Эффект лотоса, или новое слово в решении задач увлажнения в офсетной печати

На проходившей в этом году выставке drupa был представлен новый продукт в области увлажнения в офсетной печати. Наверное, это одно из наиболее значимых событий после перехода от чехловых к спиртовым системам увлажнения.

Имеются в виду новые валики увлажнения, представленные в Дюссельдорфе группой компаний Westland, в состав которой входят и предприятия Ligum.

Вопросы повышения качества и стабильности печати постоянно волнуют всех, кто непосредственно занимается полиграфическим производством. Разумеется, этому уделяют большое внимание и производители печатного оборудования и запасных частей для печатных машин. В данной статье речь пойдет о новых, возможно, даже революционных решениях в деле разработки новых дукторных или дозирующих валиков для печатных машин. Новинка была впервые представлена на выставке drupa 2008 группой компаний Westland в состав которой входит компания Ligum.

Сначала немного общей теории. Как известно, для качественной и стабильной печати необходимо, чтобы на форму накатывался стабильный, минимально допустимый слой увлажняющего раствора, и при этом накатной вал не собирал с формы краску и не уносил обратно только что нанесенный увлажняющий раствор. Но это теория, на практике такого не бывает. Как ни настраивай зоны контакта валиков друг с другом и валиков с формой, все равно идеальных процессов передачи увлажнения не происходит. Да и краску накатные валики увлажнения все равно набирают. Всем специалистам знаком такой эффект, как «кольцевое набухание». Когда на машину устанавливают совершенно новый валик, то тщательно регулируют прижим его к другому валику или к печатной форме. Это называется регулировка зоны контакта. Но с первым запуском машины возникает и обусловленный разделением красочных слоев обратный поток краски. Он возникает в большей или меньшей степени в зависимости от реакции поверхности валика в месте соприкосновения с красочной эмульсией. Обратный съем краски накатными валами обусловлен особенностями печатаемого сюжета. Где краски больше, там ее больше и снимается.

В результате на валике может в некоторых случаях образоваться локально ограниченное радиальное увеличение объема. Это создает большее прижимное усилие, чем было настроено ранее. Следствием этого является более тонкая пленка увлажняющего раствора в данном месте и, естественно, еще более интенсивный обратный поток краски с последующим созданием видимого набухшего кольца на валике. Под воздействием описанного физико-химического механизма запускается самостоятельно развивающийся процесс, который может в итоге существенно повлиять на качество печати или даже сделать печать невозможной. Увеличение диаметра валика может происходить как за счет локального накопления краски, так и за счет того, что в том месте, где имеется это накопление, краска дольше воздействует на материал накатного валика, вызывая химическое набухание. В той или иной мере оно всегда присутствует и усугубляется под воздействием повышенного давления, разогрева, большего проскальзывания.

Феномен кольцевого набухания встречается повсеместно в той или иной степени в любой печатной системе, где есть накатные увлажняющие валы; и нет такой системы увлажнения, в которой хоть раз не проявился бы данный эффект. В распоряжении института FOGRA имеется специальная тестовая форма для контроля увлажнения, при помощи которой можно легко проверить минимальное количество увлажняющего раствора, необходимого для правильного увлажнения печатной формы. Изображенный на рис. 3 отпечаток этой формы показывает, что проблематичные места, где печатная форма неправильно смочена увлажняющим раствором, точно соответствуют неровностям поверхности увлажняющего валика. Профиль валика был проверен лазерным измерителем и для наглядности скопирован в рисунок. Рисунок сделан для типовых накатных валиков, построенных на основе стандартных материалов типа акрилонитрилбутадиенкаучук — NBR, которые давно уже применяются для использования в качестве покрытия для валов.

