Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Дрыга Марина Андреевна
Процесс оптико-механической маркировки полимерных элементов упаковки
05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2012
Работа выполнена на кафедре материаловедения ФГБОУ ВПО Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова.
Научный консультант: Кондратов Александр Петрович, доктор технических наук, профессор.
Официальные оппоненты: Конюхов Валерий Юрьевич, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии ФГБОУ ВПО Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева.
Шевченко Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заместитель начальника отдела ФГУП л18 ЦНИИ МОРФ.
Ведущая организация: ЗАО Полиграф-
Защита, г. Москва.
Защита диссертации состоится л22 мая 2012 года в 15:на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212.147.01 при ФГБОУ ВПО Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова по адресу: 125008, г. Москва, ул.
Прянишникова, д. 2А, ауд. 1211.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
Автореферат разослан апреля 2012 года
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.147.доктор технических наук, профессор Е. Д. Климова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования Основную функцию защиты продукта от подделки несет на себе упаковка. В настоящее время существует явный недостаток в способах защиты товаров массового потребления, осуществляемых с помощью стандартного оборудования, имеющих невысокую стоимость и простых в проверке рядовым потребителем.
В связи с этим наибольший интерес представляют методы защиты с применением материалов с особыми свойствами. Примерами такой защиты могут служить этикетки и упаковка, запечатанные термо- и фотохромными красками, разрушающиеся пленки и некоторые другие.
Такие элементы упаковки не только защищают упаковку от подделки, но и могут рассказать потребителю, например, в каких условиях хранился товар, и не была ли вскрыта упаковка. Но материалы с особыми свойствами зачастую являются дорогостоящими или не обеспечивают многократность проверки подлинности товара.
В МГУП имени Ивана Федорова предложено применять в производстве элементов защитной упаковки и этикетки пленки из жесткоэластических материалов. Благодаря наличию особых оптических и деформационно-прочностных свойств, такие пленки могут использоваться для изготовления защитных элементов упаковки, которые позволят потребителю многократно, легко и наглядно проверить подлинность продукции, а производителю продукции - сократить расходы на дорогостоящие методы защиты.
Разработанный процесс защитной маркировки может осуществляться с помощью печатного и послепечатного полиграфического оборудования. Процесс является новым и требует систематического изучения его научных и методологических основ для получения скрытых меток оптимального качества.
Цель работы - обоснование параметров, оборудования, оптимальных условий и вспомогательных материалов для осуществления процесса маркировки полимерной упаковки с использованием особых механических и оптических свойств жесткоэластического полипропилена.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих исследовательских задач:
- комплексное исследование изменений структуры и физикомеханических свойств жесткоэластических полипропиленовых пленок в процессе маркировки;
- анализ технологических процессов и конструкций полиграфического оборудования, применимых для нанесения скрытой защитной маркировки на упаковочные материалы;
- разработка алгоритма процесса оптико-механической маркировки упаковочных материалов и способа выявления скрытой информации.
Сформулированные задачи в их логической последовательности предопредели структуру диссертации.
Предмет исследования - процессы нанесения и визуализации скрытой оптико-механической маркировки в полиграфическом производстве защищенной упаковки.
Объектами исследования являются жесткоэластические полипропиленовые пленки и макеты защитных элементов упаковки, изготовленные на их основе.
Методы и инструменты исследований. Для решения поставленных задач в работе применялись, специально созданные лабораторные стенды, печатное и послепечатное полиграфическое оборудование, современные методы и средства измерения механических и оптических свойств упаковочных материалов и полимерных пленок, такие как:
- стенд моделирования процессов тепловой сварки упаковочных материалов;
- пробопечатное устройство флексографской печати;
- устройство для трафаретной печати;
- безынерционная разрывная машина;
- сканирующая электронная микроскопия;
- дифференциальная сканирующая калориметрия зон скрытой маркировки;
- стенд для адгезионных испытания отпечатков методом нормального отрыва слоев краски и покрытий;
- спектрофотомерия зон скрытой маркировки;
- web-методика расчета физико-химических параметров для обоснования выбора полимеров в процессах печати и лакирования защитных элементов упаковки.
