یک راه حل بسته‌بندی پایدار به نام EB Curing
منبع: flexpackmag.com
نویسنده: Im Rangwalla
ترجمه و ویرایش: رضا نورائی
چاپخانه‌های مواد بسته‌بندی انعطاف‌پذیر علاوه بر مشکلات فنی و تجاری معمولی که باید به صورت روزانه حل شوند، به طور فزاینده‌ای با مسائل متعددی مواجه می‌شوند که باید با آنها برخورد شود. بسته‌بندی در حال تبدیل شدن به یک کالا است زیرا رقابت شدیدی وجود دارد. به ویژه از سوی کشورهای در حال توسعه که نرخ نیروی کار و هزینه‌های سربار پایین‌تری دارند. افزایش رشد بازار و رقابت، واحدهای تبدیل‌کننده لفاف را مجبور به بهره‌وری بیشتر می‌کند، که منجر به ادغام، تعطیلی کارخانه‌های منسوخ شده و خرید تجهیزات جدید می‌شود.
در سال 2015 Im Rangwalla در پژوهش‌های خود که در مجله Flexible Packaging نوشت: تغییر در تصویر کلان اقتصادی بسته‌بندی به نوبه خود شرایط بازار را برای چاپخانه‌های بسته‌بندی تغییر می‌دهد. به دلیل تکامل اجتماعی جامعه، دوره‌ها کوتاه‌تر می‌شوند و محصولات بسته‌بندی نهایی در کشورهای مختلف ارسال می‌شوند. الزامات کیفیت نیز در حال افزایش است. آخرین اما نه کم‌اهمیت، بسته‌بندی پایدار، اهداف ردپای کربن کمتر و هزینه‌های بالای انرژی، چاپخانه‌ها را مجبور می‌کند به فناوری‌هایی که با محیط زیست سازگار هستند نگاه کنند. پایداری (Sustainable) یک نیروی محرکه در تولید است. این موضوع در تجارت کالاهای مصرفی و در صنعت بسته‌بندی توجه زیادی پیدا می‌کند. جالب است بدانید که هیچ توافق مشترکی در مورد تعریف بسته‌بندی پایدار وجود ندارد. اما بسته‌بندی پایدار چیست؟ بیایید نگاهی بیندازیم که چگونه اصطلاح ائتلاف بسته‌بندی پایدار (SPC) را تعریف می‌کنند:
بسته‌بندی پایدار(Sustainable Packaging) نوعی از بسته‌بندی است که:
- در طول چرخه زندگی خود برای افراد و جوامع مفید، ایمن و سالم است
- معیارهای بازار را برای عملکرد و هزینه برآورده می‌کند
- با استفاده از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر، تولید، حمل و نقل و بازیافت می‌شود
- استفاده از مواد منبع تجدیدپذیر یا بازیافتی را به حداکثر می‌رساند
- با استفاده از فناوری‌های تولید پاک و بهترین شیوه‌ها تولید می‌شود
- مواد تشکیل‌دهنده آن در تمام طول عمر بسته جزء مواد سالم هستند
- از نظر فیزیکی برای بهینه‌سازی مواد و انرژی طراحی شده است
- به طور موثر بازیابی و در چرخه‌های بیولوژیکی و/یا صنعتی از گهواره به گهواره استفاده می‌شود.
