Офсетний друк

Фізико-хімічні основи закріплення офсетних Фарб

Стандартні офсетні фарби. Як відомо, офсетні фарби складаються з пігменту, зв’язувальних і допоміжних речовин. Оскільки зв’язуюче у фарбі відповідає за її друкарські властивості, розглянемо докладно його склад. У першу чергу — це тверді смоли на основі каніфолі, а також алкідні смоли на основі рослинних масел (до 50%). Для виготовлення
зв’язувальної речовини смоли розчинюють у рафінованих мінеральних маслах при температурі 200 °С, при цьому утворюється макромолекулярні клубки, що утримують мінеральні масла, як губка воду, тобто дуже слабко.

Процес закріплення стандартних офсетних фарб можно грубо поділити на дві стадії: фізичну та хімічну.

Фізична стадія закріплення (всмокіування) здійснюється так. Макро­молекулярні клубки оточують вільні молекули мінеральних масел та інших складових фарби. Як тільки фарба потрапляє на ЗМ, вільні молекули мінеральних масел тут же проникають у пори паперу. Міграція мінеральних масел відбувається без будь-якого ініціювання. Концен­трація макромолекулярних клубків у поверхневому шарі фарби в міру його десальватування збільшується, і клубки починають проникати один в одного («сплавляються») у всіх напрямках. Фарба переходить із в’язксггекучого у склоподібний стан, утворюючи структуру, що є перехід­ною фазою агрегативного стану рідина—тверда плівка. Процес всмокту­вання відбувається протягом кількох хвилин.

Потім настає хімічна стадія закріплення (полімеризація). Гель, що утворився після першої стадії закіплення, містить рослинні масла й алкідні смоли, які є ланцюжками ненасичених жирних кислот з подвійними зв’язками: [—СН=СН—]п.

Подвійні зв’язки енергоємні і здатні до хімічної взаємодії (полімери­зації під дією кисню повітря). Процес полімеризації фарби досить складний, але добре вивчений. Він підпорядковується всім законам радикальної полімеризації. Фарбова плівка утворюється навіть при відсутності яких-небудь зовнішніх дій, крім кисню. Дійсно, під дією повітря фарби у відкритій банці покриваються зверху плівкою. Це саме відбувається, коли фарба, як кажуть, «старіє». Це — тривалий процес. Справа в тому, що подвійні сили, за якими відбувається «зшивання» молекул, мають досить велику енергію активації. Щоб її зменшити, у фарбу додають сикативи на основі кобальтових і марганцевих сполук.

Під дією каталізаторів та кисню повітря подвійні зв’язки розрива­ються і молекули починають «зшиватися», утворюючи полімер з просторовою структурою — фарбову плівку. Недоліком цієї стадії є утворення поряд з полімерною плівкою цілого ряду низькомолекулярних продуктів (альдегідів, кетонів та ін.), що мають неприємний запах.

Хімічна стадія закріплення офсетних фарб — найтриваліша. Оста­точне закріплення фарби відбувається у стосі протягом доби.

Фолієві фарби. Ці фарби з високим вмістом алкідних смол викори­стовуються в основному там, де потребується висока механічна стабіль­ність фарбової плівки. Вони закріплюються тільки полімеризацією (плівкоутворенням), минаючи фізичну стадію закріплення. Тому їх застосовують для друку на невбирних матеріалах, наприклад, при друкуванні етикеток на металізованому папері.

Чи потрібне сушіння відбитка? Тепер, маючи деякі уявлення про при­роду і характер 14 випромінювання, а також про способи закріплення фарб, спробуємо звести ці відомості докупи і відповісти на поставлене запитання.

Розглянемо спочатку найпростіший приклад — друк стандартними офсетними фарбами на звичайному офсетному (або крейдованому) папері. Чи потрібно при цьому проміжне або кінцеве 14 сушіння?

Перше забезпечують касети з 14 лампами, які установлюють між друкарськими секціями. Як правило, касети містять дві короткохвильові 14 лампи. їх кількість визначає фірма-виробник, але вона не перевищує восьми.

Коротке 14 випромінювання глибоко проникає у фарбовий шар і ЗМ, збільшуючи їхню поверхневу температуру. Молекулярна рухливість складових фарби із збільшенням температури зростає, що приводить до зменшення в’язкості фарби. Вона стає більш рідкою, відповідно збіль­шується її властивість до всмоктування. Після перших фарбових секцій це навряд чи необхідно, оскільки всмоктування перших шарів фарби і без підвищення температури відбувається дуже швидко. Не варто забувати, що фарбовий шар дуже тонкий — 1,5...2 мкм. У міру задруковування паперу після п’ятої або шостої фарбових секцій всмоктування фарби утруднюється через потовщення фарбового шару. Ось коли зменшення в’язкості фарбі дійсно може знадобитися. Тоді логічним стає використання кінцевого 14 сушіння.

Таким чином, можна зробити такі висновки:

14 випромінювання знижує в’язкість офсетної фарби; при друкуванні стандартними офсетними фарбами використання проміжних 14 сушарок не має значення;

Рекомендується використовувати кінцеві 14 сушарки, якщо кількість друкарських секцій більше п’яти.

