Поверхностное фторирование резиновых покрытий валов офсетных печатных машин Каменская Людмила Александровна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Использование резинотехнических изделий в полиграфии и методы их модификации 9

1.1 Основные используемые в полиграфии резинотехнические изделия и применяемые каучуки 9

1.2 Дефектообразование при эксплуатации резинотехнических изделий... 13

1.3 Современные методы модификации эластомеров

1.3.1 Физическая модификация 17

1.3.2 Химическая модификация 19

1.3.3 Комбинированные методы модификации 24

Глава 2. Объекты и методы исследования 29

2.1 Объекты исследования 29

2.2 Метод поверхностного газофазного фторирования резин 31

2.3 Метод измерения краевого угла смачивания 35

2.4 Метод определения коэффициента восприятия краски 36

2.5 Метод измерения коэффициента отдачи краски 38

2.6 Метод электронной микроскопии исследования поверхности материалов 40

2.7 Гравиметрический метод определения стойкости резин к жидким средам 41

2.8 Метод определения твердости резин по Шору А 42

2.9 Метод определения износостойкости 43

2.10 Метод определения деформационно-прочностных свойств при растяжении 45

Глава 3. Изучение влияния фторирования на свойства полиграфических резин и валов 46

3.1 Исследование физико-химических свойств контрольных и фторированных резин з

3.1.1 Изучение влияния продолжительности фторирования на степень фторирования резин 46

3.1.2 Сравнение твердости по Шору А контрольных и фторированных резин 48

3.1.3 Исследование морфологии поверхности контрольных и фторированных образцов резин 49

3.1.4 Влияние фторирования на смачиваемость водой применяемых для изготовления увлажняющих валов резин 55

3.2 Влияние фторирования на химическую стойкость резин 58

3.2.1 Особенности массообменных процессов фторированных и контрольных резин 58

3.2.2 Исследование твердости фторированных и контрольных резин после контакта с жидкостями

3.3 Исследования восприятия и отдачи краски валами 82

3.4 Влияние фторирования валов офсетных печатных машин на их износ 85

3.5 Исследование влияния продолжительности фторирования на физико-механические свойства полиграфических резин 96

3.6 Оценочный технико-экономический анализ эффективности поверхностного фторирования валов 98

Выводы 101

Список сокращений и условных обозначений 103

Список литературы

• Современные методы модификации эластомеров
• Метод поверхностного газофазного фторирования резин
• Сравнение твердости по Шору А контрольных и фторированных резин
• Исследование твердости фторированных и контрольных резин после контакта с жидкостями

Введение к работе

Актуальность темы исследования

Полиграфия - одна из отраслей промышленности в России, имеющая значительный парк высокотехнологичного оборудования. Обеспечить надежное функционирование узлов офсетных печатных машин можно только при использовании качественных валов. Основными причинами снятия с эксплуатации валов являются образование дефектов и разрушение поверхности резины в результате износа и длительного контакта с различными жидкими агрессивными средами. Воздействие жидкостей влияет на изменение диаметра валов в процессе набухания или усадки резиновых покрытий, вызывающих отклонения в балансе «краска-вода», что, в свою очередь, увеличивает расход бумаги в процессе печати. Во многих случаях износ и разрушение резины приводит к существенному снижению качества полиграфической продукции и, в дальнейшем - к необходимости дорогостоящего ремонта. В то же время для полиграфических валов к настоящему времени оптимизированы типы резин с соответствующими характеристиками. Следовательно, необходимо улучшение только некоторых из них, таких как химическая стойкость к краскам и применяемым для их удаления смывочным средствам, а также снижение износа и дефектообразования. В то же время практически важно снижение температуры валов в процессе печати без применения дорогостоящих систем темперирования. Ввиду высокой стоимости новых валов для офсетных печатных машин актуальным является применение различных способов для улучшения их характеристик и увеличения срока службы.

