آماده سازی سطوح چاپی پلیمری قبل از چاپ

عدم ثبات مرکب بر روی سطوح چاپی از خانواده ی پلیمرها، مسئله ای است که بیشتر فعالان روش چاپی سیلک اسکرین و تامپو با آن مواجه هستند. اکثر افراد در اولین تجربه چاپی با سطوحی نظیر PP، ABS ، PE،PVC، PC و غیره به چسبندگی ضعیف مرکب و عدم ثبات آن بر روی این سطوح پی می برند و معمولا با تصور اینکه در فرمولاسیون مرکب اشکالی وجود دارد و یا اینکه این نوع مرکب برای چاپ مناسب نیست، انواع مرکب های موجود در بازار را آزمایش کرده و در نهایت پس از صرف هزینه و وقت فراوان به چاپ مطلوب و با ثبات دست نمی یابند.

در بسیاری از موارد بروز چنین اشکالی به خاطر ویژگی های سطوح چاپی می باشد که با آماده سازی سطح می توان به چاپی مطلوب همراه با ثبات مرکب دست پیدا کرد. آماده سازی سطوح چاپی قبل از چاپ را در اصطلاح «چربی گیری» گویند.

بسیاری از سطوح چاپی بایستی قبل از انجام عمل چاپ، عمل آوری شوند. این بدان معناست که بعضی از سطوح به تنهایی و بدون آماده سازی نمی توانند مرکب پذیر باشند و قابلیت مرکب پذیری ندارند. بنابراین بایستی یکسری عملیات جهت آماده سازی سطوح بر روی آنها انجام شود تا بتوانند مرکب را جذب کرده و عمل چاپ روی آنها صورت گیرد.

این سطوح مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن دارای کشش سطحی بسیار پایینی هستند و برای اینکه بتوانیم عمل چاپ را روی این سطوح انجام دهیم بایستی طبیعت تختشان را به چالش بکشیم.

حال این سوال پیش می آید که با آماده سازی در سطح پلیمر چه تغییراتی ایجاد می شود که باعث ایجاد ثبات در مرکب چاپ می شود؟

برای اینکه پاسخ این سوال را بدانیم بایستی کمی به عقب برگشته و اطلاعات شیمی دبیرستان را به یاد بیاوریم. واژه های اکسیداسیون و احیاء در دوران دبیرستان به طور ساده عبارت بودند از اضافه کردن (احیاء) یا گرفتن (اکسیداسیون) الکترون از یک ماده ی شیمیایی به روش های مختلف.

در آماده سازی سطوح چاپی همچون  PE، ما در واقع سطح آن را با گرفتن الکترون، اکسید می کنیم یا به نوعی آن را قطبی (پلاریزه) می کنیم تا بتواد مرکب قطبی (دارای بار مخالف) را جذب کند و پیوند شیمیایی انجام شود.

روش های مختلف آماده سازی سطوح چاپی

روش های مختلفی برای آماده سازی سطوح چاپی وجود دارد، سطوحی مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن در حالت عادی قابل چاپ نیستند، زیرا نیروی کشش سطحی در این  نوع پلیمرها پایین بوده و برای بالا بردن این نیرو بایستی توسط یکی از روش های آماده سازی سطوح، آنها را عمل آوری کنیم. در حالت عادی کشش سطحی PE  معادل Dyne 30 و برای PP معادل Dyne 28 می باشد در حالی که این عدد بایستی بیش از Dyne 38 باشد تا بتوانیم یک چاپ خوب را بر روی این سطوح انجام دهیم.

انواع روش های آماده سازی سطوح

• Corona discharge
• Flame treatment
• Chemical treatment
• Plasma treatment

آماده سازی با روش کرونا  (Corona discharge)

کرونا عبارت است از یونیزه کردن اتمسفر توسط میله ای مخصوص، این کار توسط یک ژنراتور مولد با ولتاژ بالا و آمپر پایین امکان پذیر می باشد. در حین انجام کرونا درخشش آبی مایل به ارغوانی در فضای میان میله و سطح پلیمر قابل رؤیت می باشد.