Звичайно, швидкість закріплення офсетних фарб залежить також від інших параметрів, але в даному випадку їх можна не враховувати.

Тепер розглянемо більш суттєвий, але разом з тим і більш складний приклад — друк етикеток фолієвими фарбами на металізованому (нев - бирному) папері.

У фолієвих фарбах концентрація алкідних смол на основі ненаси - чених жирних кислот висока. Оскільки всмоктування відсутнє, з моменту нанесення фарби на ЗМ починається процес плівкоутворення за ради­кальним механізмом. Радикальна полімеризація ініціюється радикалами, що утворюються при розпаді молекул деяких речовин, які спеціально додаються в реакційне середовище (це характерно для УФ процесу), або з молекул самого мономера. Передумовами для утворення радикала є подвійні зв’язки в ланцюжку жирних кислот. Щоб розірвати подвійний зв’язок у молекулі жирної кислоти, необхідно зменшиш енергію активації подвійного зв’язку. Енергії 14 хвиль (навіть самих коротких) недостатньо для розриву подвійного зв’язку, за яким здійснюється полімеризація. 14 випромінювання здатне лише збільшити рухливість цих зв’язків. Це зменшує енергію активації, що сприяє взаємодії з киснем повітря. Однак тут виникає інша небезпека.

Припустимо, що друкарську машину обладнано проміжною 14 сушаркою після першої фарбової секції. При продуктивності 7...8 тис. відбитків/год (саме така продуктивність рекомендується для друку фолієвими фарбами) аркуш буде знаходитися під дією 14 сушіння

0, 4...0,5 с. Знаючи потужність 14 ламп, площу аркуша і час дії 14 випромінювання, можна підрахувати зміну температури друкарського аркуша. В середньому вона підвищується на 4...8 °С. Проте металі­зований папір є дуже добрим відбивачем і має велику теплопровідність. Тому в дійсності температура фарбового шару може стати більше розрахункового значення, а таке підвищення температури призводить до зменшення в’язкості фарби. Це означає, що фарба, замість того щоб висихати, стає більш рідкою. Наявним є зворотний ефект. До нього доповнюється можливе короблення паперу і, як наслідок, виникають проблеми з проведенням аркуша і суміщенням фарб.

Використання кінцевої 14 сушарки призведе до підвищення температури в стосі паперу, а значить, збільшиться вірогідність злипання паперу. Можна спробувати зменшити потужність 14 випромінювання і знайти оптимальні режими друку. Так діяли раніше, коли в розпо­рядженні були тільки вітчизняні матерали та «золоті» руки.

Є інший шлях зменшення енергії активації подвійних зв’язків у ланцюжку жирних кислот — використання сучасних сикативів на основі марганцевих і кобальтових сполук. Здатність деяких сполук металів зменшувати енергію активації подвійних зв’язків лягла в основу технології друку по невбирним поверхням. Сикативи додаються у фарбу або ЗР. Вони каталізують утворення радикалів, сприяючи тим самим плівкаутворенню фарбового шару. Така технологія друку зобов’язує працювати з малим стосом (висотою до ЗО см), щоб запобігти злипанню аркушів, і з використанням протизабруднювального порошку. В даному випадку порошок відіграє подвійну роль: з одного боку, від дає можли­вість повітрю проникати між аркушами, стимулюючи окисний процес. На підставі вищевикладеного можна зробити такі висновки: при друкуванні фолієвими фарбами на металізованому папері викори­стання 14 сушарок не дає позитивного ефекту;

Рекомендується застосування сикативів для підвищення швидкості закріплення фолієвих фарб;

Необхідно строго дотримуватися технології друку фолієвими фар­бами, рекомендованої виробниками.

Отже, слова «висихати» і «сушіння»—однокорінні, але їхнє смислове значення не завжди збігається. Виходить, що не завжди, щоб висушити продукцію, потрібна сушарка, причому не всяка сушарка сприяє виси­ханню.

Сьогодні, мабуть, не знайдеться друкарні, яка не мала б у своєму портфелі замовлень на друк етикеток. Половина з них — етикетки на металізованому папері. Тому проблеми, що виникають при друкуванні фолієвими фарбами, відомі багатьом. Друк навіть самого невеликого тиражу етикетки за два прогони (спочатку — білу плашку, потім — сюжет) займає не менше двох діб. Тому зрозуміло, що виробничники намагаються по можливості прискорити процес і друкувати за один прогін усю етикетку. Тільки чи варті витрати на придбання 14 сушарки, якщо вона буде простоювати?

Сьогодні з’явилася нова технологія друку етикеток на металізованому папері, що успішно використовується у всьому світі. Вона дуже проста. В першій друкарській секції замінюють звичайні фарбові валики та офсетне ГП на комбіновані, призначені для роботи як із стандартними, так і з УФ фарбами. Після першої друкарської секції встановлюють проміжну УФ сушарку. Плашку задруковують білою УФ фарбою, яка повністю полімеризується за короткий час передачі аркуша в другу друкарську секцію. Плівка, що утворилася, є звичайною невбирною поверхнею, по якій і здійснюють подальший друк сюжету фолієвими фарбами. Так, за один прогін можна мати готову етикетку. Тривалість її виготовлення скорочується рівно вдвічі.