2)характера печатной формы, например, ввысокой печати для воспроизведения фона требуетсянаибольшеедавление, меньшеедлярастровыхизображенийиещеменьшее— длятекста;

3)упругоэластичных свойств декеля (обычно мягкий декель требует меньших давлений, чем более жесткий);

4)скорости печатания (с увеличением скорости печатания уменьшается продолжительность контакта формы или резинотканевой пластины с бумагой, тем больше должно быть давление);

5)вида бумаги и ее печатно-технических свойств, например, гладкие и мягкие бумаги требуют меньшего давления, чем жесткие и шероховатые бумаги.

5.Закрепление печатной краски на оттиске

5.1.Способы закрепления красок

Закрепление краски — образование на поверхности оттиска прочного слоя краски, стойкого к механическому воздействию. Оно предназначено для того, чтобы полностью предотвратить возможное появление дефектов. Продолжительность закрепления краски на оттиске является фактором, влияющим на скорость работы печатной машины, а также возможность передачи полуфабриката на дальнейшую обработку.

Кфакторам, оказывающим влияние на высыхание краски можно отнести:

1)состав краски, а именно связующее, его состав. Влияние пигмента будет зависеть от его способности к тиксотропному образованию4;

2)свойства запечатываемого материала: большая или меньшая гладкость, различная впитывающая способность, определяющаяся величиной пор и капилляров, а также степенью уплотнения;

3)условияпечати: переносимоеколичествокраски, высотастапеля, скоростьпечатиит. д.;

4)климатические условия: влажность, температура помещения и т. д.;

5)конструкция сушильного устройства: циркуляция воздуха над поверхностью красочного слоя, время действия, источник подаваемой энергии и т. д.;

6)температура, причем более высокие температуры имеют следующие преимущества:

увеличивается скорость полимеризации;

снижается вязкость краски, благодаря чему ускоряется впитывание;

быстрее испаряются растворители.

Взависимости от структуры печатной краски закрепление краски может осуществляться с помощью физических процессов (впитывание краски, испарение растворителя), путем химической реакции (окисление и полимеризация связующего) или комбинации вышеназванных способов (рис. 8.7).

Процесс впитывания (проникновения составных частей) краски начинается сразу после переноса краски на бумагу. Этому способствует наличие капилляров в запечатываемом материале. Быстрота процесса зависит от впитывающей способности запечатываемого материала. Пористость (количество пор на единицу площади) и смачиваемость определяют скорость впитывания. Скорость впитывания тем больше, чем меньше вязкость краски.

Можно выделить три ступени впитывания краски в бумагу [3]:

1)впитывание краски как единого целого в момент печатного контакта на выступающих участках поверхности бумаги;

2)избирательное впитывание наиболее высокодисперсных и наименее вязких компонентов краски на участках поверхностных впадин и углублений;

3)избирательное впитывание краски по всей занимаемой ею площади после пре-

4 Всостояниипокоякраскаимеетопределеннуювязкость. Врезультатемеханическогоперемешиваниявкрасочномящике, раскатыванияирастираниянаваликахкрасочногоаппаратаеевязкостьснижается, краскакакбыразжижается, приобретаетбольшуютекучесть. Послеснятиямеханическоговоздействиякраскаприобретаетисходноесостояние. Этосвойствокраскиназываетсятиксотропией. Тиксотропия— способностьдисперсныхсистемвосстанавливатьисходную структуру, разрушеннуюмеханическимдействием. Поокончаниипечатаниявкрасочномслоесоспадомнапряженияи впитываниемсвязующеговпорыбумагинаступаеттиксотропноевосстановлениеиупрочнениеструктуры.

95

кращения действия давления, 80–90% впитывается под действием давления, 10–20% проникает в результате избирательного впитывания.

Рис. 8.7. Способы закрепления красок

Чрезмерно быстрое впитывание приводит к пробиванию краски (изображение становится видимым с оборотной стороны). Медленное впитывание замедляет закрепление краски на оттиске, приводит к отмарыванию и перетискиванию краски на оборотную сторону листов. Впитывается в бумагу только связующее вещество, пигмент не оказывает влияния на скорость впитывания. Скорость и глубина впитывания зависят от размеров капилляров бумаги и вязкости краски. Мелкие частички пигмента проникают вместе со связующим в толщу бумаги, а крупные оседают на поверхности, в результате чего повышается концентрация пигмента в поверхностном слое краски. На оттиске хорошего качества глубина впитывания не превышает половины толщины листа бумаги [2].