Таким образом, необходимо как-то добиться того, чтобы накатной увлажняющий валик не имел возможности снимать с формы краску, приносил на себе необходимый минимум увлажняющего раствора и создавал на форме так называемую увлажняющую пленку. На основании фотографий стандартных увлажняющих валиков видно, что у стандартных валиков она получается неспокойной — в направлении оси валика формирует «бугристые» структуры. Если увлажняющая пленка получается такой бугристой, то количество увлажняющего раствора должно быть завышенным, чтобы способствовать смачиванию печатной формы в тех местах, где слой имеет минимальную толщину. В то же время содержащаяся в «бугристых» структурах вода считается избытком, что усложняет настройки и приводит к сужению допустимого диапазона настроек между засаливанием формы и избыточным увлажнением с последующими проблемами во время печати. Эти проблемы увлажняющей пленки в обычных условиях решить невозможно, поскольку она возникает в зоне разделения увлажняющего слоя накатными валиками и формой, а также в зоне контакта валиков системы увлажнения.
Компанией Westland был найден очень интересный способ решения сразу нескольких проблем увлажнения в современных печатных машинах. Она разработала новую серию валиков, получивших название Werodamp LT. Поверхность этих валиков обрабатывается по запатентованной технологии LotoTec. Причем это не просто новое покрытие валиков, это действительно новая технология, на которую разработчиков натолкнула сама природа. Имеется в виду так называемый «эффект лотоса» — отсюда название LotoTec. Ведь вода не смачивает листья этого цветка, а образует шарики, которые легко скатываются с поверхности листа. Тот же эффект использован для специальной обработки поверхности валиков, что позволило обеспечить пользователям целый ряд преимуществ.
Что же такое технология LotoTec?

Запатентованная поверхность валиков основана на базе фторкаучука (FKM). Этот материал отличается тремя основным свойствами, существенно изменяющими функциональность и свойства эластомеров — традиционного покрытия обрезиненных валиков. Первым из них является тот факт, что фторкаучук имеет экстремально малое поверхностное натяжение (и, как следствие, очень низкую смачиваемость). Покрытые фторкаучуком валики имеют такую же смачивающую способность, которую можно сравнить с популярной поверхностью из тефлона. Вторым важным свойством является то, что фторкаучук принадлежит к группе высокопродуктивных полимеров.

Благодаря этому химическая стойкость, сопротивление воздействию окислителей и старению, а также механическая, деформационная и тепловая стойкость валиков LotoTec существенно выше, чем у традиционных материалов. Еще одним преимуществом является шероховатость поверхности валиков, которая многократно ниже, чем шероховатость поверхности у традиционно шлифованных валиков. В сущности, используется уже функционирующий валик, на поверхность которого наносится, как при лакировании, покрытие LotoTec в жидком виде. В результате последующей сушки, полимеризации и механической обработки получается зеркально гладкая, блестящая поверхность валика.
Эти три свойства — гидрофобность, химическая устойчивость и тончайшая полировка — весьма существенно влияют на процесс офсетной печати. Иногда по отдельности, иногда в паре или все одновременно, как будет описано дальше. Поверхность валика LotoTec делает процесс печати более эффективным и стабильным. Данные свойства новых валиков также немаловажны в области гигиены труда и экологических требований, так как позволяют сократить расход органических растворителей и летучих органических веществ (VOC).

Валики LotoTec используются в качестве дукторных, дозирующих валиков в системе увлажнения. Но… увлажнение и гидрофобный валик с похожей на тефлон поверхностью?! И это после многократных разъяснений, что дукторный или увлажняющий валик должен быть гидрофильным и отличаться хорошей способностью переносить увлажняющий раствор?! Здесь что-то не так. Это необходимо переосмыслить...

Прежде чем начать объяснение, почему можно опрокинуть «с ног на голову» все ранее существовавшие теории о переносе увлажняющего раствора, следует сначала разъяснить первопричины и отчасти также горький опыт производителей печатного оборудо вания, который способствовал разработке и применению в увлажнении валиков LotoTec.

