LotoTec® zmienia proces druku offsetowego



Stabilny proces produkcyjny drukowania i doskonała jakość druku
 

LotoTec® to opatentowany system pokrywania powierzchni walców mechanicznych i elastomerowych w zespole farbowym i zwilżającym. Cienka powłoka na bazie polimerów fluorowych zapewnia elastyczność oraz właściwości dynamiczne walców z powłoką elastomerową, ma analogiczną grubość, a dodatkowo gwarantuje niepowtarzalne parametry dla procesu drukowania: wyjątkową wytrzymałość i bierność chemiczną, jak również niskie napięcie powierzchniowe i lustrzaną gładkość powierzchni.


                                                   Farba i roztwór nawilżający

Doświadczeni drukarze wiedzą, że „proces 'mokrego offsetu' to technologia pośredniego druku płaskiego, w której farba z formy drukowej jest przenoszona przez cylinder z obciągiem gumowym na podłoże“. Powierzchnie zadrukowane oraz niezadrukowane są od siebie w tym procesie oddzielane przez odmienne zwilżenie odpowiednich miejsc odwzorowania formy drukarskiej. Forma ta jest barwiona precyzyjnie rozprowadzoną mieszanką farby i roztworu zwilżającego, tak zwaną emulsją. Roztwór zwilżający pokrywa części niedrukujące, następnie składniki farby są nanoszone na fragmenty formy drukowej, na których nie ma roztworu zwilżającego.

Z uwagi na fakt, że nawet minimalne odchylenia od równowagi pomiędzy farbą, a roztworem zwilżającym mogą mieć znaczny wpływ na proces drukowania (utrudnione nawilżanie, tonowanie, natryskiwanie) najważniejszym celem jest jak najszybsze osiągnięcie tej równowagi i zachowanie jak najwyższej jej stabilności.
 
 

„Chleb codzienny drukarza“
 

„Farba się kończy!“. Ten fenomen jest na porządku dziennym w pracy każdego drukarza – stanowi początek nieprzerwanego obiegu. Zaburzona została decydująca równowaga pomiędzy ilością farby, a roztworem zwilżającym. Potocznie za dużo „wody” – zbyt mało farby. Aby zwiększyć gęstość farby, zwiększa się teraz proporcje farby względem roztworu zwilżającego. Podając więcej farby z zespołu farbowego na formę drukową, spada ilość roztworu zwilżającego na formie drukowej, a jednocześnie zmniejsza się parowanie dyfuzyjne roztworu zwilżającego. Z uwagi na pochłanianie mniejszej ilości ciepła parowania z zespołu farbowego wzrasta temperatura. Dochodzi do nasilenia parowania dyfuzyjnego roztworu zwilżającego, a tym samym zmniejszenia jego ilości. Wynikiem tego procesu jest „tonowanie“. Potocznie za dużo farby, za mało „wody”. W celu zmniejszenia gęstości redukuje się ilość farby w stosunku do roztworu zwilżającego. Ponieważ w tym momencie z zespołu farbowego transportowana jest na papier mniejsza ilość farby, wzrasta ilość roztworu zwilżającego na formie drukowej. Więcej roztworu zwilżającego, zwiększone ulatnianie się. Zmniejszające się ciepło parowania prowadzi do spadku temperatury w zespole farbowym. Redukcja temperatury zespołu farbowego pociąga za sobą z kolei spadek parowania dyfuzyjnego roztworu zwilżającego. Ilość roztworu zwilżającego na formie drukowej wzrasta. Gdy gęstość farby spada, drukarz znowu dochodzi do wniosku: Za dużo „wody”, zbyt mało farby, czyli „Farba się kończy!“.
 
 

Baza: woda


Woda, najbardziej ekologiczny rozpuszczalnik świata ma – jako główny składnik roztworu zwilżającego – decydujący wpływ na stabilność procesu druku offsetowego. Wiedział o tym niegdysiejszy mistrz drukarski, formułując zasadę: „WODY tylko tyle, ile jest niezbędne, jak najmniej!“

Dążenie do zwilżenia formy drukowej przy użyciu jak najmniejszej ilości roztworu zwilżającego, a jednocześnie uzyskania możliwie równomiernej jego dystrybucji, pozwala na trwałe polepszenie procesu druku przez optymalizację zespołu nawilżającego.

