TỔNG QUAN VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ PH ĐẾN TỐC ĐỘ KHÔ CỦA MỰC TRÊN TỜ IN
Nguyên tắc in offset
1.1.1 Lịch sử ra đời in offset
Phương pháp in offset là kỹ thuật in mà bản in không tiếp xúc trực tiếp với giấy, mà thay vào đó, hình ảnh được ép lên một tấm cao su trước khi chuyển sang giấy Kỹ thuật này mang lại chất lượng in ấn cao và độ chính xác tốt hơn so với các phương pháp in truyền thống.
- Tiền thân là phương pháp in thạch bản - Lithography
- Phát minh bởi Alois Senefelder (Đức, 1771-1834) năm 1798
Máy in offset và thạch bản đầu tiên được phát minh tại Anh vào khoảng năm 1875, với mục đích in lên kim loại Ban đầu, trống offset được làm từ giấy các tông để chuyển hình ảnh từ bản in thạch bản sang bề mặt kim loại Tuy nhiên, chỉ sau 5 năm, vật liệu này đã được thay thế bằng cao su.
Kỹ thuật in offset trên giấy lần đầu tiên được áp dụng bởi Ira Washington Rubel vào năm 1903 Song song với Rubel, hai anh em Charles Harris và Albert Harris cũng đã phát hiện ra phương pháp này.
Vào những năm 1950, kỹ thuật in offset đã trở thành phương pháp in ấn thương mại phổ biến nhất, nhờ vào nhiều cải tiến đáng kể trong quy trình xếp chữ.
Mực in và giấy đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa tốc độ in ấn và kéo dài tuổi thọ các bản xếp chữ Hiện nay, kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi trong ngành in ấn, bao gồm cả in báo chí.
Nguyên lý in offset về cơ bản khác với phương pháp in typo và in lõm (in ống đồng) như sau:
Trên khuôn in, các phần tử in và không in nằm trên cùng một mặt phẳng của bản kim loại Trước khi chà mực, khuôn in cần được làm ẩm Các phần tử in có khả năng nhận mực, ưa dầu và kỵ nước, trong khi đó, phần tử không in ưa nước, nhận ẩm và kỵ mực.
Trong quá trình in offset, mực không tiếp xúc trực tiếp với khuôn hay bản in, mà được truyền từ bản in lên tấm cao su Tấm cao su này có bề mặt đàn hồi, giúp mực dễ dàng chuyển sang giấy in Phương pháp in offset mang lại hiệu quả cao nhờ vào sự linh hoạt của tấm cao su, phù hợp với nhiều loại vật liệu in khác nhau.
Hiện nay, nhờ vào những tiến bộ trong khoa học và công nghệ, chất lượng sản phẩm in offset đã được cải thiện và nâng cao đáng kể.
Thông thường một đơn vị in trong máy in offset tờ rời có ba trục chính cùng hệ thống làm ẩm và hệ thống chà mực lên khuôn in:
- Ống bản: là một trục ống bằng kim loại, trên khuôn in phần tử in bắt mực còn phần tử không in bắt nước
Ống cao su là một trục ống được trang bị tấm cao su offset, có cấu tạo bao gồm lớp vải bọc và cao su tổng hợp, nhằm truyền tải hình ảnh từ khuôn in lên bề mặt vật liệu in.
- Ống ép in: là một trục khi quay luôn tiếp xúc với ống cao su, làm nhiệm vụ chuyển giấy và các vật liệu in khác
Hệ thống chà ẩm là một giải pháp hiệu quả để làm ẩm, bao gồm các lô được sử dụng với dung dịch chứa các chất phụ gia như axit, gôm arabic, cồn isopropyl và các tác nhân làm ẩm khác Những thành phần này giúp cải thiện độ ẩm và chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Hệ thống cấp mực là một phần quan trọng trong máy in offset, bao gồm các lô chà mực cho bản in Ngoài các đơn vị in, máy in offset còn có nhiều bộ phận khác hỗ trợ quá trình in ấn hiệu quả hơn.
- Bộ phận nạp giấy: làm nhiệm vụ hút giấy và các vật liệu in khác từ bàn cung cấp giấy lên và đưa xuống đơn vị in đầu tiên
- Các bộ phận vận chuyển: (thông thường là các trục ống có nhíp kẹp giấy) có khả năng vận chuyển giấy đi qua máy in.
- Bộ phận ra giấy: là bộ phận nhận giấy ra và vỗ giấy đều thành cây giấy trên bàn ra giấy [1]
Hình 1 2 Các đơn vị trong in offset.
Nguyên lý cân bằng mực nước
1.2.1 Nguyên lý cân bằng mực nước
In ấn là quá trình sao chép bản gốc thành nhiều bản in, trong đó việc phục chế màu sắc và đảm bảo sự ổn định giữa các tờ in là rất quan trọng Để đạt được sự ổn định này trong phương pháp in offset, cần phải kiểm soát đồng bộ các yếu tố như tốc độ, áp lực, nhiệt độ và cân bằng mực nước.
Khi in offset, sự cân bằng giữa mực và nước được hiểu là sự nhũ tương nước trong dầu Bề mặt bản in chứa các phần tử không in ưu nước và các phần tử in ưu dầu mực trên cùng một mặt phẳng Trước khi chà mực lên khuôn in, bản in được phủ một lớp nước mỏng để bảo vệ các phần tử không in khỏi nhiễm bẩn Việc điều chỉnh lô ẩm cần thực hiện nhanh chóng để giảm thiểu sự giao động mực in và các vấn đề kỹ thuật khác Do đó, việc cung cấp đúng lượng ẩm trên khuôn in offset có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm in.
