Тема лекции № 8. Перенос краски с формы на запечатываемый материал. Закрепление краски на оттиске

Перенос краски с формы на запечатываемый материал, т. е. получение оттиска,— решающая стадия всего печатного процесса.

Сущность стадии переноса краски заключается не только в том, чтобы обеспечить условия, при которых в течение весьма короткого промежутка времени (сотых и тысячных долей секун­ды) практически на уровне сил контактного взаимодействия будет происходить разделение тонкого (около 0,1—5,0 мкм) слоя краски между красконесущей и красковоспринимающей поверх­ностями, но и в переносе красочного изображения — регуляр­ного или нерегулярного, сплошного или дискретного по своей структуре образа, несущего определенную смысловую нагрузку. Соответственно и качество печатания будет определяться не только количеством, перенесенной краски, но и минимизацией объема ощутимых потерь полезной информации.

Методы оценки краскопереноса. Наиболее полной характеристикой S_эфф является краскоемкость поверхности бумаги, определяющаяся минимальным количеством краски, необходимым и достаточным для заполне­ния всех внешних неровностей поверхности бумаги в момент печатного контакта. При этом подразумевается, что (при техно­логически необходимой толщине слоя краски на форме) внешние неровности поверхности бумаги (впадины и углубления) начнут заполняться лишь после того, как некоторое, предопределенное рядом факторов количество краски под действием давления будет «втиснуто» в приповерхностные поры и капилляры. Поэто­му правильнее говорить не о краскоемкости поверхности бумаги, а о краскоемкости бумаги. Именно это понятие (при соответ­ствующей интерпретации его смысла) будет использоваться нами в дальнейшем.

Краскоемкость бумаги определяется, сопоставляется и рас­считывается с использованием характеристических кривых краскопереноса, т. е. зависимостей между количеством (толщиной слоя) краски на печатной форме и коэффициентом переноса краски.

Краскоперенос и факторы, его определение. Перенос тонкого слоя жидкости (в данном случае печатной краски) с одной сплошной поверхности на другую может быть достигнут только при соблюдении двух следующих условий:

1) жидкость должна смачивать воспринимающую поверх­ность;

2) последняя должна обладать прочностью, превышающей величину напряжений, возникающих при расщеплении слоя жид­кости.

Наряду с высокими скоростями сдвига, обусловливающими значительные инерционные силы, в зоне печатного контакта действует еще ряд факторов, способствующих возникновению в краске области минимальной вязкости и смешению этой области в направлении запечатываемой бумаги. Этими факторами, в частности, являются неограниченность перемещения под давле­нием верхней части красочного слоя, а также нагрев, вызываемый трением краски внутри области контакта. В результате нагрева­ния краски около поверхности бумаги, обладающей сравнитель­но с металлической печатной формой худшей теплопроводностью, развивается более высокая температура, причем выделение тепла пропорционально произведению вязкости краски на квадрат ско­рости сдвига — величинам, непосредственно связанным с интен­сивностью внутреннего трения. Повышение температуры, как отме­чалось выше, снижает вязкость краски, а это, в свою очередь, будет обусловливать преимущественное возникновение пустот и их увеличение до макроскопических размеров в части слоя, располагающейся ближе к бумаге. Этот эффект особенно ярко проявляется при печатании на рулонных и высокоскоростных листовых ротационных машинах, где тепловые явления (в сочета­нии с некоторыми динамическими факторами) действуют, как мы отмечали ранее, достаточно сильно. Его результат — широко известное из практики некоторое уменьшение перехода краски с формы на запечатываемый материал с увеличением скорости печатания.

Взаимодействие бумаги краски в процессе печатания протекает в два периода, различающихся своей продолжительностью, а также величиной и характером деформаций и напряже­ний, испытываемых бумагой и краской. Первый период — это перенос краски с формы на бумагу под действием давления, второй — закрепление краски на отпечатке.

