Адгезивы в самоклеящихся материалах

 

Адгезивы в самоклеящихся материалах

Дмитрий Гудилин

Состав и основные разновидности клеев

Адгезионные свойства клеев

Влияние на адгезию особенностей этикетируемых материалов

Влияние на адгезию условий нанесения этикетки

Влияние на адгезию условий транспортировки, хранения и потребления товара с нанесенной этикеткой

 

Теории адгезии и склеивания

Теории адгезии и склеивания

Прочность и долговечность клеевого соединения зависят от прочностей клеевого слоя и склеиваемых материалов, а также от прочности так называемого адгезионного шва. Существуют несколько теорий адгезии и склеивания, по-разному объясняющих образование адгезионного шва. Для описания процессов, происходящих при наклеивании этикеток, наибольший интерес, вероятно, представляют механическая и молекулярная теории.

Механическая теория

Согласно механической теории, прочное соединение образуется в результате заполнения клеем капилляров и пор склеиваемых материалов. При этом прочность адгезионного шва пропорциональна площади контакта клея и склеиваемой поверхности. Явление прочного склеивания гладких поверхностей эта теория не объясняет.

Молекулярная теория

Согласно молекулярной теории, адгезия — процесс, обусловленный адсорбцией звеньев молекул клея поверхностью материала. Формирование адгезионного шва происходит в результате миграции больших молекул адгезива к поверхности материала и последующего образования под действием сил межмолекулярного притяжения химико-адсорбционного соединения.

В соответствии с этой теорией высокая адгезия возможна при совпадении полярностей клея и материала, в противном случае адгезия затруднена.

Литература:

Воробьев Д.В. Технология послепечатных процессов. М.: МГУП, 2000.

Тесты для оценки параметров клеевого слоя

Тесты для оценки параметров клеевого слоя

FINAT (Международная ассоциация предприятий, работающих с самоклеящимися материалами) разработала ряд тестов FTM (FINAT Test Method) для оценки различных параметров самоклеящихся материалов. Приведем описание тестов, позволяющих оценить параметры клеевого слоя.

Тесты FTM 1 и FTM 2 предназначены для оценки адгезионной прочности клеевого слоя при наклеивании этикетки на товар или его упаковку.

Для выполнения тестов акклиматизированные* полоски самоклеящегося материала шириной 25 мм и длиной около 175 мм отделяют от основы и наклеивают на тестовую стеклянную пластину, а затем прикатываются к ней валиком с эластичным покрытием. Измерения производятся через 20 минут и через сутки (для оценки окончательной адгезии). При выполнения тестов рекомендуется использовать прибор для измерения прочности разрыва или аналогичные ему приборы. Сила адгезии измеряется в ньютонах.

Согласно тесту FTM 1, полоска самоклеящегося материала отделяется под углом 180? со скоростью 300 мм/мин, при выполнении теста FTM 2 полоска отделяется под углом 90° с той же скоростью. Измерения выполняются при отделении средней части полоски. Рекомендуется выполнить минимум пять измерений с интервалом 2 с.

Описанные тесты позволяют сравнивать адгезию различных самоклеящихся материалов, в особенности со съемными клеями (бумажные материалы с постоянными клеями при проведении подобного испытания, скорее всего, порвутся). Более точную оценку адгезии клея позволяет получить тест FTM 2, так как при отделении полоски материала под углом 180? значительное влияние на результаты измерений оказывают силы упругости этикеточного материала.

Для того чтобы проверить адгезию самоклеящегося материала к реальным этикетируемым материалам, данные тесты достаточно легко модифицировать.

Тесты FTM 3 и FTM 4 позволяют оценить силу, необходимую для отделения этикетки от подложки. Перед началом выполнения теста полоски самоклеящегося материала шириной 50 мм (FTM 3) или 25 мм (FTM 4) выдерживаются в течении 20 часов под давлением 6,86 кПа (70 г/см2), после чего в течении минимум 4 часов должна производиться их акклиматизация. Сила адгезии этикетки к подложке измеряется в сантиньютонах.

При выполнении тестов полоска лицевого материала отделяется под углом 180°? от подложки. Тест FTM 3 моделирует процесс отделения этикетки при скорости 300 мм/мин, тест FTM 4 — при скорости 10-300 м/мин (отделение этикетки в высокопроизводительных этикетировочных линиях). При выполнении теста FTM 3 рекомендуется производить минимум пять измерений с интервалом 2 с. Для теста FTM 4 рекомендуется использовать прибор, позволяющий с высоким разрешением фиксировать значения силы отделения этикетки.

Тест FTM 8 позволяет оценить когезию клеевого слоя. При выполнении теста верхний конец полоски лицевого материала длиной около 175 мм наклеивается на закрепленную вертикально тестовую стеклянную пластину, а затем прикатывается к ней валиком с эластичным покрытием. Размер приклеиваемого участка — 25×25 мм. Через 5-10 минут после этого к свободному нижнему концу полоски подвешивается груз массой 1 кг и засекается время, в течение которого полоска будет удерживаться на пластине. Рекомендуется произвести не менее трех испытаний.