Khuôn in offset hiện nay sử dụng bản nhôm điện hóa và oxi hóa dương cực, chỉ cần một lượng ẩm nhỏ để phủ kín và bảo vệ các phần tử không in khỏi mực Việc kết hợp in offset bóng với mực khô nhanh, độ đặc cao và chất lượng giấy in phù hợp giúp tái tạo hình ảnh in bóng với độ tương phản cao.
Trong những năm qua, nhiều nghiên cứu đã phát triển các hệ thống trục lô ẩm, tuy chưa tìm ra hệ thống lý tưởng Tuy nhiên, đã có những cải tiến đáng kể trong thao tác và điều khiển sự truyền ẩm, đặc biệt là việc sử dụng thiết bị điều chỉnh và điều khiển từ xa, giúp truyền ẩm ổn định hơn Mặc dù vẫn chưa hoàn toàn loại bỏ được sự dao động mực in trong quá trình in, nhưng kỹ thuật đo và điều chỉnh độ dày màng ẩm trong tương lai hứa hẹn sẽ cải thiện độ dày màng mực in, tốc độ máy in và nhiệt độ, từ đó nâng cao chất lượng in đồng đều.
1.2.2 Dung dịch ẩm a Khái niệm dung dịch ẩm:
Dung dịch làm ẩm là hỗn hợp gốc nước dùng để làm ẩm khuôn in offset trước khi chà mực Tại Việt Nam, có nhiều loại máy in offset với hệ thống làm ẩm và các dung dịch khác nhau, chủ yếu là làm ẩm bằng nước thường và dung dịch cồn Trong đó, cồn được sử dụng có thể là Etylic (Ethanol) hoặc Isopropyl Alcohol (IPA), và có nơi pha dung dịch đệm (combifix) với cồn Tỷ lệ pha cồn không đồng nhất giữa các nơi và thậm chí trên cùng một máy in, dẫn đến việc không kiểm soát được quá trình làm ẩm, ảnh hưởng đến chất lượng tờ in.
Dung dịch làm ẩm thường được cung cấp dưới dạng cô đặc bởi các nhà sản xuất, trong đó hầu hết chứa chất chống nhạy tổng hợp Một số ít nhà sản xuất sử dụng gôm arabic Xu-đăng tự nhiên do giá thành thấp Thuật ngữ "dung dịch máng nước" được dùng để chỉ dung dịch làm ẩm đã được pha loãng.
Dung dịch ẩm giữ cho các phần tử không in trên khuôn luôn ẩm ướt, giúp chúng không bắt mực Khi được chà lên bản in, các phần tử không in hấp thụ nước và đẩy mực ra khỏi khuôn Những phần tử này được tạo ra bằng cách hút bám một lớp mỏng gôm arabic trong quá trình chế tạo khuôn in, khiến chúng trở thành hydrophilic (ưa nước), trong khi các phần tử in lại là hydrophobic (có khả năng nhận mực và đẩy nước).
Dung dịch ẩm đóng vai trò quan trọng trong quá trình in, với các chức năng chính giúp cải thiện chất lượng in ấn Nó tương tác với vùng phần tử không in và in, đảm bảo việc phân tách giữa mực và giấy hiệu quả Để đạt được kết quả in tốt nhất, dung dịch ẩm cần phải được sử dụng đúng cách, góp phần vào sự thành công của toàn bộ quy trình in.
Dung dịch làm ẩm tạo ra một màng nước mỏng, giúp bao phủ bề mặt các phần tử không in, ngăn chặn việc bắt mực khi lô mực đi qua.
Để duy trì sự ưa nước tự nhiên của phần tử không in, dung dịch làm ẩm cần giữ bề mặt thấm nước mà không làm thay đổi tính chất của phần tử in thành ưa nước.
Để đảm bảo chất lượng in ấn, việc nhanh chóng loại bỏ mực khỏi các phần tử không in ngay khi quá trình in bắt đầu là rất quan trọng Khi bản in khô, mực có thể bám vào cả phần tử in và không in, do đó cần phải làm sạch màng mực một cách dễ dàng và nhanh chóng tại các khu vực không in.
Dung dịch làm ẩm cần tạo ra một màng nước mỏng, phân bố đều trên bề mặt của các phần tử không in, nhằm thúc đẩy nước lan nhanh khắp bề mặt khuôn in Quá trình này diễn ra rất nhanh, đặc biệt trên các máy in cuốn tốc độ cao với thời gian chỉ khoảng 0,05 giây.
Dung dịch ẩm hỗ trợ dòng nước chảy mượt mà qua các lô chà ẩm, giúp nước phân bố đều và dễ dàng lên bề mặt bản in.
Bôi trơn khuôn in và ống cao su là quá trình sử dụng dung dịch làm ẩm để cung cấp chức năng bôi trơn và ngăn ngừa hiện tượng vón cục trên bề mặt cao su Màng nước mỏng giúp duy trì sự linh hoạt và hiệu suất tối ưu cho các thiết bị in ấn.
V ùng ph ầ n t ử không i n V ùng ph ầ n t ử in
Nhôm oxit Kim loại Phần tử in Đẩy mực
6 phần tử không in làm chậm sự mòn bản do ma sát, tăng tuổi thọ bản in và ngăn mực truyền lên bề mặt bản in không quá nóng;
Điều chỉnh sự nhũ tương hóa giữa mực in và nước là rất quan trọng, giúp ngăn chặn hiện tượng nhũ tương quá mức Việc duy trì tỷ lệ nước trong mực in ở mức 8-10% sẽ đảm bảo chất lượng in ấn tốt nhất.
