چرا انتخاب مقوای مناسب برای بسته بندی جعبه ها بسیار مهم است ؟

جعبه دارو ، جعبه شكلات و شيرينی جات، جعبه عطر و لوازم آرايشی، بسته بندی سيگار، جعبه بسته بندی حبوبات و آجيل، جعبه غذاهای منجمد، پاكت آبميوه و شير و بسياری محصولات ديگر، هر كدام می بايست ساختمانی خاص و خواص ويژه ای براي كاربرد مورد نظر داشته باشند. براي بسته بندی اين موارد از مقواهای جعبه ای استفاده می شود كه به طور معمول به صورت دولايه، سه لايه و چندلايه تهيه می شوند و برای داشتن ويژگي های ظاهري و چاپی مناسب، سطح آنها يک تا سه بار پوشش داده می شود.

تعريف مقوا : در منابع مختلف از گراماژ، ضخامت يا تلفيقی از اين دو براي تعيين مرز بين مقوا با كاغذ و تعريف آن استفاده ميشود. بر اساس يكی از اين تعاريف ورق هايی را كه بيش از ۱۵۰ گرم بر متر مربع وزن دارند، مي توان جزو مقواها دسته بندی كرد.

در يكي ديگر از تعاريف : هر فرآورده كاغذي ضخيم و سنگين كه ضخامت آن بيش از ۳/ ۰ ميلی متر باشد، هم جزو مقواها دسته بندی می شود. همچنين در تعريفي ديگر برخي اوراق با گراماژی در محدوده ۱۰۰ تا ۲۰۰ گرم را جزو «كاغذ مقوا» و بالاي ۲۰۰  گرم و با ضخامت بيش از ۳/ ۰ ميلی متر را جزو مقواها دسته بندی مي كنند. همين بيان گراماژ و ضخامت، تا حدی بيان كننده ميزان ويژگي های مورد نياز مانند ويژگی های مكانيكي و مقاومتی، به ويژه سفتی مناسب برای بسته بندی است. به هر حال يك مرز قطعی و تعيين شده مشخص از نظر ميزان گراماژ بين كاغذ و مقوا وجود ندارد و تعاريف گفته شده رايج و مورد توافق است.

مقواهاي جعبه ای به صورت دولايه يا چندلايه ساخته مي شوند و از تركيب لايه های شيميايی و مكانيكی استفاده مي شود. به طور معمول در لايه هاي رويی و زيری از خميرهای شيميايی كه مقاومت های مكانيكی بالاتری دارند استفاده مي شود. از جمله اين خاصیت‌های مكانيكي، ضرايب الاستيسيته بالا و مقاومت های كششی مناسب است.

لايه های ميانی هم می بايست به اندازه كافی حجيم باشند كه به اين منظور از خميرهای مكانيكی حجيم استفاده مي شود. رعايت همه اين موارد براي دستيابی به سفتي (stiffness) بالا مهم است كه يكي از ويژگی های خيلی مهم در مقواهای جعبه ای است. به عبارت ديگر هر چه ضرايب الاستيسيته لايه رويی و زيری بيشتر باشد و لايه ميانی حجيم تر باشد، سفتي يا سختي مقوا بيشتر خواهد بود. زيرا سفتي مقوا تابعی از مدول الاستيسيته و توان سوم ضخامت است. اما معنی سفتی (كه در برخي منابع سختی نام برده شده) مورد بحث، بطور دقيق چيست؟

تعريف سفتي

بسياری از خواص مقوا همچون زيردست يا پشت دست، سختی انعطاف، سختی خمش، شقی و صلبيت و ايستايی، صداي تق تق، مقاومت به خمش در مقابل فشارهاي وارده ناشي از بار و در نتيجه جلوگيري از شكم دادگي و تحدب ديواره های جعبه ها، قابليت عبور در ماشين هاي تبديل و بسته بندی جهت جلوگيری از قوس برداشتن، چين خوردگي و موج دار شدن آنها و جلوگيری از گير كردن يا كاهش سرعت در دستگاه های تبديل و بسته بندی، مربوط به سفتي مقوا است. البته رعايت جهت LG يا SG يا همان راه الياف در زمان انتخاب مقوا برای چاپ نيز بسيار مهم است. به طور طبيعی سفتی مقوا و مقاومت آن در مقابل خمش و شكم دادگی و قوس برداشتن در هنگامي كه نيرو در جهت موازی با راستای قرارگيري الياف وارد مي شود، بسيار بيشتر از هنگامي است كه نيرو عمود بر راستاي قرارگيري الياف يا همان راه كاغذ وارد مي شود.

بنابراين در هنگام انتخاب مقوا در فرآيند چاپ به طور حتم بايد الزامات مورد نياز از نظر LG و SG بودن مقوا و تاثير آن در فرآيندهاي بعدي (از جمله خط تا زدن، جعبه سازی، پر كردن) و در محيط مصرف (مثلا جايي كه فشارهاي مكانيكی ناشی از چيدن جعبه ها روی هم و يا محيط های مرطوب ) در نظر گرفت.

يكی ديگر از مشكلاتی كه به شدت ميزان سختی مقوا را تحت تاثير قرار مي دهد، رطوبت بالاست. زيرا رطوبت بالا با كاهش مدول الاستيسيته مقوا، ميزان سفتی يا سختی آن را كاهش مي دهد. بنابراين در سالن هاي چاپ و بسته بندی، دما و رطوبت می بايستی در حد استاندارد قرار داشته باشد و همچنين اگر در مسير حمل و يا در محيط مصرف، رطوبت بالا وجود دارد، مقوا را با پوشش هاي مناسب نسبت به تبادل رطوبتی، نفوذناپذير نماييم. به طور تقريبی ميزان سختی از رطوبت ۱۰ % تا ۹۰ % به صورت خطی کاهش می يابد.

اندازه گيری سفتی

در استانداردهاي مختلف و با آزمونگرهای متفاوت امكانپذير است. از جمله در استاندارد  TAPPI (انجمن فنی صنايع خمير و كاغذ ايالات متحده آمريكا) با آزمونگرهای Taber، Gurley  و Clark است. (توضيح كامل روش آزمون و كاركرد دستگاه آزمونگر به آزمونهاس شماره T451، T489 و T453  در استاندارد TAPPI وجود دارد.) همچنين در استاندارد ISO در شماره  ۴۲۹۳:۹۲ هم می توان با استفاده از آزمونگرL&W (Lorentzen & Wettre)  سفتی را اندازه گيری كرد.

قابليت تاخوری و دوام تاخوری

مقوايي كه در ساخت جعبه های تاشو يا تاخور استفاده می شود، بايد بدون اين كه هيچ گونه ترک سطحی و شكافی در لايه های فوقانی آن مشاهده شود بتواند تحت يک زاويه ۱۸۰ درجه تا بخورد. به طور معمول در ماشين های بسته بندی مقوا يا كاغذ از محل مورد نظر يک يا دو بار شديدا تا می‌خورد.

اين خاصيت قابليت تاخوری يا خمش پذيری مقوا ناميده می شود. مقوايی را دارای قابليت خمش پذيری بالايی است، می گوييم كه در فرآيندهای خط تازنی (شكن دهی) و تاكنی بدون تخريب رويه يا لايه فوقانی انجام شود. اين خاصيت از آن جهت بسيار مهم است كه شكستگی و ترک در لايه سطحی يا فوقانی كه رويه سفيدی هم دارد بيفتد، به ويژه در زمانی كه در محل تا، چاپ انجام شده باشد. اين شكستگی و الياف نمايان شده لايه ميانی از محل تاخوری همچون يک خط سفيد مشخص می شود و ظاهر بسيار نامطلوبی در جعبه ايجاد می كند.

از نظر علمی برای به حداقل رسيدن ترک و شكاف، بايد مقاومت كششی لايه فوقانی تا حد امكان زياد باشد تا در هنگام تاخوری 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 ميانی بتواند بدون اينكه شكسته شود لايه لايه شده و به راحتی تا بخورد و مقوا پاره نشود. در اين مورد مناسب بودن يا نبودن مقوا را با خمش دادن با دست هم می توان مشخص كرد.

تا اينجا صحبت درباره قابليت تاخوری مقوا بود. اما در برخی كاربردها تعدد تاخوری هم مطرح است و مقاومت به فرسودگی طی دفعات متعدد تاخوری اهميت دارد. در اينجا دوام در حالت تاخوری يا مقاومت به تاخوری مطرح می شود كه به طور سنتی به صورت تعداد جفت تاهای مورد نياز تا پارگی نمونه تحت يک كشش اندک بيان مي شود كه با آزمونگرهاي Schopper و MIT مطابق با دستورالعمل های ذكر شده در آزمون های شماره T423 و T511 در استاندارد  TAPPI انجام می شود.

