Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Состав увлажняющих растворов и их свойства 11
1.2. Вода 14
1.3. Концентраты для увлажняющих растворов 16
1.4. Изопропиловый спирт (ИПС) 18
1.5. Взаимодействие увлажняющего раствора с печатной краской 18
1.6. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на качественные параметры оттисков 25
1.7. Выводы по главе 27
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 29
2.1. Объекты исследования 29
2.2. Приборы и оборудование 31
2.3. Условия тестовой печати 36
ГЛАВА 3. Разработка метода оценки параметров увлажняющего раствора и анализ концентратов современного ассортимента
3.1. Разработка метода оценки параметров увлажняющего раствора 37
3.2. Алгоритм выбора концентратов с помощью уже оцененных параметров 47
3.3. Сравнительный анализ концентратов различных изготовителей с учётом жесткости водопроводной воды 50
3.4. Выбор концентрата с учетом специфики технологии печатного процесса и жесткости водопроводной воды 58
3.5. Выводы по главе 67
ГЛАВА 4. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на оптические и градационные характеристики оттиска 68
4.1. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на оптические параметры оттисков 69
4.2. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на приращение тона оттисков 78
4.3. Выводы по главе 83
ГЛАВА 5. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на цветовые характеристики оттисков 84
5.1. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на баланс серых тонов 84
5.2. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на печатный треппинг 91
5.3. Выводы по главе 98
Общие выводы 100
Список литературы 102
- Концентраты для увлажняющих растворов
- Условия тестовой печати
- Алгоритм выбора концентратов с помощью уже оцененных параметров
- Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на приращение тона оттисков
Концентраты для увлажняющих растворов
Бред Е. Эванс, ссылаясь на метод эмульгирования Сурланда, пришел к выводу, что краска с низкой поглощаемостью воды будет эмульгировать больше с увлажняющим раствором с низким поверхностным натяжением, а краска с высокой поглощаемостью воды – меньше эмульгировать с раствором с низким поверхностным натяжением [33].
Эмульгирование краски с увлажняющим раствором связано с изменением её реологических характеристик (вязкость, тиксотропность, липкость), что приводит к изменению её взаимодействия с печатной формой и подложкой, а это, в свою очередь, – к дестабилизации печатного процесса [36 – 38].
Совершенно естественно, что процессу взаимодействия красок с увлажняющим раствором, характеризующимся различными свойствами, начиная с 1950 г. посвящен целый ряд исследований.
Первые методики предусматривали определение количества поглощенного краской раствора через определенное время при перемешивании в специальной мешалке [39].
Сурланд в 1967 г. предложил, используя специальную лабораторную мешалку, оценивать кинетику эмульгирования краски в интервале времени 10 минут с шагом 2 минуты [18, 40], что, как уже отмечалось выше [35], позволяет получить 6 кинетических кривых, характеризующих различные типы красок.
Ассоциация стандартизации тестовых методов (The Association of Standardized Testing Methods /ASTM/) рекомендует два метода для теста [41]. Тест D4942A - 5 минутный тест с одной точкой измерения. Тест D4942B основан на 10-минутном методе Сурланда.
В 1983 г. Таскер, Сиган, Лачкик и Накамура разработали три новых метода, основанных на использовании прибора «Литобрек». Первый тест называется “Delta PV”. Здесь для измерения эмульгирующей способности краски используется прибор Litho-break, а для измерения пластической вязкости -падающий конус. Второй тест называется “a-k Fit”. Здесь также используется прибор Litho-break для создания эмульсии, а результаты анализируются с помощью метода Карла Фишера. Третий тест, названный «частицы воды в эмульсии», анализирует размеры частиц краски в полученной эмульсии с помощью микроскопа [42].