Các nguyên tắc khô của mực trên giấy
1.3.1 Mực và thành phần của mực
Các thông số của mực in, tương tự như các loại mực khác, phụ thuộc vào công thức và đặc biệt là chất liên kết Bài viết này tập trung chủ yếu vào mực in offset thông thường, không đề cập đến các hệ thống làm khô.
Mực in offset thông thường bao gồm các chất cấu tạo dưới đây:
- Chất màu: pigment vô cơ và pigment hữu cơ
- Chất liên kết: Nhựa cứng, nhựa alkyd, dầu gốc thực vật và dầu khoáng
- Phụ gia: Sáp, chất làm khô, fillers, chất ức chế, …
- Chất pha loãng: Dầu khoáng hoặc dầu thực vật
Hình 1 4 Minh họa mực in offset
Các thành phần khác nhau được sử dụng với số lượng khác nhau tùy thuộc vào tính ứng dụng của mực
1.3.2 Nguyên tắc khô của mực trên giấy
Khi đề cập đến quá trình khô của mực trên giấy, chúng ta cần xem xét toàn bộ quy trình bắt đầu từ khi mực được truyền lên vật liệu in Quá trình khô thường được chia thành hai giai đoạn chính.
Quá trình làm khô bề mặt và khô hoàn toàn của mực in là yếu tố quyết định chất lượng thành phẩm Để đảm bảo tờ in đạt yêu cầu gia công, mực cần phải khô hoàn toàn; nếu không, có thể xảy ra nhiều lỗi trong các công đoạn tiếp theo như tờ in bị dính mực với nhau hoặc nếp gấp bị nhăn.
Mực có thể khô do hai quá trình chính: quá trình vật lý, bao gồm thấm hút và bay hơi, và quá trình hóa học, bao gồm oxi hóa và polymer hóa, tùy thuộc vào đặc tính và cấu tạo của loại mực.
Hình 1 5 Sơ đồ tóm tắt các hiệu ứng khô của mực a) Tính khô hóa h ọc
Hầu hết các chất liên kết trong mực in được tạo ra từ màng nhựa và dầu khô gốc thực vật Đặc biệt, trong công nghệ in offset tờ rời, dầu khoáng được sử dụng ít hơn so với in offset cuộn.
Dầu gốc thực vật và alkyl có khả năng polymer hóa trong điều kiện oxy không khí, hình thành lớp màng bền vững trên bề mặt vật liệu Quá trình này, được gọi là nguyên tắc khô oxy hóa, là đặc trưng cho nhiều phương pháp khô hóa học.
Các hiệu ứng làm khô
Khô nhờ sự thẩm thấu của chất liên kết Sự bay hơi:
Khô nhờ sự bay hơi dung môi
Khô nhờ các phản ứng oxi hóa các phân tử không no
Polymer hóa: Khô nhờ sự polymer hóa các phân tử dưới xúc tác như UV hay chùm tia điện
Nguyên tắc khô hóa học của mực là quá trình liên kết các thành phần cho đến khi mực khô hoàn toàn Thời gian khô của mực phụ thuộc vào thành phần và có thể được rút ngắn bằng cách thêm chất xúc tác Chất xúc tác thường là muối kim loại, giúp tăng tốc quá trình làm khô Mực có tác nhân làm khô có thể khô trong vòng 6 giờ và có khả năng chống chà xát sau 72 giờ nếu không có thêm tác nhân làm khô.
Quá trình khô và tạo màng sử dụng dầu thực vật diễn ra phức tạp theo các giai đoạn sau:
Giai đoạn ủ là thời điểm quan trọng trong quá trình in ấn, khi mà các chất chống oxi hóa có mặt trong dầu thực vật với lượng rất nhỏ giúp cản trở sự hấp thụ oxi Điều này ngăn chặn sự khởi đầu của quá trình khô, dẫn đến việc mực in không khô nhanh chóng.
Trong giai đoạn hình thành Peoxit, oxy tấn công vào các liên kết đôi của axit béo không no trong dầu thực vật, dẫn đến việc tạo ra Peoxit và một phần được chuyển hóa thành Hydro Peoxit.
Sự trùng hợp mạch theo cơ chế gốc diễn ra khi các hợp chất chứa oxi trong chất làm khô hấp thụ oxi từ không khí và giải phóng oxi nguyên tử, tạo ra những gốc tự do có khả năng phản ứng Những gốc này phản ứng với các nối đôi trong các phân tử lân cận, dẫn đến sự hình thành lưới phân tử dầu và quá trình trùng hợp, từ đó gây ra hiện tượng đóng rắn của mực Tính khô vật lý cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Dầu khoáng và nhiều este từ dầu thực vật không thể polymer hóa trong điều kiện không khí, dẫn đến việc chúng thấm hút vào bề mặt vật liệu và tách rời khỏi các thành phần khác của mực Điều này đặc biệt rõ ràng với các loại dầu có phân tử lượng thấp và cấu trúc nhỏ, khi chúng dễ dàng thẩm thấu vào bề mặt vật liệu Tình trạng này được đặc trưng bởi khái niệm “tính khô” trong dạng khô vật lý.
Trong quá trình làm khô bằng nhiệt trong in offset cuộn, một phần dầu trong mực sẽ bay hơi, trong khi một phần khác thẩm thấu vào bề mặt vật liệu.
Quá trình thẩm thấu là sự tương tác giữa mực in và bề mặt vật liệu Một số đặc tính của bề mặt vật liệu có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thẩm thấu của mực, bao gồm độ nhám, độ ẩm và tính chất hóa học của bề mặt.
