Teollisuuden pakkausmateriaalien kehitystä ohjaavat tällä hetkellä tiukat ympäristötavoitteet ja lainsäädäntö, kuten Euroopan unionin pakkaus- ja pakkausjäteasetus (PPWR). Siirtymä kohti kiertotaloutta velvoittaa valmistajia korvaamaan perinteiset neitseelliset fossiilipohjaiset muovikalvot kierrätysmuoveilla (PCR, post-consumer recycled) tai uusiutuvilla, biopohjaisilla ja kompostoituvilla materiaaleilla, kuten PLA- (polymaitohappo) ja selluloosapohjaisilla kalvoilla. Vaikka nämä materiaalit tukevat kestävää kehitystä, ne tuovat mukanaan uusia vaatimuksia tuotantolinjan loppupäähän. Pakkausten luettava ja kestävä merkintä on pystyttävä toteuttamaan ilman tuotantotehokkuuden heikkenemistä.
Materiaalien muuttuneet kemialliset ja fysikaaliset pintaominaisuudet vaikuttavat suoraan musteen tarttuvuuteen, kuivumisaikaan sekä merkintäjäljen mekaaniseen kestävyyteen. Jos merkintää ei mukauteta uuden pakkausmateriaalin ominaisuuksiin, tästä voi seurata viivakoodien lukukelvottomuutta, musteen leviämistä tai pakkauskalvon vaurioitumista kuumennusvaiheessa. Tuotteiden katkeamaton jäljitettävyys ja säädöstenmukaisuus logistiikkaketjussa edellyttävät, että merkintälaitteet ja kulutustarvikkeet valitaan uusiutuvien kalvojen ehdoilla.
Uusiutuvien ja kierrätettyjen materiaalien asettamat haasteet merkintäteknologialle
Kierrätetyt muovit ja biopohjaiset pakkauskalvot poikkeavat fysikaalisilta ominaisuuksiltaan usein huomattavasti perinteisistä PE-, PP- tai PET-kalvoista. Keskeinen tekijä on materiaalin pintaenergia, jota mitataan dyne-arvoilla (mN/m). Perinteisillä kalvoilla pintaenergia on yleensä tasainen ja helposti hallittavissa esimerkiksi esikäsittelyllä, mutta kierrätetyillä PCR-kalvoilla tilanne on toinen. Kierrätysprosessissa materiaaliin saattaa jäädä mikroskooppisia epäpuhtauksia, liukasteaineita tai muiden muovilaatujen jäämiä, jotka voivat muuttaa pintaenergiaa dynaamisesti erästä toiseen. Alhaisen pintaenergian vuoksi nestemäinen muste ei leviä tasaisesti. Se vetäytyy herkästi pisaroiksi, mikä heikentää merkinnän tarttuvuutta ja kontrastia.
Biopohjaisten kalvojen, kuten PLA- tai tärkkelyspohjaisten materiaalien, kohdalla suurin tekninen haaste liittyy niiden alhaiseen lämmönsietokykyyn. Perinteinen polyesterikalvo (PET) kestää korkeita lämpötiloja vaurioitumatta, mutta monet biokalvot alkavat pehmetä ja muuttaa muotoaan huomattavasti alhaisemmissa lämpötiloissa. Termonsiirtomerkinnässä (TTO) tulostuspään lämpövastukset sulattavat värinauhan vahan tai hartsin suoraan kalvon pintaan. Liian korkea lämpötila tai liian pitkä kosketusaika sulattaa tai venyttää herkkää biokalvoa helposti. Kalvon vaurioituminen heikentää pakkauksen tiiveyttä ja voi johtaa kalvon katkeamisesta johtuviin tuotantoseisokkeihin.
Myös materiaalien huokoisuus ja imukyky vaihtelevat. Erityisesti selluloosapohjaiset ja kompostoituvat kalvot saattavat imeä mustetta eri tavalla kuin täysin tiiviit synteettiset muovit. Jos muste imeytyy kuiturakenteeseen, viivakoodien ja pienten tekstien reunat sumentuvat. Tämä heikentää merkinnän koneluettavuutta ja johtaa helposti hylkäyksiin automaattisessa laadunvalvonnassa.