Анализ явлений, сопровождающих переход краски на бума­гу, показывает, что взаимодействие бумаги и краски выражается в следующем: в момент контакта бумаги с печатной формой (или передаточной поверхностью) слой краски испытывает давле­ние, оказывающее на краску двоякое воздействие: с одной стороны, оно вызывает проникновение краски в поры бумаги, с другой — «расплющивает» слой краски на поверхности бумаги. Это расплю­щивание проявляется сильнее с увеличением толщины красочно­го слоя, давления и вязкости краски. Оно связано также и с впи­тыванием краски в бумагу, возрастая при использовании жест­ких, непористых бумаг. Нарастание давления в этой стадии, наряду со значительным сглаживанием поверхности бумаги, приводит к тому, что краска, приобретающая состояние предельного в данных условиях разру­шения структуры и минимальную вязкость, быстро растекает­ся и заполняет внешние поры поверхности бумаги. Моделирование поведения жидкости на поверхности твердого пористого тела показало, что распространение жидкости по поверхности тела и абсорбция жидкости его капиллярами протекают практически одновременно. При перемещении полоски контакта под влиянием давления происходит сжатие пор бумаги и выдавливание избыт­ка краски за края печатающих элементов. При этом краска устрем­ляется в зоны пониженного давления, т. е. в углубления поверхности бумаги, не подвергавшиеся, естественно, сильному сжатию, в которых еще до расщепления красочного слоя может начаться частичная фильтрация краски и избирательное впитывание ее наиболее высокодисперсных и наименее вязких компо­нентов.

Вместе с тем иммобилизация краски бумагой в момент пе­чатного контакта будет обусловливаться не только впитыванием краски в бумагу в зоне минимального зазора между давящей поверхностью и печатной формой, но и капиллярным течением краски в толщу листа во время релаксации и восстановления пор после прохождения зоны максимального давления, кото­рое, вероятно, достигает максимума еще перед тем, как произой­дет разрыв красочного слоя между печатной формой и бумагой. Таким образом, можно выделить три ступени впитывания краски в бумагу:

I — впитывание краски как единого целого в момент печат­ного контакта (следовательно, под воздействием давления) на выступающих участках поверхности бумаги;

II — избирательное впитывание наиболее высокодисперсных и наименее вязких компонентов краски (также в момент печатного контакта) на участках поверхностных впадин и углублений;

III — избирательное впитывание краски по всей занимаемой ею площади после прекращения действия давления.

Поведение краски в рамках каждой из выделенных нами ступеней определяется достаточно широким кругом факторов.

В отличие от впитывания краски под действием давления, при протекании II и III ступеней резко возрастает роль поверх­ностного натяжения. В целом после прекращения действия давле­ния и отрыва формы от оттиска впитывание краски в бумагу протекает более медленно.

Назначение и сущность процесса закрепления краски. Важная технологическая роль закрепления краски, т. е. обра­зования на поверхности оттиска прочного, стойкого прежде всего к механическому воздействию (истиранию, расплющива­нию и т. д.) слоя краски, определяется следующим: оно предназ­начено для того, чтобы полностью предотвратить возможное появление дефектов, обусловленных стабильностью красочного изображения. Иными словами, от надежности закрепления краски непосредственно зависит качество полуфабриката и изделия. С другой стороны, продолжительность закрепления краски на оттиске является фактором, в немалой степени влияющим как на скорость работы печатной машины, так и на возможность передачи полуфабриката на дальнейшую обработку при условии минимального пролеживания его в печатном цехе. Поэтому в технологии печатных процессов первостепенное значение имеет не только изучение физико-химических процессов, сопутствующих закреплению красок различных типов, но и (в первую очередь) анализ факторов, влияющих, на продолжительность этого про­цесса и свойства отвержденных красочных слоев, а также реаль­ное представление о возможностях ускорения процесса закрепле­ния и предотвращения появления отмеченных дефектов.

Подобно переносу краски на запечатываемый материал (бумагу), ее закрепление на оттиске также будет сопровождаться более или менее заметным впитыванием, которое, в зависимости от способа печатания, типа краски, характера запечатываемого материала и условий проведения печатного процесса, может играть на этой стадии доминирующую или второстепенную роль. Возможные способы закрепления на оттиске большинства красок высокой, офсетной и глубокой печати можно в обобщенной форме представить в виде следующей схемы (рис.10).

Важное значение с точки зрения рационального построения технологического процесса, осуществляемого в печатном цехе, и взаимоувязки его с последующими (брошюровочно-переплетными или отделочными) операциями имеет разграничение двух стадий закрепления печатных красок (за исключением чисто, впитывающихся) — «схватывания», или первичного закрепления, и окончательного закрепления.

