Полиграфические материалы

1. Перечислите виды древесных масс. Что такое термомеханическая древесная масса, каков её состав? Какие свойства она придает бумаге?

Древесная масса — самый дешёвый волокнистый полуфабрикат бумагоделательного производства, получаемый механическим истиранием древесины хвойных пород. В древесине волокна целлюлозы прочно соединены между собой, как бы сцементированы лигнином и гемицеллюлозами, поэтому при истирании баланса на дефиберах или при измельчении древесной щепы рафинерами невозможно получить однородные неповрежденные волокна, как это бывает при варке целлюлозы. Состав древесной массы не однороден. В ней, наряду с относительно длинными неповрежденными волокнами, имеются пучки и куски волокон и до 30% бесформенной мелочи, так называемой древесной муки. Однако при получении древесной массы наблюдаются не только физические, но и химические явления: разрыв молекулярных цепей целлюлозы, увеличение числа её свободных гидроксильных групп, гидролиз гемицеллюлоз, образование свободных радикалов из молекул лигнина и т. п.

Древесная масса представляет собой волокнистый полуфабрикат для изготовления бумаги, получаемый путем механического истирания древесины в водной среде. При этом она расщепляется на микрои макроскопические частицы различной формы. В состав древесной массы входят и целлюлоза, и лигнин. Это наиболее экономичный полуфабрикат с содержанием природного сырья — его выход по отношению к древесине составляет 93−98%. Кроме того, производить древесную массу проще и дешевле, чем целлюлозу. И в результате получается меньше отходов, загрязняющих окружающую среду. Этим объясняется широкое использование древесной массы в производстве бумаги разных видов.

Свойства древесной массы зависят от способа её изготовления и подготовки древесины. Древесную массу вырабатывают разных видов: белой, беленой, химической, рафинерной, термомеханической и бурой.

Термомеханическая древесная масса получается в результате переработки в дисковых мельницах щепы, предварительно пропаренной при высокой температуре (110−130°С) для размягчения, содержащегося в ней лигнина. Это улучшает качество волокнистого материала: повышается количество длинноволокнистой фракции, снижается содержание костры (неразмолотые древесные частицы). После двухступенчатой отбелки перекисью водорода Н2О2 и персульфатом натрия (Na2S2O8) получается длинноволокнистая беленая древесная масса, из которой можно делать, без добавления целлюлозы, газетную бумагу. Термомеханическая масса улучшает качество и остальных видов печатной бумаги.

Введение

термомеханической древесной массы в бумагу повышает её прочность и однородность структуры. Поэтому при изготовлении бумаги частично, а иногда и полностью она может заменить целлюлозу. От целлюлозы термомеханическая масса отличается большим выходом из древесины и меньшей стоимостью.

Производство термомеханической древесной массы организовано на Сыктывкарском лесопромышленном комплексе и Камском целлюлозно-бумажном комбинате. Её добавляют до 20−25% впервые номера книжно-журнальной бумаги для улучшения печатных свойств и экономии дефицитной целлюлозы.

2. Назовите, какую бумагу и почему надо взять для печатания журнала с большим количеством многокрасочных растровых иллюстраций (линиатура 60 лин/см). Приведите основные технические показатели бумаги Мелованная бумага имеет наивысшую белизну и гладкость поверхности. Предназначается для печатания высоким, офсетным и глубоким способами высокохудожественных иллюстрированных изданий, репродукций художественных живописно-графических произведений, открыток, книг, альбомов, разнообразной рекламной продукции. При высоком и офсетном способах печати применяются преимущественно быстрозакрепляющиеся глянцевые краски.

Мелованная бумага представляет собой бумагу-основу с нанесением на неё покровным слоем из белых пигментов и клеящих веществ, который компенсирует неровности волокнистого материала и маркировки сетки и сукон бумагоделательной машины. Отделка в суперкаландрах придает покровному слою высокий глянец. Мелованные бумаги имеют ровную гладкую поверхность (гладкость 700−1000 с и более, высота профиля микронеровностей около 1 мкм), что придает ей высокую разрешающую способность, необходимую для печатания высококачественных иллюстраций, а также малое красковосприятие, т. е. способность хорошо пропечатываться при малой толщине красочного слоя.

