فناوری EBوUV درصنعت بسته بندی
کاربرد فن آوری‌های UV و EB در چاپ بسته بندی
در این جهان در حال تغییر باید با توجه به به تغیراتی که هرروزه اتفاق می‌افتد و تکنولوژی‌های جدیدی که به وجود می‌آید صنعت چاپ و بسته بندی هم باید متناسب با جامعه ونیاز آن باشد.
سازگاری با محیط زیست، کاهش مصرف انرژی، استفاده از مواد قابل بازیافت و بی اثر برای محیط زیست،افزایش ایمنی در بسته بندی مواد غذایی،افزایش ایمنی در واحدهای تولیدی،کیفیت چاپ بالا، کاربر پسند بودن فرآیندهای چاپی برخی فاکتور‌های جدیدی است که باید در نطر گرفته شود . استفاده از فن آوری‌های UV و EB در بسته بندی برای تحقق همین عوامل رو به گسترش است.
تاریخچه
اولین اختراع ثبت شده در تکنولوژی UV در سال ۱۹۴۶ در رزین‌های پلی استر اشباع نشده برای استفاده در مرکب‌های UV بوده است. در واقع اولین استفاده تجاری از UV در حدود ۱۵ سال بعد در اوایل دهه ۱۹۶۰ در زمانی آغاز شد که UV در مرکب‌های اسکرین استفاده می‌شده است. در اوایل دهه ۱۹۷۰ اولین واحد EB به منظور استفاده در مرکب‌های بیگمانته چند لایه ظاهر می‌شود. از اوایل دهه ۱۹۹۰ UV و EB به طور گسترده ای در مرکب‌های چاپ، پوشش دهی چوب، پوشش دهی پلاستیک و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دو فرآیند عمل انعقاد بدون استفاده از حلال و رزین خشک کننده با انرژی UV و EB صورت می‌گیرد. مرکب‌های UV شامل مونومرها، پری پلیمرهای سیر نشده و آغازگرهای نوری هستند. انعقاد در این روش با استفاده از پرتوی ماورا بنفش در طول موج خاصی از ۲۴۰ تا حدود ۴۲۰ نانومتر انجام می‌شود. مرکب‌های EB دارای انرژی بیشتری با پرتوی الکترونیکی بدون استفاده از آغازگر نوری هستند. در این فرآیند پلیمرازیسیون با الکترون‌های پرشتاب در محدوده انرژی از ۹۰ تا حدود ۲۵۰ Kcv (کیلو الکترون ولت) صورت می‌گیرد.
این فرآیندها در کسری از ثانیه پس از اینکه ورنی یا مرکب، روی سطح قرار گرفت با تابش اشعه منعقد کننده صورت می‌گیرد. تکنولوژی انعقاد با UV و EB در مرکب‌ها، ورنی‌ها و پوشش‌ها (لمنیت) در بخش‌های خاصی در صنعت بسته بندی مثل کارتون‌های تاشو، لیبل، کیسه‌های چند لایه و بسته بندی مواد غذایی به وجود آمده است. همچنین علاقه به این تکنولوژی‌ها در بسته بندی‌های انعطاف پذیر رو به گسترش است. مشخصه‌های اجرایی مواد UV و EB نسبت به مواد دیگر از نظر ظاهری، براقیت، مقاومت‌های سایشی و شیمیایی، بازده بالاتر فرآیند کاهش مصرف انرژی، پاکسازی آسان و کاهش تولید ترکیبات آسیب زای ارگانیک قابل مقایسه و رقابت است. همچنین استفاده ترکیبی از EB و UV در فرآیندهای چاپی در حال گسترش است که مزایای این ترکیب شامل توانایی انعقاد و سخت کردن لایه‌های مرکب با چگالی بالا، توانایی انعقاد لایه‌های چندگانه ی مرکب با مصرف انرژی کم تر در مقایسه با انعقاد با UV به تنهایی، اطمینان از انعقاد کامل لایه‌های مرکب که در مرحله نهایی با EB (پرتوی الکترونیکی) سخت می‌شوند و همچنین ظرفیت استفاده در بسته بندی مواد غذایی با به کارگیری میزان کمتری آغازگرهای نوری و ایمنی بیشتر مواد غذایی می‌باشد. استفاده از این تکنولوژی (ترکیب EB و UV) در چاپ فلکسوگرافی مزیت‌هایی ایجاد کرده که چالش‌ها و مسائل انعقاد مرکب به روش UV را بهبود داده است. برخی از این مسائل شامل نفوذ ترکیبات آغازگرهای شیمیایی نوری به داخل بسته بندی مواد غذایی، تاثیر حرارت حاصل از لامپ‌های با قدرت بالا روی برخی از سطوح پلاستیکی و تاثیر حرارت لامپ روی درام سیلندر مرکزی می‌باشد. در صورت استفاده از فناوری ترکیب EB و UV میزان آغازگر نوری در مرکب‌ها به کمتر از ۱۰ درصد کاهش می‌یابد و همچنین لامپ‌های دستگاه‌های داخلی در کمتر از ۳۰۰ وات بر اینچ از برق ورودی عمل انعقاد را انجام می‌دهند. سیستم با بهره گیری یک واد EB که بعد از آن آخرین واحد چاپ با ورنی زنی قرار می‌گیرد.