Фрайз Браун [43] изучал поглощение краской раствора с помощью прибора Lithomat. Для измерения липкости и толщины слоя красок он использовал прибор Graphometronic. По его мнению, Lithomat хорошо имитирует процесс печати. Браун пришел к выводу, что формирование эмульсии во многом зависит от выбранных концентратов для увлажняющего раствора.
На примере современных концентратов различных изготовителей это обстоятельство показано в работе [21].
Дуранд и Василевский [44] предложили оценивать поглощение воды так называемым «методом титрации». Результаты этого метода сопоставимы с результатами метода Сурленда.
В работе [45] показано влияние на нормальный баланс «краска – вода», а, следовательно, и на эмульгирование, температуры и влажности в печатном цехе, времени работы увлажняющего раствора в системе, его температуры и кислотности, типа печатной формы и бумаги, состояния валиков. Лустиг и Росос [46] отмечают влияние на баланс «краска – увлажняющий раствор» содержания в нем концентрата и изопропилового спирта.
В работах [47, 48] показано влияние pH эмульсии «краска – увлажняющий раствор» на качественные характеристики запечатываемой бумаги, в т.ч., на её прочностные характеристики, pH и набухаемость.
Кинги Чен [49] изучил влияние на качественные характеристики оттисков двух красок с различной эмульгирующей способностью (по Сурленду: «идеальная» краска типа Pc и «неидеальная» – типа Pb [18, 40]). Результаты этих исследований показали, что на изменение оптической плотности оттисков больше влияет «идеальная краска», нежели «неидеальная», а наличие в увлажняющем растворе изопропилового спирта увеличивает растискивание растровых точек на оттиске.
Очень важные особенности технологического процесса плоской офсетной печати отмечаются в работе [56]. Лю и Шен подчеркивают, что процессы смачивания, как увлажняющим раствором, так и краской твёрдого тела в нём происходят принудительно – под давлением. Поэтому результаты исследований этого явления в лабораторных условиях далеки от реальных условий при взаимодействии валиков увлажняющего аппарата с печатной формой, формы с офсетной резиной и последней – с подложкой.
Как уже отмечалось, для нанесения увлажняющего раствора на пробельные элементы печатной формы машины плоской офсетной печати, наряду с красочными аппаратами, оснащены и увлажняющими аппаратами. Разнообразие конструкций и технических принципов действия увлажняющих аппаратов обстоятельно рассмотрено и проанализировано Орловой Е.Ю. [12].
Здесь же рассмотрим только одну из наиболее современных увлажняющих систем Alcolor, которой оснащена печатная машина, применявшаяся для тестовой печати по теме исследований [57].
Система Alcolor обеспечивает оптимальное нанесение на печатную форму плёнки увлажняющего раствора. При остановке печати (смывка и т.д.) система увлажнения автоматически отключается. Длительность стадий автоматического предварительного и последующего увлажнения задаётся с помощью системы управления машиной и адаптируется к различным материалам и условиям печати. Правильная юстировка обеспечивает нанесение оптимального количества увлажняющего раствора в начале печати и после её остановки. Схема этой системы приведена на рисунке 1.4.
Исследованию влияния на качественные характеристики оттисков технологических факторов печатного процесса посвящён ряд недавних работ: влияние на оптическую плотность оттисков деформации валиков и скорости печати [12], влияние содержания увлажняющего раствора в гибридных красках на оптическую плотность и различие цвета [67], роль градационных характеристик в оптимизации печатного процесса [68].
В работах [69–71] рассмотрено влияние на цветовой охват различных видов бумаги и картона при печати традиционными красками. В работе [67] приведены результаты исследования влияния на цветовоспроизведение ряда технологических факторов при печати способом плоской офсетной печати на впитывающих и невпитывающих подложках гибридными красками. Результаты исследований работ [69–71] получены без учета влияния увлажняющего раствора на изучаемые параметры оттиска, а в [68] учитывалось содержание раствора в гибридных красках только при оценке коэффициента их перехода с формы на впитывающие и невпитывающие подложки.
