Цветопеременные эффекты при печати триадными красками на многослойной упаковке из прозрачной пленки полипропилена

Очевидна необходимость повышения качества и привлекательности полимерной упаковки товаров в условиях конкуренции отечественных и зарубежных производителей. Новые возможности в этом открываются с появлением новых запечатываемых материалов, обладающих особыми механическими и оптическими свойствами. В связи с этим весьма актуальным являются изучение и реализация новых цветовых решений при печати полупрозрачными триад-ными красками на новых пленочных материалах с эффектом плеохроизма.

Многоцветная маркировка товаров обеспечивает безопасность потребителя и, что не менее важно, защиту материальных и репутационных интересов предприятий производителей продукции [1–3]. Многоцветные оптические метки на этикетках и ярлыках видны невооруженным глазом и способствуют быстрой и надежной идентификации упакованного продукта или изделия [4].

В странах с передовой технологией производства и переработки синтетических полимеров в США и КНР [5,6] разработаны запатентованные пленочные материалы и покрытия, характеризующиеся яркими, изменяющимися в зависимости от угла обзора цветами. Изменения или размытия цвета объектов в зависимости от угла зрения наиболее часто используются для создания светового сигнала человеку об опасности и оперативного извещения о чем-либо (например, наружная реклама и световой сигнал на дороге, меняющий цвет при обзоре из движущегося автомобиля), а также упаковочном производстве и дизайне объектов различного назначения. В случае косого угла образец пленки показывает желто-зеленый, пока есть бумага, а без бумаги желтый. Пример запатентованного цветного материала, показанный в таблице, иллюстрирует различие цветов отпечатка, изготовленного на прозрачной пленке в зависимости от того, есть ли под ним белая бумага или нет (таблица 1).

Таблица 1.

Цвета пленочных полимерных покрытий

Table 1.

Colors of polymer film coatings

Образец | Sample	Подложка (бумага) | Substrate (Paper)	Цвет при вертикальном падении (90о) | Color under vertical illumination (90о)	Цвет в обзоре под углом (30о) | Color at angled view (30о)
1	Нет | No	Насыщенно-красный | Deep red	Желтый | Yellow
2	Да | Yes	Насыщенно-красный | Deep red	Зелено-желтый | Green-уеllоw
3	Нет | No	Желтый | Yellow	Прозрачный | Тrаnsраrеnt
4	Да | Yes	Желтый | Yellow	Фиолетово-белый | Violet-whitе

-40  -20   0    20   40   60   80   100

a*

Рисунок 1. Координаты цвета пленок в зависимости от угла зрения [5]

Figure 1. Color coordinates of films depending on the viewing angle [5]

Для изготовления таких многослойных оптически активных пленок методом совместной экструзии используют различные полимерные материалы. Особый интерес представляют двулу-чепреломляющие полимеры, запатентованные под названием «Модифицированные сополи-эфиры и улучшенные многослойные отражающие пленки» [7]. Существует несколько условий, которые должны быть выполнены для изготовления многослойных оптических пленок. Во-первых, эти пленки должны состоять из двух или более различных полимеров. Во-вторых, один из полимеров, образующих слоистый материал, называемый «первым полимером», должен иметь наибольшее абсолютное значение оптического коэффициента механического напряжения и способен развивать двулучепреломление при растяжении. В-третьих, первый полимер должен быть способен сохранять двупреломление после ориентационной вытяжки, так как его оптические свойства придаются многослойной пленке. В-четвертых, другой полимер, называемый «вторым полимером», должен быть выбран таким образом, чтобы в готовой многослойной пленке его показатель преломления значительно отличался от показателя преломления первого полимера [8,9].

Цель – определение условий получения и измерение параметров цветопеременного эффекта в проходящем поляризованном свете при струйной печати триадными красками на пленочных материалах с эффектом плеохроизма.

Материалы и методы

Многослойные пленки полипропилена имеют в поляризованном свете различную окраску, определяющуюся числом и толщиной слоев. Координаты цвета в цветовом пространстве

(окраска в проходящем и отраженном поляризованном свете) значительно изменяются при размещении окрашенных материалов внутри прозрачных слоев [10,11]. Для проведения исследования изготовлена модельная стопа Столетова длиной 77 см, шириной 40 см из 13 слоев полипропилена. На исследуемый образец стопы Сто- летова со стороны самого длинного отрезка ленты (№ 1) наносили слои краски пурпурного и желтого цвета различной плотности в форме полосы (рисунок 2 и 3).

Рисунок 2. Схема нанесения краски на многослойную пленку

Figure 2. Order of ink application on a multilayer film

Полосу полупрозрачной краски наносили на пленку методом струйной печати в принтере Epson i3200 с отверждением отпечатка УФ излучением.

Получали полосы краски на пленке с площадью заполнения растрового поля от 10 % до 100 %.

