Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Анализ литературных источников 11
Глава 2. Методология, методы и объекты исследования 31
2.1 Методология исследования 31
2.2 Объекты исследования 31
2.3 Методы исследования 32
2.3.1 Методы исследования технологических факторов постоянного действия 33
2.3.2 Методы исследования технологических факторов переменного действия 39
Глава 3. Исследование технологических факторов постоянного действия 44
3.1 Исследование взаимодействия печатных красок с увлажняющими растворами. Выбор пары краска - увлажняющий раствор 44
3.2. Исследование эффективности сиккативных добавок с целью интенсификации закрепления красок без термосушки 59
3.3. Исследование технологических свойств резинотканевых полотен для листовых машин плоской офсетной печати 69
3.4. Влияние технологических факторов на время закрепления красок 82
3.4.1 Влияние толщины слоя на закрепление красок 82
3.4.2 Влияние увлажняющего раствора на закрепление красок 85
3.4.3 Влияние на время закрепления красок технологических добавок 89
3.4.4 Влияние на закрепление краски печатного льняного масла 93
3.4.5 Взаимосвязь факторов, влияющих на время закрепления краски 96
3.5 Выводы по главе з
Глава 4. Исследование технологических факторов переменного действия 100
4.1. Зависимость оптических характеристик грунтовых белил от толщины слоя на металлизированной подложке 101
4.2. Зависимость оптических характеристик триадных красок серии Foils 44 от толщины пленок на грунтовом слое 103
4.3. Влияние белого грунтового слоя на градационные и цветовые характеристики печатного оттиска 111
4.4 Выводы по главе 130
Общие выводы по работе 131
Список литературы
- Методы исследования технологических факторов постоянного действия
- Исследование эффективности сиккативных добавок с целью интенсификации закрепления красок без термосушки
- Влияние увлажняющего раствора на закрепление красок
- Влияние белого грунтового слоя на градационные и цветовые характеристики печатного оттиска
Методы исследования технологических факторов постоянного действия
Естественно, что решение такой задачи должно предшествовать нахождению оптимальных технологических условий для достижения максимально возможных значений градационных и цветовых параметров печати.
В общем случае закрепление краски на оттиске (пленкообразование) определяется комплексом физико-химических процессов, включающих в себя различные химические, физико-химические и физические превращения. В каждом конкретном случае некоторые из этих процессов являются определяющими, а некоторые - второстепенными.
В случае термоплавких красок определяющим процессом закрепления красок на оттиске будет стеклование [4].
Если связующее является термореактивным, то определяющим оказывается пространственная сшивка молекул полимера за счет процессов полимеризации или поликонденсации.
При наличии в краске растворителей и других низкомолекулярных компонентов пленкообразование происходит за счет их впитывания или испарения, что приводит к высаживанию на поверхности подложки твердой составляющей красочной композиции [5].
Немаловажную роль процессы впитывания и испарения играют и при выделении твердой красочной фазы на отпечатке осадителем, т.к. возникает необходимость удаления жидкой фазы, освободившейся при расслоении красочной системы [6-9].
В настоящее время широко используются два основных принципиально различных способа закрепления красок на подложках: удаление из красок растворителя (смеси растворителей) и увеличение размеров (сшивка) молекул пленкообразующих компонентов краски.
В обоих случаях происходит потеря краской на подложке агрегативной устойчивости - дестабилизация системы с последующим образованием механически прочной красочной пленки [10] в соответствии с молекулярным весом, разветвленностью макромолекул, их способностью к различным видам межмолекулярного взаимодействия [11].
Первый способ реализуется при наиболее полном удалении из красочной пленки жидкой фазы, что при печати на капиллярно-пористых подложках (бумага, картон) достигается за счет впитывания и испарения, а на невпитывающих материалах (металл, полимерные пленки) - за счет испарения или диффузии [12-17].
Все современные краски для офсетной листовой печати на бумагах и картоне закрепляются на подложке в естественных условиях при скорости печати до 18-20 тыс. об./час.
Однако современные печатные машины по желанию заказчика могут быть оснащены различными сушильными устройствами, благодаря которым процесс закрепления красок может быть значительно интенсифицирован.
Для интенсификации процессов закрепления краски на оттисках при печатании на бумаге и картоне используют различного вида излучения инфракрасное, ультрафиолетовое [18-20], тепловое (воздушное) [21]. УФ излучение может эффективно использоваться только при печати красками специального состава, связующим которых являются фотополимеризующиеся композиции [18-20].
