Сушка испарением

Печатная краска состоит из нескольких компонентов, включая растворители, высыхание которых достигается за счет испарения. При этом происходят следующие процессы:

• перевод жидкости (растворителя) в газообразное состояние;
• смешивание образовавшегося газа с окружающим воздухом.

Независимо от вида источника тепла, с учетом экономичности и необходимости бережного отношения к обрабатываемому продукту при сушке, следует подавать по возможности ровно столько тепла, сколько его требуется для нормального протекания процесса. Данное правило очень важно для построения сушильных устройств печатных машин, так как запечатываемый материал из-за таких факторов, как приводка красок, изменение вязко-эластичных его свойств и образования волнистости, должен как можно меньше нагреваться. При сушке печатной краски растворитель улетучивается вследствие испарения. При этом перенос тепла и вещества, которое находится в пограничном слое у поверхности печатной краски, определяет процесс сушки. Основными факторами скорости сушки являются поверхностная температура и скорость движения воздуха вдоль поверхности запечатываемого материала, а также перепад парциального давления. Сушка вследствие испарения происходит быстрее при дополнительной принудительной конвекции воздуха при транспортировке материала. Таким образом, нагрев источником тепла или горячим воздухом связан с перемещением оттиска. Для варианта глубокой печати на слайде 4 показан пример отражательно-лучевого сушильного устройства для односторонней сушки. Оно оптимизировано с точки зрения аэродинамических характеристик. Такого рода сушильные устройства применяются для сушки красок с летучими растворителями, которые используются преимущественно в глубокой и флексографской печати. Выделяемые пары растворителя абсорбируются на активированном угле в специальных устройствах регенерации. Приведенный на слайде 5 Supersorbon включает следующие этапы регенерации растворителя:

• абсорбция.

Содержащий пары растворителя воздух собирается в местах испарения (например, в отражательно-лучевом сушильном устройстве для односторонней сушки машины глубокой печати), откачивается вентилятором и пропускается через один или несколько абсорберов, наполненных активированным углем, снизу вверх. Тем самым растворитель сорбируется на активированном угле. Чистый воздух выходит наружу.

• регенерация (десорбция).

Регенерация угля происходит под воздействием обратного тока водяного пара. При этом уголь нагревается примерно до 100 С; и растворители испаряются. Они пропускаются через воду, осаждаются в ней и могут, будучи отделенными от воды, использоваться вновь.

Устройство горячей сушки (Heatset)

В рулонных офсетных машинах в отличие от машин глубокой печати применяются краски, содержащие большую часть высококипящих минеральных масел. Низкокипящие масла не применяются, так как краски на их основе сохнут, находясь еще на валиках в красочном аппарате. В рулонном офсете применяются краски Heatset, содержащие от 20 до 40% высококипящих минеральных масел. В качестве сушильных агрегатов в этих офсетных машинах используются так называемые «навесные сушильные устройства» (слайд 6). Внутри них горячий воздух служит для бесконтактной проводки полотна без проводящих элементов только путем направленного обдува. Навесные сушильные устройства различаются по виду обдува поверхности полотна. Их объединяет то, что во время процесса сушки полотно на высокой скорости проходит во взвешенном состоянии через сушильное устройство. Отработанный воздух попадает в камеру, где происходит сжигание примесей. Образующееся при этом тепло снова используется в сушке.

Практические проблемы

Процесс физической сушки зависит от различных параметров. Продемонстрируем это на примерах:

• сушка осложняется, когда уменьшается скорость впитывания при увеличении расхода краски и площади запечатывания;
• при использовании бумаг двукратного мелования или бумаг с большой объемной массой может произойти образование пузырьков. В связи с уплотнением поверхности относительно мала способность выделения из бумаги водяного пара. При большой подаче краски, особенно при короткой сушке, температура становится настолько высокой, что образующееся в порах давление водяного пара создает пузыри. В таких случаях нужно снижать скорость печати и температуру сушки;
• сушка зависит от скорости проводки бумажного полотна через устройство. Чем больше масса бумаги, отнесенная к единице поверхности, тем выше должна быть выбрана температура сушки. Чтобы достичь удовлетворительных результатов, бумага должна находиться в сушильном устройстве от 0,8 до 1 с. Если полотно проходит, например, со скоростью 8 м/с, то сушильное устройство должно иметь длину минимум 8 м. Сушильные агрегаты, таким образом, занимают много места. Бумага в связи с отдачей влаги может ломаться, морщиниться, на ней образуется волнистость, а это все затрудняет ее дальнейшую обработку. Поэтому в рулонных офсетных машинах целесообразно повторное увлажнение бумаги водой. Она может набрызгиваться или наноситься валиками.

Химические методы сушки

Окислительная полимеризация

В офсетной печати краски сохнут на оттиске сначала путем впитывания, а затем путем окислительной полимеризации. Окончательная сушка красочной пленки происходит путем окисления и последующей полимеризации высыхающих масел и смол. В слое печатной краски при этом происходят соответствующие процессы сшивания молекул и затвердевание, препятствующие истиранию и осыпанию, однако пленка сохраняет достаточную для пользования продуктом эластичность.

Окислительная сушка офсетных красок, которые содержат высыхающие масла, происходит без использования дополнительного воздействия путем сшивания молекул кислородом воздуха. При этом требуется, чтобы подлежащий сшиванию слой печатной краски на листе внутри выводного стапеля содержал необходимое количество кислорода.

При помощи противоотмарывающего порошка можно увеличить зазор между лежащими один на другом листами, и кислород может диффундировать между ними в краску. Дополнительную помощь при сушке в стапеле оказывает перенос противоотмарывающего порошка на оборотную сторону последующего листа, предотвращая смазывание изображения.

Окислительная сушка происходит медленно, несмотря на то что катализаторы (сиккативы), входящие в состав краски, ее ускоряют. В качестве их применяются кобальтовые или марганцевые сиккативы. Кобальтовые сиккативы проявляют поверхностное действие, т.е. процесс сушки начинается с поверхности печатной краски и продолжается медленно в глубину. Марганцевые сиккативы обладают так называемым объемным действием, т.е. работают в массе красочно- го слоя. Для обеспечения оптимального процесса сушки используется смесь этих материалов. Для каждой комбинации материал – краска применяется оптимальное содержание сиккатива. Слишком большое его количество может привести к засыханию краски на валиках красочного аппарата. Также может нарушиться передача краски на запечатываемый материал. Компоненты и параметры, влияющие на сушку:

• в составе печатной краски: пигмент, связующее, сиккатив;
• в запечатываемом материале: значение pH, состав, впитывающая способность, гигроскопичность, температура в приемном стапеле;
• в увлажняющем растворе: значение pH, содержание солей в воде, жесткость воды, содержание спиртов.

На слайде 3 показан спектр электромагнитных волн, использующийся для сушки печатных красок. ИК излучение не имеет непосредственного значения для химической (окислительной) сушки, и только повышение температуры ведет к увеличению скорости ре- акции. Напротив, УФ излучение и ионизирующее (электронное) излучение вызывают химическую сушку печатных красок путем сшивания молекул.

Ультрафиолетовая (УФ) сушка

УФ-сушка печатных красок (и лаков) основывается на радикальной полимеризации связующего. Соответствующие УФ-сушильные устройства находят применение как в рулонных, так и в листовых печатных машинах. Чтобы исключить проблемы наложения невысохших красок в последующей печатной секции, может быть предусмотрена промежуточная сушка между секциями. Во флексографской и глубокой печати в связи со свойствами печатных красок (передача и смешивание красок и пр.) сушка должна производиться после каждой секции. После последней требуется провести общую сушку, используя устройство большой мощности. При применении УФ-сушки слой краски полимеризуется после облучения в течение нескольких секунд и становится абсолютно сухим. Однако такая технология требует специальных печатных красок, которые содержат связующее совершенно другого типа, и включает дополнительно фотоинициаторы. Черная краска мешает проникновению УФ-лучей в слой краски, и эффект ее закрепления при этом методе меньше, чем при использовании цветных красок или лаков.

Обычно УФ-сушильные устройства содержат одну или несколько ртутных ламп (слайд 7). Спектр их частот лежит между 100 и 380 нм. Лампы закрывают отражательный кожух. Для всей системы необходимо оптимальное охлаждение, а также отвод и удаление образующегося озона. Так как озон быстро рекомбинирует, то через короткое время он исчезает. Устройство имеет такую конструкцию, которая не наносит вреда здоровью персонала.

Преимущества и недостатки УФ-сушки приведены на слайде 8.