Автореферат (Процесс бескрасочной термопечати цветных изображений на прозрачных пленках полиэтилена), страница 3

Появление и изменение цветапленок полиэтилена в поляризованном свете, может быть обусловленоизменением наноструктуры поверхности или ориентации макромолекул вмикроскопическом поверхностном слое пленки, которая определяетэффект дихроизма в прозрачных полимерах.Методомсканирующейэлектронноймикроскопиибылоустановлено, что поверхность пленок полиэтилена различных марок итолщин, имеющих окраску в поляризованном свете, имеет схожий«волокнистый» рельеф, образованный фибриллярными структурами,15хаотичнорасположенныминаповерхности.Длинафибриллярныхструктур, видимых на СЭМ-изображениях, 200-500нм, толщина 10-20 нм.Рельеф не имеет определенной направленности или ориентации (рисунок4).Рисунок 4 – СЭМ-изображения пленок полиэтилена разных толщин и марок, 1 –упаковочная стретч-пленка толщиной 20мкм, 2 – промышленная рулонная пленкатолщиной 50мкм (ПЭ-1), 3 – промышленная рукавная пленка толщиной 100мкм, 4 –промышленная пленка толщиной 180мкмИзучали зависимость от толщины пленки цвета в поляризованномсвете многослойной полимерной системы, состоящей из двух внешнихслоев поляризаторов и одной или нескольких (до 10) слоев пленокполиэтилена между ними (рисунок 5).Для количественного и качественного описания этого эффектавведем новые специальные термины (названия) позволяющие наглядно илогично отобразить масштаб и возможности изменения оптическихсвойств многослойных пленок из полиэтилена на одном конкретномпримере.Темно-синийцветмонопленкиПЭ-1соответствующий16минимальной светлоте пакета назовем «исходным», а цвет 2 пленок ПЭ-1 –желтый цвет двух пленок, соответствующий максимуму светлоты пакета –«противоположным».60250а1'Светлота L, %40430б5'6'2'4'3207'6810957108'9' 10'3'100100200300400500Суммарная толщина многослойной пленки полиэтилена(h), мкмРисунок 5 – Зависимость светлоты многослойного пакета от суммарной толщиныпакета пленок полиэтилена двух марок, а – ПЭ-1, б – ПЭ-2По мере увеличения числа слоев пленок ПЭ-1 в пакете исоответственно их суммарной толщины происходит периодическая сменаисходного цвета на противоположный с монотонным уменьшениемамплитуды светлоты, обусловленным повышением мутности за счетрассеяния света на межфазных поверхностях.

Эти циклические измененияоптических характеристик пленок в поляризованном свете предлагаетсяназывать«цветовымипараметрами,колебаниями»соответствующимиконкретнойхарактеризоватьполимерной«амплитудой изменения светлоты» и «цветовым периодом».двумяпленке:Приувеличении суммарной толщины пакета из пленок ПЭ-1 на 1 слой равный1750 мкм, его цвет циклично меняется на противоположный с постепеннымсокращениемамплитуды,обусловленнымприбавлениемколичествамежфазных поверхностей «полиэтилен-воздух», рассеивающих свет.

Впараллельном положении поляризаторов цвет пакета пленок цикличноменяется с темно-синего на желтый. «Цветовой период» составляет 2 слояили 100 мкм. Пленка ПЭ-2 показывает интенсивную темно-синюю окраскув поляризованном свете только при трех слоях пленки в пакете суммарнойтолщиной 150 мкм, а интенсивную желтую окраску при 6 слояхсоответствующих суммарной толщине 300 мкм, возвращаясь по мереувеличения числа слоев к синему цвету через «близкие» оттенки при 9слоях и суммарной толщине 450 мкм. Для этой пленки «цветовой период»составляет 6 слоев или 300мкм. Сравнение результатов наблюдения заокраской пакетов пленок ПЭ-1 и ПЭ-2 наглядно демонстрируетцикличность изменения цвета многослойного пакета с увеличением числаслоев пленки полиэтилена в его составе.

Для множества исследованных вдиссертации промышленных пленок разных марок и толщин (приложениеЖ) обнаруживается закономерная последовательность смены цветов, но сразными периодами.По данным оценки оптических свойств в поляризованном светеправомерно сделать вывод о том, что с увеличением числа слоев исуммарной толщины пленок полиэтилена в составе многослойного пакета,цвет и светлота меняются для двух пленок разных марок различно.Исследования полиэтилена с помощью ИК-Фурье спектрометра ибиблиотеки спектров ATR of Polymers, используемой программнымобеспечением Заир 3.5, с целью выяснения различий в химическом составеи строении, а также наличия возможных наполнителей в составе пленокпоказали, что обе пленки с высокой вероятностью имеют идентичныйхимический состави строение макромолекул.Однако при этомчувствительность окраски пленок в поляризованном свете к изменениютемпературы резко отличается (рисунок 2).18Для уточнения температурного интервала, в котором изменениецветамонопленокполиэтиленанаиболеесущественно,проводилинагревание пленок в камере хроматографа ЦВЕТ-800 с высокой точностьютермостатирования (±0,1ºС).