Вторым способом интенсификации процесса закрепления красок, закрепляющихся за счёт окислительной полимеризации, является введение в их состав сиккативных добавок. Такими добавками являются жидкие нафтенатно-кобальтовый и нафтенатно-свинцовый сиккативы, а также изготовленные с их применением пасты, основой которых является смесь парафина, вазелина и минерального масла [22].
Анализ вышеприведенных данных о механизмах закрепления печатных красок показывает, что в случае печати на металлизированных бумаге и картоне фолиевыми красками на машинах без термосушки интенсификация скорости и полноты закрепления возможны только за счет ускорения полимеризационных процессов в реакционноспособном связующем краски химическим способом.
Анализ современного ассортимента печатных красок для листового офсета и вспомогательных материалов для корректировки их свойств в процессе печати, анализ работ, посвященных изучению влияния свойств красок на технологический процесс печати и качество печатной продукции [23] позволяет сделать вывод о том, что основными характеристиками печатных красок, существенно влияющими на стабильность печатного процесса и качества печатной продукции как на впитывающих, так и на невпитывающих материалах являются: реологические (вязкость, напряжение сдвига, липкость) - раскатно-накатная способность красок, переход красок валики - печатная форма - офсетная резина - подложка, невращение краски в красочном ящике, выщипывание волокон с поверхности листов бумаги, графические и градационные искажения печатного изображения; цветовые и оптические характеристики красок (цветовой охват, оптическая плотность и глянец) - точность цветовой передачи оригинала, интенсивность печатного изображения и его глянец; эмульгирующая способность красок - стабильность баланса краска -увлажняющий раствор на протяжении печати тиража, идентичность оттисков по интенсивности всего тиража; скорость закрепления красок на подложке - возможная скорость печати, т.е. производительность печатного оборудования; явление отмарывания оттисков (переход краски с лицевой стороны на оборотную сторону оттиска); механическая прочность красочной пленки оттиска; время между прогонами (одно- и двухкрасочные машины), печатью лица и оборота, печатью и послепечатными процессами.
Исследование эффективности сиккативных добавок с целью интенсификации закрепления красок без термосушки
Как видно из рисунка 3.2а, эмульгируемость всех красок в растворе на основе концентрата Combidry 820009 (рН 6,15) выходит за указанный предел, особенно краски Huber Group - 42 No. 5030 (90%).
В растворе на основе SF 410 (рН 5,3), эмульгируемость всех красок существенно ниже, а эмульгируемость краски Foil 27 соответствует норме (рисунок 3.26).
В растворе на основе SF 480 (рН 5,0) по эмульгируемости уже две серии красок соответствуют норме (рисунок 3.2в).
Таким образом, как показывают данные рисунка 3.2 и результаты, полученные ранее, рН увлажняющего раствора для печати на невпитывающих подложках должен находится в пределах 5,0-5,5 и электропроводности 800-1500 мкСм/см.
Как видно из рисунка 3.2, лучшей из исследованных красок по эмульгируемости является серия Foils производства Sun Chemical. На рисунке 3.3 представлены графики эмульгируемости всех красок этой серии в спиртосодержащем увлажняющем растворе на основе SF 410. Из графиков видно, что эмульгируемость желтой краски находится на уровне пурпурной, а голубой и черной - заметно ниже.
Увлажняющие растворы с высокими значениями рН (5,8-6,3) вызывают повышенную эмульгируемость красок для печати на невпитывающих подложках, что отрицательно сказывается на времени их закрепления на оттисках. Допустимыми параметрами увлажняющего раствора для печати на металлизированных подложках являются: рН 5,0-5,5; электропроводность 800-1500 мкСм/см.
Как видно из анализа приведённых выше экспериментальных данных, основополагающим фактором взаимодействия краски и увлажняющего раствора является эмульгируемость краски с увлажняющим раствором. Представляет существенный теоретический и практический интерес оценить этот фактор методом анализа иерархий (МАИ) [70]. 100 80 g 60
Кинетика эмульгирования красок серии Foils (Sun Chemical) в увлажняющем растворе на основе 2,5% SF 410 + 10% ИПС: 1- голубая, 2- пурпурная, 3 желтая, 4 - черная
Выбор критериев для анализа иерархий осуществляли на основании характеристик графика кинетики эмульгирования «идеальной» краски С (рисунок 3.4) [58].