در این روش رزین به کار برده شده در پلیمر، ضخامت، زمان کرونا و طراحی دستگاه بسیار مهم است. فاصله بین میله و سطح بایستی بین ۱۰ – ۵/ ۷ میلیمتر باشد. در مواردی که سطح جسم بزرگ و سرعت کار بالا باشد، ممکن است بیش از یک میله مورد استفاده قرار گیرد.

در مواردی که ممکن است پلیمر در اثر کرونای شدید خراب شود می توان دو مرتبه ی عملیات کرونا را انجام داد. وجود یک میله محکم از جنس فلز هادی، که قطعه روی آن  قرار گیرد برای انجام کار ضروری است.

امروزه پیشرفت علم الکترونیک این امکان را فراهم ساخته که بسیاری از ظروف  استوانه ای و مخروطی با دیواره  نازک، مانند: تیوپ های خمیردندان، کرم، شکلات و ظروف بسته بندی مواد غذایی را با این روش به خوبی برای چاپ آماده نمود. یکی از موارد مصرف عمده کرونا آماده سازی فیلم های پلی اتیلن سبک مانند ساک های خرید و فیلم های نازک ساخته شده از پلی اتیلن سبک و پلی پروپیلن است که برای بسته بندی

مواد غذایی به کار می روند. این روش برای ظروفی که ضخامت دیواره آن ها کمتر از میلیمتر است و برای قطعات تزریقی که حرارت زیاد در پروسه تولید، براقیت آن ها را از بین می برد بسیار مناسب است. آماده سازی به روش کرونا معمولاً زیاد با دوام نیست و اغلب با فاصله قبل از چاپ صورت میگیرد. به طور مثال حداکثر دوام این آماده سازی سطح برای ورقه های پلی پروپیلن سه ماه است.

آماده سازی با روش شعله (Flame treatment)

یکی از متداولترین روش های آماده سازی، استفاده از شعله است. از دلایل مهمی که بسیاری از افراد این روش را ترجیح می دهند، سیستم آسان و سهولت رؤیت آن است.

برای به دست آوردن نتایج خوب در این روش باید چهار عامل زیر را تحت کنترل داشت:

• نسبت اختلاط هوا و گاز
• مقدار حرارت تولیدشده توسط مشعل
• فاصله جسم تا نوک شعله
• مدت زمان تماس جسم و شعله

معمولاً مقدار هوا باید ۵ الی ۱۵ درصد بیش از مقدار گاز باشید. با یکبار تنظیم کردن جریان ورودی هوا و گاز توسط دستگاه های اندازه گیری و مشخص کردن درجه شیرهای ورودی در هر مرتبه روشن کردن دستگاه، می توان به سهولت و سرعت به این نسبت دست یافت، نسبت دقیق هوا و گاز را باید توسط آزمایش برای هر پلیمر به دست آورد. از طرف دیگر این نسبت توسط میزان انرژی تولیدشده در مشعل (که با واحد BTU بر فوت مکعب نشان داده می شود) و نوع گاز مورد استفاده مشخص میشود. مثلاً متان، پروپان و بوتان بهترتیب ۱۰۰۰ ، ۲۵۰۰ و ۳ BTU/f t 3100 گرما تولید می کنند.

گرمای تولیدشده، تأثیر مستقیم در شکل ظاهری پلیمر دارد، بنابراین با کنترل میزان حرارت مشعل باید از ایجاد حرارت بیش از حد اجتناب نمود. شکل نامشخص و نامتقارن شعله دلیل واضح ایجاد حرارت بیش از حد مشعل است. معمولاً اختلاط هوا و گاز باید به گونه ای باشد  که ۹۰ درصد حرارت اسمی مشعل ایجاد شود، مثلا مشعل ۱۰۰۰ BUT با حرارت BUT900 بسوزد.

فاصله جسم تا نوک شعله (قسمت آبی شعله) باید بین ۹۵/۰ الی ۲۷/ ۱ سانتی متر باشد. رعایت این فاصله اغلب به دلیل شکل ظروف امکان پذیر نیست ولی به طور کلی باید فاصله مشعل تا ظروف به طور تقریبی از ۵/ ۲ سانتیمتر بیشتر نشود، البته تجربه نشان داده در مواردی هم که فاصله جسم تا  نوک مشعل ۸/ ۳ سانتی متر بوده آماده سازی خوبی صورت گرفته است، ولی توصیه می شود در صورتی که ظرف شکل نامنظمی دارد، دستگاه به گونه ای تنظیم شود که فاصله بدنه ظرف با نوک شعله ی حداقل ۹۵ / ۰ و حداکثر ۸/ ۳ سانتیمتر باشد.

