CC BY
8
Исследование путей модификации структуры и свойств пленок полипропилена для нанесения скрытого защитного изображения путем локального термического воздействия
Е.П. Черкасов1,
студент группы ВТмат-6
Хорошо оформленная этикетка, как известно, является одной из важнейших составляющих имиджа любого товара. Яркая этикетка привлекает внимание и эффективно передает информацию о свойствах товара, что способствует повышению мотивации к его покупке.
В последние годы все возрастающей популярностью среди производителей самых разных товаров во всем мире пользуются многослойные самоклеящиеся этикетки, сложной конструкции из бумажных и полимерных материалов, способные придать продукту особую привлекательность [1].
Одной из наиболее важных дополнительных функций этикетки является защита продукта от фальсификации.
Защитные этикетки широко применяются для маркировки бытовых товаров, строительных материалов, деталей машин и оргтехники, лекарств и продуктов питания. Современные защитные этикетки являются надежным способом предохранения от несанкционированного доступа или открывания [2].
Одним из путей решения задачи противодействия фальсификации печатной продукции является использование уникальных запечатываемых материалов с печатными свойствами, оптическими и ме-
1 Научный руководитель — А.П. Кондратов, д.т.н., профессор МГУП им. Ивана Федорова.
ханическими характеристиками, изменяемыми в широких пределах по заказу производителя упаковываемого продукта. В патентной литературе и на рекламных сайтах в последние годы все чаще появляются сведения о разработке запечатываемых материалов и документов с водяным знаком на синтетических бумажных и пленочных полимерных материалах, который просматривается «на просвет» при дневном или ультрафиолетовом освещении, видны в отраженном свете «под углом» или определяются «на ощупь» (тактильно).
В МГУП им. Ивана Федорова разрабатываются и систематически исследуются перспективные прозрачные пленочные полимерные материалы на основе полиолефинов для печати защитных марок, самоклеящихся многослойных этикеток и иных сложных полиграфических изделий, которые содержат водяной знак, слабо различимый «на просвет» в обычном состоянии, но появляющийся при незначительном натяжении пленки в заданном направлении и, в отдельных случаях, исчезающий при больших деформациях в том же направлении. Пленки являются высокоэластическими материалами с практически полным восстановлением размеров после многократного растяжения, при этом водяной знак в них может появляться и исчезать многократно, а его окраска или контрастность монотонно усиливаются от цикла к циклу [3].
Целью данной работы является получение защитного изображения, типа «водяного знака» внутри жестко эластичного полипропилена (ЖЭПП), путем локального термического воздействия на пленочный материал.
Термообработка - это классический способ модификации структуры кристаллических полимеров, который может быть реализован с применением нагревательных приборов различного назначения, принципов действия и устройства.
В данной работе получение пленочных материалов с «водяным знаком» осуществлялось с помощью приборов двух типов (рис. 1, 2).
Рис. 1. Импульсный узколокальный нагреватель «Impulse sealer PFS-200»
Рис. 2. Локальный нагреватель «RDM test equipment»
Первый тип прибора - импульсный узколокальный аппарат для сварки термопластичных пленок. Нагрев рабочего органа (изолированная плоская проволока из высокоомного сплава) осуществляется импульсной подачей напряжения для генерации тепла, интенсивность которого увеличивается в зависимости от продолжительности импульса.
Прибор состоит из нагревательного элемента и прижимного уплотнителя. При соприкосновении двух этих элементов, между которыми расположен образец полимера, автоматически включается электронагрев. Время теплового импульса зависит от режима, задаваемого регулятором, расположенным на корпусе нагревателя.
Конструктивно предусмотрено девять режимов импульсного нагрева, отличающихся длительностью подачи напряжения на рабочий орган и соответственно температурой и временем термообработки. Температура термообработки не является величиной постоянной, т. к. увеличивается в момент контакта и уменьшается после прекращения импульса.
Второй тип прибора - термостабилизированный локальный нагреватель. В отличие от первого прибора, на данном аппарате все параметры (температура, давление, время) задаются вручную и не изменяются в процессе термообработки.
Прибор состоит из двух нагревательных элементов «губ», расположенных друг над другом. Подача тепла на элементы постоянна. В зависимости от преследуемых целей нагрев на одной «губе» можно отключить.
