CC BY
86
time of transfer ink from the anilox roll to plate. Determine the kinetics of spreading ink on the surface ofplate. Examined the driving factors influencing the process of spreading.
Key words: transfer ink, UV ink, flexographic printing, roughness, spreading.
Moginov Rostislav Grigorevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State University of Printing Arts named Ivan Fedorov
УДК 620.1-035.47
ПРОНИЦАЕМОСТЬ УПАКОВОЧНЫХ КАРТОНОВ ПО ПАРАМ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
А.Ф. Бенда, Л.Ю. Комарова, П.Ф. Поташников
Хроматографическим методом исследована проницаемость многослойных картонов с односторонней и двухсторонней отделкой поверхности в виде мелованного покрытия по парам органических растворителей различной полярности. По преобразованным «обратным» изотермам адсорбции определены максимальные величины сорбции и удельные характеристики внутренних поверхностей пор, занятых растворителем.
Ключевые слова: проницаемость, упаковочный картон, мелованное покрытие, сорбционная способность, изотерма адсорбции, поверхность пор.
Упаковочные материалы занимают важное место в жизни современного общества. Качественная упаковка «продает» товар, выполняя информационную, художественную и сохранную функции. Среди всех видов упаковки наиболее востребованы упаковочные бумаги и картоны на основе растительных волокон, что объясняется экологическими и экономическими причинами. В тоже время огромное разнообразие предлагаемых материалов зачастую делает затруднительным оптимальный выбор упаковочных материалов.
В зависимости от своего назначения бумага и картон должны обладать определенным набором потребительских и технологических свойств, которые зависят от физической структуры, химического состава, толщины, степени отделки материала. Перечисленные факторы по своей совокупности определяют физико-химические свойства материала, среди которых важное место занимают сорбционные свойства. Последние являются определяющими для оценки таких характеристик как газо- и паропроницае-мость.
В данной работе исследовалась паропроницаемость многослойных картонов с односторонней (картон №1 - марки Нева-300 и картон №3 -марки А^ка-300) и двухсторонней (картон №2 - марки Simwhite-290) отделкой поверхности в виде мелованного покрытия
Оценка паропроницаемости картонов проводилась с использованием различных по своей полярности органических растворителей, таких как бутилацетат (БТ), этанол (ЭТ) и циклогексан (ЦГ).
Для оценки паропроницаемости использовалась специальная проточная ячейка, в которую помещалась емкость с растворителем, и подавался постоянный фиксируемый воздушный поток. Концентрация паров растворителя в воздухе после ячейки определялась на хроматографе с использованием детектора по теплопроводности. Контролировалась динамика нарастания концентрации и её равновесное значение.
Конструкция ячейки позволяла проводить исследование изменения концентрации паров растворителя как непосредственно в потоке, проходящем над емкостью с растворителем, так и над этой же емкостью, но закрытой образцом картона. В первом случае фиксировали величину сигнала детектора (цА), соответствующего максимально достигаемой концентрации паров в воздухе (Спред), а также оценивали концентрацию паров по убыли растворителя за определенное время. Во втором варианте фиксировали снижение концентрации паров в воздухе (АС=Спред-Спред.м-ла) за счет обратимой сорбции паров растворителя на основных компонентах, входящих в состав слоев картона.
Результаты исследования по описанной методике на примере бу-тилацетата без материала и в случае миграции через картон №1 представлены на рис. 1.
ца
Т. С
Рис. 1. Динамика испарения бутилацетата (БТ) в воздушный поток
и через картон №1
Анализ величины АС (см. рис. 1) позволяет оценить количественно степень сорбции паров растворителя на исследуемом образце.
43
Подобная экспериментальная работа проведена со всеми растворителями на всех трех картонах. Полученные результаты представлены на общем графике (рис. 2).
Рис. 2. Характеристики динамики проницаемости паров растворителей через картоны № 1-3
Из результатов, проиллюстрированных графиками на рис. 2, можно заключить, что проницаемость паров для каждого растворителя через картоны № 1-3 различается по уровню, но при этом равновесные значения достигаются примерно за одно и то же время.