Теоретическую и методологическую основу исследования составили основные положения науки о полимерах, труды отечественных и зарубежных ученых в области исследования структуры аморфнокристаллических и жесткоэластических полимерных материалов, теорий светорассеяния и эластичности.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
1) разработан новый процесс скрытой маркировки бесцветных прозрачных полимерных пленок, основанный на эффекте изменения прозрачности жесткоэластического полипропилена вследствие обратимого образования и трансформации пор при растяжении;
2) определены оптимальные параметры процесса скрытой маркировки и показана возможность осуществления процесса на послепечатном полиграфическом оборудовании, например, устройствах для блинтового тиснения и в секциях горячего тиснения печатных машин различного типа.
В диссертации решена актуальная научно-техническая задача:
разработка процесса оптико-механической маркировки и обоснование оптимальных параметров функционирования послепечатного и печатного полиграфического оборудования для производства полимерных изделий, защищенных от подделки.
Методическая новизна работы имеет конструкционный и теоретический аспекты и заключается в совершенствовании лабораторного стенда и методики выполнения измерений адгезии красок и покрытий к пленке полипропилена путем нормального отрыва пустотелого штифта с самоклеящимся основанием, а также в совершенствовании web-методики расчета сил адгезии и других физикохимических параметров поверхности полиграфических материалов В процессе исследования получены и выносятся на защиту следующие наиболее существенные научные положения:
1. Алгоритм процесса оптико-механической маркировки бесцветных прозрачных полимерных пленок с многократным воспроизведением информации, предназначенный для защиты упаковки от фальсификации, включающий использование печатного и послепечатного оборудования для термомеханического воздействия или избирательного нанесения жесткого покрытия на защитную деталь упаковки из пленки с особой технологической наследственностью и локальное деформирование.
2. Результаты количественной оценки обнаруженных аномальных оптико-механических эффектов, возникающих при многократной обратимой деформации жесткоэластических материалов после маркировки с использованием тепловых способов модификации их структуры.
3. Рекомендации по использованию полиграфического оборудования при скрытой маркировке пленок жесткоэластического полипропилена и оптимальные параметры процесса скрытой маркировки различными способами.
4. Конструкции защитных элементов упаковки и способы проверки подлинности продукции на примере этикеток и ярлыков из жесткоэластических материалов.
Практическая значимость работы заключается в том, что сформулированные в диссертации теоретические, методологические положения доведены до уровня запатентованных технических решений и практических рекомендаций в деятельности полиграфических предприятий, выпускающих защищенные этикетки и линтеллектуальную упаковку.
Определены оптимальные параметры процесса осуществления скрытой маркировки различными тепловыми способами. Рекомендованы вспомогательные материалы для нанесения скрытых меток методами локального ограничения способности к растяжению. Разработаны новые методы защиты от фальсификации и способы проверки подлинности полиграфической продукции массового потребления Личный вклад соискателя.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту, получены лично автором. Автор самостоятельно подобрал объекты исследования, провел экспериментальные исследования, разработал и запатентовал способ тайнописи и конструкцию элементов для защиты упаковки от подделки с использованием пленок из жесткоэластического полипропилена.
Апробация результатов научного исследования. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры материаловедения, межвузовской конференции преподавателей, аспирантов, молодых ученых и специалистов Печатные средства информации в современном обществе в 2010, научно-технических конференции молодых ученых МГУП 2010, международной конференции Print 2009 и Print 2011 в Санкт-Петербурге и включены в программу 38-ой международной конференции IARIGAI 2011 в Будапеште (Венгрия), 76 научно-технической конференции БГТУ в Минске (Белоруссия).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы автором в 4-х научных статьях, печатных материалах 2-х докладов на международных конференциях, патентах РФ полезную модель № 98354 и изобретение № 2390004 и заявках на патент на изобретение №2012106890 и полезную модель №2012106886, общим объемом 3,2 печатных листа.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, 12 приложений и списка использованных источников из 106 наименований. Основной текст диссертации содержит 135 страниц текста, включает 12 таблиц и рисунка.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и конкретные задачи исследований.
Сформулированы научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации результатов научного исследования и публикациях по теме диссертации.
ния о полиморфизме полимерных материалов и жесткоэластических полимерных материалах, рассматриваются модели деформации жесткоэластических полимеров. Экспериментальному исследованию подвергались пленки из полипропилена в состоянии, получаемом ориентационной кристаллизацией с охлаждением полимера на термостатированном барабане и последующем отжиге полученного полуфабриката. В процессе получения в материале закладывается структура из параллельных рядов ламелей, ориентированных перпендикулярно направлению фильерной вытяжки, которые разделены прослойками аморфного полимера. Приведен обзор методов исследования надмолекулярной структуры полимеров. Рассмотрены способы защиты полиграфической продукции от фальсификации. В последнем подразделе главы 1 рассмотрено оборудование для горячего блинтового тиснения, которое может найти применение для маркировки жесткоэластического полипропилена.