Tổng thể tích của dung dịch thấm hút vào bề mặt vật liệu phụ thuộc vào khả năng hấp thụ của nó Sự hấp thụ này liên quan đến dung tích của các lỗ trên bề mặt vật liệu, bao gồm cả lỗ lớn và lỗ nhỏ Khả năng hấp thụ của vật liệu vì vậy được xác định bởi cấu trúc lỗ trên bề mặt.
Đường kính lỗ không ảnh hưởng đến khả năng thấm hút, nhưng lại có tác động đến khả năng phân chia và tỉ lệ thấm hút, những yếu tố quan trọng quyết định khả năng thấm hút của mực.
Các nghiên cứu ngoài nước về dung dịch ẩm
Công nghệ in offset đã trải qua hàng chục năm phát triển và thu hút nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới Các nghiên cứu này tập trung vào nhiều vấn đề liên quan đến in offset, đặc biệt là sự tương tác giữa dung dịch ẩm và mực in, cùng với các yếu tố ảnh hưởng khác đến chất lượng in.
Năm 1999, Kindernay và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu mô phỏng quá trình tạo hệ nhũ tương mực – dung dịch ẩm trong in offset, nhấn mạnh tầm quan trọng và sự bí ẩn của nó Nghiên cứu này khắc phục những hạn chế của các nghiên cứu trước đó, vốn không phản ánh đúng điều kiện vận hành thực tế của máy in offset với tốc độ khoảng 10.000 tờ/giờ Kindernay đã phân tích mối liên hệ giữa độ chảy của nhũ tương mực và tác động của hàm lượng ẩm đối với tính lưu biến của mực in offset, từ đó tách biệt các đoạn cụ thể trên đồ thị để mô hình hóa tính chất lưu biến bằng các mô hình toán học.
Năm 2007, Joakim Voltairei và cộng sự đã nghiên cứu quá trình truyền mực trong máy in tờ rời bằng cách sử dụng âm thanh, xác định độ bám dính của nhũ tương mực liên quan đến cân bằng mực nước Một nghiên cứu khác của F.Lio và cộng sự đã phát triển phương pháp mới để hiển thị và đo lường sự phân bố kích thước giọt dung dịch ẩm trong mực in offset thông qua kính hiển vi đồng tiêu Số lượng và trạng thái giọt dung dịch ẩm trong mực in offset rất quan trọng, ảnh hưởng đến tính chất truyền và làm khô mực Kỹ thuật kính hiển vi đồng tiêu cho phép nghiên cứu dung dịch ẩm trong nhũ tương mực một cách linh hoạt bằng cách lựa chọn thuốc nhuộm huỳnh quang và điều kiện thí nghiệm phù hợp, đồng thời lần đầu tiên cung cấp khả năng kiểm tra trực quan các giọt dung dịch ẩm ở dạng 3D Phương pháp này còn có khả năng cung cấp thông tin định lượng về kích thước giọt và sự phân bố kích thước, có thể được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu các tương tác dung dịch ẩm/mực, dung dịch ẩm/bản và dung dịch ẩm/giấy.
Theo lý thuyết thể tích pha trong hóa học keo, để tạo ra nhũ tương nước/dầu phù hợp cho in ấn, thể tích chất lỏng làm ướt phải nhỏ hơn 26% tổng thể tích nhũ tương Nếu lượng nước cung cấp quá ít, màng nước không đủ để ngăn chặn sự kéo dài của lớp mực, dẫn đến bản in bị bẩn và mực nhão Do đó, cân bằng mực nước rất quan trọng: dưới tốc độ in và áp suất nhất định, lượng ẩm cung cấp cần được điều chỉnh để tỷ lệ thể tích chất lỏng làm ướt trong mực nhũ hóa nằm trong khoảng từ 15% đến 26%, nhằm duy trì độ ẩm cạnh tranh với mực in trên bản in.
Mực nước trong quá trình in ấn cần có một mức dung sai nhất định, nhưng hiện tượng nhũ hóa mực có thể gây hại cho chất lượng in Do đó, công nhân in ấn phải kiểm soát chặt chẽ lượng nước cấp vào, đảm bảo không bị đóng váng và giảm lượng nước cấp càng nhiều càng tốt để hạn chế sự nhũ hóa mực.
Việc truyền mực lên bề mặt in phụ thuộc vào nhiều thông số quan trọng, bao gồm dung dịch làm ẩm và các thành phần của nó, cũng như định lượng chính xác Các yếu tố như khả năng truyền ẩm giữa các trục lăn, tấm cao su và bản in, cùng với đặc điểm bề mặt vật liệu in, độ dày và khối lượng mực cũng đóng vai trò quan trọng Sự sai lệch trong các tham số tối ưu có thể dẫn đến hậu quả tiêu cực trong quá trình in Tuy nhiên, hiện tại vẫn thiếu các phương pháp mới để hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các thông số môi trường công nghệ, điều này có thể làm giảm hiệu quả khi in với lớp nhũ tương nước mực tối thiểu.
Nghiên cứu các mối tương quan giữa các đặc điểm môi trường công nghệ in giúp phát triển lớp nhũ tương nước mực tối thiểu, nâng cao năng suất máy in đồng thời cải thiện chất lượng tái tạo màu và in ấn.
Kỹ thuật in offset dựa trên nguyên tắc dầu và nước không hòa trộn, trong đó các vùng hình ảnh trên bản in ưa dầu và kỵ nước, trong khi các vùng không in lại kỵ dầu Người vận hành máy in cần đạt được sự cân bằng mực nước tối ưu, lý tưởng là mực có khả năng chấp nhận khoảng 15% nước trong quá trình nhũ hóa Dung dịch ẩm giúp các vùng không in giữ tính ưa nước và kỵ dầu Ngoài nước, dung dịch này còn chứa các thành phần khác với nhiều chức năng khác nhau, trong đó có iso propyl alcohol, cần được xử lý cẩn thận do ảnh hưởng đến môi trường.
