5.2. Липкость печатных красок.

Липкость существенно влияет на поведение красок в процессе печатания и, следовательно, на качество оттиска. Необходимо различать два явления, сопутствующих друг другу при распределении краски в красочном аппарате, при нанесении ее на форму и при переносе на запечатываемый материал. Это, во-первых, прилипание краски к той поверхности, с которой она соприкасается, и, во-вторых, сопротивление красочного слоя разделению между двумя поверхностями.

Это различные по своей сути свойства краски являются проявлением ее физических свойств в условиях печатного процесса.

Прилипание краски. Прилипание, или адгезия, - это притяжение друг к другу и скрепление между собой двух разнородных материалов (краски и валиков, краски и печатной формы, краски и бумаги) в результате действия сил молекулярного притяжения или сил притяжения двойного электрического слоя, возникающего на поверхности контакта. Адгезия зависит от химической структуры краски (связующего) и поверхности, с которой краска соприкасается. Количественно она выражается силой притяжения на единицу поверхности или энергией (работой), необходимой для отделения краски от поверхности, к которой она прилипла.

Рис. 46. Схема контакта двух тел: а – двух твердых тел, б – твердого тела с жидкостью

Прилипание зависит от чисто реологического свойства краски – текучести. Силы молекулярного притяжения действуют на малых расстояниях, сравнимых с размерами атомов и молекул. Поэтому для прилипания необходимо максимальное сближение соприкасающихся тел. Но твердые тела имеют неровную, шероховатую поверхность, препятствующую их сближению. Поэтому при контакте двух твердых тел молекулярные силы действуют лишь в немногих точках соприкосновения выступающих участков поверхности (рис. 46а), и тела практически слипаются.

Необходимое для прилипания сближение молекул облегчается, когда одно из соприкасающихся тел жидкость, способная затекать во все неровности твердой поверхности. Это обеспечивает молекулярное взаимодействие по всей поверхности соприкосновения жидкости и твердого тела (рис. 46б).

Текучесть печатной краски придается связующим, молекулярная природа которого должна обеспечить смачивание и прилипание краски к красочным валикам, печатной форме, бумаге и другим материалам.

При раскате, накате на форму и нанесении на запечатываемый материал краска одновременна должна прилипать к двум поверхностям и разделяться между ними. В связи с этим прочность прилипания, или адгезия (первое проявлений липкости), должна быть больше сопротивления красочного слоя разделению (второе проявление липкости).

Краска при печати прилипает к поверхности и разделяется, оставаясь жидкой. Величину молекулярных сил когезии можно косвенно и приближенно оценить, исходя из работы, которую нужно произвести против когезионных сил для образования новой свободной поверхности. Работа преодоления когезии A_k равна свободной энергии вновь образованной поверхности. В расчете на 1м² A_k =2, где  - поверхностное натяжение. С другой стороны, это работа есть преодоление когезионных сил F_k на расстоянии r в пределах действия молекулярных сил. Если принять, что это расстояние примерно равно 10^-5 см, и учесть, что молекулярные силы резко убывают с расстоянием (для простоты примем половинное значение молекулярных сил), то по экспериментально определенному значению поверхностного натяжения можно рассчитать величину сил когезии:

.

Для полимеризованной олифы поверхностное натяжение составляет 30·10^-3 Дж/м². Отсюда работа когезии A_k=2=60·10^-3Дж/м², а силы когезии на 1 м² F_k=60·2·10^-3·10⁷≈10⁶ Н/м².

Значение липкости при печатании. При печатании на бумаге, картоне и других аналогичных материалах адгезия краски обусловлена ее высокой поверхностной активностью вследствие наличия в волокнах целлюлозы большого количества полярных гидроксильных групп. Благодаря физической адсорбции к бумаге хорошо прилипают краски, изготовленные на основе обычных связующих. Возможно и химическое взаимодействие между связующими и целлюлозными волокнами.

Однако при печатании такими красками на неполярных полимерных материалах (например, полиэтилене) хотя и происходит их прилипание в момент печатания, но затем в процессе высыхания краска отслаивается. Поэтому для печатания на синтетических материалах применяют краски, состав связующих которых (смолы, полимеры, растворители) подбирают в соответствии с молекулярной природой запечатываемого материала, что бы обеспечить высокую степень адгезии краски.

Рис. 47. Образование и разрывы красочных тяжей:

а – длинные тяжи (пыление), б – короткие тяжи (пыления нет)

Второе проявление липкости – сопротивление разделению слоя краски – не должно быть слишком малым, так как краска не будет раскатываться.

С липкостью связан один из дефектов печатания - выщипывание краской частиц бумаги, что вызывает брак печатной продукции и засоряет печатную форму. Выщипывание наблюдается в том случае, если липкое сопротивление превышает прочность поверхности бумаги. Выщипывание является дефектом бумаги, но, поскольку заменить тиражную бумагу часто невозможно, свойства краски корректируются с учетом механизма происхождения сил, вызывающих выщипывание. Такие напряжения могут возникать при выходе оттиска из зоны контакта, а так же при его отделении от печатной формы, когда растяжение краски сопровождается нарушением сплошности слоя. В нем возникают вакуумные полости, что приводит затем к образованию изолированных участков, в пределах которых краска вытягивается в тяжи разной длины, перед тем как окончательно разорваться (рис. 47). Образование тяжей и вакуумных полостей создают дополнительное сопротивление, являющееся причиной выщипывания, поскольку возникающие при этом напряжения направлены внутрь слоя краски.

Выщипывание зависит от вязкости и увеличивается с повышением скорости печатания. Поэтому для измерения прочности поверхности бумаги определяют минимальную скорость, при которой начинается выщипывание.

С липкостью краски связано и пыление краски, т.е. образование при печатании устойчивого красочного тумана из мельчайших частиц краски. Одна из причин возникновения красочной пыли – образование длинных, тонких красочных тяжей, разрывающихся в нескольких местах (рис. 47а).

Повышение скорости печатания способствует вытягиванию краски в тонкие нити. Вместе с тем растяжение краски связано с ее реологическими свойствами. Способность к растяжению повышается с увеличением вязкости краски и уменьшается с увеличением степени аномалии вязкости. Таким образом, чем выше структурирование краски и степень аномалии вязкости, тем короче нити и тем меньше пыление (рис. 48).

Многокомпонентные связующие, содержащие алкидные смолы, обладают большой стабилизирующей способностью. Поэтому краски для офсетной и высокой печати имеют малую степень аномалии вязкости, что улучшает их распределение в красочном аппарате, раскати и накат. При этом слабое структурирование может создать предпосылки для пыления. В этом проявляется сложность и многообразие влияния реологических свойств красок на технологические свойства.

Рис. 48. Влияние степени аномалии вязкости красок на пыление