Взаимодействие красок с водой

1.4.2. Увлажняющий раствор и печатная краска

Основной недостаток увлажнения — попадание раствора в краску в результате попеременного их нанесения на печатную форму, что неизбежно приводит к смешиванию краски с раствором и образованию эмульсии. Эти процессы особенно усиливаются при увеличении площади печатающих элементов на форме. Количество увлажняющего раствора в краске зависит, прежде всего, от состава увлажняющего раствора и самой краски (природы пигмента и физико-химических свойств связующего печатной краски), а также и от материала, из которого изготовлена печатная форма.

Так, например, количество влаги в краске при печатании с алюминиевых печатных форм может достигать 25-30%. Содержание влаги в краске возрастает при увеличении относительной влажности воздуха в печатном цехе. Это можно объяснить уменьшением скорости испарения влаги, попадающей в красочный аппарат.

Оптимальная влажность воздуха в печатном цехе должна быть 55—60%. При влажности менее 40 % наблюдается быстрое испарение влаги с формы, приводящее к тенению. Равновесное содержание влаги в краске устанавливается при печатании первых 2— 3 тыс. отт. Присутствие влаги в краске в свободном состоянии и в виде эмульсии приводит к изменению физико-химических свойств краски. Для получения более ярких и насыщенных оттисков печать нужно проводить при минимальной подаче увлажняющего раствора. Печатнику всегда кажется, что пробельные элементы тенят из-за малой подачи влаги, и он увеличивает подачу раствора, что приводит к еще большему эмульгированию краски и вовсе не гарантирует от тенения печатной формы.

Слишком большая подача увлажняющего раствора создает ряд проблем в процессе печатания:

снижается скорость высыхания краски, так как красочный слой на оттиске содержит увлажняющий раствор (эмульсия «вода в краске»);

при восприятии излишков увлажняющего раствора краска эмульгирует;

снижается интенсивность печатной краски, так как краска содержит увлажняющий раствор (эмульсия «вода в краске»);

может возникать перетискивание (от-марывание), т. е. переход печатной краски на оборотную сторону оттисков на приемном столе под воздействием веса верхних оттисков в стопе;

с ухудшением свойств краски снижается качество оттисков, в частности уменьшается резкость изображения;

возникают линейные деформации запечатываемого материала, что приводит к неприводке красок на оттиске;

возможно появление тенения из-за изменения свойств печатной краски, особенно при возникновении эмульсии «краска в воде».

При низкой температуре поглощаемый краской увлажняющий раствор не испаряется, что и увеличивает время закрепления краски. При высокой температуре идет ускоренное испарение увлажняющего раствора или его отдельных компонентов, что отрицательно сказывается на стабильности состава самого раствора, а следовательно, и на стабильности режима печатания и в конечном итоге на качестве печати.

1.4.3. Эмульгирование краски в процессе печати

Все растительные масла и большинство натуральных и синтетических смол, применяемых при изготовлении красок, содержат различное количество свободных жирных кислот. Они реагируют с щелочными пигментами, образуя различные по составу мыла, способствующие возникновению эмульгирования.

Образование эмульсии приводит к понижению интенсивности красок, изменению их печатно-технических свойств, увеличению вязкости, вызывающему структурообразование и загустевание красок. Однако на свойства краски влияет не только количество эмульгированного увлажняющего раствора, но и тип образующейся эмульсии.

Проблемы, вызываемые эмульгированием:

Нарушение баланса краска/вода с тенденцией к эмульгированию чревато следующими осложнениями:

скопление краски на накатном валике увлажняющего аппарата;

полошение на красочном валике;

скапливание краски на валиках;

марашки на плашках;

проблемы с треппингом в многокрасочной печати;

потеря деталей в тенях изображений;

пониженная оптическая плотность оттисков;

сужение цветового охвата;

медленное высыхание краски;

осыпание пигмента с оттиска.

В коллоидной химии различают эмульсии прямого и обратного типа в зависимости от того, что является сплошной наружной фазой эмульсии – масло и вода.

Рисунок 22 — Взаимодействие увлажняющего раствора с краской и влияние эмульгирования на качество оттиска

Если увлажняющий раствор с краской образует устойчивую эмульсию типа «вода в масле», то хотя она и приводит к некоторым изменениям свойств краски, но не нарушает избирательного смачивания (базовое рабочее свойство печатной формы), т.к. наружной фазой, непосредственно соприкасающейся с поверхностью формы, является гидрофобное масляное связующее вещество (Рисунок22 ). Образование такой эмульсии с содержанием увлажняющего раствора в краске от 15 до 25 % считается нормой.