Тест FTM 9 позволяет оценить начальную адгезию клея при наклеивании этикетки. При выполнения теста следует использовать прибор для измерения прочности разрыва или аналогичные ему приборы. Концы полоски лицевого материала длиной около 175 мм и шириной 25 мм клеевым слоем наружу закрепляются в верхнем подвижном креплении прибора таким образом, чтобы полоска образовала петлю. Тестовая стеклянная пластина размером 25×30 мм неподвижно закрепляется внизу. В ходе испытания полоска опускается к пластине со скоростью 300 мм/мин, сразу после того, как площадь зоны контакта достигнет максимального размера, полоска поднимается и производится замер адгезии. Сила адгезии измеряется в ньютонах.

Хранение самоклеящихся материалов

Хранение самоклеящихся материалов

Оптимальные климатические условия хранения самоклеящихся материалов:

  • температура — 20-22 ?С;
  • относительная влажность — 40-60%.

Для защиты материалов от перепадов влажности их рекомендуется хранить в оригинальной упаковке и распаковывать только перед началом переработки (после акклиматизации). При хранении самоклейку следует предохранять от воздействия прямого солнечного света, не рекомендуется устанавливать рядом с паллетами нагревательные приборы.

Рулоны следует хранить в вертикальном положении — на торцевой стороне, листовые материалы — в горизонтальном положении.

Перед переработкой самоклейку следует акклиматизировать в производственном помещении в течении 24-48 часов. Это поможет избежать коробления материала в результате резкого изменения влажности.

 

Адгезив (клей) является важной составляющей самоклеящегося материала. Клеевой слой обеспечивает надежное закрепление этикетки на поверхности товара или его упаковки. Многообразие материалов, на которые наносятся этикетки, определяет и большое число клеев, используемых в самоклеящихся материалах.

Состав и основные разновидности клеев

Клеи — природные или синтетические вещества, применяемые для соединения материалов за счет образования адгезионной связи клеевой пленки со склеиваемыми поверхностями.

По физическому состоянию (при температуре 20 ?С) клеи делятся на жидкие и твердые. Жидкие клеи наиболее часто используются при изготовлении самоклеящихся материалов. Они состоят из адгезива, растворителя или диспергирующей среды, а также включают различные добавки, модифицирующие свойства адгезива. Твердые клеи состоят из термоплавкого адгезива и добавок.

В современных самоклеящихся материалах используются органические клеи на основе акриловых полимеров или каучуков.

Акриловые полимеры относятся к термопластам. Они отличаются очень хорошими адгезионными свойствами, светостойкостью, химической стойкостью, стабильностью свойств во времени и высокой прозрачностью. Акриловые полимеры полярны, поэтому, согласно молекулярной теории адгезии (см. врезку «Теории адгезии и склеивания»), должны хорошо склеивать полярные материалы, например стекло или полиамид.

Натуральные и синтетические каучуки характеризуются высокой эластичностью и худшей по сравнению с акриловыми полимерами светостойкостью. Каучуки неполярны, поэтому должны иметь высокую адгезию к неполярным материалам, например к полиэтилену и полипропилену.

Большинство клеев, использующихся в современных самоклеящихся материалах, представляют собой водные дисперсии. После нанесения клея на подложку вода в процессе сушки испаряется. Органические растворители по причине их экологической опасности в последнее время в состав клеев не включаются.

Сравнительно недавно были разработаны УФ-отверждаемые акрилатные клеи. Входящая в их состав фотополимеризующаяся композиция отверждается под действием УФ-излучения. Акрилатные УФ-клеи характеризуются наилучшей по сравнению с другими видами клеев химической и физической стойкостью.

Каучуковые термоплавкие клеи используются сравнительно редко. Для нанесения на подложку термоклей расплавляется. К достоинствам подобных клеев относится хорошая адгезия к влажным поверхностям, а к недостаткам — низкая технологичность нанесения на подложку и низкая стойкость к высоким температурам.

Клеи наносятся на полотно контактным или бесконтактным способом, после чего водно-дисперсионный клей термически высушивается, акрилатный УФ-клей отверждается в результате облучения УФ-светом, термоклей затвердевает в процессе охлаждения.

В начало В начало

Адгезионные свойства клеев

Адгезионные свойства клея являются главной его технологической и эксплуатационной характеристикой. Для оценки величины адгезии служат тестовые методики, разработанные FINAT (см. врезку «Тесты для оценки параметров клеевого слоя»).

Адгезия клея к подложке должна позволять с незначительным усилием (без разрыва) отделять от подложки этикетку и облой, однако ее величина должна быть достаточной для удержания этикетки до ее принудительного отделения.

По относительной величине адгезии к этикетируемому материалу клеи делятся на съемные и постоянные (перманентные).

Съемный клей характеризуется более высокой адгезией к этикетке, чем к этикетируемому материалу, а также высокой когезией. Величина адгезии съемного клея к этикетируемому материалу должна быть также согласована с прочностью этикетки на разрыв. Благодаря этому возможно удаление наклеенной этикетки без повреждения товара или его упаковки, клеевого слоя и самой этикетки. После этого этикетка может быть переклеена на другой товар. Этикетка со съемным клеем прилипает к этикетируемому материалу, после чего не должно происходить значительных изменений адгезии.