Oikean musteen ja teknologian valinta biokalvoille
Kun tuotannossa siirrytään uusiutuviin kalvomateriaaleihin, merkintäteknologian yhteensopivuus on arvioitava kokonaisuutena, jossa huomioidaan itse tulostuslaite, ohjausparametrit sekä käytettävät kulutustarvikkeet. Kontaktiton mustesuihkumerkintä (CIJ, Continuous Inkjet) soveltuu hyvin lämpöherkille biokalvoille, sillä se ei kohdista niihin mekaanista painetta tai suoraa lämpökuormaa. Tällöin musteen kemiallinen koostumus ratkaisee onnistumisen.
Esimerkiksi Videojet on kehittänyt erikoismusteita, joiden liuotinainekoostumus on optimoitu haihtumaan erittäin nopeasti alhaisissakin lämpötiloissa. Nopean kuivumisen ansiosta muste kiinnittyy tiukasti matalan pintaenergian kierrätys- ja biokalvoille ennen kuin tuote siirtyy linjastolla eteenpäin tai joutuu kosketuksiin ohjausrullien kanssa. Sopiva muste ei leviä eikä hankaudu pois. Näin varmistetaan tuotteen siisti ulkoasu ja luotettava jäljitettävyys loppukäyttäjälle saakka.
Käytettäessä termonsiirtotekniikkaa (TTO) avainasemassa ovat matalalämpötilaiset värinauhat. Nykyaikaiset hartsi- ja vahahartsisekoitteiset värinauhat on suunniteltu sulamaan ja siirtymään alustalle huomattavasti matalammalla lämpöenergialla kuin perinteiset teollisuusnauhat. Lämpötila voidaan laskea tasolle, joka suojaa ohuita biokalvoja vaurioilta tuottaen silti tarkan ja hankauksenkestävän jäljen. Tulostuspään paineen ja vasteajan kaltaisten parametrien tarkka säätö takaa tasaisen laadun myös suurilla linjanopeuksilla.
Lasermerkinnän tekniset edellytykset uusiutuvilla materiaaleilla
Kontaktiton lasermerkintä tarjoaa pysyvän ja huoltovapaan ratkaisun, mutta uusiutuvien ja biopohjaisten pakkauskalvojen kohdalla menetelmän käyttöönotto vaatii tarkkaa aallonpituuden ja tehon määritystä. Perinteinen hiilidioksidilaser (CO2) perustuu termiseen reaktioon, jossa säde sulattaa tai poistaa materiaalin pintakerrosta kontrastin luomiseksi. Biokalvoilla, joiden sulamispiste on huomattavasti perinteisiä muoveja alhaisempi, liiallinen lämpökuorma polttaa kalvon herkästi puhki tai aiheuttaa mikrohalkeamia. Tämä vaarantaa pakkauksen tiiveyden.
Siksi herkillä biopohjaisilla kalvoilla kannattaa käyttää lyhyen aallonpituuden lasereita. Esimerkiksi FOBAn edustama ultraviolettilaserteknologia (UV-laser) toimii 355 nanometrin aallonpituudella ja perustuu kylmämerkintään. Fotonit katkaisevat materiaalin pinnan kemialliset sidokset ilman lämpökuormaa, mikä synnyttää hallitun värimuutoksen suoraan kalvon rakenteeseen. Ohuet biokalvot säästyvät mekaanisilta ja lämpövaurioilta. Pakkaus säilyttää suojaominaisuunsa, ja merkinnästä tulee erittäin tarkka sekä helppolukuinen.
Kierrätysmuoveilla (PCR) puolestaan lasermerkinnän haasteeksi nousee materiaalin epätasaisuus. Koska kierrätyserien optiset ja kemialliset ominaisuudet saattavat vaihdella, laserin absorptio kyseiseen materiaaliin muuttuu. Siksi lasermerkintälaitteen ohjausparametrien on oltava helposti säädettävissä, ja järjestelmän on sopeuduttava pieniin materiaalivaihteluihin tuotannon aikana kontrastin kärsimättä.