Сравнивая паропроницаемость по этанолу и циклогексану между картонами, видим, что на картонах, имеющих одностороннее мелованное покрытие (картон №1 и №3), наблюдается большая миграция паров, чем на картоне №2, имеющем мелованное покрытие с обеих сторон. Повышенные сорбционные свойства картона №2 можно объяснить большим содержанием наполнителя, в качестве которого чаще всего используют высокодисперсный углекислый кальций. Вероятно, он принимает активное участие в сорбционных процессах, и чем его больше, тем больше указанных растворителей оно адсорбирует.
Паропроницаемость же бутилацетата для всех трех картонов практически одинаковая, то есть отделка поверхности в виде мелования слабо отразилась на его проницаемости.
Вышесказанное свидетельствует о том, что паропроницаемость зависит не только от наличия и количества мелованных покрытий у картона, но и от полярности самих растворителей и фрагментов структурных компонентов картона. Получается, что наиболее полярный из исследуемых растворителей - бутилацетат (расчетный дипольный момент D=1,9дб) -
44
обладает наименьшей паропроницаемостью и имеет практически идентичные динамики проникновения растворителя через исследованные образцы картона. Этанол, имеющий дипольный момент D=1,45дб, показал в нашем исследовании среднюю паропроницаемость, а неполярный растворитель -циклогексан ^=0) - самую высокую.
По результатам эксперимента были проведены расчёты количества поглощенного растворителя (травн) для каждого исследуемого картона. Полученные результаты представлены в табл.1.
Таблица 1
Количество поглощенного растворителя к моменту динамического равновесия
Номер образца картона Бутилацетат Циклогексан Этанол
с ^пред. м-ла, мг/л АО, мг/л И-рав^ мг с пред. м-ла, мг/л АС, мг/л Ш-рав^ мг с пред. м-ла, мг/л АС, мг/л Ш-рав^ мг
1 16,67 5,98 0,299 219,67 19,97 0,999 44,74 23,31 1,166
2 11,90 10,75 0,538 129,57 110,07 5,504 25,75 42,30 2,115
3 13,19 9,46 0,473 203,68 35,96 1,798 38,65 29,40 1,470
Приведенные в табл. 1 значения являются, по сути, характеристиками сорбционных свойств исследуемых картонов. Сравнение полученных результатов, свидетельствует о том, что наибольшую сорбционную способность проявляют образцы картона №2 с мелованным двухсторонним покрытием. Наиболее отчетливо это проявляется для неполярного цикло-гексана. Меньше всего адсорбируются пары бутилацетата.
Использованная методика, помимо конечной величины массы адсорбированного вещества, также обеспечивает получение динамики накопления этого количества. С определенной степенью «вольности» можно считать данную временную зависимость формирования параметра сорбции аналогом изотермы адсорбции и, следовательно, использовать её для расчета количественных характеристик внутренних поверхностей образцов картона, на которых реализуется равновесная сорбция паров растворителей.
Для классических высокопористых сорбентов, например, активированного угля, исследование изотерм адсорбции позволяет получать не только общую площадь сорбирующей внутренней поверхности, но и классифицировать сорбционные поверхности по размерам пор: на микро- (менее 2 нм), мезо- (от 2 до 50 нм) и макропоры (более 50 нм) [1]. Очевидно, что в случае бумажных материалов, в том числе и картона, внутреннюю структуру можно считать, по-видимому, имеющей скорее туннельный характер, по геометрическим параметрам наиболее подходящий к макропо-
45
рам классических сорбентов.
Для оценки величины сорбционной площади сорбентов, имеющих преимущественно макропористую структуру, успешно используется метод Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) [2]. Он также основан на снятии изотермы адсорбции и анализе её начального линейного участка, когда, как предполагается, на активных участках формируется мономолекулярный слой сорбируемого вещества.
К сожалению, использованная методика снятия изотермы адсорбции в данном исследовании не позволяла достаточно достоверно оценить данный участок кривой из-за высокой скорости протекающих процессов. Поэтому было сделано предположение, что динамика «освобождения» активных участков внутренней поверхности картона подобна динамике их «заполнения», и для построения необходимой зависимости использован ниспадающий участок изотермы, описывающий процесс десорбции вещества с образца. На рис. 3 изображен график преобразованной «обратной» изотермы, позволяющий получить параметры, необходимые для получения характеристик поверхности, подобные получаемым по методике БЭТ.
900
^ 400 -----------------------------------------------
м
и
и зоо------------------------------------------------
200 -
100-----------------------------------------------
0 -I----------1----------1-----------1-----------1
0,0 0,1 0.2 0,3 0,4
С/Сб
Рис. 3. Преобразованная «обратная» изотерма адсорбции бутилацетата через картон №1
Параметры прямолинейной зависимости, приведенной на рис. 3, позволяют оценить равновесную величину сорбции (ат) и площадь занятой удельной поверхности пор (8).
В табл. 2 представлены полученные величины равновесной сорбции мономолекулярных слоев (ат, мМ/г) и удельные характеристики внутренних поверхностей, занятых растворителем (8, м2/г), для всех исследованных растворителей и упаковочных картонов.
Таблица 2
Величины равновесной сорбции мономолекулярных слоев и удельной
поверхности
Номер образца картона Бутилацетат Циклогексан Этанол
ат, мМ/г S, м2/г am, мМ/г S, м2/г am, мМ/г S, м2/г
1 0,00074 0,17881 0,00163 0,46135 0,00804 1,45251
2 0,00215 0,51789 0,02826 7,99854 0,03359 6,06837
3 0,00138 0,33241 0,00537 1,51989 0,01337 2,41542
Следует отметить, что, по-видимому, в данном варианте методики оценивается не столько величина поверхности пор, сколько ее потенциальная способность обратимо взаимодействовать с веществами разной полярности. Другими словами, можно предположить, что в нашем случае получаются параметры, оценивающие не классическую физическую сорбцию, а вариант обратимой хемосорбции. При этом величина S характеризует долю активной составляющей поверхности пор, способной взаимодействовать и удерживать молекулы веществ с определенными свойствами. Например, гидрофильные или гидрофобные участки.
Результаты исследований показывают, что на картоне №2 характерно резкое увеличение величины S для неполярного циклогексана, что может свидетельствовать о существенно большей гидрофобности внутренней поверхности пор, чем у остальных картонов. Можно предположить, что в картон введены проклеивающие вещества, приводящие к большей гидрофобности целлюлозные волокна, что и сказывается на адсорбционных свойствах. Гидроксильные группы молекул целлюлозы в этом случае частично блокированы проклеивающими веществами, что уменьшает возможность взаимодействия с полярными группами растворителей. Напротив, в 1 и 3 картонах преобладают более гидрофильные элементы структуры, что, в свою очередь, приводит к тому, что неполярные соединения имеют меньшее сродство с внутренними поверхностями картона.
Таким образом, механизм взаимодействия поверхности пор картона с растворителем существенно зависит от полярности последнего, и, следовательно, оценка потенциальной степени взаимодействия картона и растворителя должна производиться с учетом их сродства. В результате вышеизложенного можно сказать, что для разных растворителей S описывает не только площадь внутренней поверхности пор картона, но и способность этой поверхности взаимодействовать с ними.
По результатам проделанной работы можно сделать вывод, что чем сильнее взаимодействие элементов внутренней структуры с парами растворителей, тем выше барьерные свойства самого картона по отношению к
этим веществам. Исходя из этого, при выборе упаковочных материалов целесообразно проводить дополнительные специальные исследования по методикам, подобным предлагаемой выше, с целью обеспечения большей эффективности использования упаковочного материала.
Проиллюстрированный в данном исследовании методический прием может, по мнению авторов, служить альтернативой классическим физико-химическим методам изучения сорбционных свойств материалов, основанных на использовании сложных экспериментальных методик, например, таких, как снятие изотерм сорбции в вакууме и им подобных [3].
Список литературы
1. Дубинин М.М. Основные проблемы теории физической сорбции. М.: АН СССР, 1970. 476 с.
2. Брунауэр С.Н. Адсорбция газов и паров. // пер. с англ.; под редакцией М.М. Дубинина М.: ИЛ. 1948. Т. 1.
3. Технология целлюлозно-бумажного производства / под ред. П.С. Осипова. СПб.: Политехника, 2006. Т. 2, Ч. 2. С. 123-124.
Бенда Алексей Федорович, д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected]. Россия, Москва, Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова,
Комарова Людмила Юрьевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Москва, Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова,
Поташников Пётр Федорович, канд. техн. наук, проф., _pe^eta^h^^ Россия, Москва, Московский государственный университет печати им. Ивана Федорова
PERMEABILITY PACKAGING BOARD IN PAIRS ORGANIC SOLVENTS A.F.Benda, L.Yu.Kemareva, P.F.Petashnikev
Chromatographic investigated the permeability ef multilayer cardboard with single and double surface treatment in the form ef coated cover for pairs ef organic solvents ef different polarity. Transformed by a "reverse" adsorption isotherms determined by the maximum values ef serptien and specific internal surface ef the peres occupied by solvent.
Key words: permeability, packaging beard, coated cover, serptien capacity, the adsorption isotherm, the surface ef the peres.
Benda Alexey Federevich, decter ef chemical sciences, prefesser, the head ef a chair, [email protected], Russia, Mescew, Mescew State Print University named Ivan Federev,
Kemareva Ludmila Yurevna, candidate ef technical sciences, decent, luknew @yandex.ru. Russia, Mescew, Mescew State Print University named Ivan Federev,
Petashnikev Peter Federevich, candidate ef technical sciences, prefesser, petrpeta@,bk.ru. Russia, Mescew, Mescew State Print University named Ivan Federev
УДК 655.222.3
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ FLEXCEL NX КОМПАНИИ KODAK И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ TIL-ПЛЕНКИ
С.А. Зак, О.А. Карташева, О.Н. Козаков
Проведено исследование свойств и характеристик термочувствительной TIL-пленки, применяемой в технологии Flexcel NX компании «Kodak» для получения флексо-графских печатных форм. Результаты исследований позволяют оценить роль термоформы, полученной на этой пленке, и ее вклад в процесс формирования изображения на печатных формах.
Ключевые слова: плосковерхие печатающие элементы, кислородное ингибирование, термочувствительная TIL-пленка, технология SquareSpet, технология растрирования DigiCap.
Технология Flexcel NX Digital Flexographic System (Флексел Эн Икс Диджитал Флексогрэфик Систем), предложенная компанией «Kodak» (США) в 2008 г., является по существу аналоговой технологией изготовления печатных форм флексографской печати с использованием элементов поэлементной записи первичного изображения [1]. Эта технология позволяет получить печатные формы, имеющие «плосковерхие» печатающие элементы. Плоские вершины печатающих элементов улучшают воспроизведение изображения в цветах, упрощают процесс допечатной подготовки, повышают тиражестойкость форм, делают результат печати более предсказуемым, так как сокращают количество проблем, возникающих при печати, и т.д. [2]. Процесс изготовления печатных форм по технологии Flexcel NX компании «Kodak» представлен на рис. 1.
Существенным отличием этой технологии является использование в качестве первичного носителя информации не фотоформы, а специальной термоформы, изготовленной на термочувствительной пленке Thermal Imaging Layer (Термал Имэджин Лэйер, сокращенно TIL-пленка). На этой пленке с помощью лазерного излучения с длиной волны 830 нм формируется негативное изображение, применяемое в дальнейшем для копирования на формную пластину. Термочувствительная пленка, имеющая толщи-