Некоторые особенности закрепления на оттисках красок высокой, офсетной, глубокой и флексографской печати. Современные краски высокой и офсетной печати отличают­ся от ранее выпускавшихся повышенной скоростью закрепления.

Рисунок 10 - Способы закрепления краски

Повышение температуры краски, как известно, облегчает образование агрегатов и структуры в целом вследствие большей частоты столкновений отдельных частиц. Важную роль в условиях нагревания оттисков, отпечатанных красками на многокомпонент­ных связующих, играет также десорбция, т. е. извлечение стаби­лизаторов с поверхности частиц пигмента, приводящая к наруше­нию целостности сольватных оболочек и тем самым также интен­сифицирующая процесс тиксотропного структурообразования. Степень проявления этого механизма, наряду с другими факто­рами, в значительной степени определяется природой и концентра­цией алкидной смолы, выполняющей в составе связующего функ­цию смачивателя-стабилизатора.

Принципиальной особенностью красок глубокой и флексографской печати, непосредственно связанной и с процессом закреп­ления, является наличие в их составе летучих растворителей. Пигменты и наполнители, тщательно распределенные в раствори­теле, образуют суспензию. Растворяя пленкообразующие смолы, растворители позволяют получать жидкообразные красочные сис­темы, равномерно распределяющиеся на печатной форме и за­печатываемом материале. Испарение же растворителей по выходе оттиска из зоны печатного контакта (а также частичное впиты­вание их вместе со связующим при печатании на капиллярно-пористых материалах, к которым относится и бумага) приводит к высаживанию основной массы пленкообразующей смолы вместе с пигментом на поверхности запечатываемого материала и началу окислительно-полимеризационного процесса, завершающегося образованием прочной красочной пленки.

В закреплении краски путем испарения растворителя участ­вуют три зоны: 1) поверхность красочного слоя (граница разде­ла фаз краска — воздух); 2) воздух; 3) красочный слой.

Серьезную технологическую проблему представляет собой закрепление красок глубокой и флексографской печати на водной основе. Испарение воды происходит, по некоторым сведениям, в 80 раз медленнее большинства растворителей и требует по меньшей мере 4—5-кратного, по сравнению с испарением боль­шинства легколетучих органических растворителей, расхода теп­ловой энергии. Увеличение влажности воздуха существенно замедляет испарение влаги из красочного слоя.

Создание быстро закрепляющихся красок на чисто водной основе практически невозможно. Поэтому в них обязательно присутствует в том или ином количестве органический раствори­тель, который уменьшает вязкость краски и способствует стаби­лизации раствора смолы-пленкообразователя. Выбор органическо­го растворителя определяется типом смолы. Как показывает опыт, наиболее эффективными, в том числе и с точки зрения закрепле­ния этих красок, являются полярные растворители, в частности спирты.

Современные методы ускорения закрепления печатных красок.

Первая группа методов ускорения закрепления красок связана с введением в них веществ, активизирующих процесс отверждения свежеотпечатанного красочного покрытия. Тради­ционным средством такого рода являются сиккативы — маслорастворимые соли алифатических жирных кислот, образуемые преимущественно так называемыми «тяжелыми» металлами (РЬ, Со, Мq). Попадая в краску, эти соли разрушают кислород­ные связи в молекулярной структуре дисперсионной среды и образуют реакционноспособные радикалы, которые последова­тельно «сшивают» между собой соседние молекулы связующего, т. е. инициируют его полимеризацию, ускоряя тем самым процесс пленкообразования.

Вторая группа методов характеризуется использованием для ускорения закрепления красок различных излучающих устройств (в ряде случаев для обработки под воздействием излучения также находят применение каталитические краски). Наиболее продол­жительное время в практике работы полиграфических предприя­тий, эксплуатирующих рулонные ротационные машины, находят применение тепловыделяющие устройства, использующие в ка­честве промежуточных теплоносителей (как раздельно, так и в определенных сочетаниях) нагретый воздух, горячую воду или открытое газовое пламя. Их главная технологическая функция — ускорение процесса тиксотропного структурообразования в крас­ках высокой и офсетной печати. Воздушные и — реже — водя­ные тепловыделяющие устройства используются также для ускорения испарения растворителей из красок глубокой и флексографской печати. Основным достоинством этих устройств являются доступ­ность и невысокая стоимость теплоносителей.