Laadunvarmistus ja konenäkö osana pakkausprosessia
Kierrätettyjen ja biopohjaisten kalvojen pinnanlaadun vaihtelut tekevät merkinnän laadunvarmistuksesta erittäin tärkeän vaiheen tuotannossa. Koska materiaalin pintaenergia tai kuitukoostumus saattaa muuttua raaka-aine-erästä toiseen, pelkkä merkintälaitteen optimointi ei takaa aukotonta jäljitettävyyttä. Varma ratkaisu on reaaline-aikainen laadunvalvonta, joka havaitsee mahdolliset poikkeamat välittömästi tulostustapahtuman jälkeen.
Integroidut konenäköjärjestelmät analysoivat jokaisen pakkaukseen painetun kaksiulotteisen koodin (kuten DataMatrix- tai QR-koodit) ja tekstirivin suoraan linjanopeudella. Kamerat arvioivat koodin laatua ja kontrastia kansainvälisten standardien mukaisesti. Jos uusiutuvan materiaalin epätasaisuus levittää mustetta tai heikentää kontrastia, järjestelmä havaitsee lukukelvottoman koodin välittömästi. Viallinen pakkaus hylätään automaattisesti linjalta ennen sen siirtymistä logistiikkaketjuun. Tämä suojaa valmistajaa reklamaatioilta ja kalliilta takaisinvedoilta.
Joustava siirtymä uusiutuviin materiaaleihin palvelumallin avulla
Siirtyminen uusiutuviin ja kierrätettyihin pakkauskalvoihin vaatii usein merkintälaitteiston testaamista, parametrien hienosäätöä ja mahdollisesti kokonaan uuden teknologian käyttöönottoa. Jotta nämä muutokset eivät aiheuttaisi merkittäviä investointiriskejä tai rasittaisi yrityksen pääomarakennetta, joustava hankintamalli tarjoaa tehokkaan tavan edetä. Getran tarjoama tuotemerkintä palveluna (MaaS, Marking as a Service) mahdollistaa nykyaikaisten merkintäjärjestelmien ja kulutustarvikkeiden käytön ennustettavalla kuukausiveloituksella ilman laiteinvestointeja (CAPEX).
Palvelumalli mahdollistaa merkintäteknologian joustavan päivittämisen tai vaihtamisen pakkausmateriaalien kehityksen mukaan. Jos uuteen biokalvoon siirtyminen vaatii esimerkiksi TTO-tekniikan vaihtamista mustesuihkutekniikkaan, muutos onnistuu osana palvelusopimusta ilman vanhan laitteiston poistokirjauksia tai uusia suuria laiteinvestointeja.
Merkkaa Basic
Varma ja kustannustehokas perusratkaisu vakiintuneille materiaaleille ja suoraviivaisiin merkintätarpeisiin.
- ✔ Tarpeisiinne valittu merkintälaite ja asennus
- ✔ Ennaltaehkäisevä kausihuolto
- ✔ Kiinteä ja ennustettava kuukausihinta
Merkkaa Plus
Optimoitu kokonaisuus uusiutuville ja käytetyille materiaaleille, jotka edellyttävät jatkuvaa joustavuutta.
- ✔ Merkkaa Basic -tason palvelut sisältyen
- ✔ Säännöllinen ja ennakoiva huolto
- ✔ Viestinluontipalvelu tarpeidenne mukaan
Uusien pakkausmateriaalien vaatimusten hallinta edellyttää kemiallisten ja fysikaalisten pintavuorovaikutusten tuntemista sekä oikeaa teknologiavalintaa. Säätämällä merkintälaitteisto ja tarvikkeet oikein sekä hyödyntämällä modernia laadunvarmistusta tuotannon teho (OEE) pysyy korkeana ja tuotteiden täydellinen jäljitettävyys toteutuu kaikissa olosuhteissa. Getran asiantuntijat auttavat arvioimaan nykyisen tuotantolinjan yhteensopivuuden uusiutuvien kalvojen kanssa ja suunnittelemaan toimintavarman merkintäprosessin.