Степень разработанности темы исследования

Для снижения негативного воздействия агрессивных жидких сред на резину и решения ряда других задач, обусловленных жесткими условиями эксплуатации резинотехнических изделий (РТИ), в последнее время широко используются методы модификации эластомеров. Модификация является весьма универсальным методом, позволяющим в широком диапазоне изменять в заданном направлении свойства эластомерных композиций и изделий из них. После 2006 года для производства валов с высокой химической стойкостью

компанией «Bottcher» применяется физическая модификация - технология нанесения двуслойного эластомерного покрытия на металлическое основание, но при этом часть дорогостоящего фторкаучука удаляется при последующей шлифовке валов. Другие методы физической и химической модификации эластомеров исследовались Галимовой Е.М., Ершовым Д.В., Ворончихиным В.Д., Нудельманом З.Н. и другими. Наиболее широко применялись химические и комбинированные методы модификации, разработанные Пестовым С. А., Назаровым В.Г., Андриасяном Ю.О., Чуваткиным Н.Н., Усе Е.П., Харитоновым А.П. и другими. Одним из перспективных направлений для решения актуальных проблем использования валов полиграфии является применение фторирующих реагентов для поверхностной модификации изделий из резин. Назаровым В.Г. с соавторами показано, что обработка поверхности готовых РТИ, применяемых в авиационной и автомобильной технике, элементарным фтором в смеси с инертным газом эффективна и позволяет улучшить триботехнические характеристики, повысить стойкость к топливам и ряду органических растворителей, увеличить износостойкость РТИ.

Целью работы являлись оптимизация процесса поверхностного фторирования для уменьшения износа и увеличения химической стойкости резиновых покрытий валов офсетных печатных машин и исследование влияния модифицированного фторсодержащего слоя на печатно-эксплуатационные характеристики валов.

В настоящей работе решена научная задача существенного улучшения физико-химических и эксплуатационных характеристик резиновых покрытий валов офсетных печатных машин путем их газофазного фторирования в оптимальных условиях с формированием устойчивой поверхностной структуры и фторсодержащего состава поверхностного слоя.

Научная новизна. В результате исследования поверхностного фторирования резиновых покрытий валов офсетных печатных машин на основе бутадиен-нитрильного каучука получены следующие существенные научные результаты:

1. Показано положительное влияние фторирования в оптимальных условиях используемых в полиграфических машинах и процессах резин марок W-43, W-33, 1-30 и S-30 на эксплуатационные свойства обрезиненных валов, выражающееся в повышении износостойкости и снижении температуры в узле трения.

2. Установлено позитивное влияние фторирования поверхности резин на соотношение конкурирующих массообменных процессов диффузии жидких компонентов красок, увлажняющего раствора и смывочных средств в резину и экстракции из нее низкомолекулярных ингредиентов, позволяющее оптимизировать режим модификации.

3. Показано сохранение необходимого красковосприятия и краскопередачи резиновых покрытий валов офсетных печатных машин при нано- и микроразмерном структурировании их поверхности в результате газофазного фторирования в оптимальных режимах.

Практическая значимость заключается в эффективном и

оптимизированном применении способа газофазного фторирования полиграфических валов офсетных печатных машин для улучшения их печатно-эксплуатапионных характеристик. Такая модификация способствует повышению химической стойкости резин валов к агрессивным жидкостям, применяемым в полиграфических процессах, - до 10 раз, снижению износа до 2,5 раз и стабилизации температуры валов с резиновым покрытием, что может продлить срок эксплуатации валов офсетных машин без существенного увеличения их стоимости.

Методология и методы исследования

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методов и приборов, в том числе пробопечатного устройства IGT С1, электронного микроскопа JSM 7500F Jeol, пирометра инфракрасного излучения Raytek МТ, электронных весов, гониометра Pocket Goniometer PG-3 и других приборов. При решении поставленных задач были использованы численные методы и статистические методы обработки данных.

Степень достоверности полученных результатов определяется
всесторонним анализом работ в области модификации эластомеров,
используемых в полиграфии, применением современных методов

экспериментальных исследований и аттестованного аналитического оборудования, математических методов обработки экспериментальных результатов и их обсуждениями на научных конференциях и в публикациях.

Личный вклад состоит в непосредственном участии автора на всех этапах работы над диссертацией. Основные экспериментальные результаты получены, обработаны и интерпретированы автором лично.

Апробация результатов

Содержание разделов диссертации было представлено и обсуждалось на: международной конференции молодых ученых «PRTNT-2011», Санкт-Петербург, апрель 2011 г.; IV международной конференция по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва, июль 2013 г.; научной конференции молодых ученых и аспирантов МГУП имени Ивана Федорова, Москва, апрель 2015 г.; на заседаниях кафедры материаловедения МГУП имени Ивана Федорова, 2012-2015 гг.

