CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2. 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 để đo độ pH trong dung dịch ẩm: giấy thử độ pH và đo điện cực pH. Phương pháp đo bằng giấy màu không hiệu quả khi đo dung dịch có chất đệm, còn đo bằng phương pháp điện cực thì cần căn chỉnh nhiều trước khi đo.
26
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.
Bên trong chất lỏng các phân tử sẽ tác động các lực lên nhau, các lực này được gọi là lực tương hỗ và tổng lực tác dụng của các phân tử lên nhau luôn đạt trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, một phân tử nước tại bề mặt của chất lỏng bị hấp dẫn bởi lực hút các phân tử bề mặt vào bên trong chất lỏng. Vì vậy phân tử nước ở bề mặt luôn có năng lượng lớn hơn là các phân tử trong lòng chất lỏng
2.2.3. Sự kháng khuẩn
Dung dịch ẩm cũng phải có khả năng kháng khuẩn hiệu quả nhằm
ngăn ngừa sự phát triển của các vi khuẩn có hại trong nguồn nước hay từ
vật liệu in. Lượng vi khuẩn càng lớn sẽ làm cho dung dịch nước máng đặc lại và ngày càng trở nên hôi thối. Để có thể hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và các nấm mốc người ta thường pha vào dung dịch làm ẩm một
lượng formal vừa phải dựa theo kinh nghiệm.
2.2.4. Độ dẫn điện
Dẫn xuất là đơn vị đo tính dẫn điện của vật liệu dẫn điện. Nước nguyên chất là chất dẫn điện rất kém. Khi các vật liệu hoà tan hay lọt vào dung dịch, chúng trở thành các ion và nước trở nên có tính dẫn điện. Dẫn
suất của nước tăng ngay lập tức với việc tăng số lượng các ion hoà tan. Các vật liệu có ít ion chẳng hạn như cồn hay gôm arabic là các chất dẫn điện kém và các dung dịch làm ẩm khi pha các chất trên có tính dẫn điện thấp hơn.
Nước nguyên chất gần như có dẫn xuất là 0 µS/cm. Nước sinh hoạt có thể có tần suất là 200 µS/cm hay cao hơn nữa. Khi số lượng các ion hoà tan tăng, tính dấn điện gia tăng tuyến tinh, Do đó, dẫn xuất thường được dùng phổ biến như là đơn vị đo độ thuần khiết của nước. Nước mềm có dần suất từ 0 - 255 µS/cm, vá nước cứng có dấn suất lớn hơn nhiều (>450 µS/cm).
2.3. 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
27
2.3.1. Độ cứng của nước
Nước là thành phần quan trọng nhất của dung dịch ẩm và là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất. Máy in thường sử dụng nước máy cho vào dung dịch ẩm. Nước máy không phải là sạch hoàn toàn hay nói đúng hơn nó
chứa nhiều khí và khoáng chất. Nếu tỷ lệ của các thành phần này trong
nước vượt quá dung sai nhất định, các thành phần dung dịch ẩm có thể phải
được thay đổi đểđạt được kết quả mong muốn. Độ cứng của nước cần phải
được kiểm tra trước khi đưa bất kỳ chất phụ gia nào vào, vì độ cứng không dễ dàng xác định trong dung dịch ẩm sau khi pha. Để xác định độ cứng của
nước thường sử dụng các dụng cụ như 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 & thẩm thấu ngược. Quá trình khử ion hoặc quá trình khử khoáng làmột quá trình hóa học phức tạp sử dụng hai loại nhựa trao đổi ion để loại bỏ các khoáng chất khỏi nước. Chi phí của phương pháp này thấp hơn đáng kể so với chi phí sản xuất nước cất. Nước cất: Được sản xuất trong phòng thí nghiệm bằng cách đun sôi nước máy thông thường. Hơi nước bốc lên từ nước sôi hầu như không có chất khoáng có trong nước máy. Hơi nước được