5.2. Группы красок в зависимости от способа закрепления

По способузакрепленияна поверхности бумагикраскипринято делитьна пять групп [2]:

1)с впитывающимся связующим;

2)со связующим, закрепляющимся в результате испарения растворителя;

3)со связующим, закрепляющимся в результате высаживания смолы;

4)с химически пленкообразующим связующим;

5)с комбинированным связующим.

Вкраски первой группы вводят связующие малой вязкости, состоящие из смол и инертных летучих растворителей. Печатают такими красками только на пористой бумаге с высокой впитывающей способностью (например, на газетной). Например, газетные краски, содержащие невысыхающие масла, образуют на оттиске более тонкую и менее прочную

пленку за счет частичного впитывания всей краски слоями бумаги и последующего более глубокого проникновения связующего с отфильтрованием и адсорбцией5 на волокнах бумаги пигмента и смолы. Скорость закрепления этих красок относительно велика [1].

Связующие второй группы образуют при закреплении смоляную пленку в результате испарения растворителя. При испарении растворителя происходит перевод жидкости (растворителя) в газообразное состояние и смешивание образовавшегося газа с окружающим воздухом. Закрепление красок глубокой печати на оттиске происходит достаточно быстро за счет испарения летучего растворителя с частичным впитыванием краски в верхние участки бумаги. Оставшаяся на поверхности оттиска пленка состоит из смолы с вкрапленными в нее частицами пигмента. Пленка образуется в два этапа: 1) частичное впитывание, 2) полное испарение растворителя.

Связующие третьей группы представляют собой стабильную систему из смолы, растворенной в смеси растворителя и разбавителя (осадителя). Такие связующие могут содер-

5 Адсорбция — способность поверхностей поглощать молекулы из окружающей среды. В результате образуется сгущение, уплотнение растворенного или парообразного вещества на поверхности твердого тела.

96

жать несколько растворителей и разбавителей. В результате избирательного впитывания бумагой низковязких компонентов связующего и испарения органических растворителей происходит слипание сольватных оболочек6, окружающих пигменты, что приводит к образованию мягкой (гелеобразной) красочной пленки, которая затем затвердевает. Стабильность системы при переходе краски на бумагу нарушается из-за:

1)уменьшения количества растворителя и разбавителя за счет впитывания в бумагу;

2)испарения жидкой части связующего (при прохождении оттиска через сушильные устройства);

3)сочетания впитывания и испарения [2].

Кчетвертой группе относятся краски, связующие которых образуют сухую эластичную пленку в результате химических процессов окисления и полимеризации связующего.

Вих состав входят непредельные соединения, обладающие способностью полимеризоваться под действием кислорода воздуха. При этом происходит также частичное впитывание краски верхним слоем бумаги.

Пятая группа красок имеет комбинированное связующее, закрепляющееся в результате комбинации основных процессов: впитывания, испарения высаживания смолы и химического пленкообразования. Состав такого связующего, например, смесь фенолоформальдегидной смолы (41%), полимеризованного льняного масла (39%) и минерального трансформаторного масла (20%). Комбинированные связующие используют при изготовлении цветных красок [2].

5.3. Дополнительные методы и средства ускорения закрепления красок

Для ускорения закрепления красок в практике печатных процессов широко используются разнообразные дополнительные методы и средства [3].

Первая группа методов ускорения закрепления красок связана с введением в них веществ, активизирующих процесс отверждения свежеотпечатанного красочного покрытия. Традиционным средством такого рода являются сиккативы — маслорастворимые соли алифатических жирных кислот, образуемые преимущественно так называемыми «тяжелыми» металлами (РЬ, Со, Мg). Попадая в краску, эти соли разрушают кислородные связи в молекулярной структуре дисперсионной среды и образуют реакционноспособные радикалы, которые последовательно «сшивают» между собой соседние молекулы связующего, т. е. инициируют его полимеризацию, ускоряя тем самым процесс пленкообразования.

Катализируемое сиккативами химическое закрепление подвержено влиянию внешних условий (температуры, влажности воздуха) кислотности бумаги, а также природы пигмента.