Печатный процесс протекает без осложнений, если эмульгирование (поглощение воды) составляет 20─40 % для отечественных красок и 15─35 % для импортных. При этом очень важно, чтобы насыщение краской воды происходило быстро, а затем прекращалось, т. е. кривая поглощения должна выходить на плато. В противном случае краска пересыщается водой или увлажняющим раствором, появляется разнооттеночность печати, оптическая плотность краски на оттисках падает, высыхание краски замедляется. Может наблюдаться и такое явление, которое печатники называют “краска шипит”. Это происходит, когда краска набирает больше 40─50 % воды. Если же краска поглощает воды меньше нормы, во время работы печатной машины краска уходит на края валиков, как говорят печатники, “краска уходит от воды”. Такими красками без корректировки работать нельзя.

Равновесное содержание увлажняющего раствора в краске устанавливается при печатании первых 2-3 тысяч оттисков. Присутствие влаги в свободном состоянии или в виде эмульсии приводит к изменению физико-химических свойств краски в частности, к снижению ее растекания и повышению вязкости. Для всех красок характерно уменьшение скорости закрепления с увеличением содержания в них увлажняющего раствора.

Если же при эмульгировании образуется эмульсия типа «масло в воде», то в этом случае наружной фазой является увлажняющий раствор, который хорошо воспринимается пробельными элементами и печатная форма начинает тенить, а на оттисках появляются мелкие черные или цветные точки, хаотично расположенные на незапечатываемых участках оттиска. Происходит частичная адсорбция жирных кислот из связующего печатной краски на пробельных элементах формы. Таким образом, нарушается принцип избирательного смачивания, который является базовым для способа плоской офсетной печати.

Для ускорения подачи увлажняющего раствора на форму и его равномерного растекания тонкой пленкой по поверхности пробельных элементов при изготовлении увлажняющего раствора рекомендуется применение спирта, однако его передозировка может привести к возрастанию эмульгирования краски.

Для предотвращения эмульгирования в процессе печати тиража следует контролировать:

рН увлажняющего раствора;

относительную влажность и температуру в печатном цехе;

температуру увлажняющего раствора.

Очевидно, что все перечисленные факторы являются значащими и связаны с составом увлажняющего раствора или с внешними воздействиями, приводящими к его изменению.

Количество увлажняющего раствора в краске зависит от:

состава увлажняющего раствора;

металла, на котором изготовлена печатная форма (т.е. от молекулярно-поверхностной природы и микрогеометрии поверхности формы, характеризующих влагоемкость). Так, например, при печатании с биметаллических форм в краске может быть до 15-25% увлажняющего раствора, с алюминиевых — до 20-25%. В последнее время в красочных аппаратах печатных машин ведущих фирм присутствует воздушный «нож» — устройство, которое способствует испарению избытка влаги в красочном аппарате. Таким образом, предотвращается образование эмульсии «краска в воде»;

природы пигмента и физико-химических свойств связующего печатной краски;

относительной влажности воздуха в печатном цехе. Повышение влажности приводит к увеличению содержания увлажняющего раствора в краске. Это можно объяснить уменьшением скорости испарения влаги, попадающей в красочный аппарат. Оптимальная влажность воздуха в печатном цехе должна быть на уровне 55-60%. При влажности менее 40% наблюдается быстрое испарение влаги с формы, приводящее к ее тенению;

в некоторой степени от температуры воздуха. Колебание температуры воздуха в помещении в пределах 18-30° С не изменяет содержание влаги в краске.

На увлажнение и состав увлажняющего раствора следует обратить особое внимание при работе с металлизированными красками. Из-за опасности окисления металлических пигментов (потери блеска) подача увлажняющего раствора должна быть минимальной. Кроме того, рекомендуется отказаться от кислых добавок в увлажняющий раствор и использовать специальные добавки для металлизированных красок.

Источник

Компью А рт

Андрей Крылов krylov@compress.ru

Если послушать печатников, то самые большие проблемы, связанные с качеством офсетной печатной продукции, возникают из-за нарушения баланса «краска — вода» в процессе печатания тиража.
Процесс печати офсетным способом зависит от того, насколько устойчиво смачиваются пробельные элементы печатной формы увлажняющим раствором, а печатающие — краской, и установлен ли оптимальный баланс «краска — вода».

