За стабильный цвет

Самые актуальные вопросы при настройке печатной машины и утверждении тиража в печать — стабильность краски и цвета. Заказчика полиграфической продукции интересует соответствие «фирменным» цветам, но как его добиться? Дискуссии и споры затягивают настройку, неоправданно растут отходы бумаги на приладке.

Вот уже 12 лет я задаюсь вопросом, можно ли этого избежать… Безусловно, не помешают корректные замеры согласованного цвета с помощью спектрофотометра, но статья не об этом. Остановимся на замеряемых печатниками параметрах краски — вязкости и pH, их влиянии на цвет.

Вязкость

Её стандартное определение — сопротивление течению жидкости. При производстве красок вязкость измеряют двумя способами: с минимальным сдвигающим усилием (по силе торможения вращающегося диска, погружённого в находящуюся в статичной ёмкости краску) и со значительным (по силе торможения быстро вращающегося конуса, почти соприкасающегося с плоской зафиксированной плитой, между которыми находится образец краски). При большом усилии сдвига связанные молекулы полимера разрываются, а условия измерения вязкости почти такие, как при взаимодействии анилокса с ракелем.

Но начальника производства физика процесса мало интересует. Всё, что ему нужно, — своевременная доставка к печатной машине краски требуемых состава и вязкости, которую легко определить по времени вытекания из измерительной воронки. Оно формируется при составлении краски, и печатнику достаточно поддерживать указанные производителем параметры и соблюдать температуру при замерах (обычно 20°C).

Слишком большая вязкость краски в печатной машине объясняется потерей летучих компонентов (аммиак, амины, вода) и регулируется добавлением специальных составов, рекомендованных поставщиком. Добавление воды меняет баланс аминов и, как следствие, время высыхания.

При увеличении температуры вязкость красок на водной основе повышается, причиной чего становится испарение аминов и/или аммиака. Именно амины гарантируют, что краска не «схватится» в красочном ящике, а закрепится в виде тонкой плёнки на запечатываемом материале. При их испарении краска густеет. Процесс необратим, что подтвердит любой поставщик: потому так сложно очистить поверхность от высохшей краски.

pH

Величина зависит от состава краски: содержание аминов и/или аммиака определяет уровень её кислотности/щёлочности (pH = 8-10). Уровень щёлочности — индикатор скорости высыхания: чем больше pH краски, тем дольше она отверждается. Но pH быстро сохнущей краски одного производителя не всегда ниже, чем у медленно высыхающей от другого, имеющей иной состав. Хотя разница в показателях pH минимальна, фиксировать её сложно.

Проблемы контроля

При настройке и печати печатник концентрируется на вязкости краски, важность которой, наряду с pH, не вызывает сомнений; вопрос лишь в том, сколь полезны полученные измерительными приборами данные.

Главное условие — применение рекомендованного производителем краски типа измерительной воронки. Нередкая ситуация: изначально используемую пластиковую чашку Ford 4 с металлической вставкой кто-то пытается прочистить проволокой, после чего её выбрасывают, заменяя другим типом вискозиметра! Вывод — нужен постоянный тренинг персонала, в ходе которого осваиваются правила выполнения лабораторных тестов на вязкость. Только так можно поддерживать точность печатных характеристик, что и требуется на производстве.

C измерением pH дело обстоит иначе. Датчики и преобразователи очень чувствительны, требуют частых калибровочных процедур. Работая в Stork, я занимался проектированием гальванических ванн для меднения, никелирования и хромирования цилиндров. Хотя, в отличие от красок, жидкости не были липкими и не менялись каждый час, датчики приходилось калибровать ежедневно, хотя на оборудовании мы не экономили. Я не ставлю под сомнение устройства для проверки щёлочности краски при печати. Вопрос в том, насколько часто их калибруют и сколь устойчив чувствительный элемент к частым заменам краски. Его необходимо каждый раз очищать при смене цвета, что замедляет настройку.

Одно дело — измерить pH краски, совсем другое — изменить. Производители делают краску pH-стабильной, обладающей т. н. буферными свойствами. Насколько мне известно, изменить щёлочность такой краски сложно. Если её pH изменился, корректировать поздно: краска стала нестабильной, её лучше заменить.

Если сказанное верно, скорость отверждения водных красок зависит от времени испарения аминов.

О каком времени идёт речь при печати? Посмотрим, как печатная скорость влияет на время пребывания краски на анилоксовом и формном цилиндрах, а также запечатываемом материале. Для последнего оценим время печати и прохождения через последующую печатную секцию.

