Поліграфічні матеріали

Наведіть приклад сучасного асортименту формних матеріалів для виготовлення штампів для тиснення.
Охарактеризуйте склад та друкарсько-технічні властивості паперу, який використовується для плоского офсетного друку.
Обрані фарби для друку на поліетиленовій плівці не закріплюються; визначте причини і запропонуйте заходи щодо їх усунення.
Охарактеризуйте показники ПВАД і особливості його складу, вплив в’язкості на процес закріплення і властивості плівки в з’єднані.

1. В полиграфическом производстве тиснением называют механический процесс получения изображения путем образования остаточных деформаций материала. Процесс тиснения может совмещаться с нанесением цветных покрытий (тиснение фольгой) на отдельные участки изображения. Конгревным называют тиснение, при котором изображение получается рельефным и возвышающимся над общим уровнем поверхности материала. В случае если все рельефные элементы располагаются на одном уровне, конгревное тиснение называют одноуровневым. Тиснение или конгрев нагретым до определенной температуры штампом или контрштампом называют горячим, а если штамп и контрштамп для конгрева или штамп для тиснения фольгой имеет температуру окружающей среды, то тиснение называют холодным.

В последние годы полиграфисты применяют довольно много разнообразных терминов для описания инструментов, с помощью которых выполняется тиснение фольгой и конгревное тиснение (клише, контрклише, матрицы, патрицы, ответные части, штампы, контрштампы и т.д.), хотя речь идет об одном и том же. Следует отметить, что существует ГОСТ 29.41-96 [1], в котором упоминается о штампах и контрштампах, с помощью которых выполняется конгревное тиснение, и о штампах для тиснения фольгой. Поэтому можно сделать вывод, что термины «штамп» и «контрштамп» являются наиболее правильными, и именно их следует применять.

Оба упомянутых выше способа тиснения могут выполняться на тигельных (рабочие органы машины — две плоские поверхности), плоскопечатных (рабочие органы — цилиндр и плоская поверхность) и ротационных (рабочие органы — два цилиндра) машинах. Для работы на первых двух типах машин традиционно применяются плоские штампы, о которых и пойдет речь в данной статье.

Применяемые материалы и их характеристики

Для изготовления штампов в настоящее время применяются:

магний — металл невысокой твердости серебристого цвета. Магниевые штампы — это относительно дешевые изделия. Их тиражестойкость невелика, при плоском тиснении фольгой по бумаге она не превышает 100 тыс. оттисков. Магний одинаково хорошо обрабатывается как травлением (рис. 1), так и гравированием;
медь — очень твердый металл розово-красного цвета. Стоимость медных штампов гораздо выше, чем магниевых, но и тиражестойкость на порядок больше (сотни тысяч оттисков). Медь с трудом поддается гравированию, поэтому в основном обрабатывается травлением — обычно травится на глубину не более 1 мм, поэтому для углубления рельефа требуется дополнительное гравирование по краям изображения;
латунь — сплав меди с цинком, часто с небольшими добавками других элементов. Имеет желтый цвет, напоминающий золото. Как правило, обрабатывается гравированием. Благодаря легкости механической обработки латунь может применяться при изготовлении штампов для многоуровневого конгревного тиснения. Тиражестойкость латунных штампов — сотни тысяч оттисков (рис. 3). Из-за трудоемкости изготовления латунные штампы стоят дороже медных и магниевых. Для повышения тиражестойкости латунных штампов иногда используют никелирование;
сталь — твердый серебристо-белый металл, представляющий собой сплав железа (основа) с углеродом (до 1,7%) и другими примесями. Стальные штампы в современной полиграфии применяются крайне редко. Их обычно изготавливают гравированием, иногда предварительно протравив (для экономии времени). Гравирование стали производится только на станках с мощным шпинделем и требует много времени. Используют такие штампы при тиснении очень больших тиражей (от миллиона оттисков), поскольку стоят они очень дорого;
полимеры — являются наиболее дешевым видом материала по сравнению со всеми прочими. Имеют различный химический состав, цвет, физико-механические свойства. Для изготовления штампов применяются такие полимерные материалы, как поликарбонат, гетинакс, различные виды фотополимеров и т.д. Некоторые из полимерных штампов прозрачны. Изготавливаются полимерные штампы фотополимеризацией (см. рис. 4), гравированием, реже — способом горячего прессования. При этом их тиражестойкость доходит до сотен тысяч оттисков.

