|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2003
Maj
Wpływ spoiwa na własności farb offsetowych
|
|
Zwiększenie szybkości pracy offsetowych maszyn drukujących pociągnęło za sobą wyższe wymagania w stosunku do stosowanych farb. Offsetowa farba drukarska w wyniku zwiększenia szybkości pracy maszyny poddawana jest większym siłom ścinającym i odśrodkowym oraz musi szybciej przenosić się na podłoże drukowe. Aby sprostać tym wymaganiom, rozwiązań należy szukać w żywicach i polimerach stanowiących spoiwo farby. Celem tego artykułu jest zasygnalizowanie, w jaki sposób spoiwo wpływa na jakość farby i jakimi drogami można wpływać na poprawę jej podstawowych parametrów.
|
Spoiwo kluczem do jakości farby
Farby offsetowe zawierają w swoim składzie pigmenty, spoiwo, rozpuszczalniki i dodatki. Wszystkie składniki z wyjątkiem spoiwa są produktami o określonej specyfikacji dotyczącej budowy - podanie numerów Colour Index, CAS czy EINECS, składu ilościowego i jakościowego oraz zastosowania. Nieco inaczej ma się rzecz z żywicami do spoiwa, które stanowi 45-65% farby, gdzie producent oferuje co prawda produkt do konkretnego zastosowania, ale w zależności od firmy sposób przygotowania, zastosowane modyfikacje i skład chemiczny różnią się i stanowią najczęściej tajemnicę producenta. Znaczy to, że farby będą się różniły pod względem aplikacyjnym w zależności od sposobu przygotowania spoiwa i jego modyfikacji, a zatem w zależności od producenta.
Spoiwo, a ściślej mówiąc jego budowa i własności reologiczne, mają bezpośredni wpływ na parametry pracy farby na maszynie drukującej, jak i na końcowy efekt, czyli jakość wydruku. Podstawowymi parametrami charakteryzującymi jakość farb offsetowych są: zdolność płynięcia farby, pylenie (misting), emulgowanie farby do wody, szybkość schnięcia, połysk. Za wartość tych parametrów odpowiada przede wszystkim spoiwo i dlatego jest ono najczęściej przedmiotem zmian i rozwoju w badaniach nad tego typu farbami.
Podstawowym celem badań w zakresie wyżej wymienionych parametrów jest obniżenie pylenia i emulgowania farby oraz podniesienie połysku i zmniejszenie czasu schnięcia. Panuje przekonanie, że jednoczesna poprawa wszystkich wymienionych parametrów jest trudna, ponieważ cechy te pozostają w pewnej sprzeczności względem siebie.
Połysk kontra szybkość schnięcia, pylenie farby kontra zdolność płynięcia
Jak wspomniano wyżej, spoiwo odpowiada za wiele parametrów farby offsetowej, z drugiej strony okazuje się, że poprawiając jeden parametr można jednocześnie pogorszyć wartość innego. Klasycznym przykładem może być próba poprawy połysku, którą można osiągnąć poprzez zwiększenie rozpuszczalności żywicy, co uzyskuje się obniżając jej ciężar cząsteczkowy, ale to z kolei powoduje wydłużenie czasu schnięcia farby. Podobnie jest w wypadku relacji między pyleniem i zdolnością płynięcia farby. Pylenie farby (misting) związane jest z siłami kohezji, które znacznie zmniejszają się w wyniku oddziaływania sił odśrodkowych na wałkach maszyny drukującej. Zbyt słabe siły kohezji farby są przyczyną jej odrywania się od elementów wirujących maszyny, co powoduje powstawanie mgły farbowej, która brudzi maszynę i zadrukowywany papier. Chcąc zwiększyć siły kohezji spoiwa należałoby zwiększyć ciężar cząsteczkowy żywicy wchodzącej w jego skład, co z kolei pogorszy zdolność płynięcia farby. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim wypadku zwiększenie ciężaru cząsteczkowego żywicy będącej spoiwem poprawi szybkość schnięcia i zmniejszy pylenie farby, ale pogorszy płynięcie i połysk. W tej sytuacji pojawia się pytanie, czy i jakimi drogami można poprawić te stojące w sprzeczności własności.