Чтобы увлажнение печатной формы было устойчивым, перед нанесением красочного слоя необходимо нанести на нее увлажняющий раствор. Эта технологическая операция производится с помощью увлажняющего аппарата, обеспечивающего равномерную и достаточную подачу увлажняющего раствора на печатную форму в процессе печатания. Вроде бы никакой сложности в этом нет. Но это только иллюзия, потому что недостаточное увлажнение приводит к нарушению гидрофильности пробельных элементов и, как следствие, — к тенению печатной формы. Результатом же чрезмерного увлажнения являются разводы на оттисках, бледная печать, неравномерность наката краски, отмарывание, а также увеличение времени сушки оттисков.

Все нарушения, а названа лишь небольшая их часть, связаны с составом и режимом нанесения увлажняющего раствора. Они являются частью одной большой проблемы офсетной печати — нарушения баланса «краска — вода», что в конечном счете приводит к получению некачественной продукции, которая очень дорого обходится полиграфическому предприятию.

Для решения этой проблемы прежде всего необходимо подробно изучить составляющие этого баланса и их взаимодействие.

Итак, из чего состоит баланс? Определим его «участников», рассмотрим их по отдельности и обозначим их связи. Однако самое важное для нас — это результаты отдельных нарушений в их составе и сочетании.

Назовем «участников» печатного процесса: увлажняющий раствор, печатная краска, печатная форма и запечатываемый материал. Начнем с самого главного, ведущего «участника» — увлажняющего раствора.

Увлажняющий раствор, его показатели и состав

Увлажняющий раствор представляет собой слабокислый или слабощелочной электролит. Водопроводная вода как увлажняющий раствор имеет относительно низкую эффективность, поэтому на практике при создании увлажняющего раствора применяют различные многокомпонентные добавки. В увлажняющий раствор входят:

• вода;
• гуммиарабик — (камедь)/кислоты/соли. С его помощью происходит подтравливание формы. Наличие гуммиарабика и кислых солей необходимо для поддержания чистоты увлажняющих валиков и гидрофилизации формы без агрессивного воздействия. В настоящее время вместо фосфорного гуммиарабика чаще используются синтетические, действующие в широком диапазоне рН и кислот;
• буферная добавка. Данный компонент нужен для поддержания кислотности. Для современных форм с электрохимическим зернением и анодированием необходимо слабое воздействие кислоты. Буферная добавка обеспечивает постоянный уровень рН, что помогает избежать проблем с увлажнением, а именно, плохого высыхания краски (листовой офсет) и коррозии форм и узлов печатных машин. Буферный раствор способствует впитыванию кислот или щелочей из бумаги, краски и химикатов. Высокая карбонатная жесткость местной воды увеличивает pH;
• смачивающий реагент (поверхностно­активное вещество ПАВ) снижает поверхностное натяжение (рис. 1). Низкое поверхностное натяжение обеспечивает лучшее смачивание формы, что, в свою очередь, уменьшает расход воды для офсетной печати. Для уменьшения поверхностного натяжения применяются сурфактанты (ПАВ);
• биоциды (антибактериальные добавки) предотвращают образование бактерий. Бактерии и микроорганизмы есть в воде, бумаге, краске и воздухе. Увлажняющий раствор обеспечивает идеальную среду для размножения бактерий благодаря теплу и выделению питательных веществ гуммиарабиком, бумажными волокнами и т.п. Определенные виды бактерий выделяют газ с неприятным запахом, образуют плесень, засоряя систему циркуляции увлажняющего раствора. Наличие биоцидов в увлажнении контролирует рост бактерий в соответствующей дозировке. Чаще всего первым признаком проблемы является увеличение рН после ночных перерывов или выходных.

Во избежание проблем с бактериями необходимо:

— обеспечивать правильную дозировку,

— применять двойную дозировку на ограниченные периоды,

— использовать очистители для системы,

— использовать другие добавки;

• антивспениватели необходимы для уменьшения пенообразования. Помимо загрязнения пена может являться причиной неравномерной подачи увлажняющего раствора. Причины пенообразования:

— недостаточное количество или неправильный подбор антивспенивателя,

— попадание воздуха в обратный трубопровод,

— слишком узкие трубы,

— неправильная посадка фильтров,

— слишком маленький размер сетки фильтра,

— сурфактант в смывке для резины;

• антивспенивающие добавки входят в состав концентрата увлажняющего раствора. Температура и поверхностное натяжение влияют на пенообразование;
• связующие кальция снижают наличие кальция в жесткой воде. Они противодействуют осаждению имеющихся в воде солей кальция на валиках и печатных формах. Отложения кальция могут сделать красочные валики гидрофильными (восприимчивыми к воде), препятствуя переносу краски с валиков на форму;
• антикоррозионные добавки (ингибиторы коррозии), минимизирующие коррозию, входят в состав концентрата увлажнения и защищают металлические части машины от коррозии. Производители печатного оборудования с особой строгостью проверяют увлажняющие растворы на низкий порог коррозийности.