Các nghiên cứu trong nước về dung dịch ẩm
Công nghệ in offset tại Việt Nam đã phát triển hơn 30 năm, thừa hưởng nhiều thành tựu từ ngành in thế giới, đặc biệt là từ các nước tiên tiến Gần đây, với sự tiến bộ trong khoa học công nghệ và nhu cầu hiểu biết về quy trình in offset, nhiều nhóm nghiên cứu trong nước đã thực hiện các nghiên cứu liên quan đến ngành công nghiệp in.
Tiến sỹ Cao Hồng Hà và cộng sự đã nghiên cứu việc sử dụng etylen glycol monobutyl ete để cải thiện khả năng thấm ướt của dung dịch ẩm trong công nghệ in offset Nghiên cứu cho thấy etylen glycol monobutyl ete có khả năng thấm ướt tốt, tương đương với hiệu quả của cồn IPA, đáp ứng nhu cầu thay thế cồn trong dung dịch ẩm.
Tiến sỹ Phùng Anh Tuân và cộng sự đang tiên phong trong việc phát triển các giải pháp thân thiện với môi trường bằng cách hạn chế sử dụng hóa chất độc hại Họ đã nghiên cứu khả năng nhũ tương hóa của mực in offset tờ rời và dung dịch ẩm không chứa cồn IPA, sử dụng các dẫn xuất của glycol kết hợp với chất hoạt động bề mặt và chất tạo màng Những phụ gia này không chỉ thay thế cồn mà còn nâng cao khả năng thấm ướt cho dung dịch ẩm, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.
Nghiên cứu về dung dịch ẩm và tương tác của nó với mực in vẫn còn hạn chế, đặc biệt trong ứng dụng thực tế trong ngành in Tuy nhiên, việc nghiên cứu pH của dung dịch ẩm ảnh hưởng đến thời gian khô của mực là một quá trình có thể mô phỏng thực tế, và những kết quả thu được từ nghiên cứu này hoàn toàn có thể áp dụng trong sản xuất công nghiệp.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thành phần của dung dịch ẩm
Thành phần dung dịch làm ẩm phụ thuộc vào nhu cầu in ấn, cấu trúc hệ thống chà ẩm và loại nguyên vật liệu in Chẳng hạn, khi sử dụng mực kim loại hoặc mực huỳnh quang, dung dịch làm ẩm có thể chứa kiềm thay vì axit như các dung dịch thông thường Độ pH của dung dịch làm ẩm thường dao động từ 4.3 đến 5.5.
Một cách tổng quát, một dung dịch làm ẩm sẽ bao gồm các thành phần sau:
Axít và các chất có gốc axit đóng vai trò quan trọng trong quá trình in mực, với các loại axit như axit phosphoric, hợp chất axit phosphate, axit citric và axit lactic được sử dụng tùy thuộc vào phạm vi tác dụng của mực.
- Gôm: có thể là gôm tự nhiên (gồm Arabic) hay gôm tổng hợp để làm giảm độ nhạy với mực của phần tử không in,
- Các chất chống ăn mòn: để ngăn ngừa dung dịch làm ẩm ăn mòn bản in
- Các tác nhân làm ẩm chẳng hạn như Isopropanol hoặc các chất thay thế cho cồn
- Chất làm tăng tốc độ khô, là các chất như cobalt clorua, chúng được pha vào mực in để làm cho mực khô nhanh hơn
- Thuốc diệt nấm, để ngăn ngừa sự hình thành các loại nấm và sự phát triển của mốc và vi khuẩn trong dung dịch làm ẩm
Các tác nhân chống sủi bọt được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành bọt, vì bọt có thể cản trở việc phân bố đồng đều dung dịch ẩm trên các lô trong hệ thống làm ẩm.
Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích các thành phần quan trọng trong dung dịch ẩm, bao gồm những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất và chất lượng của nó.
Nước là một chất làm ẩm khuôn in, nước nguyên chất là hợp chất của Hydro và Oxi không màu, không mùi, không vị
Nước được phân loại thành hai dạng: nước "mềm" và nước "cứng" Nước sinh hoạt thông thường chứa các ion Hydro và Oxi, cùng với một số chất hòa tan từ 0,2 đến 0,5 g/lít như amoniăc, axit nitric, axit cacbonic, clorua, sunfit, và axit sunfuric Nước cứng chứa nhiều ion kim loại kiềm thổ, chủ yếu là muối canxi và muối magiê Những muối này có thể kết hợp với axit béo trong mực in, tạo ra xà phòng không hòa tan, dẫn đến lắng đọng trên các thiết bị in như trục lô ẩm, trục lô mực, bản in và tấm cao su, gây ra những trở ngại đáng kể trong quá trình in.
- Vết trắng trên trục lộ ẩm,
- Vết bắn mực bám trên trục lô chà và trên tấm cao su,
- Mất mát tầng thứ t’ram,
- Cấp nước ẩm không đồng đều
Ngoài axit phophoric (H3PO4) thì axit xitric và axit tactric là những thành phần quan trọng nhất của dung dịch làm ẩm
Muối của các axit này mang lại tính thấm nước tốt, với chỉ một lượng nhỏ axit có thể làm thay đổi đáng kể độ pH của dung dịch Trong nước, các axit này dễ dàng phân ly thành ion, tạo ra tính axit yếu Khi có mặt trong dung dịch ẩm có cồn, chúng tương tác với cồn, làm tăng khả năng phân ly ion của axit.
