.

Для печати полиграфическим способом применяют бумагу толщиной от 0,05 до 0,25 мм. Картон — это более толстый материал — от 0,3 мм до 2-3 мм. В основном объем бумаг для печатания имеет толщину 0,07-0,1 мм.

Основными составляющими волокнистых материалов являются целлюлоза и древесная масса.

Для изготовления какого-либо продукта обычно применяются полуфабрикаты, в данном случае — это волокнистые материалы. Они выделяются из растительного сырья, прежде всего из древесины. Тем не менее для этой цели вполне могут быть использованы различные растения, такие как солома, стебли табака, а также древесные отходы и др. Химический состав растительных клеток зависит от вида растений, места и условий их произрастания, от того, какие именно части растений взяты. Все растительные клетки содержат целлюлозу, а также пентозы. В отличие от целлюлозы последние растворимы в щелочах, сильнее набухают в воде, что улучшает скрепление волокна в структуре бумаги.

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 о целлюлозы лигнин имеет пространственное строение, что придает ему жесткость и нерастворимость. Лигнин имеет свойство со временем желтеть. Волокна, содержащие лигнин, из-за жесткости плохо переплетаются. Поэтому бумага, изготовленная из такого волокна, получается пористой, с низкой гладкостью и белизной, а  также с низкой прочностью.

Сразу следует отметить, что в отличие от пленочных материалов некоторые виды бумаги со временем могут желтеть и утрачивать свои прочностные свойства.

Для изготовления гладкой, прочной и белой бумаги применяют волокнистые материалы, не содержащие лигнина, например древесную целлюлозу, хлопок, лен. Однако это приводит к значительному повышению стоимости бумаги, что с экономической точки зрения снижает ее универсальность (особенно, в области упаковки).

Для получения других видов бумаги применяют целлюлозу в сочетании с более дешевой древесной массой, содержащей лигнин.

Древесная целлюлоза — высококачественный волокнистый материал, получаемый из древесины путем удаления лигнина.

Существует два основных способа получения целлюлозы, в зависимости от которых различаются и свойства самих бумаг: сульфатный и сульфитный. Целлюлоза, получаемая сульфатным способом, более равномерна по степени полимеризации в толще стенки ее волокна и дает более стойкую и прочную к механическим воздействиям бумагу. Сульфитная же целлюлоза содержит во внешних слоях клеточных стенок более низкомолекулярную целлюлозу и гемицеллюлозы.

Древесная масса представляет собой волокнистый полуфабрикат для изготовления бумаги, получаемый путем механического истирания древесины в водной среде. Это наиболее экономичный полуфабрикат с содержанием природного сырья — его выход по отношению к древесине составляет 93-98%. Производить древесную массу проще и дешевле, чем целлюлозу, а кроме того, в результате получается меньше отходов.

Для улучшения потребительских свойств готовую бумажную продукцию подвергают отбелке, в процессе которой из целлюлозы удаляются остатки лигнина. В результате белизна сульфитной целлюлозы повышается с 60-65% до 83-92%, сульфатной — с 35-40 до 80-88%. Отбелка древесной массы и полуцеллюлозы заключается в их обработке окислителями при режимах, не вызывающих деструкции волокна и растворения лигнина. Однако в дальнейшем под влиянием кислорода и света может произойти реакция окислительной полимеризации, а также обратное окисление и пожелтение лигнина, то есть в итоге все равно такая бумага пожелтеет.

Итак, на основе вышесказанного можно сделать вывод, что только дорогостоящие сорта бумаги способны обеспечить получаемой из нее продукции долговечность, то есть неизменность прочностных свойств и белизну. Следовательно, из дешевой бумаги целесообразнее изготавливать продукцию с небольшим сроком использования.

Что касается процесса печати, то для запечатываемого материала очень большое значение имеет его способность сматываться в рулон, что, в свою очередь, определяется его жесткостью.

Рулонные материалы обрабатываются без проблем и с высокой производительностью. Более жесткие материалы возможно обрабатывать и на более сложных агрегатах, но уже в листовом виде.

Здесь следует также упомянуть о регенерированном оборотном волокне бывшей в употреблении продукции — макулатуре — как об очень экономичном сырье. Это волокно особенно широко применяется для получения серого макулатурного картона.

Наряду с однородной продукцией, изготовленной из одного вида волокна, для получения упаковки применяются слоистые материалы из нескольких различных видов.

Необходимо отметить, что для картона, применяемого в сфере упаковки пищевых продуктов или жидкостей, в качестве волокнистого материала в основном используется химически чистая целлюлоза. Для классификации здесь используются такие наименования, как «материал машинной гладкости», «сатинированный или гладкий материал».