Сведения о влиянии на названные выше качественные характеристики оттисков такого важного и постоянно действующего технологического фактора процесса плоской офсетной печати, как режим подачи увлажняющего раствора, практически отсутствуют.
Условия тестовой печати
Краски, предназначенные для печати плоским офсетным способом, принято считать двухкомпонентными: твердая фаза - пигмент краски и жидкая фаза - связующее.
Для печати на разных видах подложек применяются краски, у которых твердая фаза не меняется. Меняется только состав связующего, который и определяет способ закрепления красочного слоя на поверхности запечатываемого материала.
В настоящее время для классической плоской офсетной печати различают краски с тремя видами связующего, отличающихся жидкой фазой: минеральное + растительное; синтетическое + растительное масла - закрепляющиеся за счет впитывания и полимеризации; растительное масло - закрепляющиеся только за счет окислительной полимеризации [35, 38].
В работе исследовались широко применяемые как в Европе, так и в России краски Flint Group. Краски других производителей несколько различаются составом, но, как было сказано выше, основной состав у всех производителей остаётся одинаковым.
Подложкой являлась матовая мелованная бумага поверхностной плотностью 115 г/м2 компании Sappi (Бельгия) [74]. Печатные формы изготавливались на монометаллических печатных пластинах Electra XD Plate [75] Kodak (США) по технологии CtP.
Исследуемые концентраты для увлажняющих растворов и их характеристики представлены в таблице 2.1.
Жесткость исследованной воды определяли с помощью набора реагентов фирмы Merck Chemicals [76], которые позволяют методом титрования измерять общую и карбонатную жёсткость воды.
Параметры растворов и воды (pH и электропроводность) измеряли прибором фирмы WTW Multi 340i, который представляет собой портативный мультипараметровый анализатор, оснащённый встроенным последовательным интерфейсом RS-232 и памятью на 500 измерений. Прибор состоит из блока управления и подключаемых датчиков (рисунок 2.1). К устройству одновременно подключаются два датчика – pH (со встроенным термометром) и электропроводности. Прибор имеет автоматическую калибровку и автоматическую термокомпенсацию. Погрешность измерения pH составляет ± 0,01 единицы pH, а электропроводности ± 1 мкСм/см [77].
Взаимодействие печатной краски с увлажняющим раствором оценивали по графикам кинетики эмульгирования краски в растворе (метод Сурленда на приборе Дьюка D-10 M (ASTM D4942) [41]. Суть методики заключается в оценке графиков кинетики восприятия краской увлажняющего раствора в течение 10 минут с шагом в 2 минуты. Рисунок 2.1 – Комбинированный прибор WTW Multi 340i с двумя датчиками
Тестовая печать в реальных производственных условиях осуществлялась с тестовой формы (рисунок 2.2) в печатном цехе типографии «Нушикян принт» на машине Heidelberg Speedmaster CD74-5+L-F [78], оснащённой прибором Axiscontrol, предназначенным для измерения контрольных шкал оттиска.
Машина оснащена системой увлажнения CombiStar beta.c производства компании Technotrans [79].
Температура и относительная влажность печатного цеха измерялись с помощью прибора Fluke 971 [80].
Контроль печатных форм и измерение цветовых, оптических и градационных характеристик оттисков в процессе печати осуществлялось прибором Spectroeye [81] производства X-rite.
Алгоритм выбора концентратов с помощью уже оцененных параметров
Этот параметр важен, потому что, в отличие от pH раствора, где в случае образования высокой буферной ёмкости при попадании в раствор загрязнений этот показатель не меняется, электропроводность заметно меняется, поэтому в свежеприготовленном растворе нужно иметь минимально возможную регламентированную величину электропроводности, чтобы при дальнейшем изменении этого показателя в процессе печати он не выходил за рамки регламентированных значений.