В последние годы в качестве сиккативов стали применять некоторые органические вещества (кислоты, перекисные соединения — так называемые пероксиды), которые наряду с ионами обычных сиккативообразующих металлов могут вводиться не в краску (или не только

6 В печатных красках содержатся неполярные и полярные вещества. В связующих, в основном содержащих неполярные вещества, имеются и полярные составляющие. Некоторые пигменты, применяемые для изготовления красок также полярны. На поведение печатной краски при взаимодействии ее с поверхностями (форма, резина и бумага) влияет полярность связующего. Это объясняется тем, что в краске, этой сложной коллоидной систем, пигмент равномерно распределен в связующем. Поверхностно-активные вещества, входящие в состав связующего, обволакивают частицы пигмента и создаются олеофильные, так называемые сольватные оболочки вокруг частиц пигмента, стабилизирующие их и препятствующие агрегатированию частиц краски.

Схема сольватной оболочки вокруг частицы пигмента.

97

в краску), но и в бумагу, выполняя функцию дополнительного катализатора процесса автооксидации пленкообразующего компонента.

Достаточно интересным методом ускорения закрепления печатных красок, также относящимся к первой группе, является введение в их состав особых термически активизируемых катализаторов. Краски, содержащие такие катализаторы, получили название «Хит-сет» (закрепляющиеся под действием тепла), поскольку условием быстрого протекания реакции полимеризации является совместное действие катализатора и достаточно высокой (около 140–150 °С) температуры. Эти краски могут изготавливаться с небольшим содержанием растворителя либо без него. Закрепление их происходит быстро, и продукты реакции (вода, спирт, иногда альдегиды), выделяющиеся в небольших количествах, практически не вызывают загрязнения атмосферы цеха.

Вторая группа методов характеризуется использованием для ускорения закрепления красок различных излучающих устройств (в ряде случаев для обработки под воздействием излучения также находят применение каталитические краски). Наиболее продолжительное время в практике работы полиграфических предприятий находят применение тепловыделяющие устройства, использующие в качестве промежуточных теплоносителей (как раздельно, так и в определенных сочетаниях) нагретый воздух, горячую воду или открытое газовое пламя. Их главная технологическая функция — ускорение процесса тиксотропного структурообразования в красках высокой и офсетной печати. Воздушные и — реже — водяные тепловыделяющие устройства используются также для ускорения испарения растворителей из красок глубокой и флексографской печати.

Основным достоинством этих устройств являются доступность и невысокая стоимость теплоносителей. В ряде случаев они могут быть встроены в действующее оборудование. При использовании открытого газового пламени запечатанное бумажное полотно, попадая в специальную камеру, проводится между рядами газовых горелок, располагающимися с обеих сторон. Летучие компоненты краски выделяются, частично сгорают и отсасываются. При обрыве бумажного полотна или внезапной остановке машины подача газа в горелки автоматически прекращается.

Закрепление красок с использованием открытого газового пламени — в связи с высокой (до 200 °С) температурой, достигаемой на поверхности бумажного полотна,— чревато пересушиванием (т. е. обезвоживанием) бумаги, ее усадкой и понижением прочности. Интенсивность нагрева бумаги в устройствах этого типа (как, впрочем, и в воздуходувных) непосредственно связана с длиной пути, проходимого бумажным полотном в рабочей камере. Для быстрого охлаждения нагретого бумажного полотна непосредственно за тепловыделяющим устройством обычно устанавливаются охлаждающие цилиндры или сопла, нагнетающие на полотно струю холодного или увлажненного воздуха.

Несколько лучшими эксплуатационными характеристиками обладают комбинированные газопламенно-воздуходувные устройства. В начальной по ходу движения бумажного полотна зоне камеры оно подвергается обогреву открытым газовым пламенем, а затем на него воздействует интенсивный поток подогреваемого воздуха. Струи холодного воздуха снижают температуру бумажного полотна перед подачей его в фальцевально-режущий аппарат печатной машины.

В настоящее время для ускорения закрепления красок в промышленном масштабе используются инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) излучатели.

ИК-излучатели — это, по существу, разновидность термоизлучающих устройств, роль теплоносителя в которых выполняют длинноволновые лучи, располагающиеся за пределами видимого спектра. В качестве источников инфракрасного излучения наиболее широкое применение находят кварцевые лампы инфракрасного спектра единичной мощностью 0,5–2,0 кВт, монтируемые на специальных панелях, которые устанавливаются перед приемным устройством или между печатными секциями листовых и рулонных машин на расстоянии 5 см от бумаги.