Рисунок 3. Схема укладки пленок в стопе Столетова. 1, 4 – поляризатор; 2 – образец ДОПП пленки со слоем краски; 3 – «n» слой стопы Столетова

Figure 3. Arrangement of films in the Stoletov pile. 1, 4 – polarizer; 2 – BOPP film sample with ink layer;

3 – «n» layer of the Stoletov pile

Фотофиксация производилась следующим образом: оптическая ось объектива проходила через центр объекта, а фокальная плоскость фотокамеры при съемке располагалась параллельно поверхности снимаемого объекта. Р3 – цветовой профиль фотокамеры, ее цветовой охват составлял 45,5 % от видимого человеком.

Обработка фотографий произведена в программе Paint 3D, с последующим переводом цветовых координат из цветового пространства RGB в систему Lab, с помощью конвертера. По полученным данным вычислено цветовое различие ΔΕ [12].

Цветовое различие вычислялось между цветом исходного образца и цветом образца, помещенного под стопу Столетова между двумя поляризаторами. Цветовое различие вычислялось между цветом слоя краски и цветом запечатанной (окрашенной) части пленки (полосы) над каждым фрагментом стопы Столетова, располагаемой между двумя поляризаторами [10].

Результаты и обсуждение

По фотографиям (рисунок 4) в программе Paint 3D определены цветовые характеристики по формуле

№_ab = ^^1?+^^^

где L* – светлота, a* – координаты красно-зеленого оттенка, b* – координаты желто-синего оттенка, согласно цветовому пространству СIЕ1976 L • a • b* [12]. Индексы представляют цветовые значения СIЕLаb двух цветов

Вычислено цветовое различие пленок с оттисками голубого, пурпурного и желтого цветов в обычном потоке света (столбец «0») и пакетов из 1–12 пленок ДОПП (столбцы «1–11») в проходящем потоке поляризованного света.

Проходящий поток поляризованного света получен путем расположения пленочного поляризатора и анализатора под углом 45°, часть данных представлена в таблице 2.

a                                  b                                 c

Рисунок 4. Фото (на просвет) отпечатков плашек краской голубого (a) пурпурного (b) и желтого (c) цветов на многослойной пленке ДОПП (полоса по центру) с плотностью заполнения 50 %. Вид отпечатков в поляризованном свете (1) и при нормальном освещении (2)

Figure 4. Backlit photo of cyan (a), magenta (b), and yellow (c) ink patches on a multilayer BOPP film (central strip) with 50 % fill density. Views under polarized light (1) and normal lighting (2)

Таблица 2.

Вид (фотографии) и координаты цвета оттисков желтой краски на пленке ДОПП с разной долей площади заполнения растрового поля (%)

Table 2.

Appearance (photographs) and color coordinates of yellow ink impressions on BOPP film with filling the halftone dot of the print (%)

Количество слоев | Number of layers
	0	1	]         3         1	4 1	6            1	8               1	9	]       11
		доля площади заполнения 100 % | Filling the halftone dot 100 %
L	65,8	66,3	52,0	53,2	54,9	49,4	51,1	54,2
a	-16,4	-15,7	-12,8	1,0	-17,5	-7,6	-15,5	-15,5
b	48,3	48,3	37,9	42,4	44,9	42,8	43,1	45,4
ΔΕ		0,9	17,6	22,2	11,5	19,4	15,6	11,9
		доля площади заполнения 50 % | Fill			density percentage 50 %
L	84,3	68,5	54,4	60,9	65,5	52,8	62,8	68,7
a	-6,0	8,0	-26,7	-1,5	-4,2	-11,9	-10,8	-4,9
b	16,9	17,5	17,6	22,7	21,5	16,8	25,6	21,5
ΔΕ		21,2	36,4	24,6	19,5	32,0	23,8	16,4
доля площади заполнения 10 % | Filling the halftone dot 10 %
L	84,7	61,2	59,6	60,9	65,5	62,1	62,5	59,2
a	-0,9	7,3	–22,3	0,5	-4,9	-17,5	-0,5	-5,8
b	3,2	5,1	7,4	9,0	8,8	5,0	11,8	9,6
ΔΕ		25,0	33,3	24,6	20,5	28,2	23,8	26,8

В таблице представлены модельные изображения и цветовые характеристики оттисков желтой триадной краски на полипропиленовой пленке с долей площади заполнения растрового поля 10, 50 и 100 % соответственно, полученные путем фотографирования образцов пленки ДОПП, последовательно размещенных между слоев модельной стопы Столетова в проходящем потоке линейно-поляризованного света, и последующем программном анализе изображений. Аналогичным образом были проанализированы оптические свойства многослойных пленок, полученных нанесением пурпурной и голубой красок.