عوامل متعددی بر تصمیماتی که باید گرفته شود تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، انتخاب صحیح تجهیزات چاپ به پایگاه مشتری و نوع محصولات چاپی بستگی دارد. یک عامل مهم انتخاب تکنولوژی “خشک کردن مناسب” است. این نه تنها یک عامل مهم در مصرف انرژی است، بلکه تأثیر زیادی بر نوع محصولات قابل چاپ و کیفیت محصولات چاپی دارد. خشک کردن حرارتی برای آب و جوهرها و پوشش‌های مبتنی بر حلال، انرژی بسیار گران قیمتی را مصرف می‌کند و گرمایی تولید می‌کند که می‌تواند به زیرلایه آسیب برساند. همچنین ترکیبات آلی فرار (VOCs) منتشر می‌کند و منبع CO2 است. جایگزین اشعه، یا همان طور که اکنون به آن می‌گویند، پخت بوسیله انرژی (به عنوان مثال EB یا UV) است. قبل از بررسی این دو روش خشک کردن یا پخت، بیایید فرآیندهای اصلی چاپ مورد استفاده در بسته‌بندی را مرور کنیم:
-
گراور:
- چاپ گراور سال هاست که به دلیل کیفیت بالای چاپ، روش چاپ انتخابی بوده است. چاپ 50000 متر حداقل شرط است. جوهرهای چاپ نسبتاً ارزان هستند و سرعت تولید نسبتاً بالاست. همچنین، تامین‌کنندگان جوهر آن زیاد هستند. معایب آن هزینه‌های بالای پیش چاپ (سیلندرهای گراور)، زمان راه‌اندازی طولانی و هزینه‌های بالا برای انرژی خشک کردن حرارتی، بازیافت حلال یا سوزاندن و کاهش CO2 است. به دلیل ویسکوزیته کم جوهرها نمی‌توان از EB یا UV در چاپ گراور استفاده کرد.
-
فلکسو:
- چاپ فلکسو یا فلکسوگرافی طی چندین سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است. زمانی که تولیدکنندگان کلیشه‌های فلکسوگرافی کیفیت و وضوح چاپ را بهبود بخشیدند، پیشرفت قابل توجهی حاصل شد. چندین تامین‌کننده، جوهر فلکسو مبتنی بر حلال و آب را ارائه می‌دهند، بنابراین قیمت آنها متوسط است. این توسط شرکت‌های کوچک تا متوسط استفاده می‌شود که کیفیت نسبتا خوبی تولید می‌کنند. این روش چاپ به سرعت در حال رشد است و روش چاپ غالب برای بسته‌بندی در قاره آمریکا و اروپا است. این به دلیل بهبود کیفیت چاپ و حرکت بازار به سفارشات کم‌تیراژ است. با این حال، مصرف انرژی بالا است و کاربران با همان مشکلاتی که کاربران چاپ گراور از نظر ردپای کربن و VOC دارند، مواجه هستند.
-
افست رول
- افست لیتوگرافی، یک فناوری چاپ با کیفیت چاپ بالا با هزینه های پیش چاپ، تنظیم و عملیات کمتر است. پلیت‌های(زینک‌های) آن که به عنوان حامل تصویر استفاده می‌شوند، هزینه کسری از سیلندرهای گراور و حتی کلیشه‌های فلکسو را دارند و قیمت آنها در سال‌های اخیر به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. کیفیت چاپ بالا است و امکان اجرای یکنواخت رنگ را از اجرا تا اجرا فراهم می‌کند. در ایالات متحده، چاپ افست تحت وب بیش از 20 سال است که برای چاپ بسته‌بندی استفاده می‌شود. توسعه ماشین‌های چاپ افست تحت وب با غلاف(Sleeve)های متغیر برای تغییر سریع فرمت چاپ، درها را برای سرعت راه‌اندازی دستگاه(Short run) و تعویض سرع سفارش باز کرد.
