Inline drukken van slimme labels & intelligente verpakkingen

Fons Put
24 juni 2020
Eye-Opener

Merkeigenaars maken steeds meer gebruik van slimme functionele verpakkingen. Hier is dan ook een goede reden voor want dit type van verpakking voorziet de merkeigenaar met een nieuwe set instrumenten inzake klantenbinding en marketing. Zo toonde Jerome Labie Duflot, R&D Innovation Manager bij Coca-Cola, tijdens de AIPIA-challenge wat er bij een merkgigant als Coca-Cola hoog op de agenda staat inzake slimme verpakking. Naast de klantenbeleving (‘message in a bottle’, ‘snapshat’-filters en Augmented Reality) zijn het op dit moment vooral ‘recyclage’ toepassingen. Hoe kan men een verpakking slim maken om in de recyclageketen terecht te komen?

Fig. Jerome Labie Duflot toont slimme recyclage-oplossingen tijdens de AIPIA-challenge.

Elektronica op papier?

Aan elke oplossing hangt natuurlijk een prijskaartje vast. Goedkope inline oplossingen om verpakkingen slim te maken kunnen het toepassingsgebied enorm verhogen. In het Paperonics-project onderzoekt de Universiteit Hasselt samen met partners IMEC, PTS, Fraunhofer, KU Leuven en TU Chemnitz, de vooruitzichten om smart labels en intelligente verpakkingen op een papieren drager te drukken. Dat dit geen vanzelfsprekendheid is, werd ook aangetoond tijdens de VIGC-introductie opleiding in ‘printed electronics’ vorig jaar december.

Fig. Slide uit de VIGC-opleiding ‘introductie in printed electronics’. Drukken met geleidende inkten vereist een andere insteek dan grafisch drukwerk!

Bedrukbaarheid

In de eerste fase van het Paperonics-project werd onderzocht welke papier- en kartonsoorten in aanmerking komen voor bedrukking met stroom geleidende inkten. Oppervlaktestructuur en doorlaatbaarheid kunnen immers sterk verschillen (gecoat, gekalenderd, niet-gecoat papier). Zeefdruk is momenteel de meest gebruikte druktechniek voor geleidende inkten omdat een zekere mate van laagdikte elementair is om tot voldoende geleiding te komen. Dit is een flink voordeel voor zeefdruk maar daartegenover staat wel de lagere productiesnelheid.

Fig. Microscoopopnames tonen duidelijk de verschillen in oppervlaktestructuur van een aantal papiersoorten.

De mogelijkheden voor Offset

Offset is zeer succesvol als druktechniek voor hoog-volume grafische productie van o.a. verpakkingen. In het kader van het Paperonics-project werden in het VIGC-lab de mogelijkheden van offsetdruk met geleidende inkt verkend. Het Spaanse Mateprincs is met zijn OCAG001-inkt momenteel één van de weinige (zeg maar de enige) leverancier van conductieve offset-ink voor afdruk op papier.

Fig. Conductieve inkt op de IGT Orange Proofer

De soortelijke massa van deze inkt blijkt al bijzonder hoog (3.0155 g/cm3) in vergelijking met grafische inkten (ongeveer 1 g/cm3). Laagdikte blijft zoals reeds aangehaald elementair om een goede geleiding te bekomen. Een standaard offset-laagdikte van 1 micron werd verhoogd door nat-in-nat te drukken (3 -of 4 drukgangen). Aan de hand van de afbeeldingen hieronder zien we dat bij een simpele weerstandsmeting enkele opvallende scores weer worden gegeven.

Fig. Afdruk op een papier met offsetcoating toont een hoge weerstandswaarde (> 2Mohm).

Fig. Afdruk op een hoogwaardig inkjetpapier toont een weerstand van 30 Ohm.

Fig. Op een speciaal glad papier voor printed electronics wordt (niet onverwacht) de laagste weerstand gehaald (22 Ohm).

Verder onderzoek

De Bachelor- en masterstudenten industrieel ingenieur van UHasselt/KU Leuven gaan intussen verder aan de slag met de samples geproduceerd op de Orange Proofer in het VIGC-lab. In het project zijn 3 toepassingen (demonstrators) gedefinieerd die men op termijn wil valideren:

Een RFID/NFC-label op papier/karton voor logistiek en product-authenticiteit (luxe-segment)
Integratie van een energiebron om gedrukte sensoren aan te sturen
Ontwikkeling van een geprinte temperatuurindicator.

Interessant om te weten is dat in het validatietraject ook recycleerbaarheid en de opschaling via rotatieve printprocessen (bv. flexografie, rotogravure, …) onderzocht worden.

Voor meer info contacteer jarne.machiels@uhasselt.be of fons.put@vigc.be