С экономической точки зрения использовать для производства упаковки дорогие чистоцеллюлозные сорта бумаги нецелесооброазно, за исключением чистоцеллюлозного картона, который обеспечивает получение жесткой, прочной упаковки.

Нельзя забывать, что различные свойства, связанные с гибкостью, у волокнистых материалов оставляют желать лучшего. Волокнистые материалы, а именно бумага, в основном используются в сфере издательской продукции для печати книг и газет. Кроме того, бумажные материалы применяются и при выпуске различных видов этикеток (самоклеящихся и без клеевого слоя). При этом для изготовления этикеток высоким способом печати в основном используется рулонный материал.

Посредством высокой печати бумажная упаковочная продукция выпускается в небольших объемах. Это объясняется тем, что способ высокой печати является относительно дорогостоящим из-за более дорогих (по сравнению с флексографией) печатных машин, расходных материалов и обслуживающего персонала. Из волокнистой этикеточно-упаковочной продукции только этикеточную целесообразно печатать высоким способом, поскольку лишь в этом случае необходимо очень высокое качество печати (среди этого вида полиграфической продукции), сходное с плоским офсетным способом в рамках линиатуры 80 лин/cм. Доля высокой печати по Европе в области этикеток (особенно самоклеящихся) составляет 25-30%.

Бумажные материалы при печати высоким способом имеют ограничения по своей массе и толщине; картон запечатывается редко, а гофрированный картон не может запечатываться этим видом печати из-за технологических особенностей (большой жесткости печатных форм и, как правило, недостаточной высоты печатающих элементов для запечатывания неравномерного материала).

Флексографским способом, во всяком случае в России и в Европе, бумага и картон запечатываются только для производства упаковки и этикетки (за исключением Италии и Испании). При этом в силу того, что практически все флексографские печатные машины печатают с роля на роль, этот материал также используется в рулонном виде. Количество напечатанных флексографским способом бумажных и картонных материалов в производстве упаковки в Европе составляет порядка 20-30%, а этикеток — 15-20%.

Исключением является печать на гофрированном картоне — здесь флексография господствует. И вообще — для объемных коробок лучшего материала не найти.

В сфере упаковки гофрированный картон занимает важное место — в качестве упаковочного материала он применяется практически во всех сферах. В Германии, например, гофрокартон и изделия из него по объему производства составляют почти половину всей произведенной упаковки из бумаги и картона.

Его пригодность к производству упаковки определяется исходя из типичных свойств гофрокартона: гибкость в сочетании с высокой устойчивостью, хорошая демпфируемость, относительно низкий вес при больших объемах. Первостепенной задачей объемной упаковки некоторых продуктов является защита упаковываемого материала во время транспортировки, складирования и реализации. Всем этим требованиям отвечает только гофрокартон.

Стоит напомнить, что основным признаком гофрокартона является наличие по меньшей мере одной ленты гофрированной, волнистой бумаги («волны»), которая наклеена на ровные ленты бумаги (так называемый наружный/покровный слой картона).

Флексография в сфере печати на гофрированном картоне доминирует, поскольку только этот способ обеспечивает хорошее соотношение цены и качества при высокой производительности. Возможно запечатывание этого материала различной толщины с вполне приемлемым для коробок качеством — с линиатурой до 40 лин/см.

Существуют специализированные листовые флексографские печатные машины, которые наряду с высокой производительностью позволяют запечатывать, как указывалось выше, материал различной толщины. Здесь неудобство заключается в невозможности рулонного представления гофро. Немаловажным фактором является и то, что печать методом флексографии на волокнистых материалах (бумаге, картоне и гофрированном картоне) осуществляется печатными красками на водной основе, которые дают матовый оттенок печатных изображений. Зато этим недостатком не страдают пленочные материалы, при запечатывании которых используются краски на основе алкидных смол, закрепляющихся посредством окислительной полимеризации.

Итак, за исключением гофрированного картона, бумажный материал в сфере упаковки отдельных продуктов не является оптимальным. Это не относится к коробкам, при производстве которых без картона или гофрированного картона не обойтись.

Крупным поставщиком гофрокартона на отечественном рынке является компания «Венпап» (Россия).


Невпитывающие материалы

Как уже указывалось, при рассмотрении невпитывающих материалов акцент будет сделан на пленочные синтетические материалы.

Согласно результатам многочисленных исследований, пленка из искусственных материалов как в стоимостном, так и в количественном выражении завоевывает во всем мире все большую часть рынка упаковки — пищевых продуктов, предметов гигиены, промышленных товаров. Доля рынка упаковки из искусственных материалов в сфере пищевых продуктов достигла в Европе в 1994 году 5,5 млн. тонн (18,23 млрд. долл.), а в 2002 году этот показатель должен достигнуть 7-7,5 млн. тонн (около 30 млрд. долл.).