Как уже говорилось, одна из задач качественного и равномерного наката увлажнения — отсутствие «неспокойного поведения» пленки. Вот для этого и нужна несмачивающаяся поверхность валиков. Это достигается благодаря очень низкой поверхностной энергии валика (17 x 10-3 Н/м). Этой энергии достаточно для переноса небольшого слоя воды при вращении на определенной скорости, но недостаточно для того, чтобы «затянуть» увлажняющий раствор в зону контакта между валами. Ему просто не удается преодолеть давление (около 500 Н/м) между поверхностями валиков и транспортировать увлажняющий раствор внутрь зоны соприкосновения. Таким образом, валик LotoTec покидает зону контакта практически в сухом состоянии. Воду, которая переносится благодаря зоне соприкосновения, гидрофобная поверхность валика LotoTec отталкивает, и в работу вступает гидрофильный хромированный или керамический валик. То есть валик LotoTec в зону соприкосновения ничего не приносит и, логически, из этой зоны ничего не уносит. А благодаря еще и своей повышенной гладкост, переданный им слой воды является очень гладким. Таким образом, удается побороть «неровность» пленки увлажняющего раствора на форме. Она не содержит шероховатости передающего валик, и, что самое главное, никакой структуры, возникающей в результате передачи увлажняющего раствора между поверхностями со сходным поверхностным натяжением. Передача увлажняющего раствора обычными валиками обеспечивается как раз за счет гидрофильности (прилипания раствора к поверхности валика, и всегда связана с потребностью в энергиях передачи, главной из которых является поверхностная энергия. По сути, это означает, что если сама энергия будет меняться, то будет меняться и передача увлажнения. Наиболее широко известной проблемой подобного происхождения является так называемый сording effeсt, когда при фиксированных установках машины подача увлажнения самопроизвольно меняется. Увлажнение на валах распределяется неравномерно по ширине, что приводит к неравномерному его накату на форму. Этот эффект возникает при высоких скоростях печати и является следствием «борьбы» двух гидрофильных поверхностей валиков за переносимую воду. В процессе печати возникает множество факторов, влияющих на изменение поверхностной энергии валиков и формы: изменение температуры, неравномерный накат краски, накопление краски на увлажняющих валиках, внутреннее напряжение в силу неравномерности давления в зоне контакта и т.д. Так что применение гидрофобного увлажняющего валика эту проблему решает автоматически. В результате качество увлажняющей пленки радикально повышается. Компания Westland всегда подчеркивала тот факт, что функциональность увлажняющих валиков следует оценивать в зависимости не от количества транспортируемого увлажняющего раствора, а от качества созданной ими увлажняющей пленки. Здесь и проявляются все преимущества гидрофобной и гладкой поверхности дукторного валика LotoTec. Никакого насильственного разделения слоя увлажняющего раствора, никаких разделяющих структур. Никаких шероховатостей на поверхности — никаких «шероховатостей» водяного слоя! Улучшение на порядок — по сравнению с известными ранее валиками. Получается, что увлажнение и подается из «корыта» в спокойном состоянии и так же накатывается на форму — почти идеальное увлажнение.

Дополнительные преимущества
Использование гидрофобных валиков с тефлонообразным покрытием на самом деле может обеспечить типографии и другие существенные преимущества, причем как технологического, так и эксплуатационного характера. Например:
 Легкое очищение валиков. Одним из важных свойств «тефлонового» покрытия является возможность упрощенной очистки. Все увлажняющие валики (некоторые чаще, другие реже) приходится чистить. А минимизация затрат на время такой чистки (здесь можно провести параллель с популярностью тефлоновых сковородок на кухне) — еще один аргумент в поддержку использования валиков LotoTec. Безусловно, немаловажно: отнимет процесс очищения секунды или минуты. Вряд ли в мире найдется такой печатник, который считает очистку валиков приоритетом в своей работе. Радикально сокращаются простои (прежде всего у многокрасочных печатных машин) и существенно снижаются расходы моющих средств. Совершенно лишними становятся часто используемые в данной отрасли сильно летучие моющие средства, которые вредны как для человека, так и для окружающей среды.

