Печатный процесс и краски в тампонной печати

Борис Сорокин, доцент МГУП

Введение

Повышение

Управление

Заключение

Тампонная печать — уникальная технология, которая, благодаря свойствам тампона изменять свою формы позволяет наносить изображения на поверхности самой сложной конфигурации, выполненные из различных материалов. Для успешного печатания на различных материалах в тампонной печати применяется широкий спектр красок самой разной природы и с разнообразными механизмами отверждения.

Печатный процесс

Нормальное протекание печатного процесса в тампонной печати возможно при выполнении следующих условий:

А_ф ≤ К_к ≤ А_т — при переходе краски с печатной формы на тампон,

А_т ≤ К_к ≤ А_п — при получении оттиска на изделии,

где А_ф — адгезия краски к форме, К_к — когезия краски, А_к — адгезия краски к тампону, А_п — адгезия краски к поверхности изделия.

Адгезия — это величина, характеризующая прочность соединения двух разнородных тел, в частности степень прилипания краски. Когезия же характеризует прочность тела, например печатной краски. На величину когезии краски оказывают влияние ее вязкость и толщина красочного слоя.

Схема процесса тампонной печати показана на рис. 1. Ход процесса печатания в значительной степени зависит от уровня автоматизации печатного оборудования.

Рис. 1. Схема процесса тампонной печати: а — исходное положение; b — краска наносится на печатную форму; c — ракель удаляет краску с пробельных элементов формы; d — тампон опускается на печатную форму; e — тампон с изображением поднят над печатной формой, на форму наносится краска; f — тампон перемещается к запечатываемой поверхности; g — тампон опускается на запечатываемую поверхность

При печатании на ручном станке печатник щеточкой наносит на край формы небольшое количество краски. При протягивании ракеля по поверхности печатной формы краска заполняет углубленные печатающие элементы и одновременно удаляется с пробельных элементов. Отсутствие краски на пробельных элементах является критерием оценки правильного выбора и верной установки ракеля. Поскольку ширина ракеля несколько меньше ширины формы, на ее краях остается некоторое количество краски, которую убирают вручную ватным тампоном, смоченным в растворителе. После этого тампон опускается на печатную форму, забирая при контакте с ней часть краски из печатающих элементов, а затем снова поднимается. Изделие, на которое печатают изображение, при помощи каретки печатного станка подводится под тампон, который опускается и входит в контакт с поверхностью запечатываемого изделия, передавая красочное изображение. После этого запечатанное изделие вынимают.

Рис. 2. Принципиальная схема полуавтоматической печатной машины: 1 — печатная форма; 2 — резервуар с краской; 3 — краскоподающее устройство; 4 — ракельное устройство; 5 — винт регулировки перемещения ракельного механизма; 6 — устройство перемещения тампона по вертикали; 7 — регулировка перемещения тампона по вертикали; 8 — устройство регулирования перемещения тампона по горизонтали; 9 — тампон; 10 — запечатываемое изделие; 11 — винт угловой регулировки положения печатной формы; 12 — винт регулировки положения печатной формы по двум координатам

При печатании на полуавтоматическом станке благодаря координации и синхронному перемещению элементов и узлов за один рабочий цикл автоматически выполняется весь комплекс операций. На рис. 2 представлена принципиальная схема полуавтоматической печатной машины. При печатании на поверхность печатной формы 1 из красочного резервуара 2 краскоподающим устройством 3 наносится краска. Затем краска снимается с пробельных элементов плотно прилегающим к печатной форме ракелем 4. После этого к печатной форме подходит и опускается на нее тампон 9, который забирает краску из печатающих элементов. Затем он поднимается, перемещается к запечатываемому изделию 10 и переносит красочное изображение на его поверхность. Положение тампона, ракеля и краскоподающего устройства при горизонтальном перемещении регулируется винтами 5 и 8, печатной формы — винтами 11 и 12. Контакт тампона 9 с печатной формой 1 осуществляется с помощью устройства его перемещения по вертикали 6 и регулировочного устройства 7. Запечатанное изделие 10 подается и снимается вручную.

