So beseitigen Sie statische Elektrizität im Verpackungsdruck

Bekanntlich sind die im Verpackungs- und Druckgewerbe verwendeten Materialien wie Papier, Kunststoff, Farbe, Klebstoffe und Führungswalzen (von denen einige eloxiert sind und Aluminiumoxid bilden) Isolatoren. Die Prozesse Drucken, Kaschieren, Aufwickeln und Schneiden sind Hochgeschwindigkeitsvorgänge mit Reibung, Kontakt und Trennung, im Wesentlichen Oberflächentechnik. Die Entstehung statischer Elektrizität in Verpackungs- und Druckereibetrieben hängt hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung, der Molekülstruktur, den mechanischen Eigenschaften, der Glätte und den elektrischen Eigenschaften der Isoliermaterialien ab, ebenso von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und äußeren mechanischen Einwirkungen wie Anpressdruck und Geschwindigkeit der Reibungstrennung. Die Folienart, die Kontaktmethode, die Kontaktzeit, die Kontaktfläche und die Trennungsgeschwindigkeit beeinflussen die Dauer der statischen Entladung und die erzeugte Spannung.

1. Die Gefahren statischer Elektrizität

Wenn Papier statisch aufgeladen wird, bringt dies zahlreiche Herausforderungen für den Druck mit sich. Zunächst bewirkt die statische Aufladung, dass Papierbögen fest aneinander haften und sich schwer sauber trennen lassen. Während des Druckprozesses führt die statische Anziehung dazu, dass einzelne Bögen fest zusammenkleben, manchmal zu zweit, zu dritt oder sogar als Stapel, sodass der Anleger die Bögen schwer aufnehmen kann, was die Druckeffizienz stark beeinträchtigt. Beim Farbdruck auf Kunststoffmaterialien kann statische Entladung zu Problemen wie gezacktem Farbüberlauf an den Rändern der Drucke, verstärkter Passerverschiebung und anderen Druckfehlern führen. Statische Aufladung der Farbe kann auch zu Fehlern wie Lichtraster oder fehlendem Druck führen. Kunststofffolien und Farben ziehen Staub, Haare und andere Verunreinigungen aus der Umgebung an, was zu Problemen wie Messerstreifen führt. Bei Prozessen wie Aufwickeln, Schneiden und Beutelherstellung kann statische Entladung Geräte wie das optische Korrektursystem und elektromagnetische Steuerungssysteme beschädigen.

2. Methoden zur Beseitigung statischer Elektrizität

Je nach Produktionsbedingungen, dem vorgesehenen Verwendungszweck der Verpackungsmaterialien (welches Produkt verpackt wird) und den Anforderungen der Kunden an die Nutzung sind unterschiedliche Antistatik-Techniken anzuwenden. Häufige Antistatik-Techniken sind:

2.1 Physikalisches Beseitigungsverfahren
Das physikalische Verfahren beseitigt statische Aufladung, ohne die Materialeigenschaften zu verändern, indem es die inhärenten Eigenschaften der Statik nutzt. Eine solche Methode ist das Erdungsverfahren, bei dem eine Statikentladungsbürste installiert wird. Der Bürstenkörper wird an der Wickel- oder Abwickelstelle von Papier- oder Kunststoffmaterialien angebracht, und das Erdungsende der Statikbürste muss zuverlässig geerdet sein, nicht an Geräten oder Walzen angeschlossen, die möglicherweise nicht ordnungsgemäß geerdet sind. Einige Walzen sind eloxiert, wodurch Aluminiumoxid entsteht, das nicht leitfähig ist.

2.2 Chemisches Beseitigungsverfahren
Die chemische Statikbeseitigung, auch Antistatikmittel-Behandlung genannt, besteht darin, Antistatikmittel (Tenside) zuzusetzen oder aufzutragen, um die elektrischen Eigenschaften von Harzen oder Substraten zu verändern. Dieses Verfahren ist gründlicher und wirksamer, kann jedoch die chemische Zusammensetzung der Materialien verändern. Daher ist diese Technik für die Behandlung von Papier ungeeignet, wird aber häufig zur Modifizierung von Kunststoffharzen eingesetzt.