Для хорошего восприятия краски покровной слой бумаги должен быть равномерным по пористости и глянцу, без раковин, которые могут образовываться из-за вспенивания пигментной суспензии при ее нанесении на бумажную основу. Клеевое связующее должно обеспечить прочное сцепление с бумагой-основой, чтобы частицы пигмента не осыпались и бумага не пылила во время печатания, а также, чтобы липкая краска не выщипывала частицы покровного слоя. Необходимо соответствие механических свойств покровного слоя и бумаги-основы, чтобы при ее растяжении и изгибе не возникало напряжений, вызывающих растрескивания и отслаивания хрупкого покровного слоя. Для предотвращения этого в клеевое связующее покровного слоя вводят латекс и другие синтетические материалы. Белые пигменты покровного слоя (очищенный каолин повышенной белизны и др.) придают мелованной бумаге высокую белизну.

Помимо листовой широко используется тонкая рулонная легкомелованная бумага. Она изготавливается из более тонкой бумаги-основы, в состав которой входит до 50% рафинерной древесной массы. На бумагу-основу наносится тонкий покровной слой. Масса 1 м? готовой бумаги не превышает 70−85 г. По гладкости такая бумага уступает листовой мелованной, но значительно превосходит обычную бумагу без покрытия. На ней печатают книжно-журнальную продукцию способом офсетной, а также высокой печати на однои многокрасочных рулонных машинах, оснащенных сушильными устройствами. Использование рулонной мелованной бумаги существенно улучшает качество массовой иллюстрированной книжно-журнальной продукции.

Технические показатели легкомелованной бумаги:

Масса бумаги площадью 1 м?, г 70 85

Гладкость, с 200 — 500

Разрывная длина, в машинном направлении, не менее 3000

Белизна, %, не менее 78

Сорность, не более 115

pH покровного слоя 6,0 — 9,5

Стойкость поверхности к выщипыванию, м/с, не менее 2,0

Влажность, % 3,5 — 5,5

3. Дайте определение пигмента и связующего. Укажите их роль в печатной краске. Объясните, какие краски следует использовать для печатания высоким способом печати учебников для средней школы, и на какой бумаге?

Пигмент — мелкодисперсные черные, белые или цветные порошки, нерастворимые в воде, масле и некоторых других растворителях, используемых для изготовления красок. Они придают печатным краскам главным образом оптические и некоторые физико-химические свойства.

Ряд свойств пигментов — цветовые, структурные, маслоемкость, светостойкость, плотность и другие — не только определяют возможность использования красок для печатания, но и в значительной степени влияют на их поведение в процессе печатания и на качество готовой продукции. При этом свойства зависят не только от химической природы пигмента, но и от его дисперсности, формы частиц, характера распределения их по размерам (полидесперсности), смачиваемости, адсорбционной способности и др.

Сухие пигменты — это чаще всего тусклые порошки, и только при смешении со связующим выявляются их цветовые свойства. Поэтому цветовые свойства пигментов определяют по готовой краске.

На качество и поведение красок в печатном процессе влияют физико-механические свойства пигментов, и прежде всего структура, т. е. размер частиц пигмента и характер распределения их по размеру, кристаллическое или аморфное состояние частиц, кристаллическая модификация, адсорбционная способность. Высокая степень дисперсности пигмента (малые размеры частиц) обеспечивает стабильность дисперсной системы — краски с равномерным распределением пигмента в связующем, повышает печатные свойства красок, влияет на их интенсивность и другие свойства.