В главе 2 описаны объекты, аппаратура и методы исследования.
Показана методическая новизна работы, конструкция оригинальной оснастки для определения адгезионных свойств запечатываемых материалов, методы скрытой маркировки, созданные в ходе данной работы.
Основным объектом исследования является полипропиленовая пленка, полученная методом плоскощелевой экструзии расплава при температуре 200С изотактического полипропилена Caplen марки 020 в ООО НПП Уфим в режиме ускоренной пятикратной фильерной вытяжки с охлаждением на термостатированном стальном цилиндре при температуре 95С. После охлаждения производился изометрический отжиг пленки в течение 10 часов при температуре 150ОС.
Выбранная нами в качестве объекта исследования полипропиленовая пленка является жестким эластиком. Жесткий эластик - полимер, который имеет наряду с высоким модулем упругости при растяжении (более 1 ГПа) значительную величину обратимой деформации даже при большом удлинении (более 100%), что приближает его свойства к свойствам эластомеров.
Рисунок 1 - Семейство деформационных кривых жесткоэластического полипропилена. 1 - растяжение образца до разрыва; 2, 3, 4 - растяжение образцов до 40, 75 и 160% соответственно, с последующим восстановлением исходных размеров На рисунке 1 показано семейство деформационных кривых, наглядно иллюстрирующее эффект жесткоэластичности. При снятии нагрузки после растяжения до 40, 70 и 160% пленка эластично сокращается с небольшим остаточным удлинением (2, 4 и 10% соответственно).
Оценка деформационно-прочностных свойств и усилия расслаивания дублированных материалов производилась на безынерционной разрывной машине РМ-50. Изучение морфологии поверхности осуществлялось с помощью высокоразрешающего автоэмисионного сканирующего электронного микроскопа JSM 7500F.
Исследование влияние теплового воздействия в процессе маркировки на температуру плавления и степень кристалличности жесткоэластического полипропилена производилось на дифференциальном сканирующем калориметре DSC 204 F1 Phoenix. Исследования оптических свойств пленок жесткоэластического полипропилена осуществлялось в Центре фотохимии РАН на спектрофотометре Agilent 8453.
Тепловая модификация жесткоэластического полипропилена и исследование процесса сварки производилась на двух устройствах - на термоимпульсном нагревателе Impulse Sealer PFS-200 и термоконтактном лабораторном устройстве для моделирования процесса сварки HSE-компании RDM Test Equipment.
В университете печати на кафедре материаловедения были впервые разработаны методики маркировки жесткоэластического полипропилен скрытых меток, найден эффект многократного проявления скрытых меток при растяжении и сокращении материала.
Глава 3 посвящена обсуждению результатов.
В диссертационной работе рассмотрены научные и методологические основы процесса скрытой маркировки жесткоэластического полипропилена. Защита упаковки с применением этого процесса основана на изменении оптических свойств пленки при растяжении и снятии нагрузки. При определенном растяжении пленка становится молочно белой, а при дальнейшем растяжении вновь превращается в прозрачную. При снятии напряжения картина повторяется в обратном порядке. Изменения оптических свойств исходной и маркированной пленки происходит в диапазоне растяжений от 5 до 40 %.
На кафедре материаловедения при участии автора открыты и частично запатентованы несколько способов получения скрытых меток различных видов. Можно предложить следующую классификацию способов осуществления процесса модификации жесткоэластического полипропилена для защиты упаковки:
Первая группа - тепловые способы, основанные на локальном воздействии на полимер повышенной температуры и давления. В процессе маркировки пленки жесткоэластического полипропилена тепловыми способами меняется структура полимера, что вызывает изменения в динамике процесса побеления при растяжении в модифицированных участках. При визуализации данного типа меток растягивается весь материал, а знаки белого цвета проявляются в местах модификации полимера и затем, при дальнейшем растяжении, исчезают.
В диссертации рассмотрено три вида таких способов.
1) Воздействие термоимпульсного нагревателя либо термостабилизированного контактного нагревателя с плоским профилем нагревательных элементов. При этом получаются одиночные полосы (рис. 2 а).
2) Воздействие термостабилизированного контактного нагревателя с пилообразным профилем соприкасающихся поверхностей нагревательных элементов. Скрытая метка имеет вид множественных полос (рис. 2 б).