đưa qua các hệ thống ngưng tụ của bình ngưng ở đó nó được chuyển thành chất lỏng, nước cất. Một số dung dịch ẩm không hoạt động tốt với nước cất. Nước thẩm thấu ngược là phương pháp lọc nước tốt nhất. Trong quá
trình này, nước được lọc qua màng lọc để loại bỏ hầu hết các ion âm và
dương, chất rắn hòa tan không ion, chất lơ lửng và vi khuẩn, chỉ còn lại
nước tinh khiết. Nước tinh khiết có độ dẫn điện gần 0 micromhos / cm (µmhos hoặc µSiemen trên cm). Khi lượng chất rắn hòa tan trong nước
tăng lên, độ dẫn điện của nó cũng tỷ lệ thuận với nồng độ của tổng chất rắn
hòa tan. Nước mềm có độ dẫn điện từ0 đến 225 µmhos / cm, nước cứng có
độ dẫn điện lớn hơn 450 µmhos / cm. Nước trung bình lấy thẳng từ vòi có thể có độ dẫn điện 200 µmhos hoặc lớn hơn. Để giải pháp làm ẩm có hiệu quả và không gặp sự cố, độ dẫn điện của nó phải dao động không quá ± 50 µmhos. Độ dẫn điện dao động ít nhất 200 µmhos là một dấu hiệu cho thấy
28
việc lọc nước là cần thiết. Một mối quan hệ tồn tại giữa nồng độ của dung dịch, độpH và độ dẫn điện, tất cả đều cần phải cân bằng khi trộn một dung dịch ẩm hiệu quả. Ở các nước sử dụng hệ SI, ngành in đo độ dẫn điện bằng microSiemens hoặc µS/cm. Các giá trị số giống với µmhos.
2.3.2. Độ dẫn nhiệt
Nó mô tả cách điện được dẫn qua chất lỏng; tạp chất trong dung dịch
ẩm cho phép tăng độ dẫn điện. Độ dẫn điện thay đổi tùy thuộc vào nước và chất phụ gia. Nhiệt độ và nồng độ của cồn cũng ảnh hưởng đến độ dẫn
điện. Bằng cách tăng lượng Iso Propyl Alcohol (IPA), độ dẫn điện giảm.
Độ dẫn điện phải được xác định bằng cách sử dụng “dung dịch ẩm mới pha chế Khi độ dẫn điện trong dung dịch làm ẩm đã tăng lên khoảng1000 µS /
cm, đây nên được coi là một dấu hiệu là đã đến lúc thay đổi dung dịch ẩm.
2.3.3. Độ pH
Trong in offset, dung dịch ẩm phải có độ pHtừ 4,8 đến 5,5. Các chỉ số pH cao hơn có thể gây ra váng và bẩn bản in, trong khi các chỉ số pH nhỏ hơn 4,0 có thể làm chậm hoặc làm bất hoạt quá trình làm khô mực bằng cách khóa tác nhân làm khô trong mực. Chất đệm là hóa chất được sử dụng trong dung dịch ẩm để giúp ổn định mức độ pH. Chất đệm làm giảm sự thay đổi của pH (trở nên có tính axit hoặc kiềm hơn) do trong quá trình in có sự thâm nhập của các chất gây bẩn dung dịch ẩm như bụi giấy, mực, dung dịch rửa và bất kỳ chất nào khác. Dung dịch ẩm được đệm để duy trì
độ pH thấp để bảo vệ vùng phẩn tử không in của bản in, điều này bị mất
đikhi độ pH tăng lên. Các chất phụ gia trong dung dịch ẩm được đệm, để
phần lớn trung hòa các tác động bên ngoài. Cân bằng độ pH là thước đo nhưng không cho biết chất lượng của dung dịch làm ẩm. Để quyết định chất lượng của dung dịch làm ẩm, ngoài pH thì độ dẫn điện cũng cần được
xác định. Dung dịch đệm có tính axit (pH nhỏ hơn 7) Axit yếu và một trong các muối của nó, ví dụ: Axit axetic và natri axetat trong dung dịch.