По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание учёной степени кандидата и доктора наук..

Структура и объем диссертации

Современные методы модификации эластомеров

Анализ литературных источников и опыт работы на полиграфическом предприятии показывает, что резинотехнические изделия (РТИ) широко применяются в полиграфии, как и в других областях техники. В зависимости от условий эксплуатации и требуемых характеристик, РТИ изготавливаются с использованием различных типов каучуков.

В допечатном оборудовании РТИ используются в проявочных секциях формовыводного оборудования в качестве валов различного назначения. Большинство из них постоянно контактирует с проявителем - средой, водородный показатель которой достигает 12, а в случае, например, формовыводного оборудования для фотополимеризуемых пластин, рабочая температура для резиновых валов может достигать 160 С. Для изготовления таких валов в основном применяется полиметил-винил-силоксановый каучук (СКТ). Валы из силиконовых резин выдерживают температуру до 250 С, СКТ показывает удовлетворительную стойкость к щелочным и кислым растворам, обладают высокой стойкостью к озону, ультрафиолетовому излучению [1]. Помимо формовыводного оборудования резины на основе СКТ применяются для изготовления валов для лакировальных аппаратов, ламинаторов, так как у РТИ из СКТ помимо теплостойкости есть еще одна важная характеристика -практически отсутствует клейкость поверхности.

Широкое применение РТИ нашли в деталях послепечатного оборудования, в основном, в качестве ремней фальцевальных и упаковочных аппаратов, конвейерных лент. Для создания конструкционных частей деталей полиграфического оборудования применяется хлоропреновый каучук. Прижимные, втягивающие и подающие ролики, как правило, изготавливают из неопрена [2].

Наиболее часто РТИ применяются в оборудовании плоской офсетной печати. В первую очередь, это связано с наличием промежуточного цилиндра, покрытого офсетным резинотканым полотном (ОРТП): красочный слой сначала передается на полотно, а с него — на бумагу [3]. Современные офсетные полотна представляют собой многослойную конструкцию в виде чередующихся тканых и полимерных слоев [4, 5]. Поверхностный слой офсетного полотна изготавливают из резин, которые должны соответствовать следующим требованиям: хорошая способность воспринимать краску; стойкость к компонентам краски, смывочного раствора и других печатных и вспомогательных химикатов; стойкость к механическим нагрузкам: сжатию, истиранию.

Для изготовления ОРТП, применяемых в листовых офсетных машинах, наибольшее применение нашел этилен-пропиленовый каучук (СКЭПТ). СКЭПТ и изделия из него проявляют хорошую стойкость к кислотам, воде и что самое важное при печати красками, отверждаемыми ультрафиолетовым излучением, - стойкость к озону и ультрафиолетовому излучению [6]. Кроме того, ОРТП из этилен-пропиленового каучука высокоэластичны и износостойки.

Для изготовления ОРТП, применяемых для печати традиционными красками, содержащими минеральные масла, преимущественно используется бутадиен-нитрильный каучук (СКН). Из [7] видно, что СКН и изделия из него имеют малую остаточную деформацию при сжатии, обладают высокой износостойкостью и химической стойкостью к воде, минеральным маслам, алифатическим углеводородам.

Важнейшими деталями в оборудовании плоской офсетной печати являются валы. Валы печатных машин изготавливаются из металлов или из резин и полимеров с металлическим стержнем [3]. Первые резиновые красочные и увлажняющие валы офсетной печати изготавливались из резин одинакового состава с полностью идентичными характеристиками [8], но с развитием химии эластомеров и возрастанием требований к качеству печатной продукции для валов стали применяться различные типы резиновых смесей. Постепенно сформировались следующие основные типы каучуков и смесей, применяемых для изготовления полиграфических валов: бутадиен-нитрильный, этилен-пропиленовый, хлоропреновый, уретановый каучуки, смесь поливинилхлорида и бутадиен-нитрильного каучука (ПВХ/СКН). В процессе разработок компании DuPont в химической промышленности и полиграфии был запатентован эластомер Hypalon [2]. Этот материал обладает высокой устойчивостью к истиранию, прочностью и продолжительным сроком работоспособности, отличается эластичностью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Хорошие физические и химические характеристики позволяют достаточно широко использовать этот материал для обрезиневания роликов и валов.

