STRESZCZENIE: W trakcie zadrukowywania podłoży w postaci arkuszy blach stalowych metodą drukowania offsetowego występuje szereg czynników, które mają wpływ na stopień utrwalania farby oraz dokładność odwzorowania barwy. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu grubości naniesionej warstwy farby i obecności lakieru zabezpieczającego na dokładność odwzorowania barwy nadruku. Badania wykonano w warunkach produkcyjnych, a w trakcie drukowania stosowano farby i lakiery utrwalane promieniowaniem UV.
IN ENGLISH: Testing of print quality on tinplate sheets in offset printing;
ABSTRACT: During the printing process on base materials in the form of steel sheets by offset printing method some factors occur that have influence upon the degree of ink curing and accuracy of colour representation. Research results on the influence of the thickness of the coated ink layer and the presence of protecting varnish upon the accuracy of printed colour representation are presented. The research was carried out in production conditions and in printing process the UV radiation cured inks and varnishes have been used.
Rynek drukowanych opakowań jest obecnie jednym z najbardziej dynamicznie rozwijających się rynków poligraficznych. Według danych Smithers Pira [1] przewiduje się roczny przyrost produkcji opakowań na poziomie 3,5% w perspektywie do 2020 r. Wzrost produkcji opakowań metalowych dla produktów spożywczych w okresie do 2020 r. w większym stopniu będzie dotyczył krajów azjatyckich, zwłaszcza Chin. W Europie w tym sektorze dominują opakowania lżejsze – polimerowe i tekturowe, ale z kolei w tym regionie i innych wzrośnie zapotrzebowanie na opakowania metalowe dla przemysłu kosmetycznego i chemicznego. Prognozuje się, że średnioroczny przyrost opakowań metalowych w okresie od 2015 do 2020 będzie wynosił około 3,0% [2].
Do zadrukowywania płaskich arkuszy metalowych (blach) stosowanych do produkcji opakowań w największym stopniu jest wykorzystywane drukowanie offsetowe, a w ostatnim czasie zaczęto również stosować cyfrowe metody drukowania natryskowego (inkjet). Powierzchnia blachy stalowej czy aluminiowej może się nadawać do zadrukowywania metodą offsetową równie dobrze jak papier, ale oczywiście są też zasadnicze różnice w procesie drukowania. Przede wszystkim blacha jest podłożem niezdolnym do absorpcji farby czy lakieru, a warstwa nadruku pozostaje na powierzchni i powinna zostać utrwalona przez działanie ciepła lub innych rodzajów energii. Z tego powodu obecnie stosuje się farby utrwalane ciepłem lub promieniowaniem UV. Oprócz tego waga i sztywność arkuszy blach różnią się od podłoży papierowych, dlatego też maszyny offsetowe posiadają systemy podawania i transportowania arkuszy różniące się od tych przeznaczonych do zadruku podłoży papierowych. Kolejna różnica to adhezja oraz plastyczność warstwy nadrukowanej i utrwalonej farby. Po zadrukowaniu arkusze blach są poddawane różnym deformacjom w celu uzyskania ostatecznej formy końcowego produktu, a z tego powodu występują specyficzne wymagania względem utrwalonej warstwy nadrukowanej farby.
W drukowaniu wielobarwnym z zastosowaniem farb utrwalanych ciepłem po nałożeniu farby każdego koloru arkusze blachy przechodzą przez wysokotemperaturowy piec suszący z temperaturą od ok. 145 do 200°C (w zależności od procesu). Na wyjściu arkusze są schładzane za pomocą strumienia powietrza. Nowsze rodzaje farb drukarskich pozwalają drukować bez etapów suszenia pomiędzy poszczególnymi sekcjami, czyli w tzw. technologii „mokro na mokro”, co zwiększa wydajność procesu drukowania. W takiej technologii utrwalanie termiczne następuje na końcu, po zadrukowaniu wszystkimi kolorami farb.
Zastosowanie farb offsetowych utrwalanych promieniowaniem UV ma wiele zalet w stosunku do farb utrwalanych ciepłem: pozwala zaoszczędzić energię oraz zwiększyć wydajność procesu. Utrwalanie jest realizowane po każdym zespole drukującym, czyli realizowany jest proces drukowania „mokro na sucho”, a na wykładaku mamy całkowicie utrwalone nadruki. Technologia taka zapobiega wymieszaniu się farb różnych kolorów między sobą, co skutkuje większą ostrością i wyrazistością drukowanego obrazu. Jednakże, ze względu na dużą szybkość procesu utrwalania UV, uzyskana warstwa nadruku może charakteryzować się nieco mniejszą elastycznością w porównaniu do warstw utrwalanych za pomocą ciepła. Kolejnym minusem takiej technologii może być nieco wyższa cena farb UV, lecz postęp techniczny w tej technologii skutkuje pojawieniem się nowych rodzajów farb i lakierów UV z ulepszonymi, pod tym kątem, charakterystykami.