В автоматических машинах подача и съем запечатанного изделия производится автоматически.

Краски для тампонной печати

В практике тампонной печати применяют офсетные и типографские краски с добавлением сиккатива, а также трафаретные краски. Данные краски обеспечивают достаточную четкость и оптическую плотность изображений, однако их применение ограничено из-за длительного высыхания и абразивности пигмента. При печатании на ручных и полуавтоматических машинах эти краски в некоторой степени могут удовлетворить нужды производства.

Наилучшие же результаты обеспечиваются при использовании специальных красок для тампонной печати, которые отличаются от трафаретных более мелкими пигментами и большей насыщенностью. Краски для тампонной печати должны иметь высокую кроющую способность, быть липкими, текучими и обладать специальными печатно-техническими свойствами.

Состав красок для тампонной печати

Краски для тампонной печати включают следующие компоненты: красящее вещество, связующее вещество, вспомогательные вещества и растворители.

В качестве красящих веществ могут быть использованы красители и пигменты. Красители являются растворимыми, находятся в красках в виде молекул и не рассеивают свет, благодаря чему краски на основе красителей прозрачны. Однако наиболее широкое применение нашли пигменты, которые применяются при производстве как кроющих, так и прозрачных красок.

Важнейшей составной частью краски является связующее, которое соединяет красящее вещество с запечатываемой поверхностью. Связующее вместе с вспомогательными веществами определяет физико-механические и физико-химические свойства красочной пленки. Соединение связующего с запечатываемой поверхности может происходить в результате следующих процессов:

• · действие электрических или молекулярных сил;
• · диффузия связующего в набухшую или растворенную поверхность запечатываемого изделия;
• · механическое закрепление на шероховатой поверхности изделия;
• · химическая реакция между связующим и запечатываемой поверхностью.

В красках для тампонной печати используются связующие на основе таких веществ, как алкидная смола, акриловая смола, ацетобутилцеллюлоза, эпоксидная смола, полиэфир, полиуретановая смола, сополимеры винилхлорида и др. В целях удовлетворения разносторонних требований, предъявляемые к печатной краске, связующее часто комбинируют из нескольких составляющих.

Вспомогательные вещества улучшают определенные характеристики печатной краски или придают ей новые свойства. Например, для улучшения эластичности красочной пленки вводят пластификаторы, для улучшения стойкости к истиранию вводят парафин, специальные добавки могут также повышать глянец красочной пленки или, наоборот, придавать ей матовость.

Растворители — это летучие, низковязкие химические вещества, которые переводят связующее в растворимую форму. Растворители должны хорошо растворять связующее и вспомогательные вещества, а их летучесть служит для обеспечения быстрого высыхания краски. Хотя для выполнения этих требований обычно вполне достаточно применения одного растворителя, часто в состав красок вводят их смесь.

Механизмы отверждения красок для тампонной печати

В зависимости от состава краски для тампонной печати она может закрепляться на поверхности запечатываемого изделия одним из перечисленных способов:

• · окислительная полимеризация;
• · испарение летучего растворителя (физическая сушка);
• · взаимодействие отвердителя со связующим краски;
• · фотохимическая реакция;
• · воздействие тепла.

При окислительной полимеризации закрепление происходит за счет взаимодействия краски с кислородом воздуха. Время закрепления красочной пленки при этом составляет от нескольких минут до нескольких часов.

Когда краска закрепляется вследствие испарения летучего растворителя, в ее составе не происходит изменений, за исключением удаления растворителя. Если на красочную пленку нанести растворитель, то она вновь станет жидкой. Время закрепления красочной пленки составляет от нескольких секунд до нескольких минут.

