Офсетний друк

Сучасні методи інтенсифікації закріплення друкарських фарб на відбитках

Раціональне використання швидкісних друкарських машин потребує скорочення часу перероблення надрукованої продукції на подальших технологічних операціях. Оскільки до цього часу ще не створено фарби, швидкість закріплення яких на ЗМ відповідала б швидкості роботи друкарського обладнання, для інтенсифікації процесів висушування відбитків використовуються різноманітні методи, які можна поділити на дві групи.

Перша група методів прискореного закріплення фарб передбачає активізацію процесів твердіння здійснювати завдяки введенню у фарби спеціальних компонентів — хімічних чи термічно активованих каталіза­торів. Традиційними хімічними каталізаторами процесу твердіння фарб є сикативи, які додають до них. Ці методи мають досить широке застосу­вання, проте особливих нововведень тут немає.

Новий вид фарб, що закріплюються термічним способом, — це термо - каталітичні чи термореактивні фарби. Вони складаються, як мінімум, з двох слабков’язких смол, здатних при підвищеній температурі за допо­могою каталізатора вступати між собою в реакцію поліконденсації, утворюючи плівку сухої фарби. Утворений фарбовий шар є досить твердим і в той же час еластичним, стійким до оброблення та дії на нього розчинників, а також має високу адгезію до ЗМ. Закріплення фарби здійснюється при температурі 140... 150 °С. Нагрівальні пристрої можуть бути різного конструктивного виконання, зокрема 14 випромінювачами. Основною вимогою до них є: простота, точність і стабільність регулю­вання теплового потоку, тому що термокаталітичні фарби досить чутливі до випадкових перепадів температури.

Найчастіше такі фарби випускають у вигляді двох складових, які ретельно змішують перед використанням. Фарби, що постачаються під­приємствам у вигляді готових сумішей, мають використовуватися протя­гом 1...3 міс. Згідно зданими фірм США, вартість термокаталітичних фарб на 50% вища від вартості звичайних. При досить широкому викори­станні таких фарб витрати мають окупитися завдяки скороченню вироб­ничого циклу друкування і розв’язання проблеми захисту навколишнього середовища, тому що при висушуванні практично відсутні шкідливі викиди.

Друга група методів призначена для інтенсифікації закріплення фарб різними пристроями, що виділяють енергію. їх використовують при друкуванні звичайними фарбами, які твердіють завдяки випаровуванню летких фракцій зв’язувальної речовини. Протягом тривалого часу в РРМ застосовувалися тепловидільні пристрої, в яких як проміжні теплоносії використовувалися нагріте повітря, гаряча вода чи відкрите газове полум’я. Головною технологічною функцією їх було прискорення процесу тиксотропного структуроутворення.

Спосіб висушування відкритим газовим полум’ям принципово прос­тий, але має ряд істотних недоліків: громіздкість висушувальних камер, великі витрати газу, складність керування регулювальною апаратурою, пожежна небезпека. Паперове полотно, нагріваючись до 200...300 °С, надто сильно і нерівномірно втрачає вологу, що спричинює його деформа­цію, ускладнює проходження в паперопровідній системі та негативно впливає на фальцювання.

При обдуванні задрукованого паперового полотна гарячим повітрям із температурою 100...З00 °С воно нагрівається тільки до 80 °С. Процес висушування при цьому малоінтенсивний. Щоб збільшити час перебу­вання паперового полотна в сушильній камері, довжина якої обмежена, потоки гарячого повітря спрямовують на нього зі швидкістю 40. ..80 м/с із сопел, розміщених зверху і знизу в шаховому порядку. Довжина полотна в сушильній камері більша від довжини самої камери в 2...2,5 рази. Це створює певні труднощі в момент зупину чи пуску машини.

Закріпленню фарб можуть сприяти й різні мікрохвильові випроміню­вання: 14, УФ, високочастотне (ВЧ) та електронно-променеве.