3) Воздействие нагревателем с плоским профилем нагревательных элементов при разности температур между нагревательными элементами от 50ОС. Полученный вид метки получил условное название зебра (рис.
2 в).
Рисунок 2 - Метки, нанесенные тепловыми способами: одиночные полосы при растяжении а - 10%, б - 20%, множественные полосы при растяжении 10% и зебра при растяжении г - 10%, д - 20% и е -35% Ко второй группе способов скрытой маркировки относятся физико-механические. При этом различными физическими приемами ограничивается способность к растяжению заданных интервалов пленочного ярлыка, поэтому при растяжении материал деформируется и белеет только в конкретных, изначально запланированных зонах.
Предложено три основных вида физико-механической маркировки.
1) Нанесение жесткого покрытия на отдельные интервалы.
Растягивается и белеет пленка только в зонах без покрытия.
2) Создание в материале вокруг планируемых скрытых меток концентраторов напряжения, например локальных сужений ярлыка, которые при приложении нагрузки деформируются и белеют в первую очередь.
3) Предварительная проработка зон планируемых знаков (многократное растяжение и сокращение до 40%). Данные метки имеют малый срок жизни.
В пунктах 3.1.1-3.1.3 рассмотрены деформационно-прочностные свойства жесткоэластического полипропилена и его участков, подвергшихся маркировке, приведены диаграммы растяжения и сокращения пленок с постоянной скоростью, характеризующие жесткоэластические свойства полимера и изменение механических свойств полимера при нанесении скрытых меток, проявление эффекта Патрикеева-Маллинза в данном полимере. Установлено, что процесс тепловой маркировки не снижает деформационно-прочностных характеристик полимера. Следовательно, в процессе использования жесткоэластического полипропилена участки со скрытыми метками не будут являться дополнительными концентраторами напряжения и снижать прочность защитного элемента. Эластичность пленки (остаточная деформация 2% при первом растяжении до 40%, при дальнейших циклах растяжения не накапливается) позволит проверить подлинность защитного элемента множество раз.
В подразделе 3.2. диссертационной работы проводилось исследование методологических основ процесса нанесения скрытой метки на пленки из жесткоэластического полипропилена тепловыми способами.
Основными параметрами процесса скрытой маркировки при использовании термоимпульсных устройств являются время импульса тока tимп, мощность импульса P и время охлаждения материала под давлением t.
Основными параметрами процесса скрытой маркировки при использовании термоконтактных нагревателей, например устройств для горячего блинтового тиснения являются температура модификации T, давление в зоне модификации p и время модификации t. Выдержки под давлением в охлажденном состоянии здесь не требуется. При создании меток вида зебра также необходимо создание градиента теплового поля, то есть обеспечение перепада температур T между нагревательными элементами.
В пунктах 3.2.1. - 3.2.3. найдено оптимальное сочетание параметров для каждого вида скрытых меток, полученных тепловыми способами. Оптимальные режимы показаны в таблице 1. В таблице указано, какой вид меток можно получать на различном по степени автоматизации полиграфическом послепечатном оборудовании исходя из длительности необходимого воздействия на материал.
Скрытые метки можно получать, например, на специализированном послепечатном оборудовании для блинтового тиснения или тиснения фольгой (без применения фольгового аппарата) тигельного, плоскопечатного или рулонного типа, а также в секциях горячего тиснения офсетных, флексографских или трафаретных печатных машин.
Таблица 1 - Оптимальные параметры процесса маркировки пленок тепловыми способами Оптимальные параметры Вид метки tимп= P = Одиночная импульс* ручное*** = 0,4 с =300В 20 полоса t = 20 c т контакт** полуавтомат**** 150 483 1 Множест- автомат***** 195 214 0,1 венные контакт полуавтомат 150 483 1 полосы контакт ручное 170 7,8 30 Зебра автомат 180 483 0,02 1контакт полуавтомат 160 414 1 1*) термоимульсный способ нанесения **) термоконтактный способ нанесения ***) производительность до 100 циклов/ч ****) производительность до 625 циклов/ч *****) производительность до 5000 циклов/ч О опт опт О с опт Т, С p, КПа Тип Способ Название Давление прижима Время прижима t, Температура Т, С Перепад температур, воздействия оборудования Выбор вида скрытой метки зависит от вида упаковки и предпочтений дизайнера упаковки и этикетки.