От состава и рабочих свойств применяемого увлажняющего раствора во многом зависят устойчивость и стабильность гидрофильных свойств пробельных элементов печатной формы. Эти свойства могут измениться в результате износа пробельных элементов формы и в первую очередь пленок на их поверхности, созданных в процессе гидрофилизации. Увлажняющий раствор может оказывать существенное влияние и на поведение печатающих элементов, так как он разрушает адсорбционную олеофильную пленку, являющуюся их основой.

Рекомендуемые для применения в процессе печатания увлажняющие растворы включают следующие компоненты:

• слабые кислоты и их соли (например, ортофосфорная кислота и натрий фосфорнокислый двузамещенный, лимонная, щавелевая кислоты и их соли);
• вещество, предотвращающее коррозию, — ингибитор коррозии (например, нитрит натрия);
• высокомолекулярный гидрофильный коллоид в небольшой концентрации (карбоксилметилцеллюлоза или сополимер полиакриламида).

К увлажняющему раствору технологи типографий предъявляют следующие требования:

• должен хорошо смачивать гидрофильные пробельные элементы и обеспечивать постоянство их свойств в процессе печатания;
• не должен отрицательно влиять на гидрофобные слои печатающих элементов, вызывать эмульгирование печатных красок и изменять их спектральные и структурно­механические характеристики, вызывать коррозию металлов формы и деталей печатной машины;
• не быть агрессивным по отношению к бумаге и не вызывать изменения свойств ее поверхности — смачиваемости. Раствор не должен иметь запах и цвет, а также содержать токсичных веществ.

Пленка увлажняющего раствора, наносимая на поверхность пробельных элементов формы, имеет определенную толщину, обеспечивающую устойчивость пробельных элементов в течение всего периода печатания тиража. Толщина пленки зависит от структуры и материала печатной формы: для биметаллических форм она составляет 0,7­1,1 мкм, для монометаллических — до 2 мкм.

Следует подчеркнуть, что рабочие свойства и параметры увлажняющего раствора стабилизирует постоянный температурный режим. Температуру увлажняющего раствора в корыте увлажняющего аппарата рекомендуется поддерживать в пределах 12­14 °С, конечно, если это возможно.

Большое значение имеет не только количество подаваемого увлажняющего раствора, но и качество воды и добавок, используемых при его составлении.

Основные показатели увлажняющего раствора

Основными показателями, определяющими эксплуатационные качества увлажняющего раствора, являются:

• кислотность;
• жесткость;
• электропроводность.

Рассмотрим эти показатели и их влияние на рабочие свойства увлажняющего раствора.

Кислотность (рН) увлажняющего раствора

Водородный показатель (рН) [power of hydrogen] — это параметр, характеризующий концентрацию ионов водорода в растворе, то есть выражающий степень его щелочности или кислотности. Показатель рН может варьироваться от 0 до 14. Раствор с рН 7 является нейтральным, ниже 7 — кислым, выше — щелочным.

В процессе печатания рН увлажняющего раствора меняется из­за изменения его состава вследствие коррозии металла увлажняющего аппарата и влияния применяемых при печатании материалов — бумаги, картона, фольги, различных видов красок и добавок к ним.

Уровень рН увлажняющего раствора и бумаги имеет решающее значение для стабильности процесса офсетной печати. Величину рН увлажняющего раствора следует контролировать при помощи лакмусовых бумажек или электронного прибора как при подготовке и заливке увлажняющего раствора в печатную машину, так и в процессе печатания тиража. Кислотность бумаги проверяют в лабораторных условиях при получении новых партий.

При оценке рабочих свойств увлажняющего раствора следует учитывать, что наиболее благоприятный диапазон величин рН находится в интервале между 4,8 и 5,5 (рис. 2).