В настоящее время для ускорения закрепления красок в промышленном масштабе используются инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) излучатели. В качестве источников инфракрасного излуче­ния наиболее широкое применение находят кварцевые лампы инфракрасного спектра единичной мощностью 0,5—2,0 кВт, монтируемые на специальных панелях, которые устанавливают­ся перед приемным устройством или между печатными секция­ми листовых и рулонных машин на расстоянии 5 см от бумаги.

Воздействие ИК-лучей вы­зывает интенсивный разогрев красочного слоя и подложки, вследствие чего активизируют­ся впитывание краски (или ее разжижаемого под действием нагрева связующего) в бумагу и последующая термополиме­ризация. Достоинством этого метода является прежде всего совместимость связующего кра­сок, предназначенных для обра­ботки инфракрасным излучате­лем, с обычными красками — офсетными или универсальными (для офсетной и высокой печати), а также красками для флексографской и глубокой печати, что открывает перспективы модификации последних в расчете на интенсификацию их закрепления под воздействием ИК-лучей. К числу других до­стоинств ИК-облучения сле­дует отнести: существенное, по сравнению с естественным за­креплением, сокращение вре­мени «схватывания», что обес­печивает более быстрое форми­рование на оттиске окончатель­но отвержденного красочного слоя; значительное (на 50—80 %) уменьшение расхода или полное исключение из техноло­гического процесса противоотмарочных средств, что, в частности, способствует укорачиванию продолжительности непроиз­водительных простоев печатного оборудования, связанных с выполнением его чистка, смывки и других вспомогательных операций; повышение качества отпечатанной продукции, и прежде всего улучшение четкости, точности цветопередачи (по причине снижения вероятности изменения цвета в процессе закрепления краски), насыщенности и глянцевитости оттиска.

Введение в краску добавок, чувствительных к ИК-излучению и способствующих инициированию реакции полимериза­ции, делает возможным осуществление самой реакции без до­полнительного подвода тепла, что существенно снижает также и энергоемкость облучающего устройства.

Новый подъем интереса к этому методу связан с созданием красок типа «Супер-квик-сет» (сверхбыстрозакрепляющихся), в которых использованы новые синтетические смолы с ограничен­ной (регулируемой) растворимостью в сочетании со специаль­но компонуемыми растворителями и минимальным количест­вом высыхающих масел. Баланс растворителей и смол в этих красках оказывается настолько критичным, что даже без нагрева они закрепляются примерно в 10 раз быстрее, чем обычные быстрозакрепляющиеся краски.

Технологически важной характеристикой ИК-излучателей является длина волны излучения. Именно она определяет ве­личину энергии нагрева, которая, в свою очередь, в сочетании с термоаккумулирующей способностью прежде всего красок (зависящей от их цвета и толщины слоев на оттиске) обуслов­ливает скорость их закрепления. (Краски черного цвета под действием ИК-излучения закрепляются более интенсивно.)

Внедрение УФ-излучателей началось одновременно с появле­нием в начале 70-х гг. красок высокой и офсетной печати (а поз­же и для выполнения специальных видов работ), абсолютно не содержащих растворителей, которые могли бы впитываться в бумагу или испаряться в атмосферу цеха.

Источником УФ-излучения являются газонаполненные (аргонортутные и ксеноновые) кварцевые лампы среднего давления единичной мощностью, до 10 кВт. Рефлекторы для этих ламп, встраиваемые в печатные машины, выполняются в виде полуэл­липса (рис. 11) фокусе

Рисунок 11- Схема эллиптического реф­лектора лампы УФ-излучения: 1- источник излучения;

2—рефлектор; 3 — красочный слой; 4 бумага

которого находится лампа, отстоя­щая от поверхности бумажного листа или "полотна на 120 мм. Излучение лампы концентрируется во втором фокусе эллипса, располагающемся в плоскости бумаги, точность перемещения которой по отношению к этому фокусу поддерживается в преде­лах ±5 мм. Температура на поверхности лампы достигает 800 °С.

