Введение к работе
Актуальность темы исследования. Процесс маркировки изделий из эластомеров на трафаретном печатном оборудовании может быть использован для защиты полимерной продукции или упаковки от фальсификации, а также для идентификации эластичных полимерных материалов. Новые возможности использования печатного оборудования открываются в результате применения физико-химических явлений, малоизученных до постановки настоящей диссертационной работы, но составляющих основу отдельных операций трафаретной печати, процессов межоперационной обработки конструкционных полиграфических материалов технологическими жидкостями, а также процессов закрепления красок на поверхности запечатываемых полимерных материалов. Одним из таких малоизученных свойств является способность полимерных материалов поглощать, а затем высвобождать жидкость, образуя на поверхности полимера специфическую, складчатую рельефную структуру. Подобного вида полимеры широко используются во многих современных технологиях, а именно: в растениеводстве, клеточной биологии, в производстве тканей для одежды, строительстве, нефтедобыче и т.д. Причем в одном случае образование специфической рельефной структуры на поверхности материала является положительным эффектом, например при создании функциональных полимерных материалов для биохимической промышленности и клеточной биологии, а в других отрицательным, например при создании датчиков влажности, фотопленок, конструкционных полимерных материалов и.т.д. Это явление, обнаруженное в начале прошлого века в процессе производства желатиновых фотопленок и получившее название «ретикуляция», на современном уровне развития науки поддается прогнозированию, качественно изменяется на новых полимерных материалах и может быть обращено на пользу полиграфического производства. Самые существенные области применения явления ретикуляции и фундаментальных закономерностей ее возникновения - защитная маркировка полиграфической продукции и полимерной упаковки с использованием печатного оборудования и методологические основы прогнозирования взаимодействия конструкционных полимерных материалов, применяемых в печатном оборудовании, с окружающей жидкой средой.
Таким образом, в силу вышесказанного, разработка научных и методологических основ для модернизации агрегатов и процессов трафаретной печати, с целью маркировки изделий и упаковки из эластичных полимеров является актуальной задачей, решение которой позволит сократить долю контрафактной продукции во многих отраслях промышленности, использующие печатные средства.
Данная работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ (ГК №14.740.11.0848 от 01.12.2010 г.)
Цель диссертационной работы. Разработка способов идентификации и защиты от подделки изделий из полимеров или полимерной упаковки путем модернизации печатного оборудования и процесса печати информационных меток во время набухания полимера в жидкости.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
Обоснование выбора математической модели механодиффузионных процессов в полимерах для описания кинетики и термодинамики набухания полимеров в жидкостях различного термодинамического качества, применяемых при эксплуатации трафаретного печатного оборудования.
Экспериментальное исследование кинетики и термодинамики взаимодействия полимеров с различными растворителями, применяемыми при эксплуатации трафаретного печатного оборудования.
Изучение особенностей эффекта ретикуляции на поверхности запечатываемых полимерных материалов и конструкционных полимеров, используемых в узлах и деталях печатных машин.
Анализ известных математических моделей процесса образования складчатой рельефной структуры на поверхности набухающих полимеров.
Экспериментальное исследование возникновения и эволюции микрорельефа при набухании полимерных материалов, применяемых в полиграфии.
Выявление взаимосвязи кинетических и термодинамических параметров взаимодействия в системе полимер - растворитель с размерами рельефной структуры на поверхности набухающих полимеров.
Экспериментальная оценка адгезионной прочности слоя краски, наносимого методом трафаретной печати по набухающим полимерам.
Разработка способа защиты от подделки полиграфической продукции и иных объектов с помощью печати высокоинформативных символов на возникающем рельефе набухающих полимеров.
Научная новизна работы:
впервые обнаружено увеличение адгезионной прочности слоя краски при последовательном проведении процессов набухания и маркировки изделий на трафаретном печатном оборудовании. Показано, что набухание запечатываемых полимерных материалов в полиграфических машинах перед маркировкой можно использовать для увеличения адгезионной прочности закрепления печатной краски при условии, что жидкость, в которой полимер набухает, не растворяет красочный слой;
впервые предложен способ защиты от подделки печатной продукции, основанный на использовании трафаретного печатного оборудования для маркировки изделий и защитных аппликаций из эластичных полимеров в процессе набухания в жидкости;
экспериментально показана принципиальная возможность идентификации полимерных материалов по параметрам поверхности складчатой рельефной структуры;
предложена аппроксимация решения математической модели образования складчатой рельефной структуры на поверхности запечатываемых и конструкционных полимерных материалов деталей полиграфических
машин, позволяющая прогнозировать их взаимодействие с окружающей жидкой средой.
впервые предложено теоретическое обоснование условий появления складчатой рельефной структуры на поверхности набухающих полимерных материалов и установлена зависимость между кинетическими и термодинамическими параметрами взаимодействия в системе полимер - растворитель и шириной образующихся узоров в набухающем полимерном теле.
Практическая ценность работы заключается в том, что новые экспериментальные факты и установленные закономерности механодиффузионных процессов в сшитых эластомерах, проявляющиеся при эксплуатации полиграфических машин и в процессах подготовки изделий из эластомеров к маркировке, могут быть использованы при решении прикладных задач в области полиграфии и упаковочного производства, а именно:
в модернизации устройства трафаретных печатных машин с целью повышения качества маркировки изделий из полимерных материалов;
в процессах печати защитных меток на упаковке или изделиях из эластомеров;
при эксплуатации и ремонте (очистке узлов) печатного оборудования путем обоснованного выбора безопасных для полимерных деталей растворителей и смывок типографских красок, применяемых в процессах трафаретной печати.
Результаты исследований были внедрены на предприятии ООО «МИДИ ПРИНТ». Сформулированные в диссертации теоретические и методологические положения доведены до уровня запатентованных технических решений.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на 13 научных конференциях: I (Хемнитц, Германия, 2005), II (Хемнитц, Германия, 2007), III (Хемнитц, Германия, 2009) международных научных конференциях молодых ученых PRINTING FUTURE DAYS; VI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Киев, 2006); 61-ой студенческой научно-технической конференции МГУП (Москва, 2007); 37-ой международной научно-технической конференция IARIGAI 2010 (Монреаль, Канада, 2010) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, включая тезисы докладов на конференциях и симпозиумах. В том числе 3 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Она изложена на 140 страницах основного текста, включает 48 рисунков, 15 таблиц и библиографию из 152 источников.