Przed procesem drukowania na powierzchnię blach nanosi się warstwę lakieru podkładowego, na którym odbywa się nadruk. Oprócz tego na odwrotną stronę blachy również nanosi się lakier, a celem takiej operacji jest zabezpieczenie powierzchni metalu przed kontaktem z produktami pakowanymi. Z kolei warstwa lakieru podkładowego pozwala uzyskać lepszą jakość nadruku i odpowiada za kolor powierzchni zadrukowywanej. Po drukowaniu warstwa nadruku może podlegać zabezpieczeniu przez naniesienie lakieru zabezpieczającego, który chroni przed działaniem czynników zewnętrznych i odpowiada za połysk [3].
Zastosowanie lakierów ochronnych i zabezpieczających może mieć wpływ na kolorystykę końcowego nadruku. Celem badań było określenie wpływu warunków drukowania – grubości naniesionej warstwy farby i obecności lakieru zabezpieczającego – na dokładność odwzorowania barwy nadruku w drukowaniu offsetowym na arkuszach blachy białej z zastosowaniem farb i lakieru UV.
Nadruki testowe na arkuszach blach zostały wykonane na arkuszowej maszynie offsetowej Crabtree of Gateshead Ltd farbami triadowymi (Cyan, Magenta, Yellow, Black, CMYK) firmy Sun Chemical utrwalanymi promieniowaniem UV. Maszyna offsetowa była wyposażona w moduły do utrwalania farb promieniowaniem UV firmy MiKON UV: pomiędzy poszczególnymi sekcjami drukującymi znajdowały się pojedyncze moduły utrwalające, a przed wykładaniem utrwalanie odbywało się za pomocą przystawki składającej się z pięciu modułów utrwalających, pracujących niezależnie (fot. 1). Każdy moduł może pracować z trzema stopniami mocy lampy UV: 100%, 85% i 70% mocy maksymalnej. W zależności od grubości nadrukowanej warstwy farby ustala się odpowiednią moc modułów w taki sposób, aby uzyskać całkowicie utrwalony nadruk. Przystawka utrwalająca posiada układ wentylacji, który zapewnia chłodzenie lampy UV, usuwanie ozonu oraz chłodzenie całego układu modułów UV. W rezultacie takiego utrwalania uzyskuje się nadruk całkowicie utrwalony, a dodatkowo schłodzona powierzchnia odbitki zapobiega sklejaniu się zadrukowanych blach [4]. Zastosowano moduły utrwalające o długości 1200 mm, a maksymalna moc lamp UV wynosiła 17 kW.
W badaniach wykorzystano trzy próby druków testowych w warunkach produkcyjnych:
– druki z próby nr 1 wykonano z zastosowaniem utrwalania nadruku między poszczególnymi sekcjami drukującymi oraz utrwalaniem końcowym za pomocą przystawki z pięcioma modułami bez naniesienia powłoki lakieru zabezpieczającego;
– druki z próby nr 2 wykonano z wykorzystaniem utrwalania nadruku między poszczególnymi sekcjami drukującymi oraz utrwalaniem końcowym za pomocą przystawki z pięcioma modułami, a także z naniesieniem powłoki lakieru zabezpieczającego. Grubość warstwy farby na drukach z prób nr 1 i 2 była jednakowa;
– druki z próby nr 3 wykonano z naniesieniem zwiększonej o 20% ilości (grubości) warstw farb C, M i K w porównaniu do prób nr 1 i 2 z wykorzystaniem utrwalania nadruku między poszczególnymi sekcjami drukującymi oraz utrwalaniem końcowym za pomocą przystawki z pięcioma modułami bez powłoki lakieru zabezpieczającego.
Do zadruku wykorzystano arkusze blachy białej (ocynowanej) o wymiarach 782x1033 mm i grubości 0,16 mm z warstwą lakieru ochronnego (podkładowego) PPG 8130-001/C firmy PPG Industries o grubości 16 g/m2. Po zadruku stosowano lakier zabezpieczający PPG 8241-80 (PPG Industries) o grubości 8 g/m2. Na arkuszach blach nadrukowano obraz testowy zawierający pola kontrolno-pomiarowe w postaci pól apli o kolorach C, M, Y, K, na których zbadano gęstość optyczną, współrzędne barwy nadruku w przestrzeni CIEL*a*b*. Na wykonanych drukach określono różnicę barw DE*ab pomiędzy wzorcowym nadrukiem (tab. 1), opracowanym jako standard w drukarni, w której odbywały się próby. Trzeba zaznaczyć, że wartości opracowanego standardu są zbliżone do wytycznych współrzędnych barwy nadruków CMYK zawartych w ISO 12647-2: 2013 dla grupy podłoży PS1 i PS2 [5]. Wzorcowe wartości gęstości optycznej wynosiły: DC=1,52±0,2; DM=1,46±0,2; DY=1,65±0,2; DK=1,95±0,2.