При изготовления красочных и увлажняющих валов для офсетной печати традиционными красками в основном используется СКН (NBR). Валы из СКН обладают высокой стойкостью к компонентам краски - минеральным маслам, а также к воде - основной составляющей увлажняющего раствора. Для печати красками, отверждаемыми ультрафиолетовым излучением, валы изготавливают из стойкого к озону СКЭПТ.

Для изготовления растирочных валов красочных аппаратов применяется материал Rilsan (полиамид 11). Покрытия Rilsan обладают высокой стойкостью в различных средах, износостойкостью в сочетании с низким коэффициентом трения, противостоят локальным ударным нагрузкам.

Также для изготовления красочных валов применяется полиуретан (СКУ). СКУ используется в узлах, где необходимо большое сопротивление к повреждениям поверхности или при скручивании (например, втягивающие ролики). У валов из полиуретана низкое сопротивление кислотам, но они устойчивы к маслам. СКУ стоек к абразивному износу, обладает устойчивостью к большинству органических растворителей [9].

В последнее время для небольших типографий актуальна возможность использовать традиционные и отверждаемые ультрафиолетовым излучением краски на одной печатной машине. Для таких случаев довольно широко применяется смесь поливинилхлорида и бутадиен-нитрильного каучука. ПВХ/СКН в отличие от СКН обладает улучшенной стойкостью к воздействию УФ-компонентов, однако валы из такой смеси подвержены перегреву, их нельзя использовать в высокоскоростных рулонных машинах [10].

При выборе подходящего эластомера учитывается назначение валов, особенности конструкций печатной машины, физико-химические свойства материалов, с которыми будут контактировать валы, а также объем затрат, связанный с их приобретением.

Для увеличения химической стойкости компанией-производителем полиграфических валов «Boettcher» использовался фтор каучук (СКФ). Однако в [11] указывается, что использование фторкаучука в полиграфии оказалось малоэффективным по причине высокой себестоимости таких валов. После 2006 года для производства валов с высокой химической стойкостью компанией «Boettcher» применяется двуслойная технология нанесения эластомерного покрытия на металлическое основание. В качестве первого слоя применяется эластомер на основе недорогого бутадиен-нитрильного каучука, на который затем наносится тонкий слой СКФ-содержащего эластомера.

Метод поверхностного газофазного фторирования резин

Определение стойкости резин к жидким средам проводили гравиметрическим методом при температуре 20 С посредством полного погружения образцов резины размером 30x30x3 мм в жидкость, периодическим извлечением, просушкой и взвешиванием на аналитических весах с точностью до 0,0001 г в соответствии с ГОСТ Р ИСО 1817-2009 «РЕЗИНА. Определение стойкости к воздействию жидкостей». В качестве контактирующих жидких сред для резин W-33 и W-43 использовали компоненты краски: уайт-спирит (ГОСТ 3134-78), минеральное масло (ГОСТ Р 51692-2000) и смывочные составы: Bdttcherin 100, Bdttcherin 80-F (производитель Bdttcher) и Eurostar NV (производитель Druck Chemie). Для резин увлажняющих валов S-30 и 1-30 определяли стойкость к изопропиловому спирту (ГОСТ 9805-84 с изм. № 1), концентрату увлажняющего раствора Journal Fount М-К (производитель Varn), и смывочному средству для очистки валов системы увлажнения Bdttcherin FR-1000 (производитель Bdttcher).

Bdttcherin 100 - смывочное средство для ручной и автоматической смывки валов и офсетных полотен рулонных печатных машин без сушки. Используется для газетных печатных машин. Изготовлено на основе алифатических углеводородов. Высокая температура вспышки. Образует эмульсию с водой, не содержит ароматических компонентов, ингибирует коррозию. Обладает улучшенными чистящими свойствами. Очень медленно испаряется. При ручной смывке используется неразбавленное смывочное средство Bdttcherin 100 или смесь с водой в пропорции 1:1.

Bdttcherin 80-F - смывочное средство для автоматической смывки валов и офсетных полотен в газетных рулонных печатных машинах, оснащенных системой регенерации смывочного раствора. Изготовлено на основе алифатических углеводородов. Температура вспышки 80 С. Ингибирует коррозию. Предназначено для многократного использования после регенерации. После смывки отработанная эмульсия полностью разделяется на две фазы. Нельзя смешивать с уайт-спиритом или другими чистящими средствами и химикатами, используемыми в печатном цехе, в случае применения с системами фильтрации.

