نيمي از درستي کار چاپخانهها هنگام کار در بخش چاپ بسته‌بندي در شناخت دقيق بستر چاپ نهفته است. بدون شناخت دقيق از کيفيات و بافت بستر چاپ، تقسيم‌گيري در مورد پارامترهاي فني چاپ بسته‌بندي نافص است. کاغذ، مقوا، فيلم، فلز، … به‌عنوان بستر چاپ بسته‌بندي به کار مي‌روند و کارشناس چاپ بايد کاملا با آنها آشنا باشد. مهدي ناظمي‌پناه و علي اکرمي در اين مقاله اطلاعات بنيادين مرتبط با شناخت مقوا را تا حدي که براي چاپچي‌ها مفيد است عرضه کرده‌اند.
جعبه دارو، جعبه شكلات و شيريني‌جات، جعبه عطر و لوازم‌آرايشي، جعبه‌سيگار، جعبه بسته‌بندي حبوبات و آجيل، جعبه غذاهاي منجمد، پاكت‌آب‌ميوه و شير و بسياري محصولات ديگر، هر كدام مي‌بايست ساختماني‌خاص و خواص ويژه‌اي براي كاربرد مورد نظر داشته باشند. براي بسته‌بندي اين موارد از مقواهاي جعبه‌اي استفاده مي‌شود كه به‌طور معمول به صورت دولايه، سه‌لايه و چندلايه تهيه مي‌شوند و براي داشتن ويژگي‌هاي ظاهري و چاپي مناسب، سطح آنها يك تا سه‌بار پوشش داده مي‌شود.
تعريف مقوا
در منابع مختلف از گراماژ، ضخامت يا تلفيقي از اين دو براي تعيين مرز بين مقوا با كاغذ و تعريف آن استفاده مي‌شود. بر اساس يكي از اين تعاريف ورق‌هايي را كه بيش از ۱۵۰ گرم بر متر مربع وزن دارند، مي‌توان جزو مقواها دسته‌بندي كرد. در يكي ديگر از تعاريف: هر فرآورده كاغذي ضخيم و سنگين كه ضخامت آن بيش از ۳/۰ ميلي‌متر باشد، هم جزو مقواها دسته‌بندي مي‌شود. همچنين در تعريفي ديگر برخي اوراق با گراماژي در محدوده ۱۰۰ تا ۲۰۰ گرم را جزو «كاغذ مقوا»ها و بالاي ۲۰۰ گرم و با ضخامت بيش از ۳/۰ ميلي‌متر را جزو مقواها دسته‌بندي مي‌كنند. همين بيان گراماژ و ضخامت، تا حدي بيان‌كننده ميزان ويژگي‌هاي مورد نياز مانند ويژگي‌هاي مكانيكي و مقاومتي، به ويژه سفتي مناسب براي بسته‌بندي است. به هر حال يك مرز قطعي و تعيين شده مشخص از نظر ميزان گراماژ بين كاغذ و مقوا وجود ندارد و تعاريف گفته شده رايج و مورد توافق است. مقواهاي جعبه‌اي به صورت دولايه يا چندلايه ساخته مي‌شوند و از تركيب لايه‌هاي شيميايي و مكانيكي استفاده مي‌شود. به‌طور معمول در لايه‌هاي رويي و زيري از خميرهاي شيميايي كه مقاومت‌هاي مكانيكي بالاتري دارند استفاده مي‌شود. از جمله اين خاصيت‌هاي مكانيكي، ضرايب‌الاستيسيته بالا و مقاومت‌هاي كششي مناسب است. لايه‌هاي مياني هم مي‌بايست به اندازه كافي حجيم باشند كه به اين منظور از خميرهاي مكانيكي حجيم استفاده مي‌شود. رعايت همه اين موارد براي دستيابي به سفتي (stiffness) بالا مهم است كه يكي از ويژگي‌هاي خيلي مهم در مقواهاي جعبه‌اي است. به عبارت ديگر هر چه ضرايب‌الاستيسيته لايه رويي و زيري بيشتر باشد و لايه مياني حجيم‌تر باشد، سفتي يا سختي مقوا بيشتر خواهد بود. زيرا سفتي مقوا تابعي از مدول‌الاستيسيته و توان سوم ضخامت است. اما معني سفتي (كه در برخي منابع سختي نام برده شده) مورد بحث، به‌طور دقيق چيست؟
تعريف سفتي
بسياري از خواص مقوا همچون زيردست يا پشت دست، سختي انعطاف، سختي خمش، شقي و صلبيت و ايستايي، صداي تق‌تق، مقاومت به خمش در مقابل فشارهاي وارده ناشي از بار و در نتيجه جلوگيري از شكم‌دادگي و تحدب ديواره‌هاي جعبه‌ها، قابليت عبور در ماشين‌هاي تبديل و بسته‌بندي جهت جلوگيري از قوس برداشتن، چين‌خوردگي و موج‌دار شدن آنها و جلوگيري از گير كردن يا كاهش سرعت در دستگاه‌هاي تبديل و بسته‌بندي، مربوط به سفتي مقوا است. البته رعايت جهت LG يا SG يا همان راه الياف در زمان انتخاب مقوا براي چاپ نيز بسيار مهم است. به‌طور طبيعي سفتي مقوا و مقاومت آن در مقابل خمش و شكم‌دادگي و قوس برداشتن در هنگامي كه نيرو در جهت موازي با راستاي قرارگيري الياف وارد مي‌شود، بسيار بيشتر از هنگامي است كه نيرو عمود بر راستاي قرارگيري الياف يا همان راه كاغذ وارد مي‌شود.
بنابراين در هنگام انتخاب مقوا در فرآيند چاپ به‌طور حتم بايد الزامات مورد نياز از نظر LG و SG بودن مقوا و تاثير آن در فرآيندهاي بعدي (از جمله خط، تا زدن، جعبه‌سازي، پركردن) و در محيط مصرف (مثلا جايي كه فشارهاي مكانيكي ناشي از چيدن جعبه‌ها روي هم و يا محيط‌هاي مرطوب) در نظر گرفت. يكي ديگر از مشكلاتي كه به شدت ميزان سختي مقوا را تحت تاثير قرار مي‌دهد، رطوبت بالاست. زيرا رطوبت بالا با كاهش مدول‌الاستيسيته مقوا، ميزان سفتي يا سختي آن را كاهش مي‌دهد. بنابراين در سالن‌هاي چاپ و بسته‌بندي، دما و رطوبت مي‌بايستي در حد استاندارد قرار داشته باشد و همچنين اگر در مسير حمل و يا در محيط مصرف، رطوبت بالا وجود دارد، مقوا را با پوشش‌هاي مناسب نسبت به تبادل رطوبتي، نفوذناپذير نماييم. به طور تقريبي ميزان سختي از رطوبت ۱۰% تا ۹۰% به صورت خطي كاهش مي‌يابد.
اندازه‌گيري سفتي
در استانداردهاي مختلف و با آزمونگرهاي متفاوت امكان‌پذير است. از جمله در استاندارد TAPPI (انجمن فني صنايع خمير و كاغذ ايالات متحده آمريكا) با آزمونگرهاي Taber، Gurley و Clark است. (توضيح كامل روش آزمون و كاركرد دستگاه آزمونگر به آزمون‌هاي شماره451T،489T و453T در استاندارد TAPPI وجود دارد.) همچنين در استاندارد ISO در شماره۴۲۹۳:۹۲هم مي‌توان با استفاده از آزمونگر (L&W (Lorentzen & Wettre سفتي را اندازه‌گيري كرد.