Конвективное нагревание в газовой средепроводили последовательным увеличением температуры термообработкиот серии к серии образцов пленок полиэтилена с шагом в 10 градусов втечение 10 минут . После термообработки цвет пленок в поляризованномсвете фиксировали с помощью спектрофотометра СФ-2000 «на просвет».По полученным координатам цвета рассчитывали цветовое различие цвета(ΔЕ) термообработанной пленки от пленки промышленного изготовленияпри складском хранении которой температура не превышала 20±5ºС(рисунок 6).70Цветовое различие ΔЕ60504030201002030405060708090Температура (t), ºCРисунок 6 – Температурная зависимость цветового различия термообработанной приразной температуре пленки полиэтилена от исходной, 1 – ПЭ-1, 2 – ПЭ-2Видно, что с увеличением температуры термообработки пленкиполиэтилена ПЭ-1, цветовое различие исходной и термообработанной19пленок увеличивается.

Количественно обесцвечивание синей окраскипленки ПЭ-1 и неизменность цвета ПЭ-2 изображено на хроматическойдиаграмме (рисунок 7). Заметные изменения происходят уже притемпературе 50-60ºС, существенно меньшей, чем температура плавленияполиэтилена (рисунок 3).21Рисунок 7 – Хроматическая диаграмма с траекторией изменения координат цветамногослойного пакета пленок полиэтилена в поляризованном свете при увеличениитемпературы термообработки,1 – ПЭ-1, 2 – ПЭ-2Врезультатеэкспериментальныхисследованийдляполиграфического и упаковочного производств разработан алгоритмполучения материала со скрытой маркировкой, включающий четыреоперации:1.

Выбор полимерной пленки с эффектом плеохроизма. Образецпромышленнойпленкипомещаютмеждудвумяпараллельными20полимерными поляризаторами, фиксируя наличие или отсутствие цветапленки при вращении ее между поляризаторами на 180 градусов.2. Определение габаритных условий максимума плеохроизма.Образец пленки вращают между полимерными поляризаторами воткрытом или закрытом положении, визуально оценивая яркость цвета.Выбирают такое направление раскроя пленки для упаковки, в котором еецвет проявляется максимально интенсивно.

Вырезают лентообразныеобразцы в выбранном направлении. Собирают ступенчатый пакет дляпроверки оптических свойств при термомаркировке (рисунок 8).3. Определение оптимальных условий термопечати символов.Выполняют локальную термообработку в течение определенного временимногослойного пакета из 1-10 слоев пленок полиэтилена, собранныхступенчато, таким образом, чтобы можно было одновременно наблюдатьцвет исходных и термообработанных участков на каждом из слоев(рисунок 8). Определяют оптическую плотность и координаты цвета спомощью спектрофотометра в поляризованном свете от источников D65 иD50.Вычисляютцветовоеразличиетермообработанныхинетермообработанных (исходных) участков пакета пленок в дневном светеи свете ламп накаливания и сигнал контраста печати (PCS).Выбирают оптимальное количество слоев исходя из максимумацветового различия в цветовой паре исходный-термообработанный цветпакета в случае печати логотипа или исходя из максимума PCS в случаенанесения штрихового кода.4.

Маркировка. После выбора всех необходимых оптических игеометрическихпараметровтермообработкапакетапроизводитсяпленок)длятермопечатьнанесения(локальнаяизображенийиинформационных символов, выбранной формы (штриховой код, логотип идр.).21Рисунок 8 – Схема сборки тест образца и процесса маркировки многослойного пакетапленок полиэтилена, 1-10 – число слоев пленки, А – горячий штамп, Б – вид пакетапленок сбоку, В – вид пакета сверху, Г – зона локальной термообработкиВыводы1. Цветные оптические эффекты в прозрачных пленках полиэтиленаобусловлены интерференцией поляризованного света, проходящего сквозьнапряженно-деформированныеприповерхностномслое.наноразмерныеТермообработкапленокструктурыполиэтиленавпритемпературе ниже средней температуры плавления кристаллитов на 3050ºС не приводит к усадке и аморфизации определяемой методомдифференциальной сканирующей калориметрии, но существенно изменяетих цвет в поляризованном свете.2.Приразмещениипленокполиэтиленапромышленногоизготовления в составе многослойных упаковочных материалов их цвет ипрозрачность в поляризованном свете меняются циклически.