Eurostar NV - универсальное средство для очистки и ухода за офсетными резиноткаными полотнами и печатными валами. Смешиваясь с водой, образует эмульсию, содержит ингибиторы коррозии. Не содержит ароматических углеводородов и летучих органических растворителей. Температура воспламенения 100 С. Содержит гидроочищенные продукты перегонки нефти.

Journal Fount М-К - концентрат в увлажняющий раствор. Применяется в смеси с водой, содержащей синтетический гуммирующий коллоид -заменитель гуммиарабика, фосфорную кислоту и другие компоненты.

Bdttcherin FR-1000 - смывочное средство для удаления пигментов краски с увлажняющих дукторных и дозирующих валов в системах непрерывного увлажнения, пригодное как для резиновых, так и хромированных поверхностей. Восстанавливает гидрофильные свойства валов. Содержит метилацетат и изопропиловый спирт.

В условиях реального производства измерить скорость массообменных процессов не представляется возможным. Для оценки химического воздействия всех контактирующих жидкостей на полиграфических предприятиях проводится измерение твердости резинового покрытия по Шору А. В соответствии с этим измеряли твердость образцов, подвергавшихся контакту с жидкостями в течение 350 ч, после высушивания до постоянной массы. Измерение твердости проводили согласно ГОСТ 263-75. 2.9 Метод определения износостойкости

Для исследования изготовили 6 тестируемых валов со следующими характеристиками резины: марка - W-43 фирмы Tecnoralli (Италия), толщина эластомерного покрытия 6 мм, диаметр вала с покрытием 65 мм, ширина покрытия 40 мм. Три вала фторировали по методике [8] при температуре 20 С в течение 3 ч, три вала использовали как контрольные. Степень фторирования (Сд ) составила 1,9хЮ"3кг/м2.

Перед экспериментом поверхность валов протирали этиловым спиртом для удаления возможных загрязнений и частиц, осевших после шлифовки резиновой поверхности, затем валы кондиционировали при комнатной температуре в течение 24 ч. Тестируемые валы взвешивали до и в процессе эксперимента на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Испытания проводили на раскатной установке к лабораторному пробопечатному устройству. Схема устройства приведена на рисунке 2.6. / II 4 8 // 3 у о , /г і і 5 А 7 г-Ґ G) 1 ч V А 2 1 - корпус установки; 2 - приводной металлический цилиндр; 3 - тестируемый вал; 4 - фиксирующая планка; 5 - держатель груза; 6 - груз; 7 - регулятор скорости; 8 - ИК-термометр

Рисунок 2.6 - Схема установки для изучения нагревания и износа валов Испытания проводили в условиях сухого трения качения с осевым сдвигом в следующей последовательности. Тестируемый вал 3 закрепляли на оси, соединенной с фиксирующей планкой 4. Устанавливали держатель груза 5 на фиксирующую планку. Груз 6 закрепляли на держатель груза 5 и включали прибор. Задавали линейную скорость вращения приводного цилиндра 2 с помощью регулятора скорости 7-2 м/с, что соответствует линейной скорости вращения валов офсетной листовой печатной машины. Приводной цилиндр выполняет функцию осевого раската и совершает движения как вращательные, так и возвратно-поступательные вдоль оси вращения со скоростью 0,3 м/с. Величина осевого хода приводного цилиндра составляла 20 мм. Тестируемый вал 3 вращался за счет сил фрикционного взаимодействия с приводным цилиндром 2. В процессе эксперимента установку останавливали каждые 30 мин, вал 3 снимали, взвешивали, после чего устанавливали в исходное положение и эксперимент продолжали.

Температуру в зоне контакта поверхностей цилиндра и тестируемого вала постоянно измеряли с помощью пирометра инфракрасного излучения 8 Raytek МТ фирмы MiniTemp (длина волны 630-670 нм) с интервалом 10 мин. Продолжительность эксперимента для каждого тестируемого вала и удельного усилия составляла 3 ч.