Здесь интересно, какую часть максимально возможного значения площади SABCD может принять этот участок (фактическая площадь) SPLMQ. Назовём этот показатель коэффициентом использования - отношением максимально возможной площади к фактически полученной.
С целью выбора наилучшего раствора для офсетной листовой печати предлагается использовать алгоритм, представленный на рис. 3.11.
Как уже говорилось, в рекомендованном интервале содержания концентрата 2 – 4% нужно выйти на регламентированные параметры pH (5.0 – 5.5) и электропроводности (800 – 1500 мкСм/см).
Сначала оба раствора проверяются на достижение регламентированных значений в рекомендованном интервале (1 и 2). Если один из концентратов не выходит на регламентированные значения, то этот раствор непригоден для дальнейшего сравнения. Затем сравниваются буферные ёмкости двух концентратов. Здесь может быть 3 варианта. В растворе 1 образуется более высокая буферная ёмкость, чем во втором (1 2), – в этом случае выбираем первый раствор. Во втором растворе образуется более высокая буферная ёмкость, чем в первом (1 2), – в таком случае выбираем второй раствор. В последнем случае в растворах образовались равные буферные ёмкости – при этом продолжаем сравнивать параметры.
Сравниваем интервал концентрации раствора, в котором оба параметра не выходят за рамки регламентированных значений. Здесь тоже возможны три варианта. Интервал содержания концентрата в первом растворе больше, чем во втором (int1 int2), – выбираем первый раствор. Если наоборот (int1 int2), то выбираем второй раствор. Если интервал у обоих растворов одинаков (int1=int2), то начинаем сравнивать полученные значения по электропроводности.
Если при повышении концентрации электропроводность первого раствора растёт медленнее, чем у раствора 2 (1 2), то выбираем раствор 1. Если всё наоборот (1 2), то выбираем раствор 2. Если и здесь при добавлении концентрата значение электропроводности растёт одинаково, то начинаем сравнивать коэффициент использования.
Если коэффициент использования первого раствора больше, чем второго (ks1 ks2), берём раствор 1. Выбираем раствор 2, когда ks1 ks2. Если при достижении этой стадии у растворов получаются равные коэффициенты использования, это означает, что растворы одинаково подходят для печатного процесса.
Так как для получения увлажняющего раствора используются разные концентраты, имеющие разный состав, на практике дело не доходит до последнего сравнения. На рисунках 3.12 – 3.14 представлены кривые разведения концентратов компании Flint Group. Как видно из графиков рисунка 3.8, концентрат Varn Supreme, предназначенный для мягкой и средней воды, в мягкой воде при рекомендованном содержании 2 – 4 % обеспечивает выход на заявленное значение pH 4.8 – 5.2. Полученные данные показывают, что при 2 – 4 % концентрата значения pH свежеприготовленного раствора находятся в пределах 4.82 – 4.80, а электропроводности – 800 – 1500 мкСм/см ( = 7.4o; = 40.3 o; ks = 0.51). Такие же результаты данный концентрат обеспечивает в сочетании и с водой средней жесткости (рисунок 3.13).
Если же исходить из принятого допустимого интервала значений pH 5.0 – 5.5, то концентрат вообще не обеспечивает выход на эти параметры, то есть при содержании в растворе концентрата с 2 – 4% pH свежеприготовленного раствора не находится в рамках регламентированных значений.
Из этих данных видно (заштрихованные зоны), что увлажняющие растворы на мягкой и средней воде с применением концентрата Varn Supreme обладают низким запасом стабильности по pH даже в рекомендованном изготовителем интервале: 4.8 – 5.2. В интервале концентраций 2 – 4 % его значение находится на низшем уровне заявленных изготовителем границ 4.8-5.2.
Исходя из того, что со временем из-за взаимодействия раствора с подложкой и попадания в увлажняющую систему других загрязнений pH раствора снижается, а электропроводность повышается, данный раствор через короткое время выйдет за пределы даже допустимых значений показателей, рекомендованных изготовителем.
Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на приращение тона оттисков
Современные увлажняющие аппараты листовых офсетных печатных машин позволяют широко варьировать подачу увлажняющего раствора на форму. Как видно из таблицы 4.1, на практике печатники используют возможности увлажняющих аппаратов в широком диапазоне – от 25 до 70% подачи по дукторному валу.
Зангак SM74-2 70 55 - - SM74-4 15 44 22 20 Такое же разнообразие режимов увлажнения наблюдается и в типографиях других регионов. Различие в подаче раствора наблюдается как между отдельными печатными машинами, так и между секциями одной машины. Причины могут быть разные: неудовлетворительное состояние валиков красочных и увлажняющих аппаратов, неточность их юстировки, отклонение от требуемых параметров увлажняющих растворов и краски, несоответствие требуемых климатических условий рабочего помещения (температура 22±2oC, относительная влажность 55±5%), недостаточная квалификация печатника.
На рисунках 4.1 – 4.3 представлены графические зависимости влияния режимов подачи увлажняющего раствора на оптические плотности трех серий триадных красок. Из графиков видно, что снижение оптических плотностей оттисков с увеличением подачи раствора в интервале 25–60% для всех красок имеет линейный характер. Интенсивность снижения оптических плотностей отличается как между красками внутри серий, так и между одноимёнными красками трех серий.
Данные для расчета уравнений линейной регрессии зависимости оптической плотности (Dот) от режимов подачи увлажняющего раствора (V) для красок серии Novavit 918 представлены в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Зависимость оптической плотности красок от подачи увлажняющего раствора для красок серий Novavit 9 Подачаувл.раствора,% Novavit 918, Flint Group
Novavit 918: 1 - чёрная; 2 - голубая; 3 - пурпурная; 4 - жёлтая. (Максимальный доверительный интервал - 0.012) По этим данным получены уравнения линейной регрессии для красок серии Novavit 918: для голубой краски
Данные для расчёта уравнений линейной регрессии зависимости оптической плотности (Dот) от режимов подачи увлажняющего раствора (V) для красок серии Novavit 700 представлены в таблице 4.3.
Исходя из состава жидкой фазы связующего серий, что во многом определяет взаимодействие красок с увлажняющим раствором, это соответствует ряду: синтетическое + растительное минеральное + растительное растительное масла. В этом ряду наблюдается увеличение восприятия краской увлажняющего раствора, и как следствие - снижение её оптической плотности на оттиске.
Наименьшей эмульгирующей способностью обладает пурпурная краска серии Novavit 700 [88].
Представляют интерес экспериментальные данные таблицы 4.5 с учетом допуска на отклонение оптических плотностей оттисков по нормам стандарта ISO 12647-2:2004 [87], предусматривающего контроль количества красок на плашках по их L, a и b координатам. Такой стандарт принят и в России - ГОСТ Р 54766-2011 [89]. Таблица 4.5 – Изменение оптической плотности красок при увеличении подачи раствора с 25 до
Анализ данных таблицы 4.6 по такому важному показателю, как светлота (L), в общем виде показывает, что в наибольшей степени стандарту ISO по значениям L соответствует серия Novavit 700, а в наименьшей – серия Novaplast. Примерно так же соотносятся и реакции серий на увеличение подачи раствора с учётом ряда исключений между некоторыми одноимёнными красками серий.
Так, голубые краски трех серий обеспечивают нормы по L при подаче раствора не выше 30%.
У пурпурных и желтых красок близкие к нормам значения L для серий Novavit 700 и 918 обеспечиваются также при подаче раствора не выше 30%. Для этих же красок серии Novaplast нормы по L значительно превышены при всех режимах увлажнения.
Близкими к нормам значениями L соответствует только черная краска серии Novaplast при подаче раствора не выше 30%, а черные краски двух других серий при всех режимах подачи раствора значительно превышают норму.