В качестве перспективных источников рассматриваются им­пульсные осветители, а также ртутные лампы низкого давления и безэлектродные лампы. Подобно ИК-устройствам, УФ-излучатели могут устанавливаться как между печатными секциями, так и на приемно-выводном устройстве листовой или рулонной машины.

К важнейшим преимуществам систем УФ-облучения отно­сятся:

1) высокая скорость закрепления, позволяющая без при­менения каких бы то ни было дополнительных средств осуществ­лять как двустороннее, так и одностороннее многокрасочное печатание без ощутимого снижения производительности печат­ного оборудования;

2) небольшое энергопотребление — около 80 Вт на 1 см ши­рины оттиска, т. е. примерно 1/5 количества энергии, расходуе­мой на закрепление, обычных красок описанными тепловыделяю­щими устройствами;

3) отсутствие обезвоживания бумаги, поскольку при УФ-облучении, в отличие от ИК, для ускорения закрепления красок не требуется нагревания подложки.

Микроволновое излучение (т.е. радиоволны миллиметро­вой, сантиметровой и дециметровой длины в диапазоне сверхвы­соких частот) —аналогично УФ и (в ряде случаев) ИК-излучению — генерирует энергию, поглощаемую содержащимися в сос­таве краски специальными полярными компонентами. При этом нагрев красочного слоя и бумаги происходит изнутри, что исклю­чает и растрескивание красочного слоя, и значительную поте­рю влаги бумагой. Однако, за исключением отверждения кра­сок глубокой и флексографской печати на водной основе, другие возможности применения микроволнового излучения пока не выявлены, поскольку отсутствуют сведения об особенностях по­ведения в этих условиях основных компонентов печатных красок. Обнадеживающими представляются перспективы ускорения закрепления печатных красок в потоке электронов высокой энер­гии, т. е. в поле р1-излучения. В этом случае также могут быть использованы предельно простые по композиции краски, содер­жащие только пигмент, диспергированный в мономерном свя­зующем.

Достоинством этого способа, судя по предварительным результатам, является его высокая эффективность, поскольку энергия излучения почти полностью поглощается красочным изображением.

Перспективным, в частности, является примене­ние для этой цели лазеров на основе гелия или двуокиси угле­рода, генерирующих лучи с длиной волны, лежащей в инфракрас­ной зоне. Мощность теплового воздействия этих лучей состав­ляет 3—4 кВт.

Методы и средства борьбы с отмарыванием и перетискиванием. Первостепенными технологическими требованиями, имеющи­ми большое значение в предотвращении возникновения загряз­нения оттисков и печатной машины, серьезно осложняющего процесс печатания и ухудшающего качество (и, прежде всего внешний вид) готовой продукции, являются:

1) тщательный подход к оценке эксплуатационной совмес­тимости и технологической эффективности триады: бумага — краска — способ закрепления на оттиске;

2) осуществление печатного процесса с использованием минимально допустимой с технологической (в том числе и ка­чественной) точки зрения толщины красочного слоя, что требу­ет, однако, применения красок повышенной интенсивности;

3) выкладывание свежеотпечатанных, особенно многокрасоч­ных, оттисков на приемное устройство и платформы возможно меньшими по высоте стопами, что уменьшает величину при­ходящейся на них нагрузки и делает более благоприятными условия их хранения и межоперационной транспортировки;

4) тщательная регулировка всех технологически важных элементов печатной машины, и прежде всего — красочного ап­парата, увлажняющего аппарата (в офсетной печати), печат­ного аппарата и системы вывода отпечатанной продукции.

Однако соблюдение этих требований не всегда является дос­таточным для предотвращения возникновения отмарывания, перетискивания и смазывания, и в практике печатных процес­сов прибегают к использованию с этой целью дополнительных средств. Наиболее эффективным из них является создание меж­ду оттиском и любой контактирующей с ним поверхностью специального разделительного слоя, который, в зависимости от вида и состава, будет выполнять функцию механического или физико-химического барьера, препятствующего переходу краски с одной поверхности на другую. (Введение специальных противоотмарочных добавок типа парафиномагнезиевой пасты или «аэросила»— двуокиси кремния, интенсифицирующего процесс структурообразования, как оказалось, заметных результатов не дает, поскольку оно чревато ухудшением печатно-технических и оптических свойств красок.)

Дата добавления: 2014-12-08