Сравнение твердости по Шору А контрольных и фторированных резин

Применяемые в полиграфическом оборудовании резины в условиях эксплуатации контактируют с различными жидкими агрессивными средами, к которым относятся краски, увлажняющие растворы, смывочные средства и т. д. Такие жидкости во многих случаях представляют собой многокомпонентные системы, специально подобранные для осуществления той или иной операции в процессе печати. К особенностям воздействия жидкостей на резину можно отнести различную активность составляющих резину компонентов, протекание процессов экстракции из резины важных и определяющих ее первоначальные свойства ингредиентов и пластифицирующее действие компонентов жидкостей на резину в процессе набухания [71, 72]. Результатом этого воздействия может быть снижение эксплуатационных характеристик резины до неприемлемых значений и ее разрушение.

Наибольшему воздействию жидкостей подвергаются валы офсетных печатных машин. Как показывает статистика, собранная исследовательской лабораторией Westland Research Group [13], наиболее распространенной причиной потери работоспособности валов является контакт поверхности резины с жидкими агрессивными средами с последующим разрушением резины, поэтому одним из их важнейших параметров является химическая стойкость резинового покрытия. Химическая стойкость резинового покрытия применяемых валов позволяет сделать вывод о стабильности их важнейших эксплуатационных характеристик - диаметра и твердости [15]. На практике это означает, что после установки в соответствии с технической документацией валы будут длительное время работать в оптимальном режиме, обеспечивая равномерный перенос краски и увлажняющего раствора без необходимости проведения их дополнительной юстировки.

Из рисунков 3.8 и 3.9 следует, что при использовании в качестве контактирующей жидкости уайт-спирита преобладающим процессом при контакте до 100 ч является набухание образцов резины на величину 10-11%. После 100 ч контакта основным процессом является экстрагирование ингредиентов из резин. Из рисунков видно, что скорость массообменных процессов после 100 ч испытаний в уайт-спирите у фторированных образцов существенно меньше и составляет 3% за 250 ч для резин марки W-33, в то время как скорость экстрагирования ингредиентов контрольных резин составляет 6 % за тот же интервал времени, то есть в 2 раза больше. Для фторированных образцов резин марки W-43 скорость массообменных процессов на этапе преобладания экстрагирования также в 2 раза меньше, чем у контрольных образцов.

Результаты исследования влияния смывочного средства Eurostar NV на резины красочных валов марок W-43 и W-33 представлены на рисунках 3.10 -3.11.

Лт, % - контрольный образец; 2 - образец, фторированный 0,5 ч; 3 - образец, фторированный 1,5 ч; 4 - образец, фторированный 3 ч

Из рисунков 3.10 и 3.11 следует, что при использовании в качестве контактирующей жидкости смывочного средства Eurostar NV преобладающим процессом на протяжении всего испытания является набухание образцов резины до 3-4,5%. Видно, что фторирование снижает равновесное набухание, причем максимальное влияние оказывает фторирование в течение 0,5 ч (для резин марки W-33) и 1,5 ч (для резин марки W-43). Таким образом, смывочное средство Eurostar NV оказывает меньшее агрессивное воздействие на фторированные образцы, чем на контрольные.

Кинетика набухания образцов резин в смывочных средствах Bdttcherin 80F и Bdttcherin 100 отображена на рисунках 3.12-3.15. 800

Кинетика изменения массы образцов резины марки W-43 в смывочном средстве Bottcherin 80F Am, % - контрольный образец; 2 - образец, фторированный 0,5 ч; 3 - образец, фторированный 1,5 ч; 4 - образец, фторированный 3 ч Рисунок 3.13 - Кинетика изменения массы образцов резины марки W-33 в смывочном средстве Bottcherin 80F 4m, % 200 400 600 800 - контрольный образец; 2 - образец, фторированный 0,5 ч; 3 - образец, фторированный 1,5 ч; 4 - образец, фторированный 3 ч Рисунок 3.14 - Кинетика изменения массы образцов резины марки W-43 в смывочном средстве Bottcherin 100

- Кинетика изменения массы образцов резины марки W-33 в смывочном средстве Bottcherin 100 Для смывочных средств можно оценить срок работоспособности валов по общему изменению массы за длительный период времени. Показано, что при контакте резин со смывочными средствами Bdttcherin 80-F и Bdttcherin 100 (рис. 3.12 - 3.15), для которых массообменный процесс сопровождается, в основном, экстракцией ингредиентов из резинового слоя, фторирование значительно ее замедляет. Так как снижение концентрации низкомолекулярных ингредиентов (в первую очередь пластификаторов) за счет экстракции увеличивает твердость резинового покрытия по Шору после сушки от смывочного средства, что допустимо лишь до определенных пределов, то замедление этого процесса может продлить срок службы красочных валов. В смывке Bdttcherin 80-F фторирование уменьшает экстракцию ингредиентов в 10 раз в течение 300 ч.