Дія струмів ВЧ та 14 променів грунтується на тому, що фарбовий шар інтенсивно розігрівається, внаслідок чого активізуються всмокту­вання і термополімеризація фарби. Основним недоліком 14 сушіння є пересушування паперу.

При ВЧ висушуванні розігрівається тільки фарбовий шар і практично поза впливом ЗМ. При миттєвому висушуванні зв’язувальна речовина фарби не встигає всмоктатись у папір, завдяки чому відбитки мають кращий блиск. Тему деякі фірми використовують комбіновані сушильні пристрої, до складу яких входять ВЧ та 14 випромінювачі в оптималь­ному співвідношенні 3:2. Сумісна дія двох видів випромінювання дає змогу легше підібрати оптимальний режим сушіння.

Останнім часом для твердіння фарб широко застосовують УФ випро­мінювання. До складу фарб, які твердіють за допомогою цього випро­мінювання, вводять фотосенсибілізатор — речовину, чутливу до УФ випромінювання в межах спектра використовуваних випромінювачів (100...400 нм). Реакція полімеризації в основному проходить за частки секунди, коли відбиток перебуває в паперопровідній системі. Остаточне закріплення здійснюється протягом кількох хвилин після виходу відбитків із зони опромінення, але в цей час міцність фарбового шару вже виключає перебивання фарби на наступний відбиток чи його розмазування.

Спосіб УФ висушування має деякі недоліки. Використовувані для цього способу фарби значно дорожчі від звичайних. УФ випромінювання має різну проникну здатність у фарбові плівки різних кольорів. Для закріплення жовтої фарби треба мати пристрій з одним випромінювачем, для твердіння чорної фарби необхідно на машину встановити пристрій з двома або трьома випромінювачами. Щоб можно було встановлювати на всіх секціях машини уніфіковані пристрої з одним випромінювачем, рекомендують такий порядок накладання фарб: чорна, блакитна, пурпу­рова, жовта.

Фарби, розраховані на твердіння УФ променями, практично не виси­хають без опромінення, а тому їх не можна змішувати зі звичайними фарбами. Хоча вони не висихають на фарбових валиках, змивання ФА та очищення забруднених деталей машини ускладнюються. Озон, що виділяється під час роботи УФ випромінювачів, спричиняє інтенсивну корозію деталей обладнання. Крім того, незважаючи на недоліки, властиві цій технології, вона весь час удосконалюється і знаходить все більше застосування.

Спосіб висушування фарб УФ випромінюванням в інертній атмо­сфері, запропонований фірмою «Юніон Карбід» (США), є ефективнішим. Відбиток у зоні висушування обдувається потоком азоту, який, витіс­няючи із зони висушування кисень, запобігає утворенню озону. З’явля­ється можливість використовувати УФ випромінювачі розсіяного світла. Все це дає змогу відмовитися від інтенсивної місцевої вентиляції і змен­шити витрати електроенергії. Витрати азоіу незначні і його можна вида­лити з приміщення звичайною системою вентиляції. При охолодженні УФ ламп водою термін роботи їх підвищується у 5...6 разів.

За повідомленнями фірми «Сун Хемікл Корп.» (США) в УФ випромі­нювачах застосовуються лампи, наповнені парою меркурію. Використо­вуються лампи з фокусованим і розсіяним світлом, повітряним та водяним охолодженням. Кількість ламп залежить від швидкості роботи машини, товщини фарбового шару, кольору пігменту. При швидкості руху паперової стрічки 300 м/хв потрібен пристрій, що складається з 10 ламп потужністю 200 Вт.