Кроме применяемого материала, существенное влияние на качество штампов оказывает способ изготовления. В настоящее время существует три основных способа.

Травление — один из наиболее распространенных способов изготовления штампов. Материалом для будущих штампов служат металлы (медь, магний). Главным достоинством травления является высокая скорость производства, поскольку травится одновременно все изображение. Это и определяет более низкую стоимость травленых штампов по сравнению, например, с гравированными. Глубина элементов тиснения, угол наклона стенок и другие параметры зависят от времени травления, скорости работы машины и т.д. Иногда после травления требуется ручная доработка гравированием. К недостаткам данного способа прежде всего следует отнести экологическую вредность. С технологической точки зрения следует отметить, что травление — вероятностный процесс, зависящий от многих факторов (концентрации раствора, скорости работы машины, расположения пластин внутри машины, времени травления и т.д.). Поэтому параметры полученных штампов могут отличаться от значений, требуемых в техническом задании. Кроме того, даже в пределах одной большой партии порой трудно обеспечить высокую повторяемость штампов. Данным способом не изготавливают штампы для многоуровневого конгрева и для конгревного тиснения фольгой, что также налагает ограничения на его применение. В настоящее время травленые штампы постепенно уступают место гравированным.

Гравирование — механическая обработка заготовки (латунной, магниевой, полимерной и т.д.) с помощью фрезерно-гравировальных станков, управляемых компьютером. В редких случаях гравирование производят вручную. Кстати, ручная гравировка металлических пластин — один из старейших методов изготовления штампов. Фрезерно-гравировальные станки в большинстве случаев заменили ручной труд граверов, обеспечив при этом несравнимо большую точность изготовления, скорость работы и повторяемость изделий. К преимуществам данного способа прежде всего относится экологическая чистота. Все остальные методы требуют специально оборудованных помещений, систем очистки, поскольку при работе выделяются различные газообразные и жидкие вещества [7]. Кроме того, гравированием можно обрабатывать очень широкий спектр материалов (магний, латунь, сталь, полимеры и т.д.), можно гравировать штампы как для одноуровневого, так и для многоуровневого конгревного тиснения, делать различные варианты углов наклона стенок. Одним из немногих недостатков данного способа является длительное время изготовления и высокая стоимость штампов, поскольку не происходит одновременной обработки всего изображения — фреза последовательно проходит длинный путь для получения готового изделия.

Фотополимеризация — изменение физико-химических свойств жидких и твердых фотополимеризующихся материалов под воздействием света, лазерного или другого излучения [2]. Обычно, кроме штампов, данным способом изготавливают флексографские печатные формы и формы высокой печати. Материалом для будущего штампа является фотополимерная формная пластина. Достоинства данного способа — дешевизна готовых изделий, высокая скорость изготовления, гораздо более низкая по сравнению с травлением экологическая вредность отходов производства. Но, к сожалению, некоторые фотополимерные штампы обладают рядом недостатков: со временем высыхают и коробятся, фотополимерным способом можно изготовить только штампы для блинтового и одноуровневого конгревного тиснения. С помощью полимерных штампов тиснят в основном холодным способом.

Для того чтобы выполнить блинтовое тиснение или тиснение фольгой, требуется только один инструмент — штамп, похожий на форму высокой печати (тиснящие элементы находятся выше пробельных). Для того чтобы выполнить конгревное тиснение или конгревное тиснение фольгой, требуется прессовая пара штамп — контрштамп. При этом штампом в данном случае является профилированная пластина, рабочие элементы которой углублены. Контрштамп — выпуклая зеркальная копия штампа.