Высокодисперсные частицы первичной структуры пигмента образуются в момент его получения в водной среде, обладают прочностью и большим запасом свободной поверхностной энергии, в дальнейшем при фильтровании, высушивании и хранении пигмента происходит агрегация и агломерация его частиц, т. е. образование вторичной структуры, так как система стремится уменьшить свою общую поверхность и свободную энергию. Следовательно, пигмент всегда содержит первичные частицы, агрегаты, в которых частицы связаны боле прочной связью, и коагулянты, где связь происходит за счет ванн-дер-ваальсовых сил со слабыми связями.

При размоле на разных размалывающих устройствах после высушивания пигмента трудно получить первичную дисперсность. Пигментный порошок содержит крупные частицы, размеры которых равны приблизительно 10−100 мкм, что неприемлемо для печатных красок. Поэтому при изготовлении печатных красок имеет особое значение способность пигмента к диспергированию, т. е. к измельчению агрегатов и агломератов на более мелкие частицы при перетире краски, и равномерное распределение его во всем объеме связующего.

На способность пигмента диспергироваться в связующем при замешивании и растирании краски влияют, прежде всего, прочность агрегатов (вторичная структура), а также первичная степень дисперсности.

Пигменты, содержащие агрегаты с малой прочностью вторичной структуры и высокой степенью первичной дисперсности, легко измельчаются при растирании.

Наибольшей способностью к образованию агрегатов, т. е. вторичной структуры, обладает технический углерод (черный пигмент). В его агрегате число первичных частиц составляет 60 и более, в то время как пигмент голубой фталоцианиновый образует сравнительно малые агрегаты по числу частиц, но с большей прочностью. Поэтому фталоцианиновые и ряд других пигментов очень трудно поддаются диспергированию. В связи с этим важнейшей проблемой в производстве печатных красок является совершенствование диспергирования пигментов в связующих и получения высокостабильных красочных дисперсий.

Хорошие результаты получены при обработке поверхностно-активными веществами или смолами частиц первичной структуры пигмента в процессе синтеза либо при размоле, т. е. при изготовлении легкодиспергируемого модифицированного пигмента.

Степень дисперсности пигментов влияет на цветовые свойства, интенсивность, прозрачность краски, а также на ее качество и, следовательно, на качество печатной продукции. С увеличением степени дисперсности при прочих равных условиях до некоторого предела повышается интенсивность цвета. Интенсивность краски достигает своего максимального значения при уменьшении частиц до определенного размера.

С повышением дисперсности пигмента повышается значение поверхностной энергии, адсорбции, смачивания и других явлений, которые влияют на образование агрегатов и агломератов в процессе фильтрации и его хранения, на взаимодействие частиц пигмента и связующего в краске.

От степени дисперсности пигмента зависят ровность и блеск красочной пленки. При небольшой толщине красочного слоя (1−2 мкм) размер частиц пигмента не должен превышать эту толщину, так как пигмент не сможет погрузиться в тонкий слой краски, будет выступать, и создавать неровную поверхность на оттиске.

Процесс изготовления красок и их качество зависят не только от дисперсности, но и от строения частиц. В зависимости от условий изготовления их, химической природы осадок может иметь аморфное, кристаллическое или смешанное строение. От особенностей строения кристаллов пигмента зависит твердость частиц, обусловленная силой сцепления структурных элементов кристаллов. С повышением прочности сцепления твердость частиц возрастает, поэтому пигменты с кристаллическим строением труднее диспергируются, что иногда осложняет изготовление красок. Пигменты по своей природе полидисперсны, так как содержат частицы разного размера, поэтому дисперсность может быть охарактеризована фракционным составом или усредненным размером диаметра преобладающих частиц.

В печатных красках частицы пигмента имеют в среднем размеры порядка 10−5 -10−4 см (0,1−0,5 мкм), и их количество в 1 см³ пигмента составляет 1012- 1015. Поэтому глаз не различает отдельные мелкие частицы и воспринимает краску как однородную среду.