Farby i lakiery utrwalane promieniami UV zachowują się termoplastycznie, szczególnie na podłożach niechłonnych, a na skutek działania ciśnienia i temperatury może dochodzić do rozmiękczania warstwy farby lub lakieru, co z kolei może powodować zjawisko przyklejania do spodniej strony leżącego w stosie arkusza blachy (odbijania w stosie). Rozwiązanie takiego problemu wymaga kompleksowego podejścia. W trakcie wykonywania druków testowych zostały skorygowane skład i właściwości roztworu nawilżającego, zoptymalizowano wartość pH roztworu (4,8-5,2) i zwiększono zawartość alkoholu izopropylowego (z 5% do 12%). Utrzymano stabilne warunki klimatyczne: temperatura wynosiła 18°C – 23°C, a wilgotność względna powietrza była w granicach 45%-60%. Takie działania pozwoliły zminimalizować zjawisko odbijania w stosie, ale nie zlikwidowały go całkowicie. Z tego powodu następnym krokiem była optymalizacja mocy modułów utrwalania UV oraz uzyskanie maksymalnej efektywności pracy wentylatorów. W rezultacie tych działań temperatura utrwalonej warstwy farby nie przekraczała wartości 40°C, a zjawisko odbijania zostało całkowicie wyeliminowane.
Wyniki badań gęstości optycznej nadruku apli C, M, Y, K oraz różnicy barw pomiędzy uzyskanymi nadrukami apli w trzech próbach produkcyjnych a wartościami wzorcowymi przedstawiono w tabelach 2 i 3.
Analizując przedstawione w tabelach 2 i 3 wyniki badań można zauważyć, że zmiana każdego z parametrów (grubość naniesionej warstwy farby, obecność lakieru zabezpieczającego) w trzech próbach produkcyjnych powoduje zmianę barwy nadruku. Na drukach z próby nr 1 uzyskano nieco mniejsze wartości gęstości optycznej w stosunku do wzorcowych. Z kolei na drukach z próby nr 3, gdzie zastosowano zwiększoną grubość naniesionej warstwy farby (C, M i K) w porównaniu do prób nr 1 i 2, uzyskano najwyższe wartości gęstości optycznej i większe w porównaniu do wartości wzorcowych (wyjątek stanowi nadruk farbą Y). Na drukach (próba nr 1) bez zastosowania lakieru zabezpieczającego (nanoszonego na nadruk wielobarwny) uzyskuje się nieco większe wartości gęstości optycznej w porównaniu z tymi samymi drukami, ale z naniesionym lakierem zabezpieczającym (próba nr 2 różni się od próby nr 1 obecnością lakieru zabezpieczającego). Obecność powłoki lakieru powoduje obniżenie gęstości optycznej, a uzyskana gęstość optyczna nadruku w większym stopniu jest zbliżona do wzorcowej.
Wartości gęstości optycznej najbardziej zbliżone do wartości wzorcowych posiadają druki z próby nr 2 (zwłaszcza nadruk apli M i Y) i można by było oczekiwać, że w tym przypadku uzyska się również minimalne wartości różnicy barw. Rzeczywiście, na drukach z próby nr 2 uzyskano największą zgodność kolorystyczną nadruku (w porównaniu do pozostałych prób), ale uzyskane wartości różnicy barw przekroczyły wartości tolerancji dla wszystkich farb. Natomiast w przypadku nadruku apli M i Y, dla których uzyskano największą zgodność parametru gęstości optycznej, zaobserwowano większe, w porównaniu do apli C i K, odchyłki kolorystyczne. Może to świadczyć o tym, że stosowane farby charakteryzowały się zmianą odcienia lub były zabrudzone, albo zmiana taka nastąpiła pod wpływem innych czynników technologicznych. Zwiększenie grubości warstwy farby na drukach z próby nr 3 nie spowodowało osiągnięcia zgodności kolorystycznej, tak ze względu na gęstość optyczną, jak i różnicę barw.
Warunki, które zastosowano w przypadku próby produkcyjnej nr 2, zostały rekomendowane dla cyklu produkcyjnego ze względu na to, że pozwoliły uzyskać odbitki z trwałym nadrukiem i posiadały kolorystykę nadruku najbardziej zbliżoną do wytycznych i standardów stosowanych w drukarni.
Literatura
1. Smithers Pira. Future of Global Packaging to 2020. http://www.smitherspira.com/industry-market-reports/packaging/the-future-of-global-packaging-markets-to-2020
2. Prognoz: objom rynka upakowki wyrastiet k 2020 g. do 1 triliona doll. http://www.publish.ru/news/201607-08_20089353
3. Khadzhynova S., Havenko S., Proć O. Opakowania metalowe i metody ich drukowania. Opakowanie nr 2, 2015, s. 54-59
4. Materiały firmy MiKON UV Sp. z o.o. http://www.mikon.waw.pl/pol/mpuv.htm
5. ISO12647-2: 2013. Graphic technology – Process control for the production of half-tone colour separations, proof and production prints – Part 2: Offset lithographic processes
Svitlana Havenko, Svitlana Khadzhynova, Orest Proć
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