Một số axit loãng có thể kết hợp với gôm arabic, giải phóng phân tử axit arabic từ gôm và cho phép chúng tương tác với oxit kim loại như nhôm trên bề mặt Kết quả là, bề mặt ướt của các vùng không in sẽ tăng lên.
pH của dung dịch làm ẩm đóng vai trò quan trọng trong quá trình in, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả của bản in Việc kiểm soát pH trong dung dịch này là cần thiết để đảm bảo kết quả in ấn đạt tiêu chuẩn.
Để đảm bảo quá trình in ấn ổn định, độ pH của dung dịch làm ẩm cần được duy trì trong khoảng giá trị tối ưu Tuy nhiên, pH của dung dịch này thường xuyên bị biến đổi do ảnh hưởng từ giấy in Do đó, việc sử dụng hệ đệm trong dung dịch là rất quan trọng để giữ cho độ pH ổn định suốt quá trình in.
Hệ đệm pH thường được sử dụng trong quá trình in để duy trì độ pH ổn định cho dung dịch làm ẩm Dung dịch đệm là hỗn hợp của axit yếu và bazơ liên hợp hoặc bazơ yếu và axit liên hợp, giúp kiểm soát sự thay đổi pH do tác động của giấy in Để đảm bảo quá trình in diễn ra ổn định, việc giữ pH của dung dịch làm ẩm trong khoảng tối ưu là rất quan trọng.
Trong dung dịch axit yếu luôn tồn tại một cân bằng giữa phân tử axit và bazơ liên hợp của nó, được biểu diễn như sau:
Cồn isopropylic là một phụ gia quan trọng trong dung dịch ẩm
Cồn có sức căng bề mặt trung bình, nhưng nhờ vào kích thước nhỏ của các phân tử và tính động lực học tốt, nó có khả năng di chuyển nhanh chóng lên bề mặt.
Cồn là một chất tạo ẩm hiệu quả, mang lại nhiều đặc tính ưu việt cho dung dịch nhờ vào khả năng hoạt động của nó Các phân tử của cồn có thể tương tác mạnh mẽ với các phân tử của chất hoạt động bề mặt, tạo ra sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất của dung dịch.
- Làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch;
- Bay hơi nhanh ra khỏi lớp mực, khi bay hơi không để lại cặn; quá trình bay hơi giúp làm lạnh mực trong quá trình in;
- Làm tăng độ nhớt của dung dịch
Cồn trong dung dịch làm ẩm không chỉ là chất khử bọt hiệu quả mà còn có tính diệt khuẩn, giúp duy trì dòng chảy liên tục từ bể chứa đến các quả lô và lên bản in với một màng nước đồng đều Đặc tính quan trọng của cồn là khả năng giảm sức căng bề mặt và tăng độ nhớt của dung dịch Mặc dù việc sử dụng dung dịch làm ẩm có cồn mang lại nhiều lợi ích trong quá trình in, nhưng nhược điểm lớn nhất là việc phát thải khí hữu cơ VOC.
IPA, một sản phẩm từ dầu mỏ, không thân thiện với môi trường Hiện nay, người ta đang chuyển sang sử dụng dung dịch làm ẩm thay thế cồn, có chức năng tương tự Dung dịch này không ảnh hưởng đến độ pH và cải thiện khả năng thẩm ướt trên bề mặt bản in một cách đáng kể Sức căng bề mặt của cồn cũng được cải thiện nhờ vào dung dịch làm ẩm mới này.
Cồn isopropylic có sức căng bề mặt nhỏ hơn gần 3 lần so với nước, với giá trị 72,75.10 N/cm Việc sử dụng cồn isopropylic trong dung dịch ấm mang lại nhiều ưu điểm.
Các tính chất của dung dịch ẩm
2.2.1 Độ pH của dung dịch ẩm Độ pH được khám phá bởi nhà sinh hóa người Đan Mạch Sorensen, nó được tính theo logarit thập phân của các ion Hydrogen Độ pH được dùng dể đo tính axit của một chất lỏng Thang đo độ pH bao gồm 14 bậc từ 0 đến 14, trong đó từ 0 đên 7 xác định tính axit và từ 7 dến 14 xác định tính kiểm, pH = 7 thể hiện sự trung tính Dung dịch làm ẩm tốt nhất cho in offset nằm trong khoảng độ pH từ 4,8 đến 5,3 Tuy nhiên, không phải lúc nào giá trị độ pH này cũng được xem là chuẩn vì tùy thuộc vào từng điều kiện công nghệ mà người ta có thể thay đổi độ pH cho phù hợp, Về cơ bản, phụ gia làm ẩm phải có khả năng điều chinh độ pH của dung dịch làm ẩm ở một mức nhất định
Có hai phương pháp chính để đo độ pH trong dung dịch ẩm: sử dụng giấy thử độ pH và điện cực pH Giấy thử độ pH không mang lại hiệu quả cao khi đo các dung dịch có chất đệm, trong khi phương pháp đo bằng điện cực yêu cầu phải được căn chỉnh cẩn thận trước khi thực hiện phép đo.
2.2.2 Sức căng bề mặt và sự làm ầm Để có thể làm cho bản in được làm sạch nhanh chóng vào lúc bắt đầu in và được duy trì trong suốt quá trình dung dịch ẩm phải được pha loãng một cách thích hợp Sức căng bề mặt được sử dụng như một phép đo khả năng làm ấm Để giải thích ý hơn về sức căng bề mặt chúng ta hãy nhìn vào bên trong một chất lỏng.