Эта кривая характеризуется следующим образом. В течение четырёх минут краска воспринимает 40% раствора (выход на плато), и это его содержание в краске до 10 минут эмульгирования остаётся неизменным.
Критерии «время выхода на плато» и «эмульгируемость через 4 минуты» характеризуют время установления стабильного баланса краска -увлажняющий раствор. Второй критерий более важен для кинетики эмульгирования реальных красок.
Критерий «эмульгируемость через 10 минут» характеризует максимальную эмульгирующую способность реальных красок и является весьма значимым.
В таблице 3.1 представлены результаты анализа иерархий с учётом экспертно установленных баллов рассмотренных критериям и альтернативам (метод экспертной оценки). Значения итоговых приоритетов (столбец 11 таблицы 3.1) подтверждают общие выводы, сделанные по графикам рисунка 3.2: лучшей альтернативой из 9 рассмотренных является 4-я - краска SunChemical Foils в растворе на основе концентрата SunFoimt 410 (итоговый приоритет 0,316), а в растворе на основе концентрата SunFoimt 480 (бесспиртовом) - 9-я альтернатива (краска Huber) - итоговый приоритет 0,129.
Наличие пологого участка кривой (выход на плато)0,15 Эмульгируемость через 4 минуты 0,45 Эмульгируемость через 10 минут 0,4 Значение альтернативы в баллах Значение альтернативыв нормированных баллах Приоритет Значение альтернативы в баллах Значение альтернативыв нормированных баллах Приоритет Значение альтернативы в баллах Значение альтернативыв нормированных баллах Приоритет 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Из ранжирования альтернатив для трёх критериев видно, что по двум наиболее значимым критериям существенные преимущества имеют пары краска SunChemical Foils + раствор на основе концентрата SF 410 и краска Huber 42 N5030 + раствор на основе концентрата SF 480.
Этот вывод подтверждает и ранжирование альтернатив по итоговым приоритетам (столбец 11 таблицы 3.1): 4 9 5 2 7 1 6 8 3.
Для исключения влияния субъективности при установлении значений коэффициентов трёх критериев и оценки альтернатив экспертных методов по каждому из их критериев производили попарное сравнение отдельных компонент рассматриваемой иерархии.
На рисунке 3.5 графически представлена иерархия для выбора пары краска - увлажняющий раствор методом попарного сравнения в программе MPRIORITY [71], а на рисунке 3.6 - матрица оценки значимости критериев, влияющих на этот выбор и их количественные значения.
Влияние увлажняющего раствора на закрепление красок
Полученные данные показывают, что в интервале содержания раствора 0-60% эта зависимость имеет экстремальный характер. При увеличении содержания раствора с 0 до 30% время закрепления краски увеличивается с 202 до 252 мин., а с 30 до 60% - снижается до значения заметно ниже исходного.
Наблюдаемое снижение связано с тем, что в этом интервале значений содержания раствор составляет существенную долю в массе (объёме) красочной пленки.
Поэтому формирование плёнки такой краски в значительной степени происходит за счёт испарения раствора - процесса, который имеет большую скорость, нежели окислительная полимеризация.
С технологической точки зрения здесь важно отметить, что в интервале содержания раствора 20-40%, при котором происходит процесс печати, время закрепления краски на оттиске отличается незначительно.
При введении в краску увлажняющего раствора, содержащего 10% изопропилового спирта, характер зависимости времени закрепления краски от количества вводимого раствора сохраняется (рисунок 3.24, кривая 2) с некоторыми отклонениями абсолютных значений времени в зоне 20-40%, что при наличии спирта естественно, т.к. малейшие изменения окружающих условий (температура, влажность), температуры валиков и самого раствора заметно влияют на скорость его испарения.
Содержание в краске 20% увлажняющего раствора с 10% изопропилового спирта не изменяет характера зависимости времени закрепления краски от содержания в ней сиккатива (рисунок 3.25, кривая 2). Однако в этом случае экстремум рассматриваемой зависимости уже соответствует 1,5% сиккатива, т.к. содержание в краске раствора снижает в её массе долю связующего, а, следовательно, и количество активных групп.