Большую долю такой упаковки составляет гибкая упаковка из пленки, которая запечатывается преимущественно способами флексографской и глубокой печати (в Европе: 50% — флексография, 40% — глубокая печать, 10% — прочие способы). При этом флексографская печать является более выгодной с экономической точки зрения, а именно обеспечивает лучшее соотношение «цена/качество». Высокий способ, опять же по экономическим и технологическим соображениям, практически не применяется. Это касается всего спектра пленочных материалов.

Пленки могут изготавливаться непосредственно на производстве при помощи различных экструдеров (для каждого вида пленки — определенный вид экструдера) из гранул, поставляемых химическими комбинатами. Крупными экспортерами готовой пленки на отечественный рынок являются Белоруссия и Турция.

Монопленка из искусственных материалов применяется в сфере упаковки в качестве основного упаковочного и защитного материала с диапазоном толщины от 5 до 350 мкм. Как правило, этот материал обрабатывается в рулонном виде на рулонных печатно-отделочных линиях, на которых может осуществляться как продольная, так и поперечная резка, и даже резка на листы. Пленка состоит из однородного материала и перед процессом печати должна иметь гладкую поверхность, обработанную коронным разрядом для увеличения адгезии печатной краски к поверхности этого материала.

Рассмотрим основные виды используемых 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. Очевидно, что этот материал является оптимальным для упаковки; особенно это становится понятным, если сравнить его с вышеописанным волокнистым материалом — бумагой.

Основными причинами широкого применения полиэтиленовой пленки в сфере упаковки являются паронепроницаемость и прозрачность.

Полиэтилен применяется в сфере упаковки пищевых продуктов, для производства сумок, в качестве упаковки для промышленных товаров и корма для животных, может быть использован в качестве защитной пленки, а также в сельском хозяйстве.

Сфера применения полиэтиленовой пленки гораздо шире, чем других пленочных материалов. Она используется, например, для упаковки свежих овощей, замороженных пищевых продуктов, хлебобулочных изделий, где очень важны такие свойства, как паронепроницаемость, пластичность при низких температурах. Пластичность позволяет оценить качество упакованного продукта непосредственно через пленку.

Перед запечатыванием каким-либо способом этот тип пленочного материала, так же как и все остальные пленки, необходимо обрабатывать коронным разрядом для изменения поверхностного натяжения пленки и увеличения адгезии (восприятия пленкой) печатной краски. Такая обработка снимает высокое электрическое напряжение путем воздействия озона, образующегося на поверхности пленки. В то же время предварительная обработка ухудшает процесс запаивания и снижает устойчивость к разрыву и удару. Таким образом, величина короны должна быть оптимально подобрана к запечатываемому полиэтилену в соответствии не только с типом печатной краски и условиями процесса печати, но и с назначением этой продукции.

Из всех синтетических пленочных материалов полиэтилен обладает самой высокой степенью растяжения, то есть является самым «ползучим» материалом. В связи с этим полиэтилен можно запечатывать только на планетарных печатных машинах, имеющих один печатный цилиндр для различного количества печатных секций. Только в этом случае отсутствует растяжение запечатываемой пленки в зоне печати и не возникает проблем с приводкой (сочетанием цветов друг относительно друга на печатном оттиске). При запечатывании полиэтилена на печатных машинах линейного секционного или ярусного построений, подобные проблемы из-за растяжения имеют место. Это касается и глубокого, и в первую очередь — флексографского способа печати. Благодаря современным флексографским планетарным печатным машинам, оснащенными различными электронными устройствами контроля приводки и натяжения полотна, можно запечатывать полиэтиленовую пленку толщиной 15-20 мкм с высоким качеством.

Полиэтиленовая пленка — простой материал без пластификатора с небольшими добавками. Как правило, у применяемой в настоящее время полиэтиленовой пленки нанесенный слой отсутствует.

Дело в том, что пленка с ровной поверхностью имеет тенденцию прилипать к деталям машин для производства пакетов и упаковки. Во избежание этого в процессе полимеризации к материалу добавляется смазка. Эти добавки часто действуют как пластификаторы, влияют на сцепление краски и размягчают красочный слой. Свойства, придаваемые полиэтилену предварительной обработкой, в частности типов с высоким содержанием смазки, после нескольких недель хранения на складе ослабевает, поэтому часто предварительная обработка производится перед процессом печати. Это является немаловажным фактором при печати на этом типе пленки.