2. Плоский способ печати отличается тем, что печатная краска находится в одной плоскости с поверхностью печатной формы. Краска накатывается на поверхность печатающих элементов по принципу избирательного смачивания. Печатающие элементы формы зажирены и легко воспринимают маслянную краску и не воспринимают воду, которой смачивают пробельные элементы формы. Смачивание пробельных элементов водой необходимо для отталкивания от них печатной краски, которая накатывается на печатную форму. Плоская печать при которой краска с поверхности печатающих элементов передаётся непосредственно на бумагу называется литографской. Этот вид печати имеет ограниченное применение. При офсетной печати краска с печатающих элементов передаётся сначала на резиновый декель (рубашку) офсетного цилиндра, а с поверхности резины на бумагу (рис. 1).

Рис. 1. Схема печатного аппарата машины для офсетной печати:
1 – бумага;
2 – бумага с отлетком;
3 – формный цилиндр;
4 – офсетный цилиндр;
5 – печатный цилиндр;
6 – печатная форма с накатанной краской и водой;
7 – резиновый декель;
8 – увлажняющий валик;
9 – красочный накатной валик;
10 – краска

Плоская печать имеет более чем двухсотлетнюю историю. Годом зарождения принципа офсетной печати считают 1797 год, когда Алоиз Зонефельдер в Мюнхене изобрёл способ печатания с каменной формы, который основывался на взаимном отталкивании воды и жира. Этот способ, назван литографией. В 1865 году в Англии была изготовлена первая быстроработающая литографская машина. Каменные формы вскоре были заменены на лёгкие цинковые, а впоследствии и алюминиевые. Литографская машина превратилась в ротационную, в которой лист бумаги стал проходить между двумя цилиндрами – формным, с натянутой на него формой, и прижимным печатным. Литографская печать имеет недостатки, главный из которых в том, что невозможно обеспечить полный прижим жёсткой печатной формы к печатному цилиндру, а следовательно и полный прижим печатающих элементов к бумаге. Принцип печатания офсетным способом был введён примерно в 1904 году в США. Этот способ открыл возможность использования передовых технологий в печати, обеспечивая сочетание низкой стоимости печатания, с возможностью использования для печати материалов с различными свойствами. Тем не менее, к бумаге, используемой в печати предъявляется ряд определённых требований, о которых мы и поговорим. Особенности офсетной бумаги определяются использованием увлажнения в процессе печати, большей вязкостью используемых красок, чувствительностью печатных форм к механическим и химическим воздействиям.

Гладкость

Для офсетной печати не требуется бумага с такой гладкой поверхностью, как для типографской. В тоже время, при использовании горячей сушки, возможно применение бумаги с очень высокой гладкостью поверхности, например, 1500 – 3000 с, как в случае бумаги LWC (легкомелованная суперкаландрированная). Массовые офсетные виды бумаги имеют два уровня гладкости: бумага машинной гладкости 30 – 80 с по Бекку, каландрированная имеет гладкость до 150 с.

Прочность поверхности

Ввиду использования более вязких красок, которые наносятся тонкими слоями, на поверхность бумаги действуют значительные выщипывающие усилия. Поэтому офсетная бумага должна иметь более высокую прочность поверхности к выщипыванию, чем бумага для других видов печати. По ГОСТ на офсетную бумагу этот показатель нормируется для высших марок на уровне не менее 2,2 м/с. Несмотря на высокую прочность поверхности возможно явление “вспучивания” мелованного покрытия бумаги, связанное с низким качеством бумаги – основы в процессе печати – не достаточной связанностью структуры бумаги. Мелованная бумага для офсетной печати должна обладать показателем на выщипывание по Деннисону на уровне 8 (по сравнению с 5-6 у бумаги для высокой печати).

