3. Основные условия получения оттиска

1. Смачивание

2. Прилипание

3. Разрыв красочного слоя

4. Закрепление краски

3.1 Смачивание

Печатная краска — суспензия, состоящая из твёрдых пигментных частиц и жидкого связующего на основе растительных масел.

1 — адсорбционный слой (ПАВ).

2 — сольвентная оболочка.

3 — пигмент.

4 — связующее.

Рисунок 1. Структура красочной суспензии

Смачивающая способность твёрдого тела жидкостью определяется краевым углом смачивания Θ.

Рисунок 2. Краевой угол смачивания

1 — твёрдое тело, 2 — жидкость, 3 — газ.

σ₁₃ — поверхностное натяжение на границе «твердое тело — газ».

σ₁₂ — поверхностное натяжение на границе «твердое тело — жидкость».

σ₂₃ — поверхностное натяжение на границе «жидкость — газ».

cosΘ = (σ₁₃ - σ₁₂)/σ₂₃

cosΘ < 0 — несмачивание, cosΘ > 0 — смачивание.

3.2 Прилипание

Прилипание или адгезия — сила сцепления между двумя приведёнными в соприкосновение разнородными телами:

W_A = σ₂₃·(1 + cosΘ) — уравнение Юнга-Дюпре

Физико-химической основой печатного процесса является взаимодействие бумаги и краски, которое можно представить в виде следующей обобщённой схемы (рис. 3)

Рисунок 3. Обобщённая схема взаимодействия бумаги и краски

h₀ — постоянный «связанный» слой.

h_p — рабочий слой при расщеплении которого часть краски остаётся на краско носителе (h_p’), другая часть остаётся на бумаге ( h_p’’).

y — количество краски, переходящее на единицу площади запечатываемого материала.

y = (1 – e^–kx) · (b·(1 – e^–x/b) + f ·(x – b·(1 – e^–x/b)))

x — количество краски на единице площади печатной формы до оттиска.

k, b, f — коэффициенты, учитывающие свойства печатных бумаг и красок.

3.3 Разделение красочного слоя

Количество краски, переносимое на запечатавыемый материал является функцией двух переменных величин:

1. Количество краски на печатной форме

2. Эффективная площадь поверхности контакта между бумагой и краской

То есть:

y = f(x, S_эф)

Коэффициент переноса К_пер — отношение количества краски перешедшей на оттиск к количеству краски на форме до печатания выраженное в процентах

К_пер = (q_{оттиска} / q_формы)·100%

Коэффициент расщепления V — отношение количества краски на оттиске к количеству краски, оставшемуся на форме после печатания

V = [h_{оттиска} /(h_формы – h_{оттиска})]·100%

График зависимости коэффициента переноса от толщины красочного слоя

Рисунок 4

3.4 Закрепление краски

Процесс закрепления краски на бумаге происходит в два этапа:

• Впитывание в толщу бумаги

• Закрепление краски на поверхности бумаги

Следует выделить три ступени впитывания:

• Впитывание краски как единого целого в момент печатного контакта (следовательно, под воздействием давления) на выступающих участках поверхности бумаги.

• Избирательное впитывание наиболее высокодисперсных и наименее вязких компонентов краски (так же в момент печатного контакта) на участках поверхностных впадин и углублений.

• Избирательное впитывание краски по всей занимаемой ею площади после прекращения действия давления.

Факторы определяющие глубину впитывания краски в бумагу

Поведение краски в рамках каждой из ступеней определяется достаточно широким кругом факторов.

В отличие от впитывания краски под действием давления, при протекании второй и третьей ступеней резко возрастает роль поверхностного натяжения. В целом после прекращения действия давления и отрыва формы от оттиска впитывание краски в бумагу протекает более медленно. Бэнкс выдвинул положение о том, что в момент прекращения действия давления и распрямления капилляров в бумагу будет в первую очередь просачиваться не краска, а воздух, скорость проникновения которого превышает скорость впитывания краски в 105–106 раз.

Это обстоятельство лежит в основе объяснения известного и получившего надёжное экспериментально подтверждение того факта, что из общего количества краски, впитывающегося в поры бумаги в пределах, ограниченных рамками всех трёх отмеченных ступеней 80–90% впитывается непосредственно под действием давления и лишь не более 10–20% краски проникает в бумагу в результате самопроизвольного (то есть избирательного) впитывания после расщепления слоя краски и на стадии его закрепления.

Краска, находящаяся в верхних слоях бумажного листа, имеет повышенную концентрацию пигмента. В глубокие слои бумаги проникают, наоборот, небольшая высокодисперсная часть пигмента и вся свободная наименее вязкая масса связующего. При этом отфильтровывание связующего происходит не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении и продолжается до момента наступления равновесного состояния между капиллярными силами, обусловленными, с одной стороны, порами бумаги и особенностями распределения композиционных элементов на лицевой и сеточной сторонах бумажного листа, а с другой — частицами пигмента, которые сами образуют в массе краски пористую систему. Степень впитывания краски в бумагу зависит также и от времени тиксотропного структурообразования.

Важным свойством бумаги является пористость, от которой зависит её впитывающая способность ( способность воспринимать печатную) краску и которая вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при это различают макро- и микропористость. Макропоры (поры) — это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры (капилляры) — мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон.

Все немелованные, не слишком уплотнённые бумаги (например, газетные) относятся к макропористым. Общий объём пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16–0,18 мкм. Благодаря своей рыхлой структуре такие бумаги хорошо впитывают краску. К микропористым (капиллярным) относятся мелованный бумаги. Они также хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм.

Остальные бумаги занимают промежуточное положение. Плотность печатных бумаг колеблется от 0,5 г/см³ — для рыхлых (пористых) бумаг и до 1,35 г/см³ — для высокоплотных капиллярных бумаг.

Пористая бумага способная поглощать связующее из краски лишь при условии, что радиус пор бумаги меньше, чем в пигментной системе. Однако, поскольку как для бумаги, там и для краски не характерно наличие пор постоянной ширины, основными, по мнению Д. Толленара, являются не номинальные размеры пор, а кривые распределения их для того и другого материала, характеризующие равномерность системы с точки зрения диаметра пор.

Равномерно зернистая развитая однородная поверхность офсетной бумаги лучше воспринимает и удерживает краски. Когда применяется недостаточно гладкая бумага, печатник вынужден усиливать давление или увеличивать подачу краски. И то, и другое нежелательно, поскольку сопряжено с ухудшением качества оттисков, снижением тиражестойкости печатной формы и перерасходом краски.

Чем умереннее подача краски и выше давление печатного цилиндра, тем лучше краска закрепляется на бумаге. Повышение температуры и понижение влажности в печатных цехах также способствуют лучшему закреплению красок.