Закрепление благодаря взаимодействию отвердителя со связующим краски характерно для двухкомпонентных красок. Перед печатанием в состав этих красок добавляют специальный отвердитель, с момента введения которого начинается реакция полимеризации. Процесс отверждения происходит в два этапа. На первом этапе краска закрепляется за счет испарения растворителя, при этом окончательная прочность красочного слоя не достигается. Время испарения растворителя составляет от нескольких секунд до нескольких минут. На втором этапе краска закрепляется за счет химического взаимодействия отвердителя со связующим краски, при этом достигается окончательная очень высокая прочность красочного слоя. Время закрепления красочной пленки на этом этапе составляет от нескольких часов до двух-четырех суток. Посредством термообработки время этого процесса может быть значительно сокращено. После окончательного закрепления краску нельзя растворить никаким растворителем. Время, в течение которого может производится печатание, определяется жизнестойкостью краски и составляет, как правило, около восьми часов. Решающее влияние на его величину оказывает содержание отвердителя в краске. Двухкомпонентные краски позволяют печатать одну краску на другую только в течение 15 часов, после чего становится невозможной полимеризация, необходимая для соединения двух красочных слоев. Двухкомпонентные краски применяются в тех случаях, когда к красочной пленке предъявляются особые требования в отношении износостойкости, стойкости к агрессивным средам или адгезии к инертным поверхностям. Следует также принять во внимание, что высокие показатели стойкости красочной пленки можно достигнуть при условии достаточной стойкости поверхности изделия к воздействиям среды.

В качестве связующего в двухкомпонентных красках используются чаще всего полимеры, содержащие гидроксильные группы на базе полиэфира, полиакрилата или эпоксидной смолы, которые химически сшиваются (полимеризуются) вследствие введения отвердителя на базе изоцианата. Исходные продукты смолы (полимеры) и отвердителя должны быть растворимы в соответствующем растворителе, а продукт после сшивки уже нерастворим, что улучшает прочность красочного слоя.

Закрепление краски в результате фотохимической реакции характерно для УФ-отверждаемых красок, которые, помимо красящего вещества, содержат олигомер, мономер и фотоинициатор, но не содержат растворителя. Отверждение краски происходит только под действием ультрафиолетового света. Главным достоинством таких красок является то, что они не высыхают в машине. УФ-отверждаемые краски позволяют получить достаточно прочные красочные слои. Время закрепления красочного изображения этим способом составляет от нескольких десятых до нескольких единиц секунд.

Закрепление под воздействием тепла свойственно термоотверждаемым краскам, содержащим в качестве связующего вещества термоактивную смолу. Отверждение краски происходит в основном за счет нагрева. Такие краски, как и УФ-отверждаемые, практически не высыхают в машине, а красочные слои имеют высокую прочность. Время закрепления красочного изображения составляет от нескольких единиц до нескольких десятков секунд.

Выбор краски и ее подготовка к печати

При выборе красок для тампонной печати необходимо учитывать свойства материала запечатываемого изделия и условия его эксплуатации. Прежде всего необходимо следовать рекомендациям изготовителя красок.

При запечатывании некоторых материалов не удается получить удовлетворительной адгезии красочной пленки. В этих случаях поверхность изделий необходимо активировать посредством обработки открытым газовым пламенем или коронным разрядом. Выбор способа обработки обычно определяется формой запечатываемого изделия. Так, пленочные изделия удобнее обрабатывать коронным разрядом, а сложные по конфигурации изделия — открытым газовым пламенем.

При печатании на изделиях из новых, ранее не исполльзованных материалов необходимо провести испытание смачиваемости краской их поверхности. С этой целью и для подбора соответствующей краски используют универсальный растворитель и тест-карандаш. При проведении испытания на поверхность изделий наносят каплю растворителя и проводят по поверхности тест-карандашом. Если капля растворителя воздействовала на поверхность изделия, оставив на ней след, а тест-карандаш оставил четкий ровный след, то активация поверхности перед печатанием не обязательна. Если же растворитель не оставил на поверхности изделия никакого следа, а след, оставленный тест-карандашом, собирается в капельки (то есть не смачивает поверхность), то для обеспечения нормальной адгезии краски перед печатанием поверхность изделия необходимо активировать. Для окончательного подбора краски необходимо провести пробную печать и испытание эксплуатационных свойств нанесенного красочного изображения.

Как правило, изготовители поставляют краски готовыми для печати. Однако часто возникает необходимость коррекции вязкости краски, величина которой должна составлять около восьми секунд. Для измерения вязкости красок в тампонной печати используют так называемый вязкошпатель (рис. 3). Перед измерением вязкости краску следует тщательно перемешать и при необходимости ввести разбавитель, после чего опять тщательно перемешать. В целях определения вязкости в емкость с краской опускают вязкошпатель, чтобы он заполнился краской до нужного уровня (уровень А). Затем вязкошпатель вынимают из краски и она начинает вытекать. Необходимо замерить время вытекания краски от первого до пятого отверстия (расстояние В) с помощью секундомера. Вязкость краски характеризуется временем ее вытекания.

Рис. 3. Вязкошпатель для измерения вязкости красок в тампонной печати

Краски для печатания должны быть гомогенными и тщательно перемешанными. Разбавление краски следует проводить аккуратно, так как введение слишком большого количества разбавителя может вызвать разделение пигмента и связующего и появление осадка. Выбор правильной пропорции разбавления краски обычно производится опытным путем. Если краска оказывается слишком сильно разбавленной, то прочность красочной пленки может значительно уменьшаться, особенно при сушке посредством обдува теплым воздухом. При этом уменьшается кроющая способность, а также может измениться тон краски. Если же вязкость краски слишком велика, то это приводит к образованию тяжей.

При использовании двухкомпонентных красок их вначале смешивают с отвердителем в необходимой пропорции, а затем вводят разбавитель для достижения заданной вязкости.

Если краска высыхает слишком быстро, то она может подсыхать на печатной форме и терять способность связываться с запечатываемой поверхностью. Для увеличения времени высыхания краски могут применяться замедлители высыхания, но если в краску введено излишнее количество замедлителя, то она не обладает достаточной липкостью, вследствие чего пленка краски может не переноситься с тампона на запечатываемую поверхность. Это происходит из-за того, что адгезия краски к поверхности силиконового тампона больше, чем к запечатываемой поверхности. Устранить подобное явление может обдув воздухом тампона, благодаря чему часть растворителя из краски улетучивается и краска становится более липкой, то есть вязкость краски (следовательно, и когезия) при обдуве увеличивается, а адгезия к тампону уменьшается.

При введении в состав красок специальных добавок, необходимо убедиться в их совместимости с краской.

В процессе выбора краски и определении формы тампона и его твердости следует принимать во внимание глубину печатающих элементов на форме, которая обычно составляет 15-35 мкм. При глубоких печатающих элементах краска должна быть относительно текучей, но не тиксотропной, а тампон должен иметь остроконечную форму и быть мягким. При неглубоких печатающих элементах краска может быть тиксотропной, а тампон — плоским и обладать большой твердостью. При относительно большой глубине печатающих элементов на форме и малой текучести краски возможен малый выход краски из печатающих элементов, так как когезия красочной пленки оказывается значительно меньше, чем ее адгезия к тампону.

При переносе краски с тампона на запечатываемую поверхность часть краски остается на тампоне, а другая переходит на изделие, то есть происходит расщепление красочного слоя. Параметры этого процесса в значительной степени зависит от скорости печатания. Для получения стабильных качественных результатов печати очень важно, чтобы остающееся на тампоне количество краски было минимальным и чтобы его величина не изменялась в процессе печатания.

Учитывая изложенное выше, можно сделать вывод, что при выборе краски нельзя следовать только указаниям изготовителей красок — необходимо принимать во внимание и конкретные условия печатания, и характеристики печатной машины или станка.

Мир Этикетки 12'2002