Пристрій УФ висушування відбитків з «холодним» випромінюванням створено фірмою «Шнайдер-енергіанвендунг-технік» (Німеччина). У цьому пристрої побічне теплове 14 випромінювання поглинається завдяки використанню замкненого вузла, через який циркулює вода. Як джерело УФ випромінювання використовуються ртутні лампи високого тиску. В новому пристрої нагрівання ламп порівняно зі звичайними пристроями зменшується на 30%. Його перевагами є можливість викори­стання для твердіння фарб на чутливих до теплоти полівінілхлоридних плівках, підвищення швидкості друку при більш високій якості відбитків, виключення забруднення при значній висоті стосу ЗМ, зменшення площі для зберігання відбитків. При «холодному» твердінні температура в зоні друкування в машині не перевищує 60 °С. Крім того, зменшено можли­вість корозії деталей випромінювачів і знижено кількість утворюваного озону. Підтвердженням широкого застосування УФ висушування фарб є те, що за останні роки в Європі щорічно вводиться в експлуатацію близько 350 машин з УФ випромінювачами.

Досить новим і перспективним є спосіб твердіння фарбового шару на відбитках під дією імпульсивного потоку електронів. При цьому можуть використовуватися досить спрощені за композицією фарби, які включають пігмент, диспергований у мономерній зв’язувальній речовині. Характеристику випромінювачів підібрано так, що максимум енергії припадає на частоту, резонансну частоті коливань подвійних зв’язків ненасичених вуглеводів, які входять до складу зв’язувальної речовини фарби. Вплив електронного пучка на фарбу підсилюється введенням до їх складу відповідних сенсибілізаторів.

Електронний пучок створюється пристроєм, аналогічним за кон­струкцією триелектродної лампи. Зміною катодної та сіткової напруг регулюють кількість випромінюваної енергії і швидкість руху електронів, від якої залежить глибина проникнення їх у фарбовий шар. Роботою пристрою можуть керувати в автоматичному режимі датчики, які контро­люють проходження паперових аркушів і швидкість роботи машини.

При електронно-променевому висушуванні використовуються генера­тори електронних пучків, що створюють під час розгону електронів різницю потенціалів від 150 тис. до 1 млн В. Керування напрямком променя і засоби обмеження розсіювання електронів в атмосферу запобігають значним енергетичним втратам. Високий енергетичний рівень і висока проникна здатність електронів забезпечують миттєву полімеризацію акрилових смол, не зачіпаючи інших інградієнтів фарб. При цьому температура підвищується на кілька градусів. У США створено компактний прискорювач електронів, розміри якого дають змогу легко вмонтувати його в лінії, які виконують друкування, склеювання, нанесення різних покриттів. Ним можна опромінювати покриття завтовшки 0...500 мкм. Твердіння покриттів електронними променями може здійснюватися при швидкості руху оброблюваного матеріалу 300 м/хв і витратах електроенергії не більш як 120 Вт/см. Від одного генератора може працювати кілька головок — прискорювачів. Ширина оброблюваного матеріалу може досягати 4 м. Практично миттєве твердіння фарб забезпечує відбиткам високий глянець. При цьому немає шкідливих викидів в атмосферу, тобто спосіб є екологічно чистим.

Якщо УФ випромінювання екранується непрозорим матеріалом, то потік електронів легко проникає крізь будь-яку перепону, в тому числі металеву фольгу і полімери. Це відкриває нові можливості, наприклад, для декорування пакувальних матеріалів. Пристрої для твердіння фарб потоком електронів у 4.. .6 разів дорожчі від пристроїв для УФ твердіння, але за дією значно ефективніші.

Ефективного твердіння фарби на відбитках можна досягти також за допомогою лазерного випромінювання (індукованого високоінтенсив - ного електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні). Лазер установлюють під гострим кутом до площини відбитків так, щоб його промінь перекривав ЗМ по всій ширині. Лазери на гелії чи двооксиді вуглецю генерують промінь з довжиною хвилі в 14 зоні. Потужність теплового випромінювання променя становить 3...4 кВт. Лазерний пристрій для твердіння фарб досить економічний, тому що майже вся енергія випромінювання поглинається задрукованою поверхнею і втрати теплоти незначні.