Как видно из полученных данных, действие сиккатива на ускорение процесса закрепления краски весьма эффективно. Наличие в краске 1,5% сиккатива полностью компенсирует увеличение времени закрепления, вызванное содержанием в ней 20% увлажняющего раствора, снижая его с 226 мин. до 187 мин. Зависимости времени закрепления пурпурной краски от содержания увлажняющего раствора, как без ИПС, так и с ним, хорошо описываются уравнениями полиномиальной зависимости, рассчитанными по экспериментальным данным, представленным в таблицах 3.10 и 3.11 соответственно.
Для корректировки печатно-технических свойств красок при печати на впитывающих подложках существует значительное количество технологических добавок. Так, например, в ассортименте вспомогательных материалов компании SunChemical их содержится около 15 наименований. Это добавки для корректировки реологических свойств красок; добавки, регулирующие скорость их высыхания и добавки, улучшающие свойства красочной плёнки на оттиске.
Для фолиевых же красок существуют только две: сиккатив, предназначенный для ускорения закрепления краски на оттисках, и льняное печатное масло, снижающее липкость краски, что бывает необходимо при печати на металлизированных бумагах низкой плотности с целью предотвращения их прилипания к офсетной резине в процессе печати. Естественным является интерес к влиянию этих добавок на скорость закрепления фолиевых красок. Поскольку сиккатив изначально предназначен для интенсификации процесса закрепления краски на оттиске, то интересно знать на количественном уровне, какова же интенсивность этого влияния на процесс и при каком содержании сиккатива достигается его максимум этого влияния.
На рисунке 3.25 (кривая 1) представлены экспериментальные данные о влиянии содержания сиккатива Secator F (0-2,5% от массового объёма краски) на время закрепления пурпурной краски серии Foils 44, не содержащей увлажняющего раствора. Зависимость этого влияния также имеет экстремальный характер. В интервале значений содержания сиккатива 0-2% скорость закрепления существенно увеличивается. Если время закрепления исходной краски составляет 202 минуты, то при 2% сиккатива оно снижается до 160 минут. Последующее увеличение содержания сиккатива до 2,5% приводит к увеличению времени закрепления краски до 186 мин.
Такое явление, по нашему мнению, связано с тем, что уже при 2% сиккатива полностью расходуются непредельные соединения связующего, содержащие двойные связи [22], а избыточный сиккатив начинает действовать как жидкая фаза краски, увеличивая время её закрепления.
Содержание в краске 20% увлажняющего раствора с 10% изопропилового спирта не изменяет характера зависимости времени закрепления краски от содержания в ней сиккатива (рисунок 3.25, кривая 2). Однако в этом случае экстремум рассматриваемой зависимости уже соответствует 1,5% сиккатива, т.к. содержание в краске раствора снижает в её массе долю связующего, а, следовательно, и количество активных групп.
Как видно из полученных экспериментальных данных, действие сиккатива на интенсификацию процесса закрепления краски весьма эффективно. Наличие в краске 1,5% сиккатива Secator F полностью компенсирует увеличение времени закрепления, вызванное содержанием в ней 20% увлажняющего раствора, снижая его с 226 мин. до 187 мин.
Для вывода уравнения, характеризующего зависимость времени закрепления краски от содержания в ней сиккатива, исходим из того, что свободный член уравнения полиномиальной регрессии согласно графику получающейся параболы должен быть равен времени закрепления при нулевом содержании сиккатива, и того, что наивысшая точность регрессии достигается при значении свободного члена, взятом по верхней границе доверительного интервала. Таким образом, получаем где С - количество сиккатива (%). Коэффициент детерминации равен R2=0,67. При этом коэффициент 4 представляет собой удвоенное значение оптимального содержания сиккатива в краске С , равного в нашем случае 2%. Таблица 3.12 - Время закрепления пурпурной краски Foils 44 в зависимости от количества сиккатива
Влияние белого грунтового слоя на градационные и цветовые характеристики печатного оттиска
Одним из важнейших единичных показателей качества оттиска, характеризующих правильность печатного процесса с точки зрения цветовоспроизведения, является баланс серых тонов. В таблице 4.4 представлены значения цветового различия между истинно серым и псевдосерым полями экспериментальных оттисков в областях светов, полутонов и теней, конструкционно регламентированными стандартом ISO 12647-2.