Кинетика набухания образцов резин в компоненте печатных красок -минеральном масле отображена на рисунках 3.16-3.18. - контрольный образец; 2 - образец, фторированный 0,5 ч; 3 - образец, фторированный 1,5 ч; 4 - образец, фторированный 3 ч

Для стабильного процесса печати большое значение имеет невысокая скорость массообменного процесса образцов резин с минеральным маслом и уайт-спиритом. Кинетические кривые набухания образцов резин красочных валов W-33 и W-43 (рис. 3.8, 3.9, 3.16 - 3.18), фторированных 1,5 ч, не содержат резких перегибов, особенно на начальном этапе контакта, следовательно, характеристики твердости и диаметра вала меняются плавно, что позволяет сократить время, уменьшить расход бумаги в процессах приладки печатной машины и печати. Изменение массы фторированных 1,5 ч образцов в минеральном масле не превышает 0,4%, что позволяет обеспечить более стабильное качество в процессе печати больших тиражей. Печатные краски находятся в длительном контакте с поверхностью красочных валов, поэтому снижение массообменных процессов в компоненте краски -минеральном масле - значительно повышает срок службы валов. Фторирование в течение 1,5 ч снижает массу экстрагируемых компонентов резин при контакте с минеральным маслом в 3 раза.

Анализ кинетических зависимостей изменения массы резин красочных валов при контакте с исследованными агрессивными жидкими средами показал следующее. Основными процессами при взаимодействии резин с органическими жидкостями являются экстракция из резины содержащихся в ней и определяющих ее свойства ингредиентов и набухание резины за счет диффузии в нее соответствующей жидкости. Преобладание того или иного процесса в каждом конкретном случае определяется свойствами резины, а также природой диффундирующей жидкости. В большинстве примеров фторирование резин кинетически замедляло оба этих процесса - за одинаковые периоды времени увеличение или снижение массы фторированных образцов было в 1,5 - 10 раз меньше, чем не фторированных.

Результаты исследования агрессивного действия компонентов увлажняющего раствора и смывочного средства для увлажняющих валов на резины марок S-30 и 1-30 представлены в виде кинетических зависимостей изменения массы образцов резин (Am, %) на рисунках 3.19-3.24.

Исследование твердости фторированных и контрольных резин после контакта с жидкостями

Для резин РС-26 без пластификатора (рис. 3.25 - 3.29, кривые 1 и 2) основным процессом при воздействии жидкостей является набухание. Для большинства исследованных жидкостей набухание резины без пластификатора не превышает 2%. При использовании в качестве контактирующих жидкостей минерального масла и смывочного средства Bdttcherin 80-F (рис. 3.27, 3.29) равновесное набухание образцов резины РС-26 без пластификатора не превышает 0,4% от основной массы образца. Кинетические кривые 1 и 2 для исходного и фторированного 3 ч образцов практически равнозначны. Во время изучения массообменных процессов для резин РС-26 без пластификатора при использовании уайт-спирита (рис. 3.25, кривые 1 и 2) выявлено существенно большее набухание образцов резин (до 8,5 %), чем при использовании минерального масла или смывочного средства Bdttcherin 80-F. Для большинства исследованных жидкостей равновесное набухание резины РС-26 без пластификатора для контрольных и фторированных 3 ч образцов практически одинаково, однако сформированный фторированный слой (рис. 3.26, кривая 2) снижает равновесное набухание резины РС-26 без пластификатора в Eurostar NV почти в 2 раза по сравнению с контрольным образцом (кривая 1).

При изучении кинетических кривых набухания резин марки РС-26 с пластификатором в большинстве исследованных жидкостей (рис. 3.26 - 3.29, кривые 3 и 4) зафиксировано уменьшение массы всех образцов резин до минус 3% от начальной массы образцов, что свидетельствует о параллельном и преобладающем процессе экстрагирования ингредиентов из резины. При контакте образцов резин РС-26, содержащих пластификатор, с уайт-спиритом (рис. 3.25, кривые 3 и 4) их масса увеличивается до 4%, что свидетельствует о превалирующем процессе набухания. Однако набухание резин РС-26 с пластификатором в уайт-спирите меньше в 2 раза, чем резины РС-26 без пластификатора, в связи с чем можно сделать вывод об интенсивно протекающем параллельно процессе экстрагирования пластификатора из резины. При этом фторирование в течение 3 ч резин РС-26 с пластификатором (рисунок 3.25, кривая 4) формирует слой, препятствующий экстракции ДБС.