По результатам вычислений построен график зависимости цвета отпечатков с максимальной площадью заполнения растрового поля (100 %) при естественном освещении от цвета этих же отпечатков, но в поляризованном свете в многослойной упаковке (пакете) от количества слоев прозрачных пленок ДОПП.

Максимальное различие цвета оттисков с относительной площадью заполнения растрового поля 50 % желтой краской установлено на 12 слоях стопы Столетова ΔΕ = 86,73 (рисунок 5 и 6).

о

■ О°°ОООО°

: О°

: о

0      2      4      6      8      10     12

Количество слоев | Number of layers

Рисунок 5. Отличие желтого цвета отпечатков со средней долей площади заполнения растрового поля (50 %) при естественном освещении от цвета отпечатков на многослойной пленке в поляризованном свете

Figure 5. Difference in yellow color images with filling the halftone dot 50 under natural lighting versus color on multilayer film under polarized light

Цвет слоя краски на монопленке без поляризации света | Color of the ink layer on a mono-film without light polarization	Цвет отпечатка на многослойной пленке в поляризованном потоке света | Color of the imprint on a multilayer film under polarized light flow
	5 слоев | 5 layers ΔΕ = 58,86	12 слоев | 12 layers ΔΕ = 86,73

Рисунок 6. Цвета отпечатка желтой краской на многослойной пленке при нормальном освещении и в поляризованном потоке света соответственно

Figure 6. Colors of yellow ink printings on multilayer film under normal lighting and polarized light, respectively

Количество слоев | Number of layers

Рисунок 7. График зависимости ΔЕ пурпурного цвета от количества слоев пленки стопы Столетова (50 % плотность)

Figure 7. Graph of ΔЕ dependence for magenta color on the number of layers in the Stoletov pile (50 % density)

Максимальное различие цвета оттисков с относительной площадью заполнения растрового поля 50 % пурпурной краской установлено на 8 слоях стопы Столетова ΔΕ = 42,65 (рисунок 7 и 8).

Цвет слоя краски на монопленке без поляризации света | Color of the ink layer on a mono-film without light polarization	Цвет отпечатка на многослойной пленке в поляризованном потоке света | Color of the imprint on a multilayer film under polarized light flow
	3 слоя | 3 layers ΔΕ = 31,18	8 слоев | 8 layers ΔΕ = 42,65
	■	■

Рисунок 8. Цвета отпечатка пурпурной краской на многослойной пленке при нормальном освещении и в поляризованном потоке света соответственно

Figure 8. Colors of magenta ink printings on multilayer film under normal lighting and polarized light, respectively

Количество слоев | Number of layers

Рисунок 9. График зависимости ΔЕ голубого цвета от количества слоев пленки стопы Столетова (50 % плотность)

Figure 9. Graph of ΔЕ dependence for cyan color on the number of layers in the Stoletov pile(50 % density)

Максимальное различие цвета оттисков относительной площадью заполнения растрового поля 50 % голубой краской установлено на 6 слоях стопы Столетова ΔΕ = 89,80 (рисунок 9 и 10).

Цвет слоя краски на монопленке без поляризации света | Color of the ink layer on a mono-film without light polarization

Цвет отпечатка на многослойной пленке в поляризованном потоке света | Color of the imprint on a multilayer film under polarized light flow

6 слоев |

6 layers ΔΕ = 89,80

10 слоев |

10 layers ΔΕ = 52,80

Рисунок 10. Цвета отпечатка голубой краской на многослойной пленке при нормальном освещении и в поляризованном потоке света соответственно

Figure 10. Colors of cyan ink impressions on multilayer film under normal lighting and polarized light, respectively

Заключение

• 1.    Установлены качественные и количественные отличия цвета полупрозрачных слоев триадных красок на многослойной пленке полипропилена в натуральном и поляризованном потоках проходящего света. Цвет пурпурной краски на 8-слойной пленке в поляризованном свете выглядит зеленым. Цвет желтой краски в поляризованном свете за 12-слойной пленкой выглядит лиловым. Цвет голубой краски на 6-слойной пленке в поляризованном свете выглядит синим.

• 2.    Светлота и цветовое различие отпечатков определенные по системе СIЕLаb инструментально и по фотографиям, совпадают и находятся в периодической зависимости от количества слоев запечатываемой пленки.

• 3.    Максимальное расчетное отличие желтого цвета при натуральном и поляризованном освещении достигнуто под 12 слоями модельной стопы Столетова с плотностью заполнения растровой точки исходного оттиска 50 %, максимальное отличие голубого цвета от исходного оттиска с плотностью заполнения растровой

точки исходного оттиска 50 % достигнуто под 6 слоями модельной стопы Столетова, максимальное отличие пурпурного оттиска с плотностью заполнения растровой точки исходного оттиска 50 % от исходного достигнуто под 8 слоями модельной стопы Столетова.