В пункте 3.2.4. произведено изучение теплофизических свойств пленок жесткоэластического полипропилена до и после маркировки, а также физическое моделирование процесса маркировки способами локальной тепловой модификации. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) получены кривые, характеризующие явления, происходящие в процессе тепловой модификации жесткоэластического полипропилена при различных температурах модификации.
На рисунке 3 приведены диаграммы, отображающие процесс плавления образцов, подвергнутых тепловому воздействию при температурах, близких к оптимальным условиям скрытой маркировки.
Рисунок 3 - Кривые ДСК первого плавления исходного и модифицированных образцов жесткоэластического полипропилена.
1- исходный образец; образцы, предварительно нагретые до температуры:
2 - 150 ОС, 3 - 155 ОС, 4 - 160 ОС, 5 - 165 ОС, 6 - 220 ОС Видно, что при температурах маркировки (до 165ОС) в пленке происходят существенные рекристаллизационные процессы.
На рисунке 4 приведены зависимости степени кристалличности, температуры плавления и энтальпии плавления от температуры термостатирования.
Полученные графики наглядно демонстрируют наличие температурного интервала ускоренной докристаллизации жесткоэластического полипропилена. Увеличение степени кристалличности с повышением температуры, по-видимому, обусловлено тем, что при нагревании образцов пленки до температуры модификации часть кристаллов полимера, являющихся, скорее всего, мелкими и дефектными, плавится, а затем в условиях термостатирования и при охлаждении происходит образование кристаллитов увеличенных размеров с более совершенной структурой, которые имеют более высокую температуру плавления, нежели расплавившиеся. Структура становится менее дефектной (меньше аморфных включений), что отражается в значительном увеличении степени кристалличности полимера, которая повышается с 621% до 721,5%.
Рисунок 4 - Изменение степени кристалличности (1), температуры плавления Тпл (2) и энтальпии плавления Hпл ( 3) жесткоэластического полипропилена после предварительного его темостатирования в ячейке ДСК при различных температурах термостатирования Тт В пункте 3.2.5. количественно описаны оптические эффекты, возникающие при растяжении и сокращении жесткоэластического полипропилена после его модификации (рис. 5).
При растяжении пленка становится молочно-белой, при дальнейшем растяжении вновь превращается в прозрачную. Данный эффект связан с раскрытием в материале пор и изменением их размеров при растяжении и сокращении пленки. По формуле Вебера и результатам оценки изменения коэффициента пропускания пленки при растяжении выяснено, что наиболее вероятный размер пор в полипропилене при максимальном рассеянии света (визуально это отражается в побелении) составляет до 600 мкм, что подтверждается данными сканирующей электронной микроскопии.
Рисунок 5 - Изменение оптической плотности пленки на просвет при растяжении.
1 - растяжение образца без метки(1) и в области метки (2), вне метки(3) По нашим наблюдениям, пленка выглядит молочно-белой при оптической плотности на графике от 2 единиц оптической плотности.
Следовательно, по данным рисунка 5 можно предложить следующую схему визуализации скрытой метки при растяжении пленки (рис. 6). Для проявления скрытого изображения метки необходимо растянуть пленку на 105%, для наблюдения негативного изображения - на 335%, для того, чтобы растянутая пленка стала полностью однородно прозрачной - более чем на 40%. Материал без метки нужно растянуть до относительного удлинения от 157% для того, чтобы образец побелел.
Рисунок 6 - Изменение прозрачности образца пленки.
1 - образец в исходном состоянии, 2 - растяжение 5-15%, 3 - растяжение 27-37%, 4 - растяжение более 40%,5 - зона скрытой метки В подразделе 3.3. проведено исследование возможности создания защитных меток второй группой способов (физико-механической модификацией).
Основным из физико-механических способов создания скрытых меток является локальное нанесение покрытия из прозрачного полимера, обладающего более высокой жесткостью, чем жесткоэластический полипропилен (начальный модуль упругости от 2 ГПа). При этом важна высокая адгезия покрытия к материалу, для того чтобы при растяжении не происходило отслаивания покрытия. При растяжении пленки, локально дублированной жестким материалом, растягиваются и белеют только те участки, которые не несут покрытия (рис. 7).
а) 1 б) Рисунок 7 - Растяжение образца жесткоэластического полипропилена с локально нанеснным слоем поливинилового спирта.
1 - участки пленки с покрытием, 2 - участки без покрытия.