البته به طور كلي در بحث هاي 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 يک ورق در جهت عمود به راستای الياف، به طور طبيعی نيروی بيشتری نسبت به تاخوری در امتداد موازی با جهت قرارگيری الياف نياز است. اما تای به دست آمده در حالت عمود بر الياف منظم تر و صافتر و صحيح تر انجام می شود و عملكرد دستگاه هاي بسته بندی را راحت تر می كند.

يكي از ويژگي های بسيار مهم ديگر كه در اينجا حايز اهميت است، ميزان مقاومت مقوا به خمش در محل خط تا و در حين حركت و عمليات دستگاه های تبديل، بسته بندی و پركنی است. به عبارتی نيروي برگشت مقوايي كه به ميزان ۹۰ درجه از محل خط تا خميده شده، اندازه گيري مي شود كه اين نيرو بايد در حد استانداردي باشد، چرا كه در قابليت حركت مقوا و سرعت عملكرد دستگاه هاي پركنی و بسته بندی بسيار اهميت دارد. همچنين ميزان رطوبت هم تاثير اساسي

روی نتايج آزمون ها دارد. به اين ترتيب كه با افزايش رطوبت نسبی محيط تا حدود ۶۰ و ۶۵ درصد مقاومت تاخوری و دوام آن افزايش می يابد و طبيعتا هر چه به سمت رطوبت های پايينتر مي رويم، الياف ترد و شكننده شده و امكان گسست و پارگي بيشتر است.

در رطوبت هاي بالاتر از اين مقادير هم به علت سست شدن پيوند بين الياف، مقاومت و دوام تاخوری (به ويژه از مرز بالاي رطوبت نسبی ۸۰ درصد) به شدت كاهش می يابد.

بنابراين آزمون ها را بايد روی نمونه های دارای رطوبت استاندارد و در شرايط رطوبت نسبی و دماي محل آزمايش كه به صورت استاندارد باشد، انجام داد. رعايت شرايط رطوبتی استاندارد در سالن هاي چاپخانه و جعبه سازی هم به دلايل گفته شده حايز اهميت است.

مقاومت چسبندگي داخلی (internal bond strength)

يكي از نيازهای چاپی مهم مقواهای جعبه اي، چسبندگی داخلی آن يا مقاومت اتصال لايه ها يا همان مقاومت به كشش در جهت Z   ) كشش عمود بر سطوح كاغذ يا در ضخامت جهت تفكيک لايه ها( است كه در حقيقت بيان كننده ميزان استحكام اتصال لايه های داخلی مقواها نسبت به همديگر است. در مورد مقواهای مختلف و كاربردهای متفاوت، اين مقاومت بايد حد معيني داشته باشد. در فرايند چاپ افست كه اكثر مقواهای جعبه ای با آن چاپ مي شوند، به ويژه در موارد زير كه در حين چاپ اتفاق مي افتد، امكان تفكيك لايه ها و يا ضعيف شدن اتصال داخلی آنها و ايجاد مشكلات بعدي در مراحل بسته بندی و محيط مصرف وجود دارد:

• کار با مركبهای با ويسكوزيته بالا و چسبندگی زياد يا در دماهای پايين
• تغذيه زياد مركب و زياد بودن مقدار مركب بر روي زينک و لاستيك
• فشار بيش از اندازه بين لاستيک و سيلندر، كثيف بودن لاستيک و نرمی بيش از حد آن
• قطر كم نورد لاستيك و زاويه رهاسازی زياد (كه نيروd بيشتري را به سطح مقوا اعمال می كند(
• سرعت بالای ماشين چاپ و چاپ با ماشين های دو رو چاپ لاستيک به لاستيک همزمان
• چسبناكي زياد از حد كوتينگ كاغذ
• تغذيه زياد آب و تجمع آن روي لاستيک ها
• ضعيف شدن اتصال لايه ها در اثر فشار و تبخير رطوبت ناشي از حرارت خشك كن هاي ماشين چاپ

بنابراين مي بينيم در صورت ضعف در اتصال داخلی، امكان لايه لايه شدن مقوا در فرآيند چاپ وجود دارد. سست شدن چسبندگی لايه های داخلی مقوا طی مراحل بعدی تبديل و بسته بندی و يا در محيط مصرف، هم دردسرآفرين است. از طرفي قبلا در بحث مربوط به تاخوری مطرح شد چسبندگي بيش از حد لايه هاي ميانی، باعث پاره شدن مقوا در حين فرآيند تاكنی مي شود.