Закріплення друкарської фарби лазерним або мазерним променем використовується ще дуже рідко. Основною перевагою цього способу є можливість створення великої густини опромінення на малій площі відбитка, а основним недоліком — утворення «кірочки» на поверхні фарбового шару.

Слід зазначити, що всі способи інтенсифікації висушування фарб на відбитках весь час удосконалюються, внаслідок чого їх ефективність підвищується.

Фірмою «Heidelberg» розроблено сушильні пристрої «Ecoweb» і «Ecotherm». Сушильний пристрій «Ecoweb» є надзвичайно простим в обслуговуванні. Оператору потрібно лише задати необхідну температуру паперового полотна на пульті керування. Температура повітря в зоні сушіння регулюється автоматично. Завдяки широким вхідному та вихід­ному отворам забезпечується легке проведення полотна. Як і решта сушильних пристроїв зазначеної фірми, «Ecoweb» забезпечує високу якість друку та малі виробничі витрати:

На ЗО % менше споживання енергії, порівняно з традиційними комбінаціями сушарка/пристрій відпалу, завдяки особливій технології регулювання температури полотна та повторному використанню енергії від спалювання випаровувань розчинника;

Швидкий вихід на робочий режим, що сприяє зменшенню макула­турних відходів.

Інсталяційні витрати сушильного пристрою зведено до мінімуму. «Ecoweb» постачається у вигляді повністю в комплектованого модуля. Особлива система подачі повітря під високим тиском та запатентовані газові пальники «Crossjet» забезпечують високостабільне проведення паперового полотна через сушильний пристрій.

Завдяки великій кількості газових пальників полотно проходить через сушильний пристрій «Ecotherm» без короблення та вигинання, що трапляється у звичайних сушарках. Хвилеподібне проведення призво­дить до нестабільного положення краю полотна. При прямолінійному проведенні паперового полотна досягається максимальна стабільність положення країв, що особливо важливо для вузьких полотен, які проводяться асиметрично до центральної осі машини. Ця особливість разом із багатьма іншими перевагами підвищує ефективність роботи та значно зменшує можливість обриву паперового полотна. Як і все сушильне обладнання фірми «Heidelberg», сушильний пристрій «Ecotherm» відрізняється простотою обслуговування.

На рис. III (див. кольорову вклейку) показано сушильні пристрої «Ecoweb» та «Ecotherm» фірми «Heidelberg» і споживання ними газу порівняно зі звичайним сушильним пристроєм, а нижче наведено основні особливості цих пристроїв:

Систему сушіння узгоджено з проходженням паперу, висока надійність виробництва; економне використання енергії; поперечно-орієнтований ГЧ випромінювач;

Короткохвильовий 14 випромінювач із високим коефіцієнтом відбиття через золотий рефлектор;

Автоматичне вимірювання температури стапеля 14 сенсором;

Сушильна шафа для всіх повітряних, теплообмінних апаратів електронного вмикання;

Інтегрований пристрій утилізації залишків теплоти;

Модульна техніка на всіх моделях SM 74, SM 102 і CD 102;

Модульний принцип побудови всіх моделей;

Водяне охолодження і закрита система циркуляції води;

Продуктивний відсмоктувальний пристрій зменшує рівень пилу, залишків теплоти та загазованості;

Простота в керуванні;

Елементи обслуговування інтегровано на пульті обслуговування приймання; поздовжня концепція обслуговування для моделей SM 74, SM 102 та CD 102; повідомлення про помилку на пульті обслуговування приймання та в шафі сушіння; зручність обслуговування завдяки LCD-дисплею;

Попередження і швидкий аналіз помилки та додаткове сервісне повідомлення; автоматична компенсація продуктивності сушіння при неробочому окремому випромінювачі;

Відповідний дизайн шафи сушіння;

Продаж, обслуговування та запасні частини від одного виробника.

У табл. 4.3 відображено характеристику модульної системи моделей сушильних пристроїв фірми «Heidelberg».