قابليت تاخوري و دوام تاخوري
مقوايي كه در ساخت جعبه‌هاي تاشو يا تاخور استفاده مي‌شود، بايد بدون اين كه هيچگونه ترك سطحي و شكافي در لايه‌هاي فوقاني آن مشاهده شود بتواند تحت يك زاويه ۱۸۰ درجه تا‌بخورد. به‌طور معمول در ماشين‌هاي بسته‌بندي مقوا يا كاغذ از محل مورد نظر يك يا دو بار شديدا تا مي‌خورد. اين خاصيت قابليت تاخوري يا خمش‌پذيري مقوا ناميده مي‌شود. مقوايي را داراي قابليت خمش‌پذيري بالا، مي‌گوييم كه در فرايندهاي خط‌تازني (شكن‌‌دهي) و تاكني بدون تخريب رويه يا لايه فوقاني انجام شود. اين خاصيت از آن جهت بسيار مهم است كه شكستگي و ترك در لايه سطحي يا فوقاني كه رويه سفيدي هم دارد بيفتد، به ويژه در زماني كه در محل تا، چاپ انجام شده باشد. اين شكستگي و الياف نمايان شده لايه مياني از محل تاخوري همچون يك خط سفيد مشخص مي‌شود و ظاهر بسيار نامطلوبي در جعبه ايجاد مي‌كند. از نظر علمي براي به حداقل رسيدن ترك و شكاف، بايد مقاومت كششي لايه فوقاني تا حد امكان زياد باشد تا در هنگام تاخوري گسيخته و پاره نشود. همچنين مقاومت به كشش مقوا در جهت Z (مقاومت به كشش در دو جهت عمود بر سطح مقوا) نبايد بيش از حد زياد باشد تا لايه حجيم مياني بتواند بدون اين‌كه شكسته شود لايه لايه شده و به راحتي تا بخورد و مقوا پاره نشود. در اين مورد مناسب بودن يا نبودن مقوا را با خمش دادن با دست هم مي‌توان مشخص كرد.
تا اينجا صحبت درباره قابليت تاخوري مقوا بود. اما در برخي كاربردها تعدد تاخوري هم مطرح است و مقاومت به فرسودگي طي دفعات متعدد تاخوري اهميت دارد. در اينجا دوام در حالت تاخوري يا مقاومت به تاخوري مطرح مي‌شود كه به طور سنتي به صورت تعداد جفت تاهاي مورد نياز تا پارگي نمونه تحت يك كشش اندك بيان مي‌شود كه با آزمونگرهاي Schopper و MIT مطابق با دستورالعمل‌هاي ذكر شده در آزمون‌هاي شمارهT423وT511در استاندارد TAPPI انجام مي‌شود. البته به طوركلي در بحث‌هاي مربوط به تاخوري همواره بايد به اين نكته توجه داشت كه اين ويژگي كاملا وابسته به راستاي قرارگيري الياف (راه كاغذ و مقوا) است. براي تا زدن يك ورقه در جهت عمود به راستاي الياف، به‌طور طبيعي نيروي بيشتري نسبت به تاخوري در امتداد موازي با جهت قرارگيري الياف نياز است. اما تاي به دست آمده در حالت عمود بر الياف منظم‌تر و صاف‌تر و صحيح‌تر انجام مي‌شود و عملكرد دستگاه‌هاي بسته‌بندي را راحت‌تر مي‌كند. يكي از ويژگي‌هاي بسيار مهم ديگر كه در اينجا حايز اهميت است، ميزان مقاومت مقوا به خمش در محل خط تا و در حين حركت و عمليات دستگاه‌هاي تبديل، بسته‌بندي و پركني است. به عبارتي، نيروي برگشت مقوايي كه به ميزان ۹۰ درجه از محل خط تا‌خميده شده، اندازه‌گيري مي‌شود كه اين نيرو بايد در حد استاندارد باشد، چرا كه در قابليت حركت مقوا و سرعت عملكرد دستگاه‌هاي پركني و بسته‌بندي بسيار اهميت دارد. همچنين ميزان رطوبت هم تاثير اساسي روي نتايج آزمون‌ها دارد. به اين ترتيب كه با افزايش رطوبت نسبي محيط تا حدود ۶۰ و ۶۵ درصد مقاومت تاخوري و دوام آن افزايش مي‌يابد و طبيعتا هر چه به سمت رطوبت‌هاي پايين‌تر مي‌رويم، الياف ترد و شكننده شده و امكان گسست و پارگي بيشتر است. در رطوبت‌هاي بالاتر از اين مقادير هم به علت سست شدن پيوند بين الياف، مقاومت و دوام تاخوري (به ويژه از مرز بالاي رطوبت نسبي ۸۰ درصد) به شدت كاهش مي‌يابد. بنابراين آزمون‌ها را بايد روي نمونه‌هاي داراي رطوبت استاندارد و در شرايط رطوبت نسبي و دماي محل آزمايش كه به صورت استاندارد باشد، انجام داد. رعايت شرايط رطوبتي استاندارد در سالن‌هاي چاپخانه و جعبه‌سازي هم به دلايل گفته شده حايز اهميت است.
مقاومت چسبندگي داخلي
(internal bond strength)
يكي از نيازهاي چاپي مهم مقواهاي جعبه‌اي، چسبندگي داخلي آن يا مقاومت اتصال لايه‌ها يا همان مقاومت به كشش در جهت Z (كشش عمود بر سطوح كاغذ يا در ضخامت جهت تفكيك لايه‌ها) است كه در حقيقت بيان‌كننده ميزان استحكام اتصال لايه‌هاي داخلي مقواها نسبت به همديگر است. در مورد مقواهاي مختلف و كاربردهاي متفاوت، اين مقاومت بايد حد معيني داشته باشد. در فرايند چاپ افست كه اكثر مقواهاي جعبه‌اي با آن چاپ مي‌شوند، به ويژه در موارد زير كه در حين چاپ اتفاق مي‌افتد، امكان تفكيك لايه‌ها و يا ضعيف شدن اتصال داخلي آنها و ايجاد مشكلات بعدي در مراحل بسته‌بندي و محيط مصرف وجود دارد:
– كار با مركب‌هاي با ويسكوزيته بالا و چسبندگي زياد يا در دماهاي پايين
– تغذيه زياد مركب و زياد بودن مقدار مركب بر روي زينك و لاستيك
– فشار بيش از اندازه بين لاستيك و سيلندر، كثيف بودن لاستيك و نرمي بيش از حد آن
– قطر كم نورد لاستيك و زاويه رهاسازي زياد (كه نيروي بيشتري را به سطح مقوا اعمال مي‌كند)
– سرعت بالاي ماشين چاپ و چاپ با ماشين‌هاي دو رو چاپ لاستيك به لاستيك همزمان
– چسبناكي زياد از حد كوتينگ كاغذ
– تغذيه زياد آب و تجمع آن روي لاستيك‌ها
– ضعيف شدن اتصال لايه‌ها در اثر فشار و تبخير رطوبت ناشي از حرارت خشك‌‌كن‌هاي ماشين چاپ
بنابراين مي‌بينيم در صورت ضعف در اتصال داخلي، امكان لايه لايه شدن مقوا در فرآيند چاپ وجود دارد. سست شدن چسبندگي لايه‌هاي داخلي مقوا طي مراحل بعدي تبديل و بسته‌بندي و يا در محيط مصرف، هم دردسرآفرين است. از طرفي قبلا در بحث مربوط به تاخوري مطرح شد چسبندگي بيش از حد لايه‌هاي مياني، باعث پاره شدن مقوا در حين فرآيند تاكني مي‌شود.
اندازه‌گيري مقاومت چسبندگي داخلي
حال براي اندازه‌گيري اتصال لايه‌ها مي‌توانيم در استاندارد TAPPI از آزمون شماره451T جهت انجام سنجش استفاده كنيم. در برخي منابع هم از اين ويژگي تحت عنوان مقاومت اتصال اسكات (Sctott bond)- كه دستگاه اندازه‌گيري آن است- نام برده مي‌شود. اساس انجام آزمون، قرارگيري لايه مقوا بين دو صفحه فلزي چسب خورده است. آنگاه پس از باز شدن صفحات فلزي، نيروي لازم جهت لايه لايه كردن مقوا اندازه‌گيري مي‌شود.
مقاومت سطحي
(Surface Strength)
همان نيروهايي كه در بحث مربوط به مقاومت چسبندگي داخلي مطرح شدند، در مورد اين بحث هم در فرآيند چاپ و هنگام جدا شدن سطح چاپ‌كننده (مثل لاستيك در ماشين افست) از روي ورقه مقوا، در جهت عمود بر سطح آن تنش كششي وارد مي‌كنند. حال اگر اين تنش يا نيروي كشش بيش از نيروي چسبندگي مابين پيگمنت‌هاي كوتينگ (مواد پوشش‌دهنده) سطحي كاغذ با الياف رويي باشد، باعث پديده كنده شدن يا پرزكن شدن (Picking) مي‌شود. البته همان‌طور كه پيش‌تر عنوان شد، ميزان قدرت اين نيروي كششي بر روي سطح كاغذ به عوامل خاصي مانند سرعت دستگاه، چسبناكي مركب، فشار لاستيك‌ها و … بستگي دارد. بنابراين سطح مقوا بايد بتواند تنش‌هاي متعدد را تحمل كند. براي اندازه‌گيري اين ويژگي، روش‌هاي مختلفي از «موم‌كني» (waxpick test) آزمونگر كنش LTE، آزمونگر چاپ هركولس – بروك فيلد، آزمونگر كنش والدون، آزمونگر چاپ وندركوك و از همه مهم‌تر آزمونگر قابليت چاپ IGT وجود دارد. البته هيچ يك از اين آزمون‌ها به طور قطعي و كاملاً دقيق كاركرد مقوا در چاپ را ندارند. بنابراين معتبرترين آزمون، چاپ در يك ماشين چاپ با شرايط آزموني يكنواخت است. اما در هر حال يكي از معتبرترين ابزارها، آزمونگر قابليت چاپ IGT است كه در حقيقت شرايط چاپ را در سيستم‌هاي مختلف مثل افست، فلكسو و روتوگراور بازسازي مي‌كند. نحوه كار هم به اين ترتيب است كه سرعت چرخش و فشار زياد مي‌شود و نيروي اعمال شده توسط لايه مركب به سطح كاغذ افزايش پيدا مي‌كند تا به كندگي يا پرزدهي برسيم. سرعت و فشار دستگاه در اين لحظه نشان‌دهنده ميزان سرعت يا نيروي لازم براي وقوع پديده پرزدهي و كنده شدن است. در برخي منابع آمده چنانچه شاخص IGT بيش از ۳۰۰ متر بر ثانيه باشد، حاكي از مقاومت سطحي بالا و مناسب مقوا براي چاپ افست است. البته در چاپ گراور مقاومت به فشار يا كشش در جهت z (عمود بر سطح) همانند چاپ افست يا فلكسو مهم نيست، در حالي كه صافي سطح مقوا براي داشتن كار چاپي خوب بسيار حياتي است. روش آزمون IGT در استاندارد TAPPI UM591 توضيح داده شده است. روش‌هاي ديگر اندازه‌گيري مقاومت سطحي، مستلزم استفاده از يك سري متوالي از چندين مركب است كه چسبندگي هر كدام از آنها اندكي بيش از قبلي باشد. در اين حالت آن مركبي كه باعث وقوع پديده كنده‌شدن سطحي يا پرزدهي مي‌شود، ميزان مقاومت سطحي را تعيين مي‌كند. البته لازم به ذكر است كه مدل‌هاي مختلف دستگاه‌هاي IGT قابليت‌هاي ديگري از جمله تست چسبناكي مركب و يا پيش‌بيني كيفيت رنگ توليد شده در چاپ از نظر دانسيته، Lab، براقيت، پشت‌زدن، لكه آوردن، سرعت جذب و انتقال مركب و پديده عبور جوهر، مقاومت به سايش و مواد شيميايي و … را هم دارد و از جمله دستگاه‌هاي با توانايي‌هاي بسيار بالا جهت تست قابليت چاپ‌پذيري و پيش‌بيني معايب چاپي در انواع سطوح چاپ‌شونده است.