هرگز نباید سطح پلیمر در تماس با شعله آبی مشعل باشد، زیرا ما برای آماده سازی باید سطح پلیمر را اکسید نماییم در حالی که شعله آبی احیاءکننده است و نتیجه عکس را ایجاد می کند. آخرین عاملی که ذکر شد زمان تماس جسم و شعله است که باید توسط آزمایش آن را به دست آورد.

این زمان ارتباط مستقیم به عرض مشعل، نوع گاز و مقدار حرارت تولیدشده در مشعل دارد و باید به صورتی باشد که نه پلیمر را ذوب کند و نه آماده سازی ناقص صورت گیرد. این زمان در انواع پلیمرها متفاوت است (مثلاً PP زمان کمتری از PE نیاز دارد).

سهولت و اثر مثبت این روش موجب شده است که امروزه تولیدکنندگان ماشین آلات چاپ سیلک و تامپو این واحد آماده سازی را قبل از قسمت چاپ، طراحی و نصب کنند. در ماشین آلات جدید نسبت هوا و گاز ورودی و فاصله مشعل به سهولت قابل تنظیم است.

آماده سازی با روش شیمیایی (Chemical treatment)

در بعضی موارد که امکان نصب و تجهیز خط چاپ به سیستم های فوق امکان پذیر نباشد از مواد شمیایی مخصوص جهت آماده سازی سطوح چاپی استفاده می نمایند. این مواد که در حقیقت نوعی تَر کننده هستند، در گروه مواد فعال کننده سطح طبقه بندی می شوند. این مواد با تشکیل ک لایه نازک روی پلیمر، سطح آن را از حالت آبگریز به یک سطح آبدوست و آماده برای چاپ تبدیل می نما ند.

به کارگیری این مواد توسط اسپری یا پارچه آغشته امکانپذیر است. در تولید انبوه و در کارخانجات، این مواد توسط دستگاه های اتوماتیک و دقیق به صورت لایه بسیار نازک روی فیلم های پلیمر کوت می شوند. در بعضی موارد نیز کارخانه تولیدکننده پلیمر این مواد را از ابتدا به داخل پلیمر می افزایند و سپس آنها را به صورت های مختلف: فیلم، ورقه و… تولید می کنند.

با تمام توضیحات و تئوری های فوق نکته ای که برای ما مهم است این است که آیا پس از انجام تمام این کارها مرکب روی پلیمر خواهد چسبید یا خیر؟

خوشبختانه برای اطمینان از این مسأله یک آزماش ساده وجود دارد و آن آزمایش مرطوب کردن با آب است. برای این کار پلیمر آماده سازی شده را داخل ظرف حاوی آب مقطر فرو برده و پس از چند ثانیه آن را از آب خارج می کنیم. اگر آب یک لایه ی یک دست و یکنواخت به مدت ۵ الی ۱۰ ثانیه بر روی سطح پلیمر تشکیل داد، می توان ادعا کرد که آماده سازی نسبتاً خوبی انجام شده است.

آزماش بعدی باید بعد از چاپ و پس از خشک شدن کامل مرکب صورت گیرد، برای این کار توسط یک ابزار تیز، خطوط متقاطع افقی و عمودی بر روی مرکب ایجاد می کنند و سپس با چسباندن یک تکه نوارچسب خوب و فشردن آن روی این خطوط متقاطع و سپس کشیدن سریع نوار، چسبندگی را بررسی می کنند. در صورت انجام یک آماده سازی خوب، مرکب خشک شده نباید به هیچ وجه از سطح جدا شود.

آماده سازی با روش پلاسما (Plasma treatment)

یکی از بهترین و مؤثرترین روش ها برای عمل آوری سطح پلیمرها استفاده از گاز سرد پلاسما است که بهترین سطح را برای عمل چاپ به ما ارائه می دهد. تنها مشکل این روش گرانی آن است که با توجه به این مشکل باز هم بسیاری از شرکت ها این روش را مورد استفاده قرار می دهند. سطوح چاپی