Trong chất lỏng, các phân tử tương tác với nhau thông qua các lực tương hỗ, tạo ra trạng thái cân bằng tổng lực Tuy nhiên, phân tử nước ở bề mặt chất lỏng chịu tác động của lực hút từ các phân tử bên trong, khiến nó có năng lượng lớn hơn so với các phân tử nằm sâu trong chất lỏng.
Dung dịch ẩm cần có khả năng kháng khuẩn hiệu quả để ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn có hại trong nước và vật liệu in Sự gia tăng vi khuẩn làm cho dung dịch nước máng đặc lại và phát sinh mùi hôi Để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc, người ta thường pha một lượng formal vừa phải vào dung dịch ẩm dựa trên kinh nghiệm.
Dẫn xuất là đơn vị đo tính dẫn điện của vật liệu, trong đó nước nguyên chất có khả năng dẫn điện rất kém Khi các chất hòa tan vào nước, chúng trở thành ion, làm tăng tính dẫn điện của nước Sự dẫn suất của nước tăng nhanh chóng với sự gia tăng số lượng ion hòa tan Các vật liệu như cồn hay gôm arabic chứa ít ion, do đó là chất dẫn điện kém, và các dung dịch làm ẩm khi pha trộn với những chất này cũng có tính dẫn điện thấp hơn.
Nước nguyên chất có độ dẫn điện gần như là 0 µS/cm, trong khi nước sinh hoạt thường có độ dẫn từ 200 µS/cm trở lên Khi nồng độ các ion hòa tan tăng, độ dẫn điện cũng tăng theo Vì lý do này, độ dẫn điện được sử dụng phổ biến như một đơn vị đo độ thuần khiết của nước Nước mềm có độ dẫn từ 0 - 255 µS/cm, trong khi nước cứng có độ dẫn lớn hơn nhiều, thường trên 450 µS/cm.
Các yếu tố cần nghiên cứu trong dung dịch làm ẩm
Sau đây là một số yếu tố cần được nghiên cứu để có hiệu suất tối ưu của dung dịch ẩm:
Nước là thành phần chính trong dung dịch ẩm, thường được sử dụng từ nước máy Tuy nhiên, nước máy không hoàn toàn sạch và chứa nhiều khí cũng như khoáng chất Nếu tỷ lệ các thành phần này vượt quá mức cho phép, có thể cần điều chỉnh các thành phần của dung dịch ẩm để đạt kết quả mong muốn Trước khi thêm bất kỳ chất phụ gia nào, cần kiểm tra độ cứng của nước, vì việc xác định độ cứng trong dung dịch ẩm sau khi pha rất khó khăn Để đo độ cứng của nước, người ta thường sử dụng các loại que thử.
Nước cứng hay tỷ lệ vôi trong nước có thể gây ra các vấn đề sau trong quá trình in:
- Các lô mực bị vôi hóa hay còn gọi là đóng cặn
- Cặn vôi bị dính lại trên tấm cao su
- Tác động đến cân bằng pH
- Biến động cân bằng pH
Nếu tỷ lệ clorua, sunphat, hoặc nitrat quá cao sẽ dẫn đến ăn mòn.
Lý tưởng nhất là nước trongdung dịch ẩm có độ cứng từ8 ° dH đến 12 ° dH 10 dH = 10 mg CaO trên một lít nước hay = 17,8 ppm CaO trên một lít nước
Có ba chất thay thế ổn định cho nước máy: nước khử ion, nước cất và nước thẩm thấu ngược Nước khử ion được sản xuất thông qua quá trình hóa học phức tạp, sử dụng nhựa trao đổi ion để loại bỏ khoáng chất, với chi phí thấp hơn so với nước cất Nước cất được tạo ra bằng cách đun sôi nước máy, với hơi nước thu được gần như không chứa khoáng chất, sau đó được ngưng tụ thành nước cất Nước thẩm thấu ngược là phương pháp lọc hiệu quả nhất, loại bỏ hầu hết các ion, chất rắn hòa tan và vi khuẩn, chỉ để lại nước tinh khiết với độ dẫn điện gần 0 micromhos/cm Độ dẫn điện của nước tỷ lệ thuận với nồng độ chất rắn hòa tan: nước mềm có độ dẫn điện từ 0 đến 225 micromhos/cm, trong khi nước cứng có độ dẫn điện lớn hơn 450 micromhos/cm Để đảm bảo hiệu quả làm ẩm, độ dẫn điện không nên dao động quá ± 50 micromhos.
Lọc nước là một quá trình cần thiết để đảm bảo chất lượng nước, trong đó nồng độ dung dịch, độ pH và độ dẫn điện cần được cân bằng để tạo ra dung dịch ẩm hiệu quả Tại các quốc gia sử dụng hệ SI, độ dẫn điện được đo bằng microSiemens hoặc àS/cm, với các giá trị này tương đương với àmhos.
Điện được dẫn qua chất lỏng, với tạp chất trong dung dịch ẩm giúp tăng độ dẫn điện Độ dẫn điện phụ thuộc vào loại nước và chất phụ gia, cùng với nhiệt độ và nồng độ cồn Khi tăng lượng Iso Propyl Alcohol (IPA), độ dẫn điện sẽ giảm Để xác định độ dẫn điện, cần sử dụng dung dịch ẩm mới pha chế Khi độ dẫn điện trong dung dịch ẩm tăng lên khoảng 1000 µS/cm, đây là dấu hiệu cho thấy cần thay đổi dung dịch ẩm.
Trong in offset, dung dịch ẩm cần có độ pH từ 4,8 đến 5,5 để đảm bảo chất lượng bản in Các chỉ số pH cao hơn có thể gây ra váng và bẩn bản in, trong khi pH dưới 4,0 có thể làm chậm hoặc làm bất hoạt quá trình làm khô mực Chất đệm được sử dụng trong dung dịch ẩm giúp ổn định mức độ pH, giảm sự thay đổi do các chất gây bẩn như bụi giấy và mực Việc duy trì độ pH thấp là cần thiết để bảo vệ vùng phần tử không in của bản in Ngoài pH, độ dẫn điện cũng là yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng dung dịch làm ẩm Dung dịch đệm thường có tính axit với pH nhỏ hơn 7, bao gồm axit yếu và muối của nó, như axit axetic và natri axetat.
2.3.4 Dung dịch đệm kiềm (pH lớn hơn 7):
Amoniac là một bazơ yếu và có thể tạo thành muối với các hợp chất khác, chẳng hạn như dung dịch amoni clorua Khi trộn hai dung dịch này theo tỷ lệ mol bằng nhau, pH của hỗn hợp sẽ đạt giá trị 9,25.
Để tạo ra nhũ tương bền giữa hai chất lỏng nguyên chất, cần có thành phần thứ ba là chất tạo nhũ Chất tạo nhũ giúp giảm sức căng bề mặt của hai pha, từ đó cải thiện tính ổn định của nhũ tương Các chất tạo nhũ được phân loại thành nhiều nhóm, trong đó nhóm lớn nhất bao gồm xà phòng, chất tẩy rửa và các hợp chất tương tự.
29 chất khác có cấu trúc cơ bản là một chuỗi parafin kết thúc ở một nhóm phân cực
2.3.6 Sức căng bề mặt và ý nghĩacủa nó trong in offset
Sức căng bề mặt là hiện tượng xảy ra trong lớp bề mặt của chất lỏng, khiến lớp này hoạt động như một tấm đàn hồi Hiệu ứng này cho phép côn trùng, chẳng hạn như bọ gậy nước, di chuyển trên mặt nước và tạo ra hiện tượng mao dẫn Sức căng bề mặt được hình thành do lực hút giữa các phân tử chất lỏng, phụ thuộc vào các lực liên phân tử khác nhau.
Trong chất lỏng, các phân tử bị kéo theo nhiều hướng bởi các phân tử lân cận, tạo ra lực tổng bằng không Tuy nhiên, ở bề mặt chất lỏng, các phân tử bị kéo vào trong bởi các phân tử bên trong mà không có lực cân bằng từ bên ngoài Mặc dù có thể có một lực hút nhỏ từ các phân tử không khí, nhưng do không khí có mật độ thấp hơn nhiều so với chất lỏng, lực này không đáng kể.
Tất cả các phân tử trên bề mặt chất lỏng đều chịu lực hút hướng vào trong, và lực này chỉ được cân bằng bởi lực cản của chất lỏng đối với sức nén Vì vậy, chất lỏng sẽ tự nén chặt vào nhau cho đến khi đạt được diện tích bề mặt cục bộ thấp nhất có thể.
Sức căng bề mặt, ký hiệu là γ, được đo bằng niutơn trên mét (N/m) và định nghĩa là lực tác động dọc theo một đoạn thẳng có độ dài đơn vị vuông góc với bề mặt Đối với dung dịch đài ẩm lý tưởng, sức căng bề mặt khoảng 34 dynes/cm.
Trong quy trình in offset, mực được cung cấp từ hệ thống cấp mực, đi qua các lô dàn và lô chà, sau đó được chuyển lên bản in và tấm cao su, cuối cùng truyền lên bề mặt vật liệu in.
Mực in thông thường có sức căng bề mặt khoảng 30-32 dyne/cm, trong khi mực UV đạt 34-35 dyne/cm, cho phép phủ lên cả lô bọc đồng và lô bọc cao su Khi thêm cồn hoặc chất thay thế vào dung dịch ẩm, sức căng bề mặt của nước giảm từ 73 dyne xuống còn khoảng 35 dyne, khiến nước dễ dàng làm ướt các hệ thống lô Tuy nhiên, trong quá trình in, mực không thể làm ướt nước ướt đồng, dẫn đến hiện tượng xước trên bề mặt lô.
Khi dung dịch ẩm tiếp xúc với bề mặt bản in, nó dễ dàng thấm ướt các vùng không in, đặc biệt khi có giá trị dyne lên đến 400 dyne/cm Ngược lại, các vùng in không bị thấm ướt do có giá trị dyne thấp hơn Trong quá trình truyền mực từ lô chà mực, áp lực kết hợp với dung dịch ẩm tác động lên các vùng không in Sau khi quá trình ép in hoàn tất, lớp mực và dung dịch ẩm sẽ tách ra tại điểm yếu nhất trong lớp mỏng của dung dịch.
Quá trình dịch ẩm 30 tạo ra một lớp màng mỏng dung dịch ẩm dày 0,5 đến 1 micron trên vùng phần tử không in và trên lô chà mực Dung dịch ẩm 35 dyne không thấm ướt vào lớp mực có dyne thấp, trong khi một lượng nhỏ dung dịch ẩm vẫn tồn tại trên vùng phần tử in khi lô chà mực tiếp xúc với bản in Mực có dyne 30-32 sẽ đẩy dung dịch ẩm sang một bên, và khi đi qua vùng ép in, lớp mực mỏng được tách ra do không còn dung dịch ẩm, tạo ra một lớp mực mỏng trên lô chà và một lớp được chuyển lên bề mặt vùng phần tử in.