Производился подбор режимов термообработки и времени выдержки под давлением.
Результаты локальной модификации пленок из жестко эластичного полипропилена (ЖЭПП) на импульсном нагревателе
Режим 2 3 4
Температура*, °С 55 65 85
Время выдержки под давлением, с 10 20 30 60 10 20 30 60 10 20 30 60
Толщина модиф. участков, мкм 27 32
Отн. утолщение лок. модиф. участков пленки, % 0 5
Заметность скрытого знака + + + + +
Видимость полосы при растяжении* + + р р р р
*Примечание: знаки в ячейках таблицы «—» - нет , «+» - да , «р» - да с разрушением полимера.
В результате эксперимента был определен оптимальный режим термообработки и то время дополнительной выдержки под давлением после термообработки на импульсном нагревателе, при котором на образце ЖЭПП при растяжении был виден четкий термомоди-фицированный знак «полоса» (рис. 3 а, б).
а
Рис. 3. Полученное изображение в режиме 3 30 секунд (а), 60 секунд (б)
Результаты локальной модификации ЖЭПП
на жесткой пленке Огаса1
(подвод тепла со стороны липкой ленты)
Режим 3 4 5
Температура*, °С 65 85 95
Время выдержки под давлением, с 30 60 10 20 30 60 10 20 30 60
Толщина модиф. участков, мкм Л з 27
Отн. утолщение лок. модиф. участков пленки, % 0
Заметность скрытого знака
Видимость полосы при растяжении + + + + + + + + + + + +
По результатам эксперимента можно сказать, что с помощью Огаса1 были получены качественные изображения (рис. 4 а, б, в, г), расширен температурный интервал термомодификации, вследствие чего появилась возможность модифицировать ЖЭПП при более высокой температуре и уменьшить время обработки, что важно для повышения производительности процесса.
Использование термостабилизированного контактного нагревателя
Поиск оптимального режима термообработки жестко эластичного полипропилена на термостабилизированном нагревателе. Определение минимального времени воздействия на полимер для получения скрытого изображения (табл. 3).
б в г
Рис. 4. Полученные изображения с помощью пленки Огаса! режим 4 30 секунд (а), режим 4 60 секунд (б), режим 5 30 секунд (в), режим 5 60 секунд (г)
а
Результаты локальной термообработки пленки в режиме постоянной температуры
Температура, °С Время, с Вид скрытого знака при натяжении пленки
160 0,5
170 0,45 ядшм
180 0,4
190 0,2
195 0,1
200 0,06
205 0,04 пни
210 0,03
215 0,02
240 0,01 Н1111Н11111
300 деструкция 0,01
Зависимость времени выдержки от температуры. Давление составляет (3,5 МПа).
На графике отображено воспроизведение скрытого изображения (внутри полимера) в зависимости от времени и температуры термообработки.
Температура, С
Рис. 5. Зависимость оптимального времени локальной термообработки
пленки ЖЭПП от температуры
В результате эксперимента выяснилось, что, изменяя параметры, т. е., увеличивая температуру и уменьшая время воздействия на полимер, качество изображения остается неизменным.
Таким образом, удалось установить минимальное время термообработки ЖЭПП (0,1 с), что особенно важно с экономической точки зрения при серийном производстве защитных элементов упаковки или этикетки.
Выводы
1. Использованы различные способы и режимы локальной термомодификации полимера. Получено скрытое защитное изображение (тип «водяной знак») внутри пленки из жестко-эластичного полипропилена (ЖЭПП).
2. Предложено использовать эффект изменения прозрачности локальных участков в производстве элементов многослойной этикетки, защищающих продукцию от фальсификации.
3. Установлена зависимость оптимального времени термообработки пленки от температуры в режиме одностороннего нагрева полипропилена под давлением.
Библиографический список
1. КондратовА.П. Новые интервальные полимерные пленки для печати защищенной от подделки этикетки и упаковки // Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011. - № 3.
2. Питер Дайслер. Этикетки против пиратов, подделывающих товары известных производителей, Print process, Издание Heidelberg. Русская версия, 4, 200. - С. 5-9.
3. Баблюк Е.Б., Кондратов А.П. Многослойная защитная этикетка с планарным концентратором напряжения, Патент РФ 97844, опубликовано 2010 г.