2.3.4. Dung dịch đệm kiềm (pH lớn hơn 7):
Là Bazơ yếu và một trong các muối của nó, ví dụ: dung dịch amoniac & dung dịch amoni clorua. Nếu chúng được trộn theo tỷ lệ mol bằng nhau, pH sẽ là 9,25.
2.3.5. Chất nhũ hóa
Không thể điều chế được nhũ tương bền bao gồm hai chất lỏng nguyên chất; để đạt được sự ổn định, thành phần thứ ba, chất tạo nhũ cần phải quan tâm. Nói chung, việc sử dụng chất tạo nhũ sẽ làm giảm sức căng
bề mặt của hai pha. Nhiều loại chất tạo nhũ đã được đề cập đến; được phân loại thành nhiều nhóm. Nhóm lớn nhất là xà phòng, chất tẩy rửa và các hợp
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 một hiệu ứng bên trong lớp bề mặt của chất lỏng làm cho lớp này hoạt động như một tấm đàn hồi. Đó là hiệu ứng cho phép côn trùng (chẳng hạn như bọ gậy nước) đi trên mặt nước, vàgây ra hoạt
động mao dẫn. Sức căng bề mặt là do lực hút giữa các phân tử chất lỏng gây ra, do các lực liên phân tử khác nhau.
Trong phần lớn chất lỏng, mỗi phân tử được kéo như nhautheo mọi
hướng bởi các phân tử chất lỏng lân cận, dẫn đến một lực bằng không. Ở bề
mặt của chất lỏng, các phân tử bị các phân tử khác ởsâu hơn bên trong chất lỏng kéo vào trong, nhưng không có phân tử chất lỏng nào ở bên ngoài để
cân bằng các lực này. (Cũng có thể có một lực hút nhỏ ra bên ngoài do các phân tử không khí gây ra, nhưng vì không khí ít đặc hơn nhiều so với chất lỏng nên lực này là không đáng kể.)
Do đó, tất cả các phân tửở bề mặt đều chịu một lực hút phân tử hướng vào trong có thể chỉ được cân bằng bởi lực cản của chất lỏng đối với sức
nén. Do đó chất lỏng tự ép chặt vào nhau cho đến khi nó có diện tích bề
mặt cục bộ thấp nhất có thể.
Sức căng bề mặt, được đo bằng niutơn trên mét (N / m), được biểu thị
bằng ký hiệu γ và được định nghĩa là lực dọc theo một đoạn thẳng có độ dài
đơn vị vuông góc vớibề mặt, hoặc tác động trên một đơn vị diện tích. Sức
căng bề mặt của dung dịch đài ẩm lý tưởng là khoảng 34 dynes / cm.
Trong in offset, mực đi từ hệ thống cấp mực, qua các hệ thống lô dàn,
lô chà, cho đến khi chà lên bản in và cuối cùng là lên tấm cao su, và từ đó nó được truyền lên bề mặt vật liệu in.
Mực in thông thường sẽ có sức căng bề mặt trong khoảng 30-32 dyne / cm, và mực UV 34-35 dyne / cm dễ dàng phủ lên cả 2 dạng lô bọc đồng và hay bọc cao su. Các tương tác liên quan đến dung dịch ẩm là sức căng
bề mặt của nước ở 73 dynes bị hạ xuống còn khoảng 35 dynes do thêm cồn hoặc chất thay thế. Bởi vì nó ở dưới mức dyne của đồng, nước (dung dịch
ẩm) sẽ làm ướt các hệ thống lô này. Khi quá trình in diễn ra, mực sẽ không thể làm ướtnước ướt đồng và sẽ hiện tượng bị xước trên bề mặt lô.