Барьерные свойства сформированного фторированного слоя проявляются более значительно при изучении массообменных процессов резин РС-26 с пластификатором ДБС в смывочных средствах Bdttcherin 80-F, Eurostar NV и минеральном масле (рис. 3.26, 3.27, 3.29, кривые 3 и 4). Фторирование резин в течение 3 ч формирует слой, снижающий равновесное экстрагирование дибутилсебацината из резины РС-26 (кривая 4) до 3 раз. При изучении массообменных процессов резин РС-26 с пластификатором в смывочном средстве Eurostar NV выявлено меньшее преобладание экстрагирования, чем при использовании минерального масла или смывки Bdttcherin 80-F: снижение массы исходного образца после контакта с Eurostar NV не превышает 0,8% от начальной массы образца (для минерального масла и Bdttcherin 80-F уменьшение массы за 300 ч составило 2,5 и 3%, соответственно). Такое изменение может быть вызвано более значительным параллельным процессом набухания. Положительное влияние фторирования поверхности заметно и в данном случае - равновесное экстрагирование дибутилсебацината из фторированных 3 ч образцов резин марки РС-26 с пластификатором в смывочное средство в 3 раза ниже, чем из исходных образцов резин.

В условиях реального производства измерить скорость массообменных процессов не представляется возможным. Для оценки химического воздействия всех контактирующих жидкостей на полиграфических предприятиях производится измерение твердости резинового покрытия по Шору А. Для полиграфических валов отклонение в 5 усл. ед. значительно -ухудшаются передача краски и увлажняющего раствора, возрастает износ, а при увеличении твердости на 10 усл. ед. вал подлежит замене. В соответствии с этим было проведено измерение твердости образцов, подвергавшихся контакту с жидкостями в течение 350 ч, после высушивания до равновесной массы при температуре 40 С (рис. 3.30 - 3.33). п 44 -43 -42 -41 Твердость образцов резины 1-30 по Шору А после воздействия жидкостей и высушивания Из рисунков 3.30-3.33 видно, что в большинстве случаев твердость образцов после контакта с жидкостями возрастает относительно начальных значений твердости (прямая 5), поэтому можно сделать вывод, что количество пластификаторов, придающих заданную твердость резине, снижается. После высушивания образцов резин увлажняющих валов, подвергавшихся воздействию концентрата увлажнения (рис. 3.32, 3.33, 2-я группа столбцов), твердость резин уменьшается, что, вероятно, свидетельствует о неполном удалении данной жидкости из эластомера. Твердость резин марок W-33 и W-43 возрастает после контакта с уайт-спиритом и смывочным средством Eurostar NV (рис. 3.30 и 3.31) хотя при изучении кинетических кривых массообменных процессов было выявлено значительное преобладание набухания в данных жидкостях. Таким образом, можно сделать вывод об экстрагировании ингредиентов из резин под воздействием уайт-спирита и смывочного средства Eurostar NV параллельно с преобладающим процессом диффузии этих жидкостей в эластомер.

Из рисунков следует, что твердость фторированных резин после контакта с жидкостями и высушивания (рис. 3.30 - 3.33, столбцы 2-4) ближе к начальным показателям (прямая 5). Твердость по Шору А фторированных 0,5 ч образцов резин (столбцы 2) ближе к оптимальному значению твердости лишь в 30% исследованных случаев (в 70% - твердость фторированных 0,5 ч образцов совпадает с твердостью контрольных образцов или выше нее), что может быть вызвано образованием барьерного слоя небольшой толщины, сквозь который некоторые низкомолекулярные жидкости диффундируют довольно быстро. В целом, твердость фторированных в течение 1,5 и 3 ч резин (столбцы 3 и 4) на 2-3 усл. ед. ближе к начальному показателю твердости по сравнению с контрольными образцами. При этом твердость образцов, фторированных 1,5 часа, после контактов с жидкостями максимально приближена к начальному показателю, а в 50% случаев не отличается от него. Стабильные показатели твердости фторированных резин полиграфических валов оптимальны для их эксплуатации.