Влажность

Для офсетной бумаги контроль за влажностью имеет важное занчение. С изменением влажности бумаги происходит изменение её размеров, возможна потеря листом плоскостного состояния (возникновение волнистости или скручивания). Изменение размеров листов при изменении влажности происходят главным образом в направлении поперечном машинному направлению в листе. Для уменьшения проблем с совмещением красок на оттисках печатные листы должны иметь машинное направление параллельное оси печатного цилиндра. Колебания относительной влажности воздуха на 5 и более процентов вызывает несовмещение красок на оттисках. Наибольшая стабильность бумаги наблюдается при 45% относительной влажности воздуха. Наиболее благоприятный диапазон относительной влажности воздуха 40 – 60%. Особенность офсетной печати в увлажнении бумаги смачивающим раствором. Офсетная бумага массой 1 м² 90 г при печатании четырьмя красками может легко поглотить до 1% влаги. Это в свою очередь может привести к увеличению размера листа в поперечном направлении на 1,2 мм и стать причиной несовмещения красок на оттиске. Бумага для офсетной печати производится или с поверхностной проклейкой растворами, содержащими высокомолекулярные связующие, красители и другие добавки, или мелованной. Виды обработки поверхности бумаги различаются величиной наносимого на поверхность бумаги покрытия. Кроме количества наносимого состава, при различных видах обработки, изменяется характер проникновения его в структуру бумажного полотна. Глубина проникновения состава снижается от довольно глубокой, иногда, граничащей с пропиткой, до не значительно проникающего в структуру, поверхностного покрытия при меловании. Поверхностная проклейка не образует сплошного покрытия на поверхности бумаги, лишь связывая поверхностные волокна. При меловании, напротив, образуется сплошное покрытие. Плёнка образуется при массе наносимого покрытия превышающей 6 граммов на 1 метр квадратный поверхности.

3. Для печати на полиэтиленовых пленках сегодня в подавляющем большинстве случаев используется флексографский способ. От точности совмещения красочных оттисков, полученной в этом процессе, зависит привлекательность упакованного товара, а следовательно - и спрос на упакованную продукцию.

Печать на сильно тянущихся материалах, какими являются полиэтиленовые пленки всегда осложняется из-за обострения проблемы неприводки красок во флекографской печати. Для описания этого процесса и выработки рекомендаций по улучшению качества печати, необходимо проведение испытания пленок на ползучесть. К настоящему моменту накоплено большое количество данных о поведении полиэтиленовых пленок под действием постоянной нагрузки, однако применение этих данных для исследования процесса флексографской печати на упаковочном полиэтилене не представляется возможным. Это связано с тем, что в процессе печати прилагаемые к запечатываемому материалу нагрузки невелики, а время его нахождения в машине - доли секунд, между тем как в существующих исследованиях такие режимы процесса ползучести не рассматривались по причине несовершенства существующих установок для исследования ползучести материалов. Определение зависимости характера кратковременной ползучести от параметров экструзии полиэтиленовых пленок - направление, в котором нет значимых исследовательских наработок. Поэтому определение взаимосвязи: параметры экструзии - ползучесть пленок - качество печати является актуальным при постановке задачи оптимизации процесса печати.

При печатании на синтетических пленках краски должны соответствовать виду пленки и условиям использования продукции. Целесообразно до печатания тиража провести лабораторные или производственные испытания красок на соответствующей пленке, по возможности приближая условия испытания к условиям печатания. Наиболее часто используются пленки из полиэтилена, полипропилена и полиэфиров.

Полиэтилен - термопластический синтетический материал, получаемый полимеризацией газообразного этилена при высоком давлении и температуре. Полиэтиленовая пленка, которая изготавливается методом экструдирования, - относительно светлая, прозрачная, без запаха и вкуса, не вызывающая физиологических изменений в организме, водо- и паронепроницаемая, способная к свариванию, прочная и исключительно эластичная даже при температурах ниже 0°С. Химически полиэтилен относится к насыщенным углеводородам. Его свойства могут изменяться при изменении молекулярной массы, плотности и разветвленности молекул. Так, существует полиэтилен низкой, средней и высокой плотности.

На полиэтилене, экструдированном в виде пленки, нельзя печатать, пока его поверхность не подготовлена специально, иначе краска на нее не ложится. С другой стороны, обработка для печатания ухудшает свариваемость полиэтилена и может снизить разрывную и ударную прочность. Обычно печатные свойства придаются полиэтиленовой пленке непосредственно после экструзии с помощью коронного разряда. В этом методе оказывается также и косвенное воздействие через озон, который образуется на поверхности пленки при высоковольтном электрическом разряде. Такая обработка легко поддается контролю, экономична и дает хорошие результаты.

