С пеной по жизни

При всём внимании поставщиков оборудования к конструкции дозирующих краску систем вспенивание так никуда и не делось. Представляет ли оно проблему для заказчика печатной продукции? Вряд ли, ведь жалобы на оттиск обычно связывают со стабильностью цвета, приводкой, чёткостью краёв, проблемами со считыванием штрих-кодов и др. В статье представлены результаты тестирования красок нескольких производителей, в ходе которого отслеживалось влияние водной вспененной краски на стабильность печатаемого цвета.  

Проблема

Флексографские краски на водной основе неизбежно пенятся — просто это не всегда заметно. Время от времени вспенивание перерастает в проблемы, от которых не застрахует ни печатная машина, ни поставщик красок. Чаще оно отмечается на оборудовании с камер-ракельными системами (независимо от марки). Наличие пены означает, что краска в машине присутствует сразу в двух фазовых состояниях: у вспененной объёмный состав совсем иной, чем у «нормальной».

Основы

На образование пены влияют три фактора: состав краски; красочная система (насосы, подающие магистрали, дозирующая система); печатник. Поставщик краски способен откорректировать формулу для меньшего вспенивания. Красочная система стимулирует пенообразование при турбулентной подаче или попадании в краску воздуха. Объём пены также увеличивается при неверных действиях печатника.

Во вспенивании почти всегда виноваты все факторы: каждый должен внести свой вклад в стабилизацию состояния краски, чтобы свести к минимуму риск избыточного пенообразования.

Красочная пена — не что иное, как попавшие в краску газы. При вспенивании плотность краски резко падает. Замеры времени истечения через воронку дают завышенные показатели вязкости, но если её понизить водой, пены станет ещё больше. Не стоит измерять вязкость, когда краска вспенена — корректирующие действия не дадут нужного эффекта.

Поставщики советуют добавлять в краску пеногасители, но действуют они лишь на поверхностную пену. С равномерной вспененностью (микропеной) ни печатник, ни поставщик ничего не сделают.

О причинах вспенивания известно не так много. Считается, что его стимулируют камер-ракельные системы с позитивным ракелем, установленным навстречу движению поверхности анилокса. Возможно, воздух заносит в камеру анилоксовый вал. Ещё одна потенциальная причина — прохождение краски через систему подачи. Пока неизвестно, что за «газ» содержится в пенных пузырьках краски.

Способностью пениться обладают многие материалы. Тепло стимулирует пенообразование в пластике, превращает кукурузу в попкорн. По законам физики, при формировании пузыря с радиусом «r» в жидкости с межфазным натяжением «Y» содержащийся в нём пар находится под давлением «P», вычисляемым по формуле:

Под воздействием тепла пар высвобождается из твёрдых и жидких веществ. Твёрдая субстанция частично удерживает пузырьки пара, образуя жёсткую пену. В жидкостях они поднимаются к поверхности, где лопаются.

Часть компонентов водных флексографских красок по свойствам напоминает мыло. Процесс формирования пузырьков тщательно изучен специалистами по моющим средствам, опубликовавшими множество статей о взаимосвязи стабильности пены и межфазной энергии.

Вот несколько способов минимизировать вспенивание:

• сведите к минимуму взбалтывание краски в системе циркуляции;
• добавляйте как можно меньше воды (относится и к действиям печатника, и к остаткам воды в красочном аппарате после смывки);
• выбирайте менее склонные к вспениванию краски (без твёрдых компонентов);
• согласуйте корректировку параметров краски с печатниками и поставщиком;
• фиксируйте в производственном журнале время и особенности работы красок (это поможет правильно поступить при вспенивании, обсудить проблемы с поставщиком красок и/или разработчиком дозирующей системы).

Эксперимент

У трёх поставщиков мы запросили зелёную и чёрную краски, оговорив требования к стабильности и минимальному пенообразованию. Перед загрузкой в машину измерили плотность краски (то же сделали через 5 ч после начала каждого теста), а в ходе каждого часового теста на скорости 4000 отт./ч контролировали: цвет оттиска и бумаги спектрофотометром, плотность краски устройством Eppendorf Multipet (наполненная краской пипетка 50 мл помещалась на весы с ценой деления 0,01 г, показания весов обнулялись; краску возвращали в ёмкость, а пипетку на весы; полученное значение делили на 50, чтобы вычислить плотность краски в г/мл — эквивалент кг/дм³).

    

Поставщикам краски разрешалось корректировать её свойства (фиксировались время и количество добавок). Через равные промежутки времени фотографировалась поверхность краски в ёмкости (рис. 3).

Результаты

На графике (рис. 1) приведены результаты замеров плотности.

После попадания в красочную систему вязкость всех красок быстро падала (в наименьшей степени у чёрной краски поставщика 2). Свойства зелёной краски поставщика 2 были скорректированы добавлением минимального количества пеногасителя через 30 минут после начала теста — эффект наблюдался в течение 5 минут, но исчез к концу тестирования. Плотность чёрной краски всех видов падала меньше по сравнению с зелёной. Исходные параметры плотности восстановились через 5 ч после первоначальных замеров.

На графиках (рис. 2) выявленные при тестировании цветовые отклонения (3 поставщика краски 2-х цветов, плюс отклонения цвета бумаги) — всё в пределах прогнозируемого уровня.

Отклонения цвета для зелёной краски второго поставщика определялись цветом бумаги (в тесте использовалось два типа материалов). Поставщик 1 печатал на бумаге A (кроме первого листа), поставщик 3 на бумаге B, поставщик 2 на бумаге обоих типов.

Пена в краске присутствовала, что подтверждают замеры вязкости, но не повлияла на отпечатанные цвета. Не было отмечено и других связанных со вспениванием проблем.

Объём каждой краски был израсходован за 4 часа работы (тестирование шло в течение первого часа): каждые 30 минут добавлялся 1 дм3 свежей краски. В процессе 4-часовой печати цвет оставался стабильным (в пределах 1 DE), пенообразование также не выходило за рамки наблюдаемого при часовом тестировании трёх видов красок.

Выводы

Все предоставленные для тестирования краски пенились, но в течение часового тестирования (а также последующей 4-часовой работы с регулярным, через каждые полчаса, добавлением литра свежей краски) это не привело к значительным цветовым отклонениям. Пена в краске появлялась сразу после запуска красочных аппаратов, уровень вспенивания за время тестирования практически не менялся. Второй поставщик подтвердил временную эффективность антивспенивающих агентов. Замеры плотности краски через 5 ч после начала работы подтвердили исчезновение пены: плотность и вязкость краски практически нормализовались.

Рекомендации

1. Регулярно (каждые 30 минут) добавляйте свежую краску нужной вязкости. Оптимальный состав краски обеспечивает поставщик.
2. Замеряйте вязкость до подачи краски в красочный аппарат: в процессе печати плотность вспененной краски — не основание для внесения корректив.
3. Избегайте красок с содержанием твёрдых веществ, особенно при работе с камер-ракельными системами.
4. В системе должно находиться достаточное количество краски.
5. В системе подачи краски (магистрали, поворотные патрубки, наносы, ракельная камера) не должно быть острых краёв и углов, отрезков труб разного диаметра.
6. Преодолеть связанные со вспениванием проблемы и обеспечить стабильность цвета поможет только тесное взаимодействие печатников, поставщика краски и разработчика системы её дозирования. Нельзя заставить краску не пениться — она это может и делает.

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

---

Наши

Пеногасители (деаэраторы) — жидкости с низким поверхностным натяжением, обладающие тремя основными свойствами: нерастворимостью в среде погашения, положительными коэффициентами вхождения в среду и распространения в ней. Благодаря положительному коэффициенту вхождения, пеногаситель внедряется в оболочку пузырьков пены. Когда положителен и коэффициент распространения, агент распределяется вдоль поверхности раздела фаз. Итог — выталкивание жидкостью стабилизирующих пену поверхностно-активных веществ (ПАВ), в результате чего эластичная и устойчивая оболочка пенных пузырьков заменяется плёнкой с более низким поверхностным натяжением и пониженными силами сцепления друг с другом. Эффективность антивспенивающих жидкостей усиливается мелкодисперсными гидрофобными частицами, транспортируемыми в оболочку пузырьков пены. Частицы действуют как «инородные» тела в гидрофильной оболочке пузырьков воздуха, стабилизируя пену за счёт уменьшения сил взаимного сцепления, и адсорбируют (захватывают) молекулы ПАВ на своей поверхности, создавая условия для разрушения пузырьков пены.

Хоперский Степан (stepan@sieflex.ru ), технический специалист компании Sieflex