Bei der Anwendung dieser Technik für die Verpackung von Lebensmitteln, Arzneimitteln, Kosmetika und chemischen Produkten ist besondere Sorgfalt geboten, wobei Faktoren wie Sicherheit, Hygiene und Verträglichkeit mit dem Basisharz zu berücksichtigen sind. Verpackungsmaterialien mit antistatischen Eigenschaften verhindern verschiedene durch Statik verursachte Qualitätsprobleme und verbessern die Verpackungseffizienz und gewährleisten die Siegelstärke, was die Zustimmung der Kunden findet.

2.2.1 Additiv-Behandlungstechnik
Dieses Verfahren, auch Masterbatch-Technik genannt, besteht darin, Antistatikmittel in bestimmten Konzentrationen (von einigen Prozent bis zu mehreren zehn Prozent) mit thermoplastischen Harzen und verschiedenen Additiven zu mischen. Die Mischung wird dann geschmolzen, compoundiert und granuliert, um antistatische Masterbatches herzustellen. Bei der Auswahl der Antistatikmittel ist deren Verträglichkeit mit dem Basisharz zu berücksichtigen. Geringe Verträglichkeit führt zu schlechter Leistung der antistatischen Partikel, während übermäßige Verträglichkeit die Wanderung des Antistatikmittels an die Oberfläche verlangsamt, wodurch sich ein antistatischer Wasserfilm schwer bilden lässt. Bei der Schmelze, Compoundierung und Granulierung ist die Auswahl eines Harzes wichtig, das mit dem Basisharz des Produkts identisch ist. Es ist darauf zu achten, niedrige Verarbeitungstemperaturen einzuhalten, um eine Zersetzung oder Verschlechterung des Antistatikmittels aufgrund schlechter thermischer Stabilität zu verhindern. Bei der Herstellung antistatischer Kunststofffolien wird häufig das dreischichtige (ABC) Co-Extrusions-Blasfolienverfahren eingesetzt. Der Anteil des antistatischen Masterbatchs ist entsprechend der Konzentration des Wirkstoffs und anhand von Testergebnissen anzupassen, wobei sicherzustellen ist, dass der Oberflächenwiderstand (ps) etwa 10^11 Ω beträgt. Eine übermäßige Zugabe erhöht die Produktionskosten und kann die nachfolgende Verarbeitung beeinträchtigen.

2.2.2 Beschichtungsbehandlungstechnik
Die Technik der Antistatikmittel-Beschichtung besteht darin, ionische Tenside als antistatische Beschichtungen auf die Oberfläche von Kunststofffolien aufzubringen, um Ladungsansammlung zu verhindern. Die Auswahl der Beschichtungs-Antistatikmittel hängt von der Austrittsarbeit des zu beschichtenden Substrats ab. Ist die Austrittsarbeit des Kunststoffmaterials groß, neigt es zu negativer Ladung; ist sie klein, neigt es zu positiver Ladung. Unter den gängigen Kunststoffen wurde die Reihenfolge der Austrittsarbeit von groß nach klein bereits erläutert, wobei PP und PE zu negativen Ladungen neigen, sodass kationische Tenside für die Beschichtung besser geeignet sind. PET und PA neigen zu positiven Ladungen, sodass anionische Tenside besser geeignet sind. Die Oberfläche der Kunststofffolie sollte eine Benetzungsspannung von mehr als 38 dyn/cm aufweisen. Die antistatische Beschichtung sollte gute Filmbildungseigenschaften haben, beständig gegen Reibung und chemische Korrosion sein und lang anhaltende Wirkung bieten.

3. Messung und Prüfung statischer Elektrizität

In Verpackungsdruckereien umfasst die Statikmessung hauptsächlich die Bestimmung der Spannung der angesammelten Ladung auf Verpackungsmaterialien mit einem Elektrostatik-Voltmeter. Es wird empfohlen, zuerst den maximalen Messbereich zu wählen und diesen dann schrittweise zu verringern. Für die Prüfung des Oberflächenwiderstands von Verpackungsmaterialien ist die Norm GB/1410-89 Test Methods for Volume and Surface Resistivity of Solid Insulating Materials zu befolgen. Die Prüfung ist unter festgelegten Umgebungsbedingungen von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit durchzuführen. Wenn der Oberflächenwiderstand von Verpackungsmaterialien im Bereich von 10^9 Ω bis 10^12 Ω liegt, hat das Material antistatische Eigenschaften.