Пленки с плоской поверхностью склонны приклеиваться к формующим элементам пакетоделательных машин. Чтобы этого избежать, в процессе полимеризации полиэтилена в него вводится скользящая добавка. Нередко она ведет себя как пластификатор в целлофане и других пленках, диффундирует на поверхность, влияет на адгезию краски, а иногда размягчает красочный слой, что нередко приводит к слипанию, непропечатке или другим дефектам. Влияние предварительной обработки полиэтиленовой пленки после многонедельного хранения ослабевает, особенно у сортов с большим содержанием скользящей добавки, так что имеет смысл предпринимать такую обработку еще раз непосредственно перед печатанием. Пленки из полиэтилена средней и высокой плотности менее эластичны, чем пленки из полиэтилена низкой плотности, но обладают лучшей масло-, жиро- и термоустойчивостью. Полиэтилен средней и высокой плотности нуждается в усиленной обработке для печатания и менее прочен, чем полиэтилен низкой плотности. Печать обычно ведется на пленке толщиной 30-80 мкм, вообще же диапазон применяемых толщин лежит между 10 и 250 мкм.

Для запечатки используют плоскую и рукавную полиэтиленовую пленку. Рукавный материал легко перерабатывается в мешки, для этого нужно лишь отрезать рукав желаемой длины и заварить его край. Но если нужно запечатывать и лицевую, и оборотную стороны полиэтиленового рукава, то обе поверхности должны подвергнуться предварительной обработке. Печатная машина должна быть в состоянии запечатывать обе стороны и иметь мощность, достаточную для высушивания обеих сторон. Полиэтилен с двусторонней обработкой для печати встречается редко, т. к. обработанные поверхности легко слипаются.

Вследствие относительно низкой прочности и способности размягчаться при довольно низкой температуре, полиэтиленовая пленка является одной из наиболее трудно поддающихся запечатке. Главная проблема состоит в соблюдении приводки. Этим объясняется предпочтительное применение флексографских машин планетарного типа. Усилия натяжения при размотке и намотке должны быть малыми. В случае если пленка не имеет опоры, скорость воздуха на вводе и выводе должна быть низкой и равномерной, чтобы не вызывать вибрации пленочного полотна.

Температура поверхности полотна при печати на полиэтилене зависит от режима печатного процесса, однако не должна превышать 90 °С.

Большей частью полиэтиленовая пленка запечатывается флексографским способом полиамидными красками, т. к. они надежно сцепляются с обработанным полиэтиленом, быстро сохнут, меньше склонны к слипанию и выдерживают контакт со льдом и водой, неизбежный при упаковке замороженных продуктов или свежих овощей. Модификации этих красок используются там, где требуется жиро-, масло- и термостойкость. Нитроцеллюлозные краски редко применяются для печати на полиэтиленовой пленке; исключение должно быть сделано лишь для тех случаев, когда термостойкость более важна, чем адгезия к материалу и сопротивление слипанию.

Полипропилен, близкий родственник полиэтилена, получается полимеризацией газообразного пропилена. По физическим свойствам полипропилен настолько схож с некоторыми типами пленок из полиэтилена высокой плотности, что их бывает трудно различить. Но полипропилен все же превосходит полиэтилен по жиро- и газонепроницаемости, а также по ударной и разрывной прочности.

С точки зрения печатания, между полипропиленом и полиэтиленом средней и высокой плотности разницы почти нет. Поэтому мы ограничимся лишь некоторыми рекомендациями.

Полипропиленовая пленка, так же как и полиэтиленовая средней и высокой плотности, имеет прочность на разрыв большую, чем полиэтиленовая пленка низкой плотности, так что при размотке и намотке в печатной машине можно применять несколько повышенные усилия натяжения. Для полипропиленовых пленок, как и для пленок из полиэтилена высокой плотности, требуются заметно более высокие затраты на обработку перед печатанием, чем для пленок из полиэтилена низкой плотности, чтобы обеспечить столь же хорошую адгезию печатной краски.

У полипропилена есть некоторые свойства, которые обязательно должны учитываться при печатании. Наиболее важным является тот факт, что даже всюду рекомендуемые полиамидные краски не сразу проявляют удовлетворительную адгезию к обработанной для печати полипропиленовой пленке. Рекомендуется сделать один или несколько пробных оттисков выбранной краской на обработанной поверхности полипропилена, по крайней мере, за день до начала изготовления заказ на машине. Адгезия краски к пленке проверяется через 12 часов (или через 24 часа) с помощью известных тестов - царапанием, смятием и липкой лентой. Если после этого срока адгезия удовлетворительна, то можно начинать печатать.