 Бесспиртовая печать. Эта тема экологии, возможно, в России пока не так актуальна, но списывать ее со счетов не имеет смысла. Тем более, что с использованием новых валиков возможность бесспиртовой печати достается в качестве «бесплатного приложения». Благодаря очень тонкой и гладкой пленке увлажняющего раствора, которую доставляет этот валик, появилась возможность выходить из ситуаций, в которых снижение изопропилового спирта ранее было безуспешным. Изопропиловый спирт используется в увлажнении в том числе для того, чтобы снизить поверхностное натяжение воды и дать возможность получить более тонкую пленку увлажнения на форме. Валы LotoTec справляются с этим сами, существенно облегчая переход на бесспиртовую печать.

• Более высокое качество печати. В лаборатории компании Westland было объективно измерено количество воды, необходимое для смачивания печатной формы. Измерялось количество увлажнения, которое понадобится для того, чтобы очистить пробельные элементы формы, полностью закатанные краской. Валик WeroAqua (предыдущее поколение увлажняющих валиков Westland) очистил печатную форму использовав 19 мл раствора (измерялось на 100 мм ширины формы и на протяжении 10 мин) Валик LotoTec очистил пробную форму с 14 мл, то есть израсходовал на 25% меньше увлажняющего раствора. Это значит, что водная пленка, которую создает валик LotoTec, является более эффективной и позволяет достичь такого же результата с меньшим количеством увлажняющего раствора. Причем следует помнить, что это сравнение с лучшим валиком! С другими валиками разница будет еще больше. Чем меньше воды понадобится на смачивание пробельных элементов печатной формы, тем меньше воды эмульгирует в краску. Печатная эмульсия с меньшей долей воды остается более «сухой», печать — более стабильна, устойчива и без шаблонирования, более безопасна и без избыточного эмульгирования и миграции краски в увлажняющий аппарат. Печатная краска быстрее высыхает, является более блестящей, а «окно» для правильной настройки печати — шире.

■ Долговечность красочного аппарата.
Чем меньше воды попадет в красочный аппарат, тем меньше воздействие на валики органических соединений, содержащихся в увлажнении, которые остаются на их поверхности. В результате такого «загрязнения» валики красочного аппарата становятся более смачиваемыми, засоряется их поверхность и сокращается срок службы (известный эффект «глазирования» валов). Таким образом, заменив всего один валик увлажнения (имеется в виду дукторный вал увлажнения), можно уменьшить количество подаваемой воды и увеличить срок службы всех валиков красочного аппарата.

С самого появления офсетной печати печатники говорили: «Краска и вода? Это не реально!» Однако это работает. Но вода необходима только на одном технологическом этапе: препятствовать закатыванию краской пробельных элементов формы. Во всех остальных областях офсетной печати вода оказывает негативное влияние и создает нестабильность в процессе печати. Зеркальная поверхность гидрофобного, похожего на тефлон, валика на месте дукторного или дозирующего вала в системах увлажнения противоречит всему, что было ранее придумано, написано и сделано по данной теме. Поверхность любого ранее используемого валика была отшлифованной с большей или меньшей шероховатостью. Поверхность всех ранее используемых валиков была более или менее гидрофильной и смачиваемой водой. Эти обстоятельства являются классическим примером разрушения предрассудков: «Не существует других валиков, и процесс печати может действовать только при помощи этих шероховатых, гидрофильных валиков». Однако LotoTec имеет свойства, которых раньше у других валиков просто не было. И как оказалось — процесс печати стал с ними более качественным и стабильным.

Более того, своего рода «признанием» этой технологии может стать тот факт, что теперь дукторные или дозирующие валы LotoTec устанавливаются штатно на машины XL 105 и CD 102 компании Heidelberg прямо на заводе. Но даром ничто не дается, и, пожалуй, единственным недостатком представленных валиков LotoTec является цена, которая значительно выше, чем у стандартных валиков. Однако, если принять во внимание все их преимущества, а также более продолжительный срок их службы, то инвестиция оказывается незначительной, в особенности в контексте других затрат.

Автор: Владимир Штаб