Маслоемкость и масляное число являются условными показателями физико-химического взаимодействия пигмента со связующим и проявляются в способности порошкообразного пигмента смачиваться связующим, поглощать его и переходить в пастообразное состояние.

Пигменты, применяемые для полиграфических красок, обладают различной маслоемкостью, поэтому их предельная концентрация в красках изменяется в широких пределах.

Пигментные суспензии по сравнению с растворами красителей более интенсивны, так как в них можно ввести большее количество красящего вещества (пигмента), чем в раствор, из-за малой растворимости красителя. Наличие в краске частиц пигмента повышает ее вязкость, необходимую для обеспечения ее печатных свойств, тогда как в растворе красители мало влияют на вязкость гомогенной системы. В результате растворы красителей легко и глубоко впитываются в пористую бумагу, что вызывает искажение изображений, пигментные суспензии впитываются незначительно и поэтому образуют более четкие, почти без графического искажения, изображения. По этой причине все печатные краски готовятся в виде суспензий из пигмента и связующего — жидкой среды.

В полиграфии применяют большое количество красок, различных по цвету, технологическому и прикладному назначению. Это обеспечивается широким ассортиментом пигментов и разнообразным составом связующих.

Связующее — жидкая фаза печатной краски, обеспечивающая ее печатные свойства и закрепление на оттиске. Все разнообразие ассортимента красок зависит главным образом от состава и свойств связующих. Изменяя состав связующего, можно из одного пигмента приготовить краску для любого способа печати.

Связующее связывает пигмент в единую, внешне однородную массу, обладающую всеми свойствами печатной краски.

Краска должна быть стабильной, т. е. кинетически и агрегативно устойчивой. Для этого связующее должно содержать поверхностно-активные вещества, обеспечивающие смачивание частиц пигмента и их стабилизацию. Это должны быть вещества с достаточно большой молекулярной массой, способные образовывать на поверхности частиц пигмента, структурированные адсорбционно-сольватные слои, предохраняющие частицы от агрегирования.

Роль связующего в обеспечении печатных свойств краски заключается в придании им, во-первых, способности к смачиванию, во-вторых, вязкости, соответствующей условиям технологического процесса печатания.

Способом высокой печати выпускают газеты, книжно-журнальную и иллюстрационную продукцию. В зависимости от характера издания, свойств бумаги, на которой оно печатается, и вида печатной машины различаются и требования к краскам. Краски разных видов имеют разный состав связующего.

Связующее для красок высокой печати содержит следующие типовые компоненты: твердую смолу, алкидную смолу, растворители (растительные масла, минеральные масла, керосиновые фракции). Твердая смола является пленкообразователем в процессе затвердения, которое происходит в результате отделения растворителей. Для обеспечения прочности, глянцами других качеств красочной пленки часто используют смеси смол.

Алкидная смола имеет два назначения:

1) является стабилизатором, который облегчает диспергирование пигмента, придает агрегативную устойчивость суспензии пигмента и регулирует реологические свойства краски;

2) образует твердую пленку в результате окислительной полимеризации.

Растворители также имеют два назначения:

1) служат для растворения смол и образования смол и образования связующего;

2) участвуют в процессах закрепления (минеральные масла и керосиновые фракции впитываются в поры бумаги); высыхающие масла образуют твердую пленку в результате окислительной полимеризации.

Алкидные смолы, являющиеся эффективными стабилизаторами, снижают структурирование частиц пигмента и придают краскам повышенную текучесть. Это облегчает их раскат и накат на форму, но может привести к графическим искажениям изображения на оттиске. Поэтому при изготовлении красок, а также (в случае необходимости) при их употреблении в них вводят структурирующие добавки в виде паст на основе церезина, парафина, высокодисперсных наполнителей.

Для регулирования скорости окислительной полимеризации в краски вводят сиккативы и антиоксиданты.

Состав связующего подбирают так, чтобы многокомпонентная система в целом имела вязкость, необходимую для обеспечения печатно-технических свойств данного вида краски. Поэтому закрепление таких красок происходит по двум механизмам. Во-первых, избирательное впитывание в бумагу маловязких компонентов — растворителей — и загустение красочного слоя из-за увеличения концентрации твердой смолы-пленкообразователя. Это обеспечивает быстрое «схватывание» краски на первой стадии закрепления. Во-вторых, происходит медленная окислительная полимеризация алкидной смолы и льняного масла, которая с продолжающимся избирательным впитыванием обеспечивает окончательное закрепление краски.

Избирательному впитыванию способствует адсорбция поверхностным слоем бумаги смолы и части взаимодействующего с ней растворителя. Оно усиливается, и закрепление краски ускоряется также при сочетании в связующем хороших и плохих растворителей благодаря слабому молекулярному взаимодействию последних со смолой. Помимо этого пленкообразование ускоряется в результате ассоциации молекул смолы в присутствии плохих растворителей и более резкого нарастания вязкости с увеличением концентрации смолы.

Связующее красок для высокой печати, как правило, многокомпонентно, что необходимо для придания краскам хороших печатных свойств и ускорения процесса их закрепления на бумаги.

Для печатания высоким способом печати учебников для средней школы используют бумагу типографскую № 2 Б, она предназначена для печатания научно-популярной, производственной, агитационно-пропагандистской литературы и учебников для начальной и средней школы, то есть для изданий, рассчитанных на достаточно продолжительный срок службы при аккуратном пользовании книгой. Бумага для высокой печати не проклеивается, так как в процессе печатания не соприкасается с водой.

Для бумаги № 2 с древесной массой, отличающейся повышенной пластичностью, допустимо некоторое снижение норм гладкости.

бумагоделательный мелованный печатный пигмент

4. Перечислите, какие переплетные и отделочные материалы и почему целесообразно использовать для отдельного произведения художественной литературы, издаваемого массовым тиражом. Опишите свойства двух из выбранных вами материалов К переплетным материалам относятся: переплетные ткани и их заменители — прогрессивные материалы на бумажной основе, швейные материалы и фольга для тиснения на переплетных крышках.

Для улучшения внешнего вида — повышения гладкости, блеска, насыщенности цветных изображений, а также увеличения долговечности полиграфической продукции (защиты от загрязнений, истирания, механических повреждений) на нее наносят лаковый слой или ее покрывают полимерной прозрачной пленкой. Такой дополнительной отделке чаще всего подвергаются обложки, суперобложки, открытки, этикетки и другая продукция.

Бумвинил (от слов «бумага» и «виниловая смола») — переплетный материал, получается нанесением расплавленного поливинилхлоридного сополимерного пластиката на поверхность бумаги-основы из сульфатной небеленой целлюлозы массой 1 м? 80 г. Бумвинил выпускается различных расцветок с тиснением узора, печатью рисунка и лакированием, шириной ленты 78±2 см, массой 1 м? 220±2 г. Бумвинил имеет высокую прочность на истирание и изгиб (выдерживает 800 и более двойных перегибов), водостоек. Его выпускают разных цветов, с тиснением и без тиснения, двух марок, А и Б. Материал марки, А предназначается для изготовления цельнокрытых переплетов типа 7 и крытья сторонок, марки Б — для изготовления составных крышек типа 6.

Технологический процесс производства бумвинила состоит из следующих стадий: 1) составление поливинилхлоридной ПВХ-композиции; 2) нанесение ПВХ-композиции в расплавленном состоянии на бумагу-основу (подложку); 3) тиснение узора на холодном тиснильном каландре; 4) печатание рисунка; 5) лакирование, предотвращающее слипание бумвиниловых переплетных крышек с ледериновыми и отлакированными суперобложками.