 
 

Zjawisko powstawania pasków warunkowane technologią druku – tzw. „cording“ w mokrym offsecie


Sztruks to nazwa tkaniny o wzdłużnych prążkach i strukturze zbliżonej do aksamitu. Dał on nazwę „paskom wzdłużnym“, czyli strukturze, jaką może przybierać film roztworu zwilżającego w szczelinie wylotowej (tzw. NIP) pomiędzy walcem elastomerowym, a duktorem nawilżającym. Paski wodne mogą się powielać w trakcie druku i prowadzić do powstawania na całej powierzchni jasnych i ciemnych pasów i w rastrze. W efekcie cały nakład można wyrzucić na makulaturę.

Zjawisko to jest skomplikowanym procesem. Istotny wpływ mają tutaj czynniki takie jak: napięcie powierzchniowe, lepkość, gęstość oraz temperatura płynu, gęstość filmu wychodzącego ze strefy NIP oraz same walce, a przede wszystkim ich prędkość.

Przy niewielkiej prędkości film roztworu zwilżającego jest przy wyjściu ze strefy kontaktu wałków dzielony precyzyjnie na pół. Jedna połowa spływa po walcu brodzącym z powrotem do kałamarza wodnego, druga zaś jest transportowania na walcu chromowym lub mechanicznym w celu zwilżenia formy drukowej. Przy niewielkiej prędkości walców film roztworu zwilżającego będzie miał wystarczająco dużo czasu, aby przepłynąć i utworzyć dwa filmy, wykazujące minimalną chropowatość, dobry stopień gładkości oraz odznaczające się możliwie niewielką powierzchnią.

Przy wyższych prędkościach warunki są już znacznie mniej korzystne. We wlocie strefy kontaktu wałków układu nawilżającego, ciśnienie płynu znacznie wzrasta, dochodzi do ściskania, odciągania i cofania się płynu. Przed najwęższym geometrycznie miejscem strefy kontaktu NIP wytwarza się maksymalne ciśnienie, bezpośrednio za środkiem kontaktu NIP ciśnienie spada do zera, a na wylocie powstaje podciśnienie. Na odcinku prowadzącym od nadciśnienia do podciśnienia tworzy się stożek przepływu, w którym maksymalna prędkość przepływu w środku filmu roztworu zwilżającego znacznie przekracza prędkość na powierzchni walców. To właśnie stożek przepływu odpowiada za progresywny, a nie linearny wzrost ilości roztworu nawilżającego przechodzącego przez NIP w miarę wzrostu prędkości.

„Cording“ jest więc zjawiskiem związanym z odmienną dystrybucją filmu „wodnego” od prędkości. Powstaje on w wyniku „konkurowania“ pomiędzy powierzchniami dwóch walców o przechodzący między nimi film „wodny”. Warunkiem jest tu zasadniczo wysokie powinowactwo wody z powierzchniami, po których przepływa. Aby proces ten zaszedł, walce muszą wykazywać odpowiednią zwilżalność, czyli hydrofilię. Jeżeli ten elementarny warunek jest spełniony, można zapobiec powstawaniu efektu „cordingu“.
 

                                                   Nierównomierny, pierścieniowy przyrost duktorów 


Od wielu lat drukarze z najróżniejszych branż zajmuje jeden temat: nierównomierny, pierścieniowy przyrost powłok duktorów. Z uwagi na wzajemne oddziaływania chemiczne oraz cofanie się farby do zespołu nawilżającego dochodzi do spontanicznego, częściowego zwiększania się objętości elastomerowych powłok duktorów.

Miejscowe spęcznienia powodują zakłócenia dystrybucji filmu roztworu zwilżającego. Zbyt małe zwilżenie nasila spływanie farby i tworzenie się promieniowych uszkodzeń, tak zwanych „pierścieni promieniowych“. Reakcja łańcuchowa prowadzi w efekcie do awarii walca zwilżającego.



Jak rozpoczęła się historia LotoTec®?


Firma Westland prowadzi od roku 1998 liczne badania dotyczące następujących tematów:

  • optymalizacja metalowych i elastomerowych walców w zespołach farbowych przez zmniejszenie napięcia powierzchniowego,
  • opracowanie powłoki przeznaczonej do pokrywania metalowych i elastomerowych powierzchni walców.

Technologia produkcji została zgłoszona dn. 10.11.2005 r. w Niemieckim Urzędzie Patentowym. Z uwagi na fakt, że powierzchnia generuje zjawisko podobne do efektu lotosu – samooczyszczania się liścia lotosu przez tworzenie na jego powierzchni perełek wody – wynalazek otrzymał nazwę LotoTec®.

Bazę tego rodzaju powłoki powierzchniowej stanowi elastomer fluorowy (FKM/FPM). Jest to wysoko przetworzony polimer, nanoszony w fazie bazującej na wodzie na powłokę elastomerową walca. Po połączeniu tych dwóch warstw w drodze wulkanizacji powstaje elastyczna, funkcjonalna powłoka o przełomowych właściwościach:


Wysoka odporność i bierność chemiczna
 


Kauczuk fluorowy, FPM (wg DIN/ISO) / FKM (wg ASTM) to wysoko przetworzony polimer odznaczający się:

  • najwyższą odpornością na oleje,
  • najwyższą odpornością na utlenianie,
  • najwyższą odpornością na temperaturę.

Doskonała odporność chemiczna powłoki zapobiega tworzeniu pierścieni promieniowych, gdyż nie dochodzi do wzajemnych reakcji chemicznych.


Powierzchnia hydrofobowa


Na powierzchni LotoTec® zmierzono następujące kąty zwilżania:

  • Woda (H2O) > 100°.

Dijodometan jest stosowany przy pomiarze kąta zwilżania jako płyn referencyjny, gdyż jako ciecz z zasady niepolarna wykazuje stosunkowo wysokie napięcie powierzchniowe, co ułatwia pomiar kąta zwilżania.

  • Dijodometan (CH2I2) > 60°.

Powłoka LotoTec® może zostać zatem uznana za „hydrofobową“, gdyż jej kąt zwilżania względem wody jest większy od 90°.

Napięcie powierzchniowe powłoki LotoTec® jest porównywalne z napięciem politetrafluoroetylenu (PTFE):

  • Woda w temperaturze 20°C (H2O) 73 mN/m,
  • Politetrafluoroetylen (PTFE) 18 mN/m,
  • Powłoka LotoTec® 20 mN/m.



Bardzo niewielka chropowatość powierzchni 


Ponieważ powłoka nanoszona jest w fazie płynnej (metodą natryskową), pokrywa i eliminuje wszelkie nierówności. Daje to lustrzano-gładką powierzchnię o bardzo niskiej chropowatości, wynoszącej Ra < 1 µm. Pozwala to na bardzo precyzyjny transport roztworu zwilżającego, stale na tym samym poziomie oraz łatwe czyszczenie walca.


Rezygnacja z hydrofilowych walców dozujących i nawilżających
 

 

 

 

 

 

Powłoka LotoTec® pozwoliła na imponujące ulepszenie sprawdzonej jakości walców nawilżających WERODAMP. Są one teraz dostępne w sprzedaży pod nazwą WERODAMP®-LT.

Nie do przeoczenia jest istotna różnica pomiędzy sposobem transportu roztworu zwilżającego na klasycznym duktorze wodnym oraz nowym walcu z powłoką Lototec®. Na powierzchni nowych walców przenoszone jest o wiele mniej wody, niż na standardowych walcach zwilżających, jednak dzięki znacznie większej gładkości filmu wodnego forma drukowa uzyskuje wystarczającą sprawność przy użyciu mniejszej ilości wody. A to oznacza jedno: „Mniej wody na formie drukowej – szybsze uzyskanie równowagi farba – roztwór zwilżający“.