برای تکمیل انعقاد تمامی‌لایه‌های مرکب استفاده می‌شود. دیودهای انتشار نور UV LED، انعقاد داخلی را از قبل انعقاد پایانی با EB فراهم می‌کنند. افزودنی‌هایی که یک نوع عملکرد تسریع کننده در سخت شدن مرکب UV دارند، باعث پلیمر شدن مرکب و یا ورنی UV از طریق جذب نور UV می‌شوند. این امکان وجود دارد که برخی لایه‌های مرکب به انعقاد در ایستگاه‌های داخلی قبل از انعقاد پایانی با EB احتیاجی نداشته باشند. گاهی هم مرکب‌ها می‌توانند پس از انعقاد اولیه با UV با کمتر از ۳ درصد آغازگر نوری به طور موثر با EB سخت شوند. در زیر به خلاصه ای از مزیت‌های استفاده ی ترکیبی از EB و UV در فلکسوگرافی اشاره شده است:
۱٫ بهبود کیفیت چاپ در مقایسه با مرکب پایه آب و پایه حلال ناشی از چاقی ترام کمتر
۲٫ استفاده از انرژی کمتر در مقایسه با خشک کردن به روش حرارتی
۳٫ حذف حلال و حذف تجهیزات اکسید کننده ی حرارتی
۴٫ کاهش تاثیرات حرارت لامپ‌ها روی سطوح چاپ و تجهیزات
۵٫ استفاده از هم پوشانی خشک که نسبت به هم پوشانی خیس مرکب‌ها استحکام بیشتری دارد
۶٫ انعقاد کامل مرکب‌های با چگالی نوری بالا در انعقاد نهایی با EB قابل اجرا است.
۷٫ سرعت بالاتر در مقایسه با روش UV به تنهایی
۸٫ مناسب برای بسته بندی مواد غذایی با عبور و نفوذ جزیی آغازگرهای نوری
۹٫ اطمینان در انعقاد کامل لایه‌های مرکب به علت استفاده از EB در پایان فرایند
۱۰٫ امکان چاپ بر خط (این لاین) و چاپ سیلندر مرکزی
با وجود این مزایا استفاده از این تکنولوژی محدود است که تا حدی ناشی از انحصاری بودن اختراعات و عدم در دسترس بودن مرکب‌ها و تجهیزات ماشین چاپ برای نمایش و آزمایش این سیستم‌ها است.
نمونه‌هایی از بسته بندی‌های انعطاف پذیر با EB/UV (در مرکب و یا ورنی)
– بسته بندی مواد غذایی حیوانات
– بسته بندی غذاهای منجمد
– بسته بندی غذاهای میان وعده ای و تنقلات
– پاکت‌های سس
– بسته بندی غذاهای کنسروی
– کیسه‌های کاغذی
– بسته بندی شرینک
– بسته بندی مواد غذایی خشک
– بسته بندی مواد شوینده و ….
دلیل استفاده از مواد EB و UV برای بسته بندی
– به عنوان جایگزینی مناسب برای لمینت و روکش و صرفه جویی در هزینه‌ها
– مقاومت‌های شیمیایی بالا
– مقاومت به خراش و ساییدگی بالا
– چاپ با وضوع بالا و کیفیت خوب
– چسبندگی خوب فیلم‌های مرکب
– انتشار آلودگی کم و فناوری پاک (Green) برای محیط زیست
– عدم نیاز به خشک کن با هوای گرم
تکنولوژی انعقاد با UV و EB در فرآیندهای مختلفی در چاپ و بسته بندی به کار می‌رود که هر یک به تنهایی دارای معایب و مزایایی است. این مزایا و معایب به محور تکامل فرآیندها چاپی UV و EB تبدیل شده اند.