ПВХ-композицию готовят на основе сополимера винилхлорида и винилацетата (85:15), пластифицированного диоктилфталатом или диоктилсебацианатом. Винилацетат смягчает ПВХ-композицию, ускоряет ее взаимодействие с пластификатором. ПВХ-композицию наносят на бумагу-основу на каландре при 70? С. Тиснение узора производят на холодном тиснильном каландре, нанесение рисунка и лакирование — на двухсекционной машине глубокой печати.

Краска глубокой печати содержит пигменты, пленкообразователи на основе винилацетата и растворители — ацетаты (этилацетат, бутилацетат и др.)

Лак содержит поливинилхлорид полиметилметакрилат, аэросил и растворители (ацетаты, циклогексанон, метилэтилкетонон). Применение циклогексанона придает бумвинилу неприятный запах, способствует выпотеванию пластификатора, поэтому предпочитают пользоваться метилэтилкетоном в качестве растворителя поливинилхлорида.

Характерная особенность бумвинила — достаточная механическая прочность и весьма эффектный внешний вид. Печатать на бумвиниле следует только красками, специально для этого предназначенными, так как обычные переплетные краски высыхают очень медленно. Горячее тиснение переплетной фольгой затруднительно из-за ее не вполне удовлетворительного качества.

Для улучшения внешнего вида — повышения гладкости, блеска, насыщенности цветных изображений, а также увеличения долговечности полиграфической продукции (защиты от загрязнений, истирания, механических повреждений) на неё наносят лаковый слой или её покрывают полимерной прозрачной пленкой. Такой дополнительной отделке чаще всего подвергаются обложки, суперобложки, открытки, этикетки и другая продукция.

Лаки для лакирования оттисков представляет собой растворы пленкообразующих полимеров в летучих растворителях. Лаки должны иметь хорошую адгезию и быть нейтральными к бумаге и красочному изображению, не содержать токсичных и пожароопасных веществ.

После нанесения лакового слоя листы проходят сушильную камеру для полного удаления из него растворителя. Пленка образуется прозрачной, блестящей, без запаха, достаточно прочной. Наилучшие результаты получаются при лакировании продукции, отпечатанной на гладкой бумаге с низкой впитывающей способностью.

Пленки для припрессовки к оттискам — тонкий полимерный прозрачный материал. Плёнка на оттисках придаёт им зеркальный блеск, гладкость, механическую прочность и водостойкость. Качество продукции получается выше, чем при лакировании.

При художественном оформлении переплетов книг, пригласительных билетов, открыток, рекламной и другой продукции используют способ горячего тиснения фольгой текста и изображения.

Фольга бывает металлизированная — «юбилейная» (с металлическим блеском), цветная матовая или глянцевая и бронзовая.

Металлизированная «юбилейная» фольга выпускается в широком ассортименте с высокими качественными показателями. «Юбилейная» фольга имеет высокую разрешающую способность, поэтому тиснение можно производить с форм, имеющих мелкие графические элементы. Оно получается четким, с высоким блеском, так как лаковый слой повышает блеск алюминия и, кроме того, придает ему прочность на истирание и коррозионную стойкость.

При нанесении неокрашенного лакового слоя фольга получается с натуральным цветом алюминия, т. е. имитирует серебро. Если в лак добавлен желтый краситель, то при наложении его на алюминиевый слой образуется золотистый цвет. Изменяя оттенок желтого красителя, получают фольгу, имитирующую золото различных оттенков. При добавлении в лак красного, синего, зеленого или других красителей получают фольгу соответствующих цветов с высоким блеском.

При изготовлении матовой «юбилейной» фольги в лаковый раствор вводят аэросил, мелкие частицы которого нарушают гладкую поверхность лакового слоя и придают фольге матовость.

" Юбилейная" переплетная фольга отличается очень хорошим блеском, не тускнеющим со временем, высоким качеством тиснения и прочным закреплением на переплетном материале.

1. Березин Б. И. Полиграфические материалы. М., 1981 г.

2. Шахкельдян Б. Н., Загаринская Л. А. Полиграфические материалы. М., 1988 г.