Как правило, запечатывается полиэтилен толщиной от 20 до 150 мкм, обычный диапазон толщины составляет от 10 до 250 мкм.

Полиэтилен может иметь плоскую или рукавную форму. Из рукавного материала легко получаются сумки, мешки, пакеты, при этом он разрезается и запаивается с одной стороны. Если должна запечатываться лицевая или оборотная сторона полиэтиленового рукава, то следует предварительно обработать обе поверхности.

Сам полиэтилен по плотности и коэффициенту плавления подразделяется на следующие типы: низкой, средней и высокой плотности.

Все типы полиэтилена в зависимости от плотности имеют низкую проницаемость для водяного пара.

Отличительные особенности полиэтилена низкой плотности:

Следует отметить, что существует линейный полиэтилен низкой плотности, который производится новым способом при очень низком давлении из газообразной или жидкой фазы, имеет линейные макромолекулярные цепи с небольшим количеством очень коротких боковых цепей.

Эта полиэтиленовая пленка может быть использована для приклеивания или припрессовки (в качестве ламината), так как имеет улучшенную механическую прочность, повышенное горячее скрепление при низких температурах сварки (от 90 °С) и более высокое растяжение.

Основные особенности полиэтилена средней и высокой плотностей стоит рассмотреть вместе:

 

Непрозрачность позволяет значительно расширить сферу применения полиэтилена, так как существуют области, нуждающиеся в непрозрачности пленочного покрытия.

Полиэтиленовая пленка средней и высокой плотности менее эластична, чем полиэтиленовая пленка низкой плотности, но превосходит ее в отношении стабильности при изменении температуры. Полиэтилен средней и высокой плотности требует более интенсивной предварительной обработки коронным разрядом, он менее жесткий, чем полиэтилен низкой плотности.


Полипропилен

Полипропилен получают посредством полимеризации газообразного пропилена. По своим свойствам полипропилен очень похож на некоторые виды полиэтилена. Но полипропилен превосходит полиэтилен в непроницаемости к жиру, газу, устойчивости к удару и разрыву.

Полипропилен также применяется для упаковки пищевых продуктов, в качестве технической пленки, для канцелярских товаров, в медицине, а также для глубокого замораживания.

Что касается процесса печати, то для полипропиленовой пленки, так же как и для полиэтилена высокой плотности, требуются высокие затраты на обработку коронным разрядом для улучшения восприятия печатных красок. Сам полипропилен в процессе печати тянется меньше, чем полиэтилен. Вследствие этого полипропилен можно запечатывать на печатных машинах линейного секционного построения. Однако для достижения наилучшего качества и приводки все типы пленочных материалов целесообразно запечатывать на машинах планетарного типа. Прежде всего — на флексографских печатных машинах.

Широкое распространение получила вытянутая/ориентирован­ная пленка, моноаксиальная, а чаще биаксиальная.

Отличительные особенности биаксильной пленки:

К минусам относится 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 (у полиэтилена — 150 кгс/см2, а у целлофана — 500 кгс/см2). Полиэфирные пленки сохраняют свои свойства в большом диапазоне температур, то есть при изменении температуры без проблем сохраняют устойчивость ко многим растворителям, стабильность, устойчивость к механическому износу.

Полиэфирная пленка обладает высокой диэлектрической устойчивостью. Для флексографской печати это значит, что в зависимости от типа используемых печатных красок на печатно-отделочных линиях необходимо применение ионизаторов. Для хорошего высыхания краски материал в процессе сушки должен нагреваться до 80 °С. Стоит отметить, что при нагревании она может растягиваться, то есть могут возникнуть проблемы с приводкой.

Как материал-основа при кашировании (припрессовке) полиэфирная пленка обеспечивает устойчивость к нагреванию и удару.

Для запечатывания в основном используется ориентированная полиэфирная пленка, которая также нуждается в обработке коронным разрядом. Печать по ней можно осуществлять как на планетарных печатных машинах, так и на секционных.

Используется этот материал в следующих сферах:

Отличительные особенности полиэфирных пленок:

К минусам относится незначительная паро- и газопроницаемость.


Полиамидная пленка

В основном используется для упаковки как комбинированный материал с другой пленкой.

В зависимости от исходных материалов полимерные конденсационные продукты могут представлять собой линейные, неразветвленные, частично кристаллические образования.

В соответствии с этим различны и свойства разнообразных видов полиамидов, сфера применения которых варьируется от пленки для упаковки до текстиля. Стандартным типом пленки для каширования является полиамид 6.

Что касается процесса печати, то здесь должен соблюдаться подобный и для других пленочных материалов принцип: лучше использовать машины планетарного строения и обрабатывать материал коронным разрядом.


Отличительными свойствами являются следующие: