Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. Упакованные продукты находятся в поле электромагнитного излучения прямой и рассеянной солнечной радиации, излучения генераторов теплового и искусственного светового освещения, а также теплового излучения окружающих тел. Чтобы защитить продукты (пищевые, химические, фармацевтические и др.) от разрушительного воздействия электромагнитного излучения, упаковка должна иметь высокие оптические защитные характеристики - препятствовать влиянию излучения на упакованный в нее продукт. Указанные защитные свойства могут быть получены путем подбора материалов с определенной комбинацией слоев и нанесения красочных покрытий на машинах флексографской, офсетной и глубокой печати. Анализ литературных источников показал, что в настоящее время нет данных по спектральным оптическим характеристикам многослойных полиграфических и упаковочных материалов.
Разработка и создание новых многослойных полиграфических и упаковочных материалов с заданными защитными оптическими свойствами не возможна без знания их оптических характеристик, что является весьма актуальной задачей в настоящее время.
Для объективной оценки защитных свойств существуют методы определения оптических характеристик однослойных материалов. Установлено, что величины спектральных оптических характеристик светорассеивающих материалов при диффузном и направленном облучении могут отличаться на 20-40 %. В связи с этим необходимы методы измерения спектральных отражательной () и пропускательной (7i) способностей рассеивающих излучение материалов, отличающиеся друг от друга способами облучения исследуемого объекта и способами измерения отраженного или пропущенного излучения.
Работа выполнена в соответствии с заданиями Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований МГУП по темам: «Разработка методов определения оптических защитных характеристик упаковочных материалов» (2003-2004 гг.) и «Разработка теоретических основ электромагнитного облучения материалов в технологических процессах полиграфического и упаковочного производства» (2005-2006 гг.).
Цель работы. Определение спектральных оптических характеристик многослойных полиграфических и упаковочных материалов в ультрафиолетовой, световой и инфракрасной области спектра и разработка рекомендаций по созданию многослойных упаковочных материалов с заданными защитными оптическими свойствами путем подбора слоев и нанесения красочных покрытий в полиграфическом и упаковочном производствах.
Научная новизна. Реализована усовершенствованная методика одновременного измерения (из одного опьгга) отражательной (Rj), пропускательной (Ті) и поглощательной (Ах) способностей упаковочных материалов. Создана приставка к спектрофотометру с интегрирующей сферой для прямых измерений поглощательной способности и одновременного измерения суммы отражательной и пропускательной способности светорассеиваю-щих материалов.
Впервые получены данные по оптическим характеристикам однослойной упаковочной бумаги из сульфитной целлюлозы и целлюлозной бумаги, офсетной полиграфической бумаги, картона, крафт-бумаги, кашированной полиэтиленовой пленкой, упаковочных полимерных однослойных и многослойных пленок для пищевых продуктов и детского питания. Получены и обобщены данные по оптическим характеристикам многослойных упаковочных материалов с заданными защитными оптическими свойствами в ультрафиолетовой и видимой области спектра.
Определены спектральные и интегральные оптические характеристики слоев крафт-бумаги, кашированной полиэтиленовой пленкой, картона, материалов и слоев упаковочной и полиграфической бумага (из сульфитной целлюлозы, целлюлозной и офсетной), отдельных слоев и многослойных систем исходных и запечатанных упаковочных полимерных пленок, многослойных систем запечатанных полимерных упаковок, комбинированных многослойных систем упаковочной и полиграфической бумаги.
Проведен анализ распространения потоков и поглощении энергии электромагнитного излучения в реальных многослойных системах упаковочных материалов, селективно поглощающих и рассеивающих излучение, при различных условиях облучения прямой и рассеянной радиацией в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра.
Изучены рсновные закономерности переноса энергии спектрального и интегрального излучения в отдельных слоях и в многослойных системах запечатанных упаковочных и полиграфических материалов при несимметричных условиях облучения направленным и рассеянным (диффузным) потоками излучения Солнца и технологических инфракрасных (ИК) генераторов (КГТ-220-1000). Найденные закономерности позволяют рассчитать распределение в отдельном слое и в многослойной системе величин объемной плотности поглощенного потока энергии излучения, пространственной облученности и плотности результирующего потока. Получены расчетные формулы для определения оптических характеристик отдельного слоя материала различной толщины и многослойной системы (упаковочные бумага из сульфитной целлюлозы и целлюлозная, офсетная бумага, картон, крафт-бумага, кашированной полиэтиленовой пленкой, упаковочные полимерные пленки для пищевых продуктов и детского питания).
кашированной полиэтиленовой пленкой, упаковочные полимерные пленки для пищевых продуктов и детского питания). Положения, выносимые на защиту:
Усовершенствованная методика оценки оптических характеристик упаковочных и полиграфических материалов, дающая возможность одновременного измерения (из одного опыта) оптических характеристик отражательной, пропускательной и по-глощательной способностей упаковочных и полиграфических материалов. Экспериментально-аналитическим методом рассчитаны оптические характеристики слоя конечной толщины полиграфических и упаковочных материалов с изменяющимися оптическими свойствами.
Распределение величин объемной плотности поглощенного потока энергии излучения, пространственной облученности и плотности результирующего потока, полученное в результате анализа переноса энергии спектрального и интегрального излучения в отдельных слоях и в многослойных системах запечатанных материалов при несимметричных условиях облучения направленным и рассеянным (диффузным) потоками излучения Солнца и технологических ИК генераторов. Спектральные и интегральные оптические характеристики слоев и систем многослойных полиграфических и упаковочных материалов, позволяющие рассчитывать защитные оптические характеристики многослойных упаковочных материалов.
Практические рекомендации, позволяющие полиграфическими способами создавать многослойные системы упаковочных материалов с заданными защитными оптическими свойствами (коэффициент пропускания 2 - 5%) для упаковки различных пищевых продуктов и детского питания.
Практическая ценность. Разработан экспериментально-аналитический метод определения оптических характеристик с помощью измеряемых из одного опыта отражательной, пропускательной и поглощательной способностей слоя конечной толщины материалов с изменяющимися оптическими свойствами. Экспериментально-аналитическим методом определены спектральные и интегральные оптические характеристики исходных и запечатанных материалов: упаковочной и полиграфической бумаги (из сульфитной целлюлозы, целлюлозной и офсетной), крафт-бумаги и картона, упаковочных полимерных пленок.
Разработаны практические рекомендации по созданию многослойных систем упаковочных материалов с заданными защитными оптическими свойствами (многослойные упаковочные материалы из крафт-бумаги, картона, полиэтилена и полипропилена) путем
подбора слоев и нанесения красочных покрытий при печати офсетным, глубоким и флек-сографским способами.
Разработаны методические и практические рекомендации для учебного процесса специальности 261201.65 «Технология и дизайн упаковочного производства» при постановке и проведении лабораторных работ по учебным курсам «Технология производства упаковки», «Тара и ее производство», «Процессы и аппараты упаковочного производства», «Технологическое оборудование и оснастка упаковочного производства», «Оборудование для производства рекламно-сувенирной и упаковочной продукции».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на НМС «Проблемы упаковочной промышленности и подготовка кадров» (Москва, МГУПБ, 17-18.02.2002), Заочной конференции «Дизайн. Реклама. Полиграфия» (Омск, июнь 2004 г.); Международном семинаре-практикуме «Упаковка и этикетка: что хочет клиент - что могут типографии» (Москва, 01.12.2004 г., 000 «Исследовательская компания «Abercade Consulting»); Научно-методической конференции «Опыт вузов УМО в подготовке специалистов по направлениям и специальностям УМО» (МГУПБ, 29-31 марта 2005 г.); Юбилейной Конференции «МГУП - 75 лет» 2005 г.; Первой научно-технической конференции молодых ученых (МГУП, 28.03.2006 г.), Научно-технических Советах МГУП (2004 - 2006 гг.).
Диссертация обсуждена на расширенном заседании кафедры «Технологии после-печатных процессов и упаковочного производства» с участием кафедр: «Материаловедения», «Технологии допечатных процессов», «Технологии печатных процессов», «Управление качеством».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 6 статей в ведущем отраслевом научном журнале «Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах, содержит 30 рисунков и 15 таблиц.
Похожие диссертации на Повышение оптических защитных свойств многослойных упаковочных материалов средствами полиграфии