مقایسه بین روش‌های UV و EB
مشخصه‌های عملکردی UV و EB:
– برج‌های انعقاد مرکب با ایستگاه‌هایی در داخل ماشین با لامپ‌هایی بعد از هر برج چاپی (چاپ خشک)
– بدون استفاده از نیتروژن
– تولید گرما و حرارت توسط لامپ‌ها
– انعقاد مرکب با بهره گیری از آغازگرها
– امکان تغذیه رول یا ورق (رول برای بسته بندی فلکسو)
– اندازه ی تجهیزات نسبتا کوچک و جمع و جور و به هم متصل
– توان عملیاتی محدود (برای سرعت‌های بالا، لامپ‌های چندگانه مورد نیاز است)
– شستشو با حلال
EB
– انعقاد و یک واحد پرتودهی در بخش پایانی فرایند (چاپ خیس)
– استفاده از نیتروژن برای انعقاد
– عدم تولید گرما و حرارت و انعقاد در دمای محیط
– عدم استفاده از آغازگرهای نوری و مناسب برای بسته بندی مواد غذایی
– امکان تغذیه فقط به صورت رول (تاکنون)
– اندازه تجهیزات بزرگ
– توان عملیاتی با سرعت زیاد (یک دویستم فوت در دقیقه)
– قابلیت شستشو با آب (آلودگی کم و صرفه جویی در هزینه)
– فرایند عاری از آلاینده‌های VOC
– تولید بوی کم
– عدم وجود فن‌های دمنده و کاهش سر و صدا در فضای چاپخانه
مشخصه‌های نفوذ در روش EB و UV :
UV
– نفوذ به چگالی نوری مواد بستگی دارد
– نفوذ خوب در سطوح شفاف و نفوذ محدود در مواد توپر و مات
– توانایی انعقاد فیلم‌های نازک مرکب
– توانایی روکش کردن مواد شفاف
EB
– نفوذ به چگالی حجمی‌مواد بستگی دارد
– به آسانی در مواد شفاف، توپر و مات نفوذ می‌کند
– توانایی انعقاد مرکب‌هایی با بیگمنت سنگین و فیلم‌های مرکب و یا ورنی‌های با ضخامت زیاد
– توانایی روکش کردن مواد غیر شفاف و مات
مزایای استفاده از پوشش‌ها و مرکب‌های انعقاد پذیر با UV و EB
– سرعت عملکردهای بالا و بهره وری بالاتر
– کاهش هزینه‌های بیمه و کاهش خطرات حمل و نقل و احتمال آتش سوزی
– قابل استفاده برای پوشش دهی مواد حساس به حرارت مثل پلاستیک،چوب و کاغذ
– تکنولوژی‌های مطابق با قوانین بین المللی در محدودیت تولید ترکیبات ارگانیک سمی‌و آلاینده‌های خطر آفرین هوا
– کاهش قابل توجه در هزینه‌های مصرف انرژی (صرفه جویی در انرژی)
– تکنولوژی اثبات شده در سراسر جهان
– صرفه جویی در فضا
مواردی که در بسته بندی مواد غذایی باید مورد توجه قرار بگیرد
– سیستم‌ها باید به درستی تنظیم شده باشند که میزان کمی‌رنگ و بو را تولید کنند و یا هیچ میزان رنگ و بویی به مواد غذایی منتقل نکنند.
– نفوذ و انتقال ذراتی که سخت نشده باقی مانده اند به داخل مواد غذایی باید مورد توجه قرار بگیرد
– به نفوذ آغازگرهای نوری داخل مواد غذایی باید توجه شود
– استفاده از سیستم‌های جدید که نفوذ را کاهش می‌دهد مانند: آغازگرهای نوری پلیمری، آغازگرهای نوری واکنشی و رزین‌هایی که به عنوان آغازگر استفاده می‌شوند. برخی از این سیستم‌ها هنوز فاقد مشخصه‌های اجرایی مورد نیاز برای کاربدهای عملی هستند.
– مشارکت بین تولیدکنندگان مرکب و ماشین آلات چاپ لازم است
– فرمولاسیون مرکب باید متناسب با تجهیزات ماشین باشد.
انتخاب روش EB یا UV و یا تلفیق هر دو مبنی بر سنجش‌های زیر انجام می‌شود:
– هدف استفاده
– هزینه و سرمایه
– هزینه‌های عملیاتی
– مشخصه‌های استفاده و کاربرد تنهایی
– سازگاری داشتن با بسته بندی مواد غذایی
– در نظر گرفتن زیر لایه و سطح چاپی
UV و EB تکنولوژی‌های سازگار با محیط زیست هستند که روش‌هایی مناسب در چاپ و بسته بندی به شمار می‌روند ( البته برای رسیدن به نتیجه مطلوب آشنایی کامل با فرایند و رعایت همه جانبه شرایط و استانداردهای هریک از روش‌ها الزامی‌است). انتخاب هر کدام باید مبتنی کاربرد و هدف نهایی صورت گیرد. در برخی از کاربردها انتخاب قطعی و مناسب تر الزامی‌بوده و به آنالیز و تحلیل همه جانبه در انتخاب صحیح هر روش احتیاج است. دلایل استفاده از این مرکب‌ها در صنعت شامل کاهش هزینه در تجهیزات و عملیات، مناسب بودن برای محیط زیست به علت کاهش مصرف انرژی و گازهای VOC ، عملیات زودبازده به دلیل انعقاد سریع و تسریع در فرآیند چاپ می‌باشد.