Рис. 2. Шкала кислотности

При рН менее 4,8:

• разрушается гидрофильная пленка на пробельных элементах печатной формы, что вызывает тенение;
• замедляется закрепление краски на оттисках из­за нарушения процесса ее окислительной полимеризации, что может вызвать отмарывание в процессе печати;
• снижается прочность красочной пленки оттиска на истирание;
• оголяются металлические раскатные цилиндры красочного аппарата из­за снижения липкости краски, что нарушает равномерность ее подачи и ведет к непропечатке мелких деталей изображения на оттиске.
• При рН более 5,5:
• происходит «омыление» печатной краски (появляется сероватый оттенок на оттиске);
• печатная краска эмульгирует и наслаивается на валиках красочного аппарата, происходит тенение печатной формы в процессе печати;
• разрушаются печатающие элементы формы, что приводит к снижению ее тиражестойкости и необходимости ее замены в процессе печати тиража.

Жесткость воды, используемой для приготовления увлажняющего раствора

Наряду с величиной рН увлажняющего раствора печатник должен обращать внимание и на жесткость воды (дН — показатель жесткости), используемой для приготовления увлажняющего раствора. Под жесткостью воды понимают содержание в ней солей кальция и магния. Различают несколько степеней жесткости.

Классификация воды по уровню жесткости (дН):

• ниже 4 — очень мягкая;
• 4­8 — мягкая;
• 8­12 — среднежесткая;
• 12­18 — довольно жесткая;
• 18­30 — жесткая;
• свыше 30 — очень жесткая.

Оптимальным значением показателя жесткости воды, применяемой для изготовления увлажняющего раствора, является 5­12. Если же он выходит за указанные пределы, то в процессе печати тиража могут возникнуть следующие проблемы:

• при показателе жесткости меньше 5 увлажняющий раствор «забирает» недостающие соли из бумаги и печатной краски, что вызывает слабое закрепление краски на оттиске;
• при показателе жесткости больше 12 образуется нерастворимый известковый осадок, оседающий на валиках, офсетном полотне, печатной форме, что приводит к нарушению печатного процесса. Соли кальция и магния взаимодействуют с жирными кислотами, содержащимися в печатных красках (то есть происходит «омыление»), и жирный слой оседает на офсетной форме, накатных и увлажняющих валиках, вызывая тенение в процессе печати.

Жесткость измеряется довольно просто при помощи специальных индикаторных палочек. При очень жесткой воде с высоким содержанием солей ее рекомендуется смягчать или полностью обессоливать.

Электропроводность увлажняющего раствора

Электропроводность увлажняющего раствора взаимосвязана с параметрами рН и дН. Она характеризует содержание в нем солей и различных добавок. Электропроводность водопроводной воды обычно колеблется от 300 до 500 мкСм (микроСименсов).Рабочая электропроводность увлажняющего раствора должна быть в пределах от 800 до 1500 мкСм:

• при электропроводности ниже 800 мкСм увлажняющий раствор начинает «забирать» соли из печатной краски и бумаги, что вызывает слабое закрепление краски на оттиске. То же наблюдается и при низкой жесткости воды. Отличие заключается в том, что причиной снижения электропроводности может быть не только жесткость воды, но и количество и химический состав добавок;
• при электропроводности выше 1500 мкСм соли, содержащиеся в увлажняющем растворе в избытке, взаимодействуют с печатной краской, что приводит к ее эмульгированию. Соли также могут оседать на валиках увлажняющего и красочного аппаратов печатной машины.

Факторы, определяющие состав увлажняющего раствора

Выбор состава увлажняющего раствора должен зависеть от:

• типа печатного оборудования — рулонные и листовые печатные машины работают с разными скоростями и красками, что определяет и состав увлажняющего раствора;
• системы увлажнения — традиционные (с чехлами на валиках, работающие без спиртовой добавки) или спиртовые; контактные или бесконтактные. При спиртовом увлажнении машины, как правило, снабжены системой охлаждения и рециркуляции увлажняющего раствора, позволяющей уменьшить количество спиртовой добавки, и автоматически контролирующей и поддерживающей на заданном уровне кислотность раствора и содержание в нем спирта.

Перечислим объекты контроля на печатной машине:

• исходный состав используемой водопроводной воды, то есть ее жесткость и электропроводность;
• качество и состав используемых красок. Производители увлажняющих растворов указывают, для работы с какими типами красок они предназначены;
• качество, состав и впитывающая способность запечатываемых материалов;
• тип печатных форм (характеристики основы и состава копировального слоя).

При подготовке публикации использованы: материалы из книги Н. Марогуловой и С. Стефанова «Расходные материалы»; технические данные от компании FlintGroup.

Источник