Khi dung dịch ẩm dính lên bề mặt bản in, nó dễ dàng làm thấm ướt (càng nhiềulà 400 dyne / cm) vùng phần tử không in hơn trong khi vùng
phần tửin không được thấm ướt bởi vùng này có dyne thấp hơn. Khi truyền mực từ lô chà mực, chịu áp lực cùng với dung dịch ẩm ở vùng phần tử
không in trong dải áp lực trong quá trình ép in. Sau quá trình ép in, lớp mực và dung dịch ẩm tách ra ở điểm yếu nhất nằm trong lớp mỏng của dung
30
dịch ẩm. Quá trình này để lại một lớp màng rất mỏng của dung dịch ẩm ở
vùng phần tử không in (dày 0,5 đến 1 micron), và cũng là một lớp trên lô chà mực, vì dung dịch ẩm 35 dyne sẽ không thấm ướt ở lớp mực có dyne thấp. Trong khi đó vẫn sẽ có một số lượng nhỏ dung dịch ẩm trên vùng phần tử in khi lô chà mực chà lên bản, dung dịch bị đẩy sang một bên vì mực có dyne 30- 32 bao phủ vùng phẩn tử in trên bản có dyne cao hơn. Sau đó, qua vùng bị ép in, lớp mực mỏng được tách ra vì khi đó không có dung
dịch ẩm nên một lớp mực mỏng vẫn còn trên lô chà và một lớp được chuyền lên bề mặt vùng phần tử in trên bản in.
Quan trọng nhất là những gì sẽ xảy ra đến các hạt dung dịch dung dịch còn lại trong mực sẽ hình thành sau khi tiếp xúcvùng phần tử không in trên bản in. Các hạt ẩm này chịu áp lực giữa các lô. Quá trình này ép các hạt dung dịch ẩm đi vào trong mực, gây nhũ hóa mực in. Những hạt ẩm nhỏ
này trên bề mặt mực giúp thay thế dung dịch ẩm trên vùng phẩn tử không in của bản in. Lý tưởng nhất là dung dịch ẩm được thêm vào chính xác bằng dung dịch đang được loại bỏ bởi bản in. Khi áp lực của lô sàng (vệt mực quá rộng hoặc lô quá cứng) quá mức, các hạt dung dịch ẩm được tạo ra quá nhỏ để chúng không thể truyền trở lại bản in, bản in bị bẩn, điều này do dung dịch tích tụ làm hỏng tính chất mực. Ngược lại, khi áp lực của lô sàng quá nhỏ (vệt mực quá hẹp), các hạt dung dịch ẩm lớn sẽ bị ép lên màng mực làm ngừng truyền mực sẽ dẫn đến một bản in nhạt và đóng cặn trên các lô. Việc đóng cặn cũng có thể là do mức thay thế dung dịch ẩm quá cao, có thể tạo ra các hạt nhỏ đến mức đi vào trong mực. Hơn nữa, nồng độ
muối của dung dịch ẩm cao được đo bằng độ dẫn điện hoặc độ pH cao,
cũng có thể tạo ra váng.
2.3.7. Tác động của dung dịch ẩm tới các lô trong hệ thống làm ẩm làm ẩm
Đối với in offset không có IPA hoặc IPA thấp, để truyền ẩm tốt năng lượng bề mặt của các lô phải cao hơn năng lượng của nước. Bên cạnh đó,
phần trăm năng lượng bề mặt cao này phải có bản chất phân cực, để tính chất phân cực của nước được sử dụng cho quá trình làm ẩm. Các lô trong hệ thống cấp ẩm phải có độ nhám nhất định và các lỗ xốp siêu nhỏ truyền
ẩm sẽ tốt hơn so với bề mặt nhẵn bóng. Trong quá trình sản xuất máy in, các lô có bề mặt mạ crom cứng đã được sử dụng trong hệ thống cấp ẩm. Độ
dày của lớp crom từ 100 µm đến 500 µm tùy thuộc vào phạm vi sử dụng.
Độ dày lớp crom từ 150 µm đến 200 µm sẽ có lợi nhất theo cả quan điểm kinh tế và kỹ thuật.
31
CHƯƠNG 3.NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
3.1. Mục đích thực nghiệm
Với vai trò quan trọng trong công nghệ in offset, khi dung dịch ẩm kết hợp với mực in offset sẽ tạo thành một hệ nhũ tương mực – dung dịch ẩm. Hệ nhũ tương mực – dung dịch ẩm thông qua quá trình ép in, mực in trên
khuôn in được truyền lên trên cao su rồi từ cao su lên vật liệu in. Nghiên