برای رفع نواقص چاپ فلکسو، خشک‌کن UV معرفی شد. کیفیت چاپ فلکسوی خشک شده با اشعه ماوراء بنفش به طور قابل توجهی بهبود یافت و مشکلات VOC نیز برطرف شد. در چند سال گذشته، چندین دستگاه فلکسو استک و چند پرس فلکسو سیلندر مرکزی (CI) به سیستم‌های پخت(خشک‌کن) UV مجهز شدند و جایگزین کوره‌های پخت حرارتی بین ایستگاه‌های جوهر و خشک‌کن‌های بالاسری واحدهای چاپ شدند. اما موفقیت پخت UV در فلکسوگرافی به دلیل مسائل مربوط به پخت(Curing) UV از نظر بسته‌بندی مواد غذایی و استفاده از سطوح حساس به حرارت متوسط بود و به دستگاه‌های خطی(in line) و برای سطوح چاپی که به گرما حساس نیستند محدود می‌ماند. برای غلبه بر نواقص پخت UV در چاپ فلکسو، آخرین و انقلابی‌ترین پیشرفت، فرآیند EB flexo، برای دستگاه چاپ فلکسو CI است. این فرآیند امکان چاپ هشت یا 10 رنگ به صورت مرطوب روی مرطوب و خشک شدن تمام لایه‌های جوهر پس از آخرین ایستگاه چاپ با تکنیک EB، بدون خشک کردن بین ایستگاهی را می‌دهد. چند روش نوآورانه برای تسهیل به دام انداختن مرکب در سرعت‌های بالا توسعه یافته است. کیفیت چاپ بسیار بالا با کمترین چاق شدن ترام (Dot gain)، وضوح بهتر (تا 70 خط در سانتی‌متر)، براقیت بیشتر، رنگدانه‌هایی که اشباع بیشتری دارند و منجر به مصرف کمتر جوهر می‌شوند، و از نظر مقاومت در برابر سایش، خراش و خوردگی مواد شیمیایی برتر است. همان طور که در مورد تمام برنامه‌های کاربردی EB وجود دارد، مصرف انرژی به طور قابل توجهی کمتر از هر روش خشک کردن دیگری است.
از نظر چاپ افست تحت وب، به‌ویژه دستگاه‌های جدید افست رول که امکان تغییر اندازه اسلیو دارند، EB curing برای خشک کردن جوهرهای افست چاپی مرطوب روی مرطوب بدون خشک کردن بین ایستگاهی استفاده شده است. امروزه، خشک کردن EB در افست رول نه تنها برای چاپ روی بسته‌بندی سفت و سخت، بلکه به طور فزاینده‌ای برای چاپ روی فیلم شفاف، مات یا روی فیلم متالایز برای بسته‌بندی مواد غذایی قابل انعطاف استفاده می‌شود. بطور معمول یک لایه ورنی هم روی جوهرهای چاپی مرطوب اعمال می‌شود که باید توسط خشک‌کن EB یا خشک‌کن مورد استفاده در دستگاه خطی همراه جوهرها خشک شود. در برخی موارد، چسب لمینیت مناسب EB نیز به صورت خطی با عملیات چاپ اعمال می‌شود که EB چسب و جوهر را با هم خشک می‌کند.
خشک کردن با انرژی: UV و EB
اکولوژی، اقتصاد، فناوری‌های جدید چاپ و استفاده از سطوح چاپ جدید و اغلب ارزان‌تر حساس به حرارت، روش‌های جدیدی را برای خشک کردن جوهر چاپ، لاک‌ها و چسب‌های مورد استفاده در بسته‌بندی می‌طلبد. هر دو UV و EB نیازهای جدید و چالش‌برانگیز را برآورده می‌کنند و طیف وسیعی از مزایای جذاب و همچنین ارائه یک گزینه پایدار را ارائه می‌دهند. در این جا نگاهی دقیق‌تر به فرآوری UV و EB در زمانی که انرژی مورد نیاز در یک ماشین چاپ مبتنی بر حلال در نظر گرفته شده می‌اندازیم.
UV
پخت(خشک کردن) با اشعه ماوراء بنفش بیش از 30 سال است که در مقیاس وسیع در صنعت استفاده می‌شود. مواد شیمیایی قابل پخت با اشعه ماوراء بنفش، مانند جوهرها، لاک‌ها و چسب‌ها، در سراسر جهان از فرمول‌سازها و تامین‌کنندگان زیادی در دسترس هستند.
- مزایا: تجهیزات UV به طور کلی کوچک و فشرده هستند، به راحتی در ماشین‌آلات چاپ ادغام می‌شوند و انرژی کمتری نسبت به خشک‌کن‌های حرارتی مصرف می‌کنند. علاوه بر این، هزینه هر واحد/لامپ نسبتا پایین است. این امکان پخت بین ایستگاهی را فراهم می‌کند.