а) нерастянутый образец, б) образец, растянутый на 20% В ходе поисковых экспериментов был выбран полимер - поливиниловый спирт, который можно использовать в качестве жесткого покрытия, ограничивающего растяжение жесткоэластического полипропилена в заранее заданных интервалах. Рассмотрены деформационно-прочностные и адгезионные свойства дублированных материалов на основе жесткоэластического полипропилена с покрытием из поливинилового спирта, предназначенные для защиты полиграфической продукции, по результатам исследования выбрана марка поливинилового спирта - 18/11, дублированный материал с покрытием из которой обладает оптимальным сочетанием прочностных свойств и межслойной адгезии. На рисунке 7 показан процесс деформации образца, полученного способом локального лакирования поливиниловым спиртом.
В подразделе 3.4 сформулированы выводы и рекомендации по результатам исследований, представленных в подразделах 3.2 и 3.3.
Приведены оптимальные параметры процесса скрытой маркировки тепловыми способами (табл. 1), предложен алгоритм процесса получения защитного ярлыка из жесткоэластического полипропилена для защиты упаковки с участием процессов тепловой маркировки и физикомеханической модификации путем нанесения более жесткого покрытия (рис. 8).
Получение пленки жесткоэластического полипропилена (вне полиграфического предприятия) Тепловая маркировка Обработка поверхности ( горячее блинтовое тиснение) (коронным или тлеющим разрядом) Физико-механическая Высечка и удаление облоя модификация (выборочное лакирование) Однократное растяжение до 40% Высечка и удаление облоя Соединение с упаковкой (сварка или склеивание) Многократная проверка подлинности (вручную ОТК на производстве, затем покупателем) Рисунок 8 - Алгоритм получения защитного ярлыка из жесткоэластического полипропилена для защиты упаковки от подделки Стадия однократного растяжения не является обязательной и производится для стабилизации эффекта и продления срока службы метки. После стадии маркировки возможно также нанесение печатного изображения после дополнительной модификации поверхности коронным или тлеющим разрядом для тепловой маркировки и печать штрихкода или иного изображения после нанесения слоя поливинилового спирта во втором варианте.
Выбор вида скрытой метки зависит от вида упаковки и предпочтений дизайнера упаковки и этикетки. Например, для защиты упаковки с помощью искаженного линейного штрихкода, рекомендуется использовать защитные метки с нанесением жесткого покрытия, для детской и сувенирной продукции предпочтительно использовать метки типа зебра и так далее.
В разделе 3.5 приведены примеры возможного использования пленок жесткоэластического полипропилена со скрытыми метками в производстве защитных элементов интеллектуальной упаковки.
В заключении сформулированы основные результаты работы, делается вывод об их соответствии поставленной цели и задачам исследования.
Применение результатов диссертационной работы в производстве полиграфической продукции Основная область применения результатов диссертационной работы - маркировка упаковки с целью защиты ее от подделок, которые могут быть включены в полиграфический цикл печати и отделки упаковки. Прикрепляться такие ярлычки, в случае упаковки из полипропилена, могут сваркой, к картонной же упаковке приклеиваться с помощью клея.
В диссертационной работе предлагается несколько вариантов защиты полиграфической продукции с помощью уникальных оптических эффектов, обнаруженных на жесткоэластическом полипропилене. Все способы защиты предполагают одну процедуру проверки подлинности - растяжение защитного элемента, например ярлыка, на котором проявляется и исчезает скрытая метка, видимая невооруженным глазом.
Многократность такой проверки обеспечивается эластичностью жесткоэластического полипропилена - низким значением остаточной деформации (около 2% при растяжении пленки на 40% при первом цикле растяжения, при дальнейшем циклическом растяжении остаточная деформация не накапливается).
Защитный элемент может приклеиваться к картонной упаковке термоклеем, а к полимерной - привариваться. В пункте 3.5.рассмотрены различные варианты сварных швов и оптимальный режим сварки материала.
Для того чтобы покупателю было проще и удобнее проверить подлинность защитного элемента, на упаковке необходимо напечатать краткую инструкцию по необходимым действиям. Одним из вариантов простого донесения информации, является простановка меток на упаковке, до которых потребителю необходимо дотянуть пленку, и написание рядом с этими метками текста потянуть до этой метки, переклей сюда, или подобных в дополнение к основной краткой инструкции.