При анализе данных отметим тесную связь значений с показателями печатного треппинга. Для печати на одинарном слое белил «по-сухому» значения баланса в норме для светов и полутонов изображения, в области светов наблюдается небольшое отклонение, визуально оцениваемое как заметное и имеющее сдвиг в область голубовато-сиреневых оттенков, что говорит о недостаточном переходе жёлтой краски (см. рисунок 4.11). Для технологических схем 2 и 3 баланс серых тонов неудовлетворителен, и также имеет сдвиги, связанные с недостаточным количеством жёлтой краски на оттиске. Качество передачи баланса характеризует ряд по убыванию: печать «по-сухому» на одинарном слое белил (схема 1) печать «по-сырому» (схема 3) печать «по-сухому» на двойном слое белил (схема 2).
Сравнение проекций на плоскость aOL (а) и bOL (б) тела цветового охвата оттисков, полученных на одинарном слое белил (1, красный цвет точек), двойном слое белил (2, зелёный цвет точек) и при наложении «по-сырому» (3, чёрный цвет точек) Из рисунков 4.12-4.14 видно, что цветовые охваты технологических схем 2 и 3 близки между собой и значительно уступают охвату печати на одинарном слое белил. Снижение охвата от схемы 1 к схеме 2 происходит, несмотря на более высокие для грунтовых слоев схемы 2 показатели светлоты и белизны. Последний фактор сказывается лишь на смещении воспроизведения цветов, особенно светлых, вверх по оси L, что отчётливо видно из рисунка 4.17.
При печати «по-сырому» заметны сложности с передачей тёмных оттенков: в сравнении с печатью «по-сухому» в первом случае заметно как уменьшение охвата («спрессовывание» точек), так и сдвиг их вверх по оси L в области низких светлот. При этом на оттисках наиболее проблемным будет воспроизведение насыщенных зеленоватых и красных тонов.
В таблице 4.5 приводятся расчётные значения объёма тела цветового охвата, определенные по методике расчета из п. 2.3.2 с использованием программного обеспечения VolGa [61]. Падение объёма воспроизводимых цветов при переходе к печати на двойном слое белил составляет 15%, а при использовании технологии печати «по-сырому» цветовой охват падает на 21% по сравнению с печатью на одном высохшем слое грунтовых белил. Уменьшение тела цветового охвата количественно снижает число воспроизводимых цветов. Число цветов, различимых стандартным колориметрическим наблюдателем МКО, для оттисков «по-сухому» на одинарном слое белил составляет 2276, для оттисков на двойном слое белил - 1934, для оттисков "по-сырому" - 1788. При переходе от одинарного наложения грунтовых белил к двойному будет потеряно 333 цвета, а при переходе к печати "по-сырому" - 479 цветов.
Представляет интерес зависимость объёма тела цветового охвата от характеристик грунтового слоя запечатываемого материала: данные для показателей шероховатости представлены на рисунке 4.18. С ростом неровности запечатываемой поверхности повышается тоновый прирост, что приводит к ухудшению градационной передачи и снижению цветового охвата.
Полученные экспериментальные данные по цветовым параметрам оттисков на трёх исследованных грунтовых слоях позволили на количественном уровне оценить возможность трёх рассмотренных технологических схем по достижению максимальных значений таких цветовых характеристик, как печатный треппинг, баланс серых тонов и цветовой охват. Надёжность экспериментальных данных позволяет определить нормы этих показателей для реальных технологических схем печати на невпитывающих подложках.
Данные также показывают, что эти нормы будут существенно отличаться (в худшую сторону) от норм ISO для бумаги.
Реальную возможность повышения нормативных характеристик цветовых показателей позволят дальнейшие исследования влияния на них реологических свойств белил и триадных красок с учётом их регулирования доступными технологическими средствами.
1. Исследовано влияние грунтовых слоев белил, наносимых по трём технологическим схемам, на оптические характеристики триадных красок, градационные и цветовые параметры оттисков на невпитывающих подложках.
2. Лучшие значения изученных параметров оттиска достигаются при печати по сухому грунтовому слою, далее по убыванию - при печати «по-сырому», «по-сухому» двойному слою грунта.
3. Результаты исследований позволяют определить нормы оптических плотностей, тонового прироста, печатного треппинга для трёх реальных рассмотренных технологических схем печати на невпитывающих подложках. Эти нормы будут заметно ниже рекомендаций, вытекающих из норм ISO для бумаги.
4. Для существенного повышения градационных и цветовых характеристик оттисков на невпитывающих материалах необходимо провести исследования по изучению влияния на них реологических характеристик белил и триадных красок с учётом регулирования этих характеристик доступными технологическими средствами.