Masa cząsteczkowa spoiwa
Rozwój chemii polimerów pozwolił obecnie zmienić sposób otrzymywania spoiw, jak również wpływać na wiele czynników odpowiedzialnych za niektóre ich własności. Szczególnie istotnym czynnikiem jest ciężar cząsteczkowy żywicy, na której oparte jest spoiwo farby.
Żywice używane jako spoiwa farb offsetowych są wielkocząsteczkowymi związkami organicznymi zbudowanymi z regularnie lub nieregularnie powtarzających się ugrupowań atomów o jednakowej budowie, zwanych merami, których liczba w segmencie makrocząsteczki może się zmieniać. Zmienność liczby merów w makrocząsteczce, zwana polidyspersją, charakteryzowana jest funkcją rozkładu masy cząsteczkowej polimeru. Inaczej mówiąc, w cząsteczce tego samego polimeru występują segmenty o różnych masach cząsteczkowych, które składają się na średnią masę cząsteczkową.
Poprzez dobór produktów wyjściowych oraz kontrolowane prowadzenie procesów polimeryzacji, kondensacji czy addycji można wpływać na rozkład masy cząsteczkowej i średnią masę cząsteczkową żywicy. Pozwala to, w zależności od potrzeb, na otrzymywanie produktów o „węższym” lub „szerszym” rozkładzie mas cząsteczkowych, większych lub mniejszych średnich ciężarach cząsteczkowych. Takie postępowanie daje producentom możliwość otrzymywania spoiw o określonych parametrach regulujących właściwości farb offsetowych w zakresie czasu schnięcia, połysku, pylenia i zdolności płynięcia.
Drugim sposobem pożądanej regulacji masy cząsteczkowej jest metoda pozbywania się niekorzystnych frakcji z otrzymanych żywic.
Przykładem skuteczności takich działań mogą być opublikowane [1] przez pracowników oddziału badawczego farb graficznych firmy Buhler AG wyniki prób zmniejszenia pylenia farby i czasu jej schnięcia oraz poprawy reologii bez jednoczesnego pogorszenia połysku.
Do badań wytypowano dwie żywice komercyjne: pierwsza o symbolu handlowym DP-2210, firmy Rika Hercules, druga o symbolu G-2900, firmy Harima Chemicals, będące pochodnymi kalafonii modyfikowanej żywicami fenolowymi. Farby offsetowe przygotowane na bazie tych żywic charakteryzowały się dość dobrymi parametrami użytkowymi (Tabela 1), z wyjątkiem bardzo wysokiej skłonności farby do pylenia.
Celem obniżenia zdolności do pylenia autorzy założyli eliminację udziału frakcji niskocząsteczkowych w wyżej wymienionych żywicach, poprzez podwójną ekstrakcję, najpierw alkoholem metylowym, a później etylowym. Na bazie otrzymanych po ekstrakcji żywic wykonano farby i porównano je z farbami otrzymanymi z żywic przed ekstrakcją - w poniższej tabeli zamieszczono wyniki porównań parametrów farb.
Jak wynika z danych zaprezentowanych w tabeli 1, poprzez stosunkowo prosty zabieg ekstrakcji, mający na celu usunięcie z żywicy frakcji niskocząsteczkowych, uzyskano znaczącą poprawę wielu parametrów farby, a mianowicie:
• reologii farby, zwłaszcza podniesiono lepkość i granicę płynięcia farby, co stabilizuje farbę przy rosnących siłach ścinających na maszynie
• zdecydowanie zmniejszono zdolność do pylenia farby (o cztery stopnie)
• znacznie skrócono czas schnięcia farby bez pogorszenia połysku.
Reasumując należy podkreślić kapitalną rolę zarówno średniej masy, jak i rozkładu masy cząsteczkowej polimeru stanowiącego spoiwo do farb offsetowych, jest to bowiem jeden ze sposobów na projektowanie spoiw spełniających wymagania przemysłu farb graficznych i poligrafii.
Literatura
1. Kazuo Igarashi, Franz Giger. No contradiction, „European Coatings Journal” 10/2002, 52-57.
Małgorzata Kula
Wiesław Sobolewski
Instytut Barwników i Produktów Organicznych w Zgierzu
|
|
|
|