اندازه گيري مقاومت چسبندگي داخلي

حال براي اندازه گيري اتصال لايه ها مي توانيم در استاندارد TAPPI از آزمون شمارهT451  جهت انجام سنجش استفاده كنيم. در برخي منابع هم از اين ويژگي تحت عنوان مقاومت اتصال اسكات ( Sctott bond ) كه دستگاه اندازه گيری آن است – نام برده می شود.

اساس انجام آزمون، قرارگيری لايه مقوا بين دو صفحه فلزی چسب خورده است. آنگاه پس از باز شدن صفحات فلزی، نيروي لازم جهت لايه لايه كردن مقوا اندازه گيری می‌شود.

مقاومت سطحي (Surface Strength)

همان نيروهايی كه در بحث مربوط به مقاومت چسبندگی داخلي مطرح شدند، در مورد اين بحث هم در فرآيند چاپ و هنگام جدا شدن سطح چاپ كننده (مثل لاستيک در ماشين افست) از روی ورق مقوا، در جهت عمود بر سطح آن تنش كششي وارد مي كنند.

حال اگر اين تنش يا نيروی كشش بيش از نيروی چسبندگي مابين پيگمنت كوتينگ (مواد پوشش دهنده) سطحی كاغذ با الياف رويی باشد، باعث پديده كنده شدن يا پرزكن شدن ( Picking ) مي شود. البته همانطور كه پيشتر عنوان شد، ميزان قدرت اين نيروي كششي بر روي سطح كاغذ به عوامل خاصي مانند سرعت دستگاه، چسبناكي مركب، فشار لاستيک ها و … بستگي دارد. بنابراين سطح مقوا بايد بتواند تنش هاي متعدد را تحمل كند. براي اندازه گيري اين ويژگي، روش هاي مختلفي از مو مكني – waxpick test – آزمونگر كنش LTE ، آزمونگر چاپ هركولس – بروك فيلد، آزمونگر كنش والدون، آزمونگر چاپ وندركوک و از همه مهمتر آزمونگر قابليت چاپ IGT وجود دارد.

البته هيچ يک از اين آزمون ها به طور قطعی و كاملاً دقيق كاركرد مقوا در چاپ را ندارند. بنابراين معتبرترين آزمون، چاپ در يک ماشين چاپ با شرايط آزمونی يكنواخت است. اما در هر حال يكي از معتبرترين ابزارها، آزمونگر قابليت چاپ IGT است كه در حقيقت شرايط چاپ را در سيستم هاي مختلف مثل افست، فلكسو و روتوگراور بازسازی مي كند. نحوه كار هم به اين ترتيب است كه سرعت چرخش و فشار زياد مي شود و نيروي اعمال شده توسط لايه مركب به سطح كاغذ افزايش پيدا می كند تا به كندگي يا پرزدهی برسيم. سرعت و فشار دستگاه در اين لحظه نشان دهنده 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 چاپی خوب بسيار حياتی است.

روش آزمون IGT در استاندارد  TAPPI UM 591 توضيح داده شده است. روش های ديگر اندازه گيری مقاومت سطحی، مستلزم استفاده از يك سری متوالی از چندين مركب است كه چسبندگی هر كدام از آنها اندكی بيش از قبلی باشد. در اين حالت آن مركبی كه باعث وقوع پديده كنده شدن سطحی يا پرزدهی می شود، ميزان مقاومت سطحي را تعيين می كند.

البته لازم به ذكر است كه مدل هاي مختلف دستگاه های IGT قابليتهای ديگري از جمله تست چسبناكی مركب و يا پيش بيني كيفيت رنگ توليد شده در چاپ از نظر دانسيته، ،Lab براقيت، پشت زدن، لكه آوردن، سرعت جذب و انتقال مركب و پديده عبور جوهر، مقاومت به سايش و مواد شيميايی و … را هم دارد و از جمله دستگاه های با توانايی های بسيار بالا جهت تست قابليت چاپ پذيری و پيش بينی معايب چاپی در انواع سطوح چاپ شونده است.