Воздействие ИК-лучей вызывает интенсивный разогрев красочного слоя и подложки, вследствие чего активизируются впитывание краски (или ее разжижаемого под действием

98

нагрева связующего) в бумагу и последующая термополимеризация. Достоинством этого метода является, прежде всего, совместимость связующего красок, предназначенных для обработки инфракрасным излучателем, с обычными красками — офсетными или универсальными (для офсетной и высокой печати), а также красками для флексографской и глубокой печати, что открывает перспективы модификации последних в расчете на интенсификацию их закрепления под воздействием ИК-лучей. К числу других достоинств ИК-облучения следует отнести: существенное, по сравнению с естественным закреплением, сокращение времени «схватывания», что обеспечивает более быстрое формирование на оттиске окончательно отвержденного красочного слоя; значительное (на 50–80%) уменьшение расхода или полное исключение из технологического процесса противоотмарочных средств, что в частности, способствует укорачиванию продолжительности непроизводительных простоев печатного оборудования, связанных с выполнением его чистки, смывки и других вспомогательных операций; повышение качества отпечатанной продукции, и прежде всего улучшение четкости, точности цветопередачи (по причине снижения вероятности изменения цвета в процессе закрепления краски), насыщенности и глянцевитости оттиска.

Введение в краску добавок, чувствительных к ИК-излучению и способствующих инициированию реакции полимеризации, делает возможным осуществление самой реакции без дополнительного подвода тепла, что существенно снижает также и энергоемкость облучающего устройства. Новый подъем интереса к этому методу связан с созданием красок типа «Супер-квик-сет» (сверхбыстрозакрепляющихся), в которых использованы новые синтетические смолы с ограниченной (регулируемой) растворимостью в сочетании со специально компонуемыми растворителями и минимальным количеством высыхающих масел. Баланс растворителей и смол в этих красках оказывается настолько критичным, что даже без нагрева они закрепляются примерно в 10 раз быстрее, чем обычные быстрозакрепляющиеся краски. В дальнейшем появились краски, способные закрепляться не только в результате поглощения тепла, выделяемого ИК-излучателем, но и в результате активизации уже упоминавшихся термочувствительных добавок.

Технологически важной характеристикой ИК-излучателей является длина волны излучения. Именно она определяет величину энергии нагрева, которая, в свою очередь, в сочетании с термоаккумулирующей способностью, прежде всего красок (зависящей от их цвета и толщины слоев на оттиске) обусловливает скорость их закрепления. (Краски черного цвета под действием ИК-излучения закрепляются более интенсивно).

Подтвержденные опытом недостаточная энергетическая эффективность и высокая энергоемкость (связанные с прогревом бумажного листа по всей его толщине), неэкономичность и пожароопасность (в связи с инерционностью и необходимостью продолжительного охлаждения) длинноволновых (105 нм и более) ИК-устройств обусловили переход к разработке и практическому внедрению излучателей средне- и коротковолнового типа, характеризующихся меньшей энергией излучения, но большей его эффективностью, поскольку главная область его воздействия — красочное покрытие и приповерхностные слои бумажного листа. Оптимальным для закрепления красок диапазоном излучения является 1200–3500 нм (при этом для многокрасочного печатания по причине, указанной выше, целесообразно использовать более длинноволновую его половину).

Внедрение УФ-излучателей началось одновременно с появлением в начале 70-х гг. красок высокой и офсетной печати (а позже и для выполнения специальных видов работ), абсолютно не содержащих растворителей, которые могли бы впитываться в бумагу или испаряться в атмосферу цеха. Важнейшие составные части красок этого типа — мономерное связующее, инициатор фотополимеризации и пигмент. Под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны 200–400 нм инициатор образует активные свободные радикалы, которые вступают в реакцию с ненасыщенным мономером, вызывая быструю его полимеризацию по известной схеме (рис. 8.8). Прочный неотмарывающий красочный слой образуется на оттиске, в течение нескольких долей секунды.

Источником УФ-излучения являются газонаполненные (аргонортутные и ксеноновые) кварцевые лампы среднего давления единичной мощностью до 10 кВт. Рефлекторы для этих

99

ламп, встраиваемые в печатные машины, выполняются в виде полуэллипса, в фокусе которого находится лампа, отстоящая от поверхности бумажного листа или полотна на 120 мм. Излучение лампы концентрируется во втором фокусе эллипса, располагающемся в плоскости бумаги, точность перемещения которой по отношению к этому фокусу поддерживается в пределах ±5 мм. Температура на поверхности лампы достигает 800 °С.

Рис. 8.8. Отверждение печатных красок под действием УФ-сушки

В качестве перспективных источников рассматриваются импульсные осветители, а также ртутные лампы низкого давления и безэлектродные лампы. Подобно ИК-устройствам, УФ-излучатели могут устанавливаться как между печатными секциями, так и на приемновыводном устройстве листовой или рулонной машины.