Ponieważ napięcie powierzchniowe duktorów wodnych WERODAMP®-LT, wynoszące 20 mN/m, przekłada się na siłę kompresji hydrofilowego walca duktorowego rzędu 50.000 mN/m, na hydrofobowej powierzchni powłoki LotoTec® nie dochodzi do rozszczepienia filmu wodnego.

Zgodnie z powyższym modelem na powierzchni LotoTec® nie powinny pojawiać się paski, wynikające z efektu „cordingu“. Jednak przy bardzo wysokich prędkościach drukowania wilgoć jest usuwana z powierzchni zbyt wolno i nie w całości. Dlatego pomimo niewielkiego napięcia powierzchniowego możemy spotkać się tutaj z efektem pasków warunkowanych technologią druku.

Pomimo to należy pamiętać, że walec nawilżający WERODAMP®-LT wykazuje najlepszą charakterystykę na rynku, jeżeli chodzi o efekt „cordingu“. Spośród wszystkich systemów poddawanych badaniom w przypadku tego walca „cording“ powstaje najpóźniej i ma niezwykle filigranową strukturę, niemającą niemal żadnego wpływu na jakość wydruku.


Druk bez IPA


Doświadczeni drukarze wiedzą, że izopropanol (w skrócie IPA), używany w charakterze nawilżacza w roztworze zwilżającym, zwiększa bilans wodny na formie drukowej, a tym samym podwyższa standardowe zapotrzebowanie. IPA bowiem, w szczególności w przypadku wody o wysokim stopniu twardości, obniża rozpuszczalność soli wapniowych i przyczynia się do szybszego zużycia powłoki walców. Kwestią decydującą jest tutaj fakt, że IPA odpowiada za wahania temperatury w zespole farbowym, które powodują podniesienie poziomu temperatur.

„Gorący temat!“. Im więcej roztworu zwilżającego znajduje się w farbie drukarskiej, tym wyższa lepkość farby oraz temperatura wytworzona przy „ścinaniu“. Ponieważ równowagi pomiędzy ilością farby, a roztworem zwilżającym nie da się osiągnąć bez zapewnienia określonej temperatury zespołu farbowego, redukcja nawilżacza, jakim jest izopropanol, stanowi nadrzędny cel na drodze do uzyskania stabilnej, ciągłej jakości procesu druku.


Pozytywne efekty uboczne


IPA wykazuje wysoki współczynnik parowania. Aby zapobiec temu zjawisku chłodzi się środek zwilżający, zużywając przy tym sporo energii. W przypadku drukowania bez IPA nakłady te są w znacznym stopniu zredukowane, co przyczynia się do sporych oszczędności energetycznych. A poza tym – niejako przy okazji – redukowana jest emisja lotnych związków organicznych (tzw. VOC). Czyli jednocześnie spełniane są wymogi dyrektywy 1999/13/WE.


Minimalizacja bilansu wodnego – druk bez IPA
 

 

 

 

 

 


 

Aby rozpoznać istotę koncepcji, przyjrzyjmy się najpierw podstawowemu wyposażeniu zespołu farbowego. W jego skład wchodzą:

  • Miękkie walce farbowe i zwilżające z oszlifowaną, a tym samym chropowatą powierzchnią. W konwencjonalnym procesie druku są one wykonane zazwyczaj z kauczuku nitrylowego (w skrócie NBR).
  • Twarde walce rozcierające z powłoką z poliamidu 11 (Rilsan®).

Wymienione tutaj powłoki walców mają jedną cechę wspólną: silne oddziaływania wzajemne z wodą i innymi substancjami polarnymi, co powoduje, że łatwo przyłączają wodę (są hydrofilowe). Poliamid stosowany w charakterze powłoki walców rozcierających bardzo łatwo reaguje z wilgocią otaczającego go powietrza, na przemian pobierając i oddając wodę.

W porach walców mogą się odkładać najróżniejsze pigmenty. Tusze pigmentowe uwalniają się stopniowo, z czym związana jest konieczność żmudnego czyszczenia. Węglan wapnia, który również może się odkładać na powierzchniach, w wielu przypadkach prowadzi do hydrofilizacji powierzchni walców nie pozwalając na prawidłowy transport farby (charakterystyczny błyszczący nalot na walcach). W ten sposób zwiększa się ryzyko zużycia powłoki walców.