На графике (рис. 1) приведена оценка «времени движения» краски в типичной машине для печати по гофрокартону. Мне сложно понять, как через показатель pH корректировать время сушки, если скорость печати меняется минимум в 5 раз — с 650 до 4750 отт./ч. При 650 можно повторно увлажнять краску на анилоксе через 2 секунды, и она не засохнет в ячейках. При 4750 краска должна высыхать через 1,5 секунды после прохождения через машину. Реально ли это?

Практические тесты

Мы уже говорили, что заказчик заинтересован в стабильности цвета. Оценим, как изменения вязкости и pH влияют на неё в зависимости от времени. Замечу, что фиксировать нужно и параметры окружающей среды. В нашем случае это будет температура.

Тест 1

На работающей печатной машине проводятся замеры следующих параметров в течение 4 ч с интервалом в 15 мин:

• цвет на оттиске;
• вязкость краски (фиксируется автоматической системой для снижения человеческого фактора);
• pH;
• температура краски (цель — поддерживать на уровне 21°C).

Тест 2

То же, что в тесте 1, но при температуре краски 40 °C. Такие показатели типичны для жарких стран, а летом встречаются практически повсюду. Гофроагрегат генерирует массу тепла, к нему добавляются паллеты с остывающим картоном и печатные машины, часто находящиеся в том же помещении.

Что могут показать тесты? Приведённые графики (рис. 2–5) условны, но демонстрируют примерные тенденции.

Рис. 2. График изменения температуры

Температура в тесте 2 выше, чем в тесте 1. В обоих случаях это контролируемая переменная, поэтому принципиальных изменений не прогнозировалось.

Рис. 3. График изменения вязкости

Вязкость растёт быстрее в тесте 2.

Изменение pH — около 0,2 ед. Деление шкалы в стандартном измерителе кислотности — 0,1. Существенна ли разница?

Рис. 4. График изменения pH

При температуре 40 °С разница в цвете растёт в 6 раз быстрее, а ведь заказчика интересует именно цвет.

Рис. 5. График изменения цвета

Альтернативный подход

Чтобы избавиться от проблем с измерением вязкости и pH, а также влияния на параметры краски частых изменений скорости, предлагаю альтернативный подход, базирующийся на 3 «китах»:

• контроле температуры краски;
• постоянной скорости печатной машины при настройке и работе;
• контроле плотности краски (именно плотности!).

Думаю, что с пользой от стабильной температуры в помещении, где используется краска, мы разобрались. Выводы пусть делают поставщики оборудования. Устройства контроля температуры краски часто встречаются в машинах глубокой печати. Может быть, стоит перенести эту практику и на флексопечать водными красками?

Научите операторов поддер-живать стабильную скорость машины — меняйте устоявшуюся практику. Первое, что понадобится, — стандартный набор качественных расходных материалов. Покоробленный картон не сможет без проблем перемещаться в машине, исправлять ситуацию печатники пытаются, сбрасывая скорость. Тем не менее, постарайтесь установить оптимальное значение и придерживаться его при настройке и работе. Это не значит, что установленную величину нельзя превышать, это запрещено лишь при печати заказа. Один раз примите согласованное решение и выполняйте его. Единственная причина для сброса скорости — покоробленный картон, за поставку которого должны ответить снабженцы.

Как измерять плотность?

Сделать это несложно, хотя устройства для этой цели фактически отсутствуют — мне пришлось разрабатывать собственный инструментарий. За основу я взял измерительное б/у оборудование HBM, соответствующее самым высоким стандартам (его применяют в автомобильной, авиационной и космической промышленностях).

Измерения проводились по принципу Архимеда: сила, выталкивающая находящийся в жидкости объект, равна весу вытесняемой им жидкости. Проблема в том, чтобы найти практичный и точный способ измерений. Разработанное мной устройство измеряет плотность прямо в ёмкости с погрешностью менее 0,1%. Это значительно точнее, чем со стандартными воронками-вискозиметрами, а сам способ проще и меньше зависит от ошибок оператора. Единственное ограничение — вспенивание краски, но то же самое относится и к измерению вязкости.

m - вес в кг
V - объем в дм³
Q - плотность в кг/дм³

Как это работает?

Сначала измеряется плотность воды, затем плотность краски до подачи в машину, наконец, плотность краски в процессе циркуляции или стока из машины.

Уравнение позволяет вычислить объём воды, добавляемой для изменения плотности.

На рис. 6 показана взаимосвязь между объёмом добавляемой воды и плотностью для красок с начальной плотностью 1,1 и 1,4 кг/дм³.

На рис. 7 результаты тестов, показывающих хорошее совпадение расчётных и фактических добавок воды в краску, зафиксированных разработанным устройством измерения плотности.

Вывод — регулярная проверка плотности позволяет контролировать соотношение вода/краска, что обычным образом выполняется с помощью вискозиметра. Процедуру легко приспособить для контроля добавок смесей воды с аминами.

Измерение плотности позволяет вычислить и реальное количество воды, остающейся в печатной машине после смывки. Пример объясняет, почему важно не забывать об остатках воды после смывки для оценки потерь краски при смене цвета.

В машину загрузили 10 кг краски, из которых использовано 0,5 кг. Если в системе после смывки оставался 1 кг воды, то в составе краски было 10% воды, т. е. с машины фактически было снято 8,55 кг, а реальные потери составили не 0,5, а 1,45 кг — втрое больше расчётных.

После проверки многих печатных машин на потери краски при замене цветов (с учётом частоты смывок для каждой) выяснилось, что они достигают 50% от общего потребления. Оказалось, что сократить потери очень просто. И начинать стоит со стиля работы печатников. Серьёзно помочь могут поставщики оборудования, откорректировав конструкцию красочной системы.

Пример: шланг между ёмкостью с краской и дозирующей системой не должен быть длинным — расположите их как можно ближе, чтобы краска контактировала с минимальной площадью поверхности. Чтобы узнать, сколько краски в ёмкости, взвесьте её. Связав электронные весы с компьютером, точно зафиксируете потребление по каждому цвету. Если увязать данные со скоростью машины, не придётся добавлять краску во время тиража.

Выводы

1. Контроль температуры и плотности краски — простейший способ поддерживать стабильность её характеристик при печати тиража.
2. Замеряя плотность краски, получаем данные о необходимом или фактическом содержании воды в ней.
3. Для стабилизации состава краски и времени отверждения корректируйте её плотность смесью воды и аминов.
4. Точная оценка расхода краски позволяет снизить затраты и оптимизировать производство. Краска должна быть на материале и нигде больше!

Рекомендации

1. Настройка и работа машины — на одной скорости.
2. Поддерживаемая на уровне окружающей среды температура краски стабилизирует её свойства при печати большинства тиражей.
3. Плотность краски важна для определения количества водных добавок.
4. Оценивайте расход краски.

Об авторе: Уилберт Стрифланд, директор консалтинговой фирмы Technology Coaching.

НАШИ

Можно и нужно согласиться с высказанными автором идеями и рекомендациями, в т. ч. с использованием плотности краски в роли инструмента стабильного управления печатным процессом и средства контроля реального расхода краски. Только несколько «но».

Во-первых, где взять доступные недорогие и удобные приборы для оперативного и надёжного измерения плотности в ходе печати? Во-вторых, плотность в пределах её изменения в подобных случаях зависит от температуры ещё в большей степени, чем изменение условной вязкости по вороночному вискозиметру, а значит, нужно термостатировать краску либо учитывать температурную корреляцию. В-третьих, контроль рН краски не может быть подменён контролем плотности: здесь нет прямой зависимости между pH (содержанием аминов) и плотностью. Поддержание рН в заданном интервале существенно не столько с точки зрения скорости высыхания краски, ибо закрепление последней при печати на бумаге и картоне в первую очередь происходит за счёт впитывания, а уж затем за счёт испарения аминов и воды. Оно важно, поскольку от рН зависит реология краски, её растекаемость, смачивание субстрата и т. п., а это — качество печати и постоянство воспроизведения цвета.

Так что оставим контроль и корректировку рН в силе, по крайней мере, для ответственных тиражей, возвратных красок и надёжного контроля краски в печатном процессе. Альтернативой могут быть новые разработки более стабильных по рН, а значит, и по вязкости красок (например, технология «Марк 2» от Siegwerk, презентация которой была проведена на семинаре Spirit of Synergy в октябре 2006 г.). Хотелось бы пожелать предложенной автором интересной и многообещающей идее о контроле краски по плотности найти достойное применение в комплексе с общепринятым контролем вязкости и рН.

Михаил Яклаков (michael.yaklakov@siegwerk.ru), менеджер по продажам фирмы Siegwerk