Кважнейшим преимуществам систем УФ-облучения относятся:

1)высокая скорость закрепления, позволяющая без применения каких бы то ни было дополнительных средств осуществлять как двустороннее, так и одностороннее многокрасочное печатание без ощутимого снижения производительности печатного оборудования;

2)небольшое энергопотребление — около 80 Вт на 1 см ширины оттиска, т. е. примерно 1/5 количества энергии, расходуемой на закрепление обычных красок описанными тепловыделяющими устройствами;

3)отсутствие обезвоживания бумаги, поскольку при УФ-облучении, в отличие от ИК, для ускорения закрепления красок не требуется нагревания подложки.

Ряд достоинств, характеризующих процесс обработки оттисков УФ-излучением, проистекает из особенностей применяемых печатных красок. Это:

1)отсутствие в их составе вредоносных компонентов, выделяемых в атмосферу;

2)возможность сохранения красок на валиках печатной машины в течение нескольких дней, поскольку в обычных условиях их отверждение оказывается чрезвычайно затяжным процессом;

3)невысокая чувствительность их к величине рН увлажняющего раствора, а также к кислотности и влажности бумаги;

100

4)большаямеханическаяпрочностьивысокаяхимическаястойкостьотвержденногослоя;

5)возможность использования красок универсальной рецептуры, обладающих требуемой липкостью и вязкостью, для всех основных способов печатания.

Однако применение УФ-излучения в современной полиграфии ограничивается в основном лишь специальными способами печатания, а также печатанием на металлах, т. е. изготовлением неиздательской продукции. Одна из причин этого — высокая стоимость красок, примерно в 1,3–1,5 раза превосходящая стоимость обычных красок для листовых и в 1,5–2,0 раза — для рулонных машин (именно поэтому немногочисленные УФ-устройства, применяемые для выпуска издательской продукции, устанавливаются преимущественно на рулонных машинах, где высокие эксплуатационные затраты отчасти компенсируются большой скоростью печатания).

6.Точность воспроизведения изображения

впечатном процессе

Качество печатного изображения можно оценить точностью воспроизведения, под которой понимается:

1)графическая точность — т. е. соответствие геометрических размеров и площади элементов изображения, а также расположения этих элементов на оттиске и оригинале с учетом масштаба воспроизведения;

2)градационная точность, характеризующая соответствие градации (шкалы яркостей) отдельных элементов и всего изображения на оттиске и оригинале;

3)точность цветопередачи — это соответствие цвета отдельных элементов и всего многокрасочного изображения на оттиске и оригинале.

Степень точности воспроизведения изображений оценивается как визуальным сравне-

нием оттиска с оригиналом, так и с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. На практике тиражные оттиски сравнивают с утвержденными эталонными оттисками. Воспроизведение штрихов одноцветных оригиналов, а также и текстовых элементов оцениваются графической точностью, а тоновых одноцветных оригиналов — градационной точностью. Воспроизведение многоцветных оригиналов оценивается точностью цветопередачи, на которую оказывает влияние графическая точность.

В высокой и плоской офсетной печати градационная передача характеризуется размерами растровых элементов, т. е. она связана с графической точностью. Изменение размеров и положения растровых элементов вызывает на оттиске искажение цветопередачи. Таким образом, соблюдение графической точности в процессе печатания является важным условием получения качественных оттисков.

Графическая точность может нарушаться в результате влияния следующих факторов: 1) нарушения технологического режима при изготовлении печатной формы (искажение размеров рисунка и его деталей, разная толщина формы и др.). Печатные формы для пе-

чатания тиража должны по толщине соответствовать паспортным данным. Отклонения от нормально допустимой толщины приводят к изменению масштаба, несовмещению изображения и нарушению точности градационной и цветовой передачи. Печатная форма, изгибаясь по окружности формного цилиндра, испытывает растяжение одной поверхности и сжатие другой. Наружная поверхность (с печатающими элементами) испытывает растяжение, а внутренняя, обращенная к цилиндру,— сжатие. При этом на размеры искажения влияет толщина пластины и длина окружности формного цилиндра. Возникающие вследствие этого искажения достигают значительных размеров. По данным, приведенным П. А. Попрядухиным, при длине изображения 1000 мм размеры искажений составляют:

Толщина формы, мм	Искажение, мм
0,8	1,67
0,7	1,22
0,6	1,02
0,5	0,81
101