Постоянный клей обеспечивает устойчивое соединение этикетки с поверхностью товара или его упаковки. При попытке удаления этикетки обычно происходит ее разрыв или разделение клеевого слоя. Для постоянного клея характерна очень высокая адгезия и к материалу этикетки, и к поверхности товара или его упаковки, а также высокая когезия. При применении постоянных клеев процесс приклеивания этикетки включает два этапа: прилипание и закрепление. В процессе закрепления адгезия клея к поверхности, на которую нанесена этикетка, должна достигнуть максимального значения.

При работе с высокоскоростными этикетировочными линиями очень важно иметь возможность оперативного исправления ошибки при наклейке этикетки. Для этого разработаны постоянные клеи, окончательное закрепление которых происходит лишь через несколько часов после приклейки. До этого времени они работают как съемные клеи и позволяют удалять и переклеивать этикетку.

На величину адгезии оказывают влияние факторы, обусловленные особенностями этикетируемых материалов, условиями нанесения этикетки, условиями транспортировки, хранения и потребления товара с нанесенной на него этикеткой.

В начало В начало

Влияние на адгезию особенностей этикетируемых материалов

Значительное влияние на величину адгезии оказывают шероховатость, поверхностное натяжение и геометрическая форма этикетируемого материала.

Высокая шероховатость, характерная для дерева, фактурной бумаги, картона, пенопластов, ткани, может существенно ухудшить адгезию. В случае если толщина клеевого слоя незначительна, клей покрывает только вершины макронеровностей и не проникает во впадины. В результате уменьшается площадь контакта клея и поверхности, на которую наносится этикетка.

Для хорошей адгезии поверхностное натяжение клея должно быть ниже поверхностного натяжения этикетируемого материала. В случае если это условие не соблюдается, необходимо повышать поверхностное натяжение этикетируемого материала, например путем его обработки коронным разрядом. Поверхностное натяжение постоянных клеев (в особенности клеев на основе акриловых полимеров) изготовители самоклеящихся материалов понижают путем введения в их состав специальных добавок. Съемные клеи наоборот должны иметь высокое поверхностное натяжение.

При нанесении на поверхности сложной формы или значительной кривизны (например, ампулы, бутылки малого размера) этикетка сильно деформируется. Если материал этикетки достаточно упругий, она будет стремиться вернуться к плоской форме и клеевой слой будет подвергаться высоким нагрузкам. В этом случае предъявляются повышенные требования к адгезионной и когезионной прочности клея.

Необходимо также отметить, что для хорошей адгезии этикеток поверхности, на которые они наносятся, должны быть очищены от пыли, жиров, остатков химических веществ, использовавшихся при производстве товара или упаковки, и т.п.

В начало В начало

Влияние на адгезию условий нанесения этикетки

В зависимости от климатических условий этикетируемая поверхность может иметь отличную от комнатной температуру и быть покрыта слоем влаги, что отрицательно влияет на адгезию клея. При низких температурах клей становится тверже, что снижает его адгезионные свойства, в особенности способность к первоначальному схватыванию. При повышенной температуре клей, наоборот размягчается, что ухудшает его когезионную прочность.

При нанесении этикетки на охлажденный товар на его поверхности может конденсироваться влага. Поскольку водно-дисперсионные клеи имеют свойство абсорбировать влагу, их адгезия к влажным поверхностям может быть неудовлетворительной.

В начало В начало

Влияние на адгезию условий транспортировки, хранения и потребления товара с нанесенной этикеткой

В процессе транспортировки, хранения и потребления товара на клеевой слой могут воздействовать низкие или высокие температуры, влага, воздух и солнечный свет.

О влиянии пониженных и повышенных температур, а также повышенной влажности на адгезионную прочность клеевого соединения мы уже рассказали. Стоит лишь заметить, что эти факторы оказывают максимальное влияние на адгезию во время приклейки этикетки. Если этикетка наклеена в нормальных условиях и клей успел закрепиться, то влияние отклонений температуры и влажности на прочность клеевого слоя значительно снижается.

Окисление клеевого слоя в результате реакции с кислородом ведет к повышению твердости и ухудшению адгезионных свойств клея. С течением времени этот процесс завершается полной потерей самоклеящимся материалом эксплуатационных свойств. Скорость окисления возрастает при повышении температуры. Клеи на основе акриловых полимеров мало склонны к окислению. Для повышения стойкости к воздействию кислорода каучуковых клеев в их состав вводят специальные стабилизаторы.

Негативное влияние на свойства клеевого слоя, в особенности при использовании прозрачного этикеточного материала, оказывает УФ-излучение. Если акрилатовые клеи характеризуются очень высокой светостойкостью, то светостойкость каучуковых клеев не велика.

Для повышения долговечности самоклеящегося материала необходимо соблюдать правила его хранения (см. врезку «Хранение самоклеящихся материалов»).

Мир Этикетки 2'2003


Печать  

Похожие статьи