Вторая заслуживающая внимания особенность полипропилена состоит в том, что эффект предварительной обработки может быть утрачен при хранении и старении еще до того, как начнется печатание (как у полиэтилена с большим содержанием скользящей добавки). Если пленка уже была один раз запечатана и удержала краску, то хорошая адгезия не исчезает. Полипропиленовую пленку не следует хранить после обработки до начала запечатывания дольше месяца. Если это все же произойдет, обработку нужно повторить. Обработка выдуваемой нерастянутой пленки происходит больше, чем плоской пленки.

Полиэфирные пленки прозрачны, без вкуса и почти без запаха, очень прочны, химически неактивны и обладают низкой проницаемостью для водяного пара. Химически полиэфирные материалы представляют собой полимеризованные эфиры, которые, в свою очередь, образуются при конденсации многофункциональных спиртов (например, этиленгликоля) с многоосновными ароматическими кислотами (например, терефталевой).

Полиэфирные пленки обладают высокой прочностью на разрыв - около 1500 кгс/см². Для сравнения: у полиэтилена низкой плотности - 150 кгс/см², а у целлофана - 500 кгс/см². Полиэфирные пленки отличает также большой диапазон температур, в котором они сохраняют свои положительные свойства, стойкость к растворителям и другим химикатам, стабильность размеров, жесткость, износостойкость и общая устойчивость. Все это определяют широкую область применения данного вида пленок. Полиэфирные пленки имеют очень высокую диэлектрическую прочность, что важно при использовании их в качестве электроизолирующего материала. Для обработки на печатной машине и следующих за ней установках в зависимости от типа краски могут понадобиться ионизаторы для удаления электростатического заряда.

Ориентация молекул полиэфирной пленки улучшает ее прочность и стойкость (это справедливо и для других синтетических пленок). Ориентация осуществляется во время изготовления пленки посредством растягивания ее в одном или обоих направлениях. В подавляющем большинстве случаев флексографская печать производится именно на ориентированной полиэфирной пленке. Неориентированная пленка из-за ее ломкости, трудной обработки и т. п. почти не применяется.

Часть полиэфирных пленок, предназначенных для упаковки, покрывается поливинилиденхлоридным слоем в целях достижения лучшей кислородонепроницаемости и способности к термосварке, которых нет у исходной пленки. Обычно применяются покрытия того же вида, что и для целлофана.

Для запечатывания пригодны полиэфирные пленки толщиной от 12 мкм.
Хотя полиэфирные пленки жесткие и имеют высокую прочность на разрыв, под действием температуры и натяжения, которые возникают при печатании и ламинировании, они могут удлиняться. Поэтому необходимо следить за режимом натяжения. При печатании на полиэфирной пленке требуется уменьшенное натяжение. Однако здесь нет таких трудностей, как при работе с полиэтиленом.

Обычно для печатания на полиэфирных пленках применяются полиамидные краски. Однако при изготовлении пакетов, в которых пищевые продукты можно разогревать, и в т. п. случаях следует использовать термостойкие краски.

Для разбавления красок до рабочей вязкости добавляют смесь этилацетата, спирта этилового, бензина "Калоша" в соотношении 1:1:0,5 при печатании на целлофане: смесь спирта этилового и этилацетата в соотношении 5:4 при печатании на обработанной полиэтиленовой пленке.

Флексография – это способ печати высокого качества с применением эластичных печатных форм и специальных быстросохнущих красок. При этом на полиэтиленовую пленку наносится очень тонкий слой краски. Совмещение цветов при многоцветной печати достигается за счет автоматической регулировки форм во флексографической машине.

4. Мировое производство поливинилацетата составляет около 2,5 млн тонн в год. Поливинилацетат в промышленности чаще всего получают методом цепной полимеризации в среде растворителя (лаковый метод). Реакция превращения мономера винилацетата в полимер поливинилацетат имеет вид: