Opracowanie kompozycji powłok antyadhezyjnych (silikonowych) oraz ich wpływ na właściwości papieru

Papier powlekany, jak sama nazwa wskazuje, ma nałożoną powłokę, w tym przypadku powłokę stanowi silikon. Silikony to związki chemiczne są syntetycznymi polimerami krzemoorganicznymi. Pozyskuje się go z występującej w naturze krzemionki. Dodatkowo zawierają one zwykle różnego rodzaju domieszki czy też wypełniacze, między innymi barwniki, przeciwutleniacze czy dodatki regulujące konsystencję.

Powłoka silikonowa daje gładkie wykończenie i działa zabezpieczająco. Papiery silikonowane charakteryzują się wysoką odpornością na niską i wysoką temperaturę, trwałością na starzenie, niezwilżalnością wodą, abhezją (nieprzyczepnością) do wszystkich substancji kleistych. Papiery silikonowane są bardzo uniwersalne i znajdują zastosowanie w wielu branżach np. drukarskiej, higienicznej, spożywczej itp. Stosuje się je tam, gdzie zachodzi konieczność zabezpieczenia powierzchni pokrytej klejem. Papier silikonowany jest często wykorzystywany do produkcji różnego rodzaju kopert ochronnych, a także jest stosowany przy produkcji samoprzylepnych materiałów drukarskich. Doskonale sprawdza się w różnego rodzaju artykułach higienicznych oraz medycznych typu bandaże samoprzylepne, wkładki higieniczne, podpaski, czy plastry opatrunkowe. Z papierów silikonowanych korzystają producenci materiałów technicznych takich jak etykiet oraz taśm klejących. Doskonale sprawdza się w branży spożywczej jako papier do pieczenia, ponieważ materiał jest odporny na wysokie temperatury.

W firmie Polcoat przeprowadzono testy i badania w ramach projektu, mające na celu skomponowanie i wybranie formuły silikonu o najlepszych właściwościach sieciowania pod wpływem światła UV tzw. fotopolimeryzacji, w celu uzyskania produktu o wyższej jakości. Fotopolimeryzacja w porównaniu do dominujących metod utwardzania powłok posiada wiele zalet, tj. charakteryzuje się dużą oszczędnością energii, wydajnością, ekonomicznością, a także mniejszym wpływem na środowisko. Wynika to z faktu, że do dominujących obecnie technologii opartych na utwardzaniu termicznym w temperaturze 120-160^oC istnieje konieczność stosowania – jako katalizatora reakcji sieciowania – związków zawierających platynę. Organiczne związki platyny są bardzo drogie i łatwo ulegają dezaktywacji. Dodatkowo działanie wysokiej temperatury powoduje obniżenie właściwości wytrzymałościowych papieru oraz jego wilgotności i elastyczności. Papier w wyniku termicznego procesu utwardzania powłoki traci swoją wytrzymałość mechaniczną i higrostabilność.

W ramach badań starano się określić wpływ składu jakościowego i ilościowego kompozycji fotoinicjującej, w tym monomeru, inicjatora, innych dodatków na efektywność fotosieciowania powłok polimerowych. Cel zrealizowano za pomocą metody DSC (różnicowej fotokalorymetrii skaningowej). Efektywność tworzenia powłoki (szybkość utwardzania) badano w oparciu o pomiar ilości ciepła wydzielanego w czasie naświetlania próbki promieniowaniem z zakresu 250-500 nm o mocy 30 mW/cm². Rejestrowana ilość wydzielanego ciepła w czasie procesu fotopolimeryzacji była równoważna stopniowi przereagowania wiązań wielokrotnych monomeru, oznacza to, że im wyższa wartość uwolnionego ciepła tym lepszej jakości powłokę silikonową uzyskujemy. W wyniku badań udało się wyselekcjonować najskuteczniejsze składniki formuł silikonowych, na których podstawie stworzono własne kompozycje.

Dodatkowo nakładanie powłok na powierzchnie produktów w sposób ciągły może napotykać na różne problemy a w szczególności nierównomierne rozkładanie materiału, nadmierna grubość warstwy czy niedostateczna grubość warstwy. Występowanie tego typu problemów prowadzi do uzyskania produktów, które nie spełniają wymagań funkcjonalnych i jakościowych. Dlatego istotnym aspektem jest również rozkładu gramatury. Spełnienie wspomnianego aspektu jest istotne, ponieważ nieuwzględnianie go powoduje, że głowice powlekające - mimo dużej dokładności wykonania - nie spełniają oczekiwań. Konsekwencją tego stanu rzeczy jest nierównomierna siła odrywania etykiety od papieru silikonowanego czy folii silikonowanej. Siła adhezji warstwy spodniej z klejem samoprzylepnym musi być odpowiednia, aby etykiety samorzutnie nie odpadały lub nie wymagały zbyt dużej siły do odklejenia. Aby to zagwarantować, powłoka silikonowa musi być bardzo precyzyjnie zaaplikowana i w pełni usieciowana. W ramach testów w firmie Polcoat udało się uzyskać produkty posiadające równomierny rozkład gramatury silikonu wynoszący +/- 0,04 g dla gramatury powłoki 0,6-1,8 g/m², z zachowaniem ciągłej szczelnej powłoki. Badanie równomierności rozkładu gramatury powłoki silikonowej na szerokości i długości wstęgi materiału po aplikacji i utwardzeniu światłem UV w atmosferze azotu prowadzono metodą fluorescencji rentgenowskiej XRF używając spektrometru Hitachi LAB-X5000 XRF Analyzer.

W ramach prac starano się również uzyskać tzw. selektywność nakładania powłok. Selektywność rozkładu oznacza możliwość aplikacji powłok w dowolnym miejscu szerokości wstęgi papieru lub folii, uniemożliwiając tym samym niekontrolowane powleczenie niezaplanowanej powierzchni (Rysunek 3). Obecnie, czołowi producenci głowic nie oferują tego typu rozwiązań funkcjonalnych, przez co nakładanie powłoki odbywa się w sposób zero-jedynkowy, tj. powłoka nakładana jest na całej szerokości wstęgi.

Podsumowanie

Papier powleczony silikonem to papier posiadający na swojej powierzchni cienką warstwę silikonu. Silikony utwardzane pod wpływem światła UV, w porównaniu do dominujących technologii, to są silikony bezrozpuszczalnikowe sieciujące pod wpływem promieniowania ultrafioletowego posiadają wiele korzyści takich jak np. mniejsze koszty inwestycyjne, mniejsze koszty energii, brak emisji substancji szkodliwych, co przekłada się na poprawę bezpieczeństwa pracy. W firmie Polcoat, za pomocą odpowiednich badań, które były przeprowadzane w ramach programu inteligentny rozwój finansowanego z Funduszy Europejskich, starano się dobrać składniki mieszaniny silikonowej dającej najwyższej jakości produkt. Najlepszą efektywność inicjowania polimeryzacji zaobserwowano w obecności fotoinicjatorów CATA 102 oraz PI 90, natomiast powłoki o największym stopniu utwardzenia otrzymano dla kompozycji zawierającej fotoinicjator PI 90. Udało się również uzyskać równomierny rozkład gramatury silikonu, gwarantujący wyższej jakości produkt. Dodatkowym atutem, który osiągnięto jest możliwość nakładania powłok silikonowych w sposób selektywny.

tel. +48 796 797 663
tel. +48 795 508 201
www.polcoat.pl