Первый способ защиты полиграфической продукции - применение ярлыков из жесткоэластического полипропилена без модификации. Для проверки подлинности покупателю необходимо потянуть ярлычок до указанной метки. На рисунке 9 а изображена коробка, которая имеет окошечко закрытое пленкой, сквозь которую на внутренней поверхности крышки коробки можно прочесть текст. Пленка в виде ленты проложена под крышкой коробки и образует на свободном конце, выходящем за ее пределы с правого края, ярлык в форме стрелки. Покупатель может потянуть за конец пленки в направлении стрелки и NOT исчезнет, так как плнка помутнеет и закроет собой напечатанный текст, будет виден только текст Product tested. В реализации данного способа защиты необходимо соблюдение расстояния от растягиваемой пленки до текста от 20 мм и сочетания цветов текста и фона. Другой вариант такой защиты (рис.9 б) предусматривает фигурное отверстие, например, в виде силуэта лошади в крышке коробки или верхнем слое защитного элемента. При растяжении ярлычка пленка белеет, и становится видно изображение.
При дальнейшем растяжении изображение снова исчезает.
Рисунок 9 - Схемы проверки подлинности упаковки с использованием ярлыка из немодифицированного жесткоэластического полипропилена.
а) перекрытие нежелательной информации, б) визуализация желательной Второй способ защиты предполагает использование скрытых меток, нанесенных различными тепловыми способами. Здесь также возможно несколько вариантов защиты. Например, использование ярлыка с планарным концентратором напряжения (рис. 10 а). При растяжении ярлыка до указанной метки на нем проявляются защитные метки, при дальнейшем растяжение - негативное изображение исходной метки, и наконец, при растяжении около 40% ярлык вновь становится прозрачным. Также возможно использование метода с фигурным отверстием, при растяжении ярлыка в этом случае наблюдается полосатая или иная структура, которая видна только в отверстие (рис. б). Данный тип защиты особенно выгодно смотрится с метками типа зебра, и подходит для детской или сувенирной продукции.
Рисунок 10 - Схемы проверки подлинности упаковки с использованием ярлыка из модифицированного тепловыми методами жесткоэластического полипропилена.
а) этикетка с планарным концентратором, б) упаковка с отверстием в крышке. 1 - первая зона фиксация язычка; 2 - вторая зона; 3 - самоклеящаяся часть; 4 - планарный концентратор напряжения; 5 - проявляющиеся и исчезающие при растяжении скрытые метки Предлагается также комбинировать защиту с использованием оптических свойств и защиту с помощью предварительно искаженного при печати штрихового кода. Для этого лучше всего применять жесткоэластический материал, локально дублированный жестким материалом, например, слоем поливинилового спирта. При допечатной подготовке необходимо уменьшить один или несколько пробелов, которые затем при нанесении слоя поливинилового спирта остаются свободными, вследствие чего растягиваются в первую очередь (рис. 11).
Запечатывается также весь штрихкод, только растягивающиеся пробелы остаются с участками прозрачной пленки. Это обеспечивает дополнительную защиту от подделки, так как коды с прозрачными пробелами не считываются. Потребитель может поднести упаковку с таким штрихкодом к сканеру, имеющемуся в любом торговом зале. На подлинной упаковке штрих-код в нерастянутом состоянии не считается.
Рисунок 11 - Схема проверки подлинности ярлыка из жесткоэластического полипропилена с искаженным линейным штрихкодом Потянув ярлычок до метки, указанной на упаковке, покупатель может повторно поднести упаковку к сканеру. Теперь штрихкод считывается, так как искаженные пробелы приобрели необходимые размеры и белый цвет.
В диссертационной работе предложено несколько вариантов конструкции защиты ярлыков от отрыва, например, запатентована конструкция двухслойного ярлыка, предполагающая наличие пленочного дублирующего элемента с заложенной складкой, который при растяжении основного маркированного элемента до необходимого для проявления скрытой метки удлинения, натягивается и препятствует дальнейшему растяжению и отрыву маркированной пленки (рис. 12).
Рисунок 12 - Схема функционирования многослойного ярлыка (для растяжения пленки с меткой на 10%).
1 - защитный элемент с меткой, 2 - дублирующий элемент со складкой, 3 - запечатываемый материал упаковки. К - длина многослойного ярлыка в растянутом состоянии; L - длина многослойного ярлыка в нерастянутом состоянии; l - длина складки в сложенном состоянии Защита этикетки с помощью оптических эффектов модифицированного жесткоэластического полипропилена является простой, экономичной и удобной для потребителя. Нанесение скрытых меток может производиться как на имеющемся послепечатном оборудовании, например на позолотных прессах или в секциях горячего тиснения флексографских, офсетных или трафаретных печатных машин.