- معایب: نور UV یک موج الکترومغناطیسی است. پتانسیل یونیزاسیون برای شروع رادیکال‌های آزاد برای واکنش پلیمریزاسیون را ندارد. آغازگرهای نوری (PIs) برای شروع واکنش رادیکال آزاد، که برای پلیمریزه کردن جوهر یا انواع پوشش مانند ورنی منتشر می‌شود، ضروری هستند. این PIها تمایل به مهاجرت دارند و بنابراین برای کاربردهای بسته‌بندی مواد غذایی استفاده محدودی دارند. PIها همچنین دارای بوی قوی هستند که اغلب در جوهرهای خشک شده باقی می‌ماند. PI همچنین گران‌ترین عنصر در جوهر یا پوشش UV است. پخت با اشعه ماوراء بنفش همچنین گرمای زیادی را به دلیل تابش IR تولید می‌کند و آن را برای فیلم‌های حساس به حرارت نامناسب می‌کند. در نهایت، تخریب لامپ‌ها منجر به تخریب پخت می‌شود که می‌تواند باعث مشکلات کیفیت محصول شود.
EB
همان طور که قبلاً ذکر شد، پخت EB مرکب‌های افست چاپ مرطوب روی مرطوب بدون خشک کردن بین ایستگاهی یک فناوری جا افتاده در چاپ افست وب برای بیش از 20 سال است. استفاده از EB برای پخت جوهر در فلکسوگرافی در پرس فلکسو CI(سیلندر مرکزی) جدید است. امروزه خشک کردن EB نه تنها برای چاپ با مواد سفت و سخت استفاده می‌شود، بلکه به طور فزاینده‌ای برای چاپ روی انواع مختلف فیلم پلاستیکی برای بسته‌بندی مواد غذایی انعطاف‌پذیر نیز کاربرد دارد. غالباً یک ورنی محافظ شفاف روی جوهرهای مرطوب اعمال می‌شود و با EB خشک می‌شود یا به صورت خطی با جوهرها خشک می‌شود. یا یک چسب لمینیت EB با جوهر افست یا فلکسو به صورت خطی پخته می‌شود. جوهرها، ورنی‌ها و چسب‌های EB از تعداد فزاینده‌ای از تامین‌کنندگان در دسترس هستند. علاوه بر این، جوهرهای EB به دلیل عدم وجود PI نسبت به جوهرهای UV مشابه ارزان‌تر هستند.
- مزایا: خشک‌کن‌های مدرن EB کوچک و فشرده هستند. آنها در ماشین‌های چاپ موجود و جدید قرار می‌گیرند، بسیار قابل اعتماد هستند و سرعت پردازش بالایی را با مصرف انرژی بسیار کمتری نسبت به خشک کردن UV و حرارتی ارائه می‌دهند. پخت EB کمترین مصرف انرژی را فراهم می‌کند.
- معایب: الکترون‌ها ذرات با بار منفی هستند که در اطراف اتم‌ها در هر ماده می‌چرخند. هنگامی‌که شتاب می‌گیرند، در مواد موجود در مسیر خود جذب می‌شوند. وقتی الکترون‌ها جذب می‌شوند، انرژی را به ماده منتقل می‌کنند و می‌توانند ساختار مولکولی آن را تغییر دهند. این تغییر ساختار مولکولی در ساختارهای آلی، به ویژه آنهایی که بخش‌های هیدروژن کربنی دارند، رایج‌تر است. واکنش حاصل از جذب، اتصال عرضی یا بریدگی زنجیره‌ای است. هنگام استفاده از مواد جدید و تست نشده باید دقت شود. با این حال، دوز مورد نیاز جوهرها و لاک‌های امروزی به قدری کم است که بیشتر بسترها را می‌توان بدون ایجاد عوارض نامطلوب استفاده کرد. اکسیژن یک مهارکننده رادیکال‌های آزاد است. اگر فرآیند در هوا انجام شود، از پخت کامل سطح جلوگیری می‌شود. گاز بی اثر مورد استفاده نیتروژن است. برای عملیات لمینیت و اتصال عرضی، اینرسی لازم نیست. مصرف گاز بی اثر(نیتروژن) به پهنای شبکه، سرعت تولید و طراحی دستگاه بی اثر خشک‌کن EB بستگی دارد. مصرف معمولی برای خشک‌کن EB مدرن در یک دستگاه چاپ 90 سانتی‌متری که با سرعت 400 متر در دقیقه کار می‌کند 80 تا 100 متر مکعب در ساعت است. در نهایت، هزینه تجهیزات سرمایه‌ای وجود دارد. اگرچه قیمت در سال‌های اخیر کاهش یافته است، واحدهای EB هنوز هم قیمت بالاتری نسبت به خشک‌کن حرارتی یا تجهیزات UV دارند.
جدول 1- مصرف کل انرژی را برای یک خط چاپ فلکسو سیلندر مرکزی (CI) با استفاده از حلال‌های معمولی و جوهرهای پخت EB ارائه می‌کند.
جدول 2 مصرف انرژی بین UV و EB پخت را برای کاربرد بسته‌بندی مواد غذایی ارائه می‌دهد.
EB برای بسته‌بندی مواد غذایی
ایمنی مواد غذایی در هنگام چاپ، ورنی زدن یا لمینیت کردن موادی که قرار است برای بسته‌بندی مواد غذایی اولیه یا بسته‌بندی‌هایی که سطح تبدیل شده در تماس مستقیم با مواد غذایی باشد، مورد استفاده قرار گیرد، اهمیت زیادی دارد. از جمله آژانس‌های نظارتی ویژه، مانند FDA در ایالات متحده یا BGA در آلمان، باید دنبال شوند. جوهرها یا سایر مواد شیمیایی که در تماس مستقیم با مواد غذایی هستند، یا ممکن است از طریق مواد بسته‌بندی به مواد غذایی بسته‌بندی شده مهاجرت کنند، ممکن است حاوی مواد غیر ایمن برای مصرف انسان نباشند.
برای رعایت مقررات بسته‌بندی مواد غذایی، مهم است که جوهرها، ورنی‌ها و چسب‌ها به طور کامل پخته شده و هیچ گونه مواد نامطلوب منتشر نکنند، چه مستقیماً در غذا، در تماس مستقیم با غذا یا از طریق مهاجرت از طریق مواد بسته‌بندی. همچنین مهم است که جوهرهایی که توسط EB یا UV با انرژی پخته می‌شوند، کاملا خشک شوند.
این نیاز هنگام استفاده از پرتو الکترونی برآورده می‌شود. EB به طور کامل به تمام لایه‌های جوهر و یا ورنی نفوذ می‌کند و عمل‌آوری کامل است. شار(ریزش) الکترون‌ها به سطحی که قرار است پخت شود به طور مداوم و در زمان واقعی اندازه‌گیری و کنترل می‌شود. خروجی الکترون به طور خودکار با سرعت خط تنظیم می‌شود. این ویژگی تضمین می‌کند که دوز پخت انتخابی (یا تعداد الکترون‌ها) روی لایه‌ای که قرار است خشک شود همیشه و در تمام سرعت‌های دستگاه اعمال می‌شود. اگر خروجی الکترون کاهش یابد، سرعت دستگاه به طور خودکار کاهش می‌یابد. در صورت عدم وجود الکترون، دستگاه چاپ به طور خودکار خاموش می‌شود.
پخت EB – یا توسط فناوری فرآیند فلکسو EB-CI یا با فناوری افست وب (یکی از مقرون به صرفه‌ترین و کمترین ردپای کربن را فراهم می‌کند). در عین حال، قابلیت اجرای طیف گسترده‌ای از سطوح چاپی مختلف با کیفیت چاپ بسیار بالا را نیز فراهم می‌کند. جوهرهای EB سازگار با بسته‌بندی مواد غذایی هستند و فاقد VOC هستند. EB در واقع یکی از گزینه‌های پخت است که به ارائه بسته‌بندی پایدار کمک می‌کند.