Rozwiązanie w zespole farbowym: LotoTec®


Teraz już wiadomo, że do stabilnego procesu mokrego offsetu potrzebne są walce farbowe, spełniające poniższe kryteria:

  • Hydrofobowa powierzchnia:
    Im mniejszy udział roztworu zwilżającego w zespole farbowym, tym łatwiej i szybciej uzyskana zostanie równowaga między ilością farby i „wody”. Standardowe zapotrzebowanie i ilość wybrakowanych wydruków znacznie się zmniejsza, a jakość farby jest stabilniejsza.
  • Niewielka chropowatość powierzchni:
    Walec taki wytwarza film farby lub roztworu zwilżającego o wysokiej gładkości, nawilżając formę drukową znacznie równomierniej, niż walec szlifowany, o chropowatej powierzchni. Tu obowiązuje zasada: nie ma chropowatości – nie ma niepotrzebnych struktur na wydruku.

To właśnie te wyjątkowe właściwości produktu pozwalają na znaczne obniżenie bilansu wodnego w zespole farbowym. Równowaga pomiędzy farbą, a roztworem zwilżającym szybko się pojawia i jest utrzymywana na stałym poziomie, zaś sprawność formy drukowej uzyskuje się przy użyciu o 25% mniejszej ilości roztworu zwilżającego. W ten sposób w bezalkoholowym procesie mokrego offsetu uzyskiwana jest o wiele wyższa stabilność, niż w procesie druku z użyciem konwencjonalnego IPA.

Kolejnym efektem ubocznym o dużym znaczeniu jest fakt, że technologia LotoTec® uszczelnia powlekaną powierzchnię walca. W wyniku tego procesu powierzchnia nie wchłania resztek farby i pigmentów. Wynikiem jest znaczne zredukowanie czasu przyrządu maszyny przy zmianie farby oraz ochrona przed hydrofilacją w warunkach obecności kompleksów wapniowych i krzemowych. Mniej usterek, wyższa sprawność maszyny, mniejsze zużycie płynów myjących (czyszczących).

W praktyce oznacza to, że po zmianie farby Panton, kolor niebieski odbity na kolor żółty procesowy, różnica między tymi dwoma kolorami (Delta E) znajduje się w prawidłowym zakresie już po wydrukowaniu 50 arkuszy. Nie zrozumiałe!!!


Doskonała jakość druku – stabilny proces produkcyjny


Walce z uszczelnioną powłoką wykazują w ciągu całego okresu użytkowania niespotykaną do tej pory stabilność rozmiarów i kształtu, co pozwala na osiągnięcie dodatkowych, decydujących właściwości produktu:

  • nie starzeją się,
  • nie spada ich twardość Shore'a,
  • nie twardnieją w trakcie użytkowania.

Z uwagi na fakt, że nie jest konieczna żmudna regulacja walców w trakcie ich użytkowania, do ustawienia walców można zastosować metodę Kiss (zetknięcie). Rozwiązanie to oferuje niezaprzeczalne korzyści: niewielkie siły przy podziale farby pozwalają na uniknięcie powstawania smug kanałowych spowodowanych uderzeniami walców, jak również podwójnego odbicia (efektu ghosting).



Produkt przyszłości


Innowacyjna generacja walców z powłoką LotoTec® została zaprojektowana pod kątem skomplikowanych procesów druku. W czasach nadmiernych zdolności produkcyjnych i spadających nakładów stabilny wydruk produkcyjny, wysoka sprawność maszyny oraz redukcja czasu przyrządu, wciąż zyskują na znaczeniu. System LotoTec® stwarza użytkownikowi idealne warunki dla zapewnienia wysokiej jakości druku. Znaczne zredukowanie użycia płynów myjących, czyli rozpuszczalników organicznych oraz lotnych związków VOC, pozwala przy okazji na spełnienie stawianych w dzisiejszych czasach wymogów BHP na stanowisku pracy oraz ochrony środowiska.