В качестве материала применяется недорогой крупнотоннажный полимер, нанесение знаков не является сложным дорогостоящим процессом. Потребитель с легкостью может проверить подлинность упаковки, потянув за ярлычок, для этого не нужны специальные навыки и приспособления. Такие способы защиты от фальсификации позволят предотвратить подделку продукта и обеспечат получение информации о продукте самим потребителем не отходя от кассы.
Выводы 1. Разработан алгоритм процесса оптико-механической маркировки бесцветных прозрачных полимерных пленок с многократным воспроизведением информации, предназначенный для защиты упаковки от фальсификации, включающий использование послепечатного оборудования для термомеханического воздействия или избирательного нанесения жесткого покрытия на защитную деталь упаковки из пленки с особой технологической наследственностью и локальное деформирование.
2. Показана возможность осуществления процесса маркировки элементов упаковки из жесткоэластического полипропилена с использованием послепечатного полиграфического оборудования с минимальной модификацией. Для маркировки могут быть использованы, например, устройства для блинтового тиснения, секции тиснения печатных машин различного типа, сварочные аппараты современных фасовочно-упаковочных аппаратов и другие устройства.
3. Предложена классификация способов осуществления процесса получения скрытых меток для защиты полиграфической продукции с применением оптических эффектов, возникающих в пленках жесткоэластического полипропилена, по признакам физического воздействия на пленку и используемого оборудования.
4. Определены оптимальные параметры процесса осуществления скрытой маркировки различными тепловыми способами.
Рекомендованы вспомогательные материалы для нанесения скрытых меток методами локального ограничения способности к растяжению.
5. Разработаны новые методы защиты от фальсификации и способы проверки подлинности полиграфической продукции массового потребления, на примере пленочных этикеток и ярлыков из жесткоэластического полипропилена с использованием оптических эффектов и искаженного при допечатной подготовке линейного штрихового кода.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
Публикации в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК:
1. Кондратов А.П., Дрыга М.А., Хурса В.И. Полиолефиновые пленки с водяным знаком для защищенной полиграфии// Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела - 2010 г. - №4, С. -50.
2. М. А. Дрыга, А. П. Митряшкин. Совершенствование экспериментальной методики измерения адгезионной прочности клеевого соединения листовых материалов / // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011 г. - № - С. 60-66.
3. Кондратов А.П., Дрыга М.А. Управление прозрачностью наномодифицированной полипропиленовой пленки при защитной маркировке деталей упаковки// Известия ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела - 2012 г. - №1 - С. 17-25.
Другие публикации:
4. E. Anokhina, M. Dryga, A. Kondratov, E. Bablyuk. Polymer films with watermark for protected printing production//IARIGAI. Advances in printing and media technology, vol. XXXVIII, 2001, Р. 285-291.
5. Дрыга М. А. Пленки с водяным знаком для защищенной полиграфии // СПб. тез. докл. на международной конференции PRINT2011. - СПБ, 2011. - С. 126.
6. Дрыга М. А. Наномодифицированный полимерный пленочный материал для защиты этикетки и иной полиграфической продукции от подделки// Минск, тезисы докладов 76 научно-технической конференции БГТУ - Минск, 2012. - С. 49.
Свидетельства о государственной регистрации патентов:
7. Кондратов А.П., Божко Н.Н., Баблюк Е.Б., Дрыга М.А., Ерофеева А.В Способ оценки прочности соединения трафаретных красок и покрытий с запечатываемыми материалами, Патент РФ № 2390004/ заявитель и правообладатель ГОУ ВПО МГУП. - заявка № 2009109121/28 13.03.2009, опубл. 20.05.2010 Бюлл № 22.. - 5 с: ил.
8. Кондратов А.П,, Баблюк Е.Б., Дрыга М.А., Патент РФ на полезную модель № 98354. Нанодисперсный пленочный полимерный материал для защищенной полиграфии с "водяным знаком.ГОУ ВПО МГУП. - зарегистр. 13.03.2009. - 5 с : ил.
9. Кондратов А.П, Дрыга М.А., Варенова А.С. Пленочный элемент для идентификации и защиты упаковки товаров массового потребления от подделки. Заявка на патент РФ на полезную модель №2012106886 от 27.02.2012 г.
10. Кондратов А.П., Дрыга М.А. Тайнопись и многократное негативно-позитивное считывание информации на бесцветных прозрачных полимерных пленках. Заявка на патент РФ на полезную модель №2012106890 от 27.02.2012 г.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям