CC BY
35
СВЕТОСТОЙКОСТЬ ПЕЧАТНЫХ ОТТИСКОВ В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННОГО СТАРЕНИЯ Карташева О.А.1, Комарова Л.Ю.2, Таранец И.П.3
'Карташева Ольга Алексеевна - кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии и управления качеством в полиграфическом и упаковочном производстве;
2Комарова Людмила Юрьевна - кандидат технических наук, доцент;
3Таранец Ирина Петровна - студент, кафедра инновационных материалов принтмедиаиндустрии, Московский политехнический университет, г. Москва
Аннотация: многокрасочные печатные оттиски подвержены естественному старению. На процесс старения красочных оттисков влияет множество факторов, в том числе освещенность и условия хранения и эксплуатации печатной продукции. В работе исследовано влияние освещенности в течение трех лет на оптические свойства красочных оттисков. Показано, что выцветание оттисков триадных красок имеет существенные различия.
Ключевые слова: бумага, краска, печатный оттиск, цвет, естественное старение, освещенность, светостойкость, цветовые различия, выцветание, оптическая плотность.
УДК 655.3.062.63:535.683.1
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных показателей, характеризующих длительность эксплуатации печатных оттисков, является их сохранность в течение времени. Это особенно важно для печатной продукции упаковочного, рекламного и специального назначения.
Запечатанный материал представляет собой структуру, состоящую из бумаги и одного или нескольких слоев печатной краски. Физико-химические и физико-механические изменения в слоях печатного оттиска со временем приводят к его естественному старению. В процессе старения в печатном оттиске могут наблюдаться изменения, связанные с потерей его светостойкости - способности (полной или частичной) сохранять первоначальный цвет при воздействии светового излучения. При нарушении условий хранения или агрессивных условий эксплуатации в бумаге эти процессы приводят к изменению ее химической составляющей и, как следствие, ухудшению оптических свойств и снижению механической прочности. В результате чего она изменяет цвет в сторону пожелтения, становится более жесткой, хрупкой вплоть до распада на отдельные фрагменты [1].
На процесс старения влияет множество факторов. Большое значение имеет вид и химический состав составных частей печатного оттиска - волокнистых материалов, клеящих веществ, наполнителей и красителей, кислотность водного экстракта, наличие кислот или щелочей, солей металлов и других компонентов [2]. Скорость старения определяет скорость разрушения печатного оттиска, и чем медленнее проходят деструктивные процессы, тем выше его сохранность и тем дольше он сохраняет свою целостность. На старение также влияют условия хранения печатных оттисков: освещенность и условия окружающей среды. Отрицательное влияние этих факторов при длительном хранении печатных оттисков усиливается, вплоть до таких структурных изменений, когда печатный оттиск полностью теряет свои функции и разрушается.
Что касается красочного слоя печатного оттиска, то он претерпевает необратимые превращения, может выцветать и блекнуть, в некоторых слоях может наблюдаться и разрушение (меление) красочного слоя [3]. Механизм выцветания красочного оттиска можно представить как окислительный процесс, обусловленный действием кислорода на активированную излучением молекулу пигмента. Но такое окисление - не единственная реакция, которая приводит к выцветанию пигментов, оно также зависит и от свойств
8
запечатываемого материала. Так, выцветание на натуральных волокнистых материалах (сукно, шелк) обусловлено восстановлением природных красящих веществ, а выцветание материалов из растительных волокон (целлюлозы и ее производных) протекает как окислительный процесс под влиянием атмосферного кислорода [4].
Как указывалось выше, световое излучение является одним из основных физических факторов, который вызывает быстрое разрушение запечатанного материала. Скорость разрушения в большей степени зависит от спектральной характеристики излучения: его продолжительности и интенсивности, а также от способности материала поглощать и/или отражать энергию света. Так, инфракрасное излучение нагревает материал, а ультрафиолетовое вызывает деструкцию молекул целлюлозы и компонентов красочного слоя, вследствие чего уменьшается молекулярный вес а-целлюлозы - самой стойкой и прочной части целлюлозы. Что же касается красочных слоев печатного оттиска при аналогичных воздействиях, то они ведут себя иначе: энергия излучения влияет на изменение молекулярной структуры красящего вещества и ведет к потере им цветовых характеристик, в частности, к снижению яркости и насыщенности цвета и, как следствие, к выцветанию [5].
Выцветание красящих веществ печатного оттиска существенным образом ускоряется при повышенной влажности и в еще большей степени при прямом контакте с водой [6]. Следует заметить, что выцветание печатной краски, характеризующее ее светостойкость, которая зависит от светостойкости красящего вещества - пигмента печатной краски, определяется его химической формулой. Так, разные по природе пигменты, которые дают одинаковый цветовой тон, могут иметь различную светостойкость. Различают пигменты повышенной стойкости, стойкие и нестойкие, поэтому при получении печатных оттисков для массовой печати, как правило, используют стойкие пигменты, которые отличаются своей устойчивостью. На светостойкость также влияет толщина красочного слоя; чем она больше, тем больше красочного вещества в слое и тем выше светостойкость. Это связано с тем, что с увеличением толщины в слое красочной пленки наблюдается большее светорассеивание и частичное экранирование нижележащих частичек пигмента [7]. На светорассеяние и, как следствие, на светостойкость краски влияют дисперсность пигмента и степень пигментации краски, чем меньше размер частиц в краске, тем ниже светостойкость. При этом тонкий слой высокопигментированной краски может быть более стойким, чем слой низкопигментированной краски большей толщины [8]. Поэтому обычно при производстве печатной краски для повышения её светостойкости с целью достижения максимальной интенсивности цвета используются монодисперсные пигменты с оптимальным размером частиц. Для повышения светостойкости красочного слоя и снижения доли излучения, доходящего до красящего вещества, может дополнительно проводиться поверхностное ламинирование или нанесение лакового слоя на поверхность оттиска.
Многообразие факторов, влияющих на светостойкость печатных оттисков, и его составных частей значительно усложняет изучение этого важного вопроса для целей полиграфического производства рекламной и специальной продукции. Исследования в этом направлении представляют определенный интерес: процесс старения проводится как в естественных условиях в течение длительного времени, так и в ускоренном режиме, имитирующем стандартные условия хранения. [9]. Известны также и другие работы [10], посвящённые устойчивости, например, контраста ахроматических изображений, полученных с использованием печатных средств.
В рамках настоящей работы проводятся исследования светостойкости триадных красок печатных оттисков в условиях естественного старения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Используемые в работе для проведения исследований печатные оттиски были изготовлены способом плоской офсетной печати на бумаге одного и того же типа и с одинаковой толщиной красочного слоя. Оттиски были получены с использованием триадных печатных красок четырех цветов: желтого (yellow), пурпурного (magenta),
9
голубого (cyan) и черного (key color) с одинаковой толщиной красочного слоя (~ 1,5 мкм). Эти зональные оттиски подвергались испытанию в естественных условиях в течение длительного времени (более трех лет). Исследование проводилось в помещении на окнах, которые выходят на запад, восток и юг, что обеспечивало возможность изучения влияния последовательно возрастающей освещенности. Это подтверждают предварительные исследования освещенности на окнах, ориентированных в три стороны. Оттиски размещались запечатанной стороной к стеклу, что позволяло оценивать прямое воздействие солнечного света на красочный слой. Контрольный печатный оттиск не подвергался воздействию света и был использован для сравнения. Выбранные условия испытания имитировали реальные условия использования или хранения многокрасочной печатной продукции.
Предварительно на исследуемых зональных оттисках, выполненных триадными красками, были определены с помощью спектрофотометра SpectroEye исходные цветовые характеристики l, a, b и оптическая плотность (D) изображения.
По полученным значениям l, a, b по формуле (1) были рассчитаны цветовые различия
(ЛЯ): _
ДЕ = V ( к - h ) 2 + - а2 ) 2 + (Й! - Ь2 ) 2 , (1)
где I а b х - исходные значения показателей,
I 2; а 2; b 2 - текущие значения, полученные за конкретное время хранения.
Оптические плотности желтой ( , пурпурной ( , голубой ( и черной ( красок были использованы для оценки коэффициента изменения оптической плотности (K) по формуле (2):
max(Db;Dc-Dm-Dy) ! , ( )
где - исходные значения максимальной оптической плотности
D на зональных оттисках,
max(Db; Dc; Dm; Dy)2- текущие значения максимальной оптической плотности D на зональных оттисках за время хранения.
В дальнейшем, с одинаковой периодичностью оттиски подвергались измерениям с последующим расчетом оптических показателей цветного изображения печатных оттисков при различной естественной освещенности.
Результаты исследования изменения цветовых различий AE зональных печатных оттисков по формуле (1) от времени их естественного старения при различной освещенности приведены на рис. 1. Условия старения печатных оттисков на этих рисунках обозначены следующим образом: 1 - без прямого воздействия дневного света, 2 - 4 - при воздействии дневного света с западной, восточной и южной сторон соответственно.
Анализ полученных результатов показывает, что в условиях испытания без воздействия освещенности (рис. 1 .(1)) изменения AE у красок всех цветов невелики (ДЕ не превышает 3,5), следовательно, окислительные и восстановительные процессы в красочных оттисках проходят медленно, существенно не влияя на процесс выцветания. При естественном солнечном освещении оттисков с западной, восточной и южной сторон (рис.1.(2-4)) наибольшие изменения ДЕ происходят впервые 200 дней у желтой краски и составляют и 65 о.е., что свидетельствует о высокой скорости выцветания красочного слоя. При достижении 550 дней испытаний у желтой краски, на всех по-разному расположенных оттисках, достигаются максимальные изменения ДЕ и 88-90 о.е., при этом следует отметить, что дальнейших изменений E не происходит до конца испытания. Изменения ДЕ у пурпурного оттиска по истечении 200 дней составляют и 8 о.е., что в 6 раз меньше, чем у желтого оттиска и в 2,5 раза больше, чем у черного и голубого оттисков. Дальнейшие изменения ДЕ у пурпурной краски происходят монотонно на протяжении всего периода испытаний: для западной стороны они наибольшие по сравнению с восточной и южной сторонами, и составляют 58, 54 и 43 о.е. соответственно.
На голубом и черном оттисках при замерах показателей через 200 дней изменения АЕ минимальны и составляют и 3-4 о.е.. Через 1200 дней у голубого и черного цветов изменения АЕ не превышают 5 %.
Можно констатировать, что оттиски с желтой краской достигают наибольшего выцветания за самый короткий промежуток времени ~ 550 дней, затем в этом ряду располагаются пурпурная, голубая и черная. Полученные результаты показывают, что влияние освещенности проявляется для триадных красок в разной степени, возможно, это происходит за счет различной активации светом молекул красящего вещества. В исследуемых нами красках: желтой и пурпурной использовались прозрачные пигменты, относящиеся к классу азокрасящих веществ, в голубой - фталоцианиновый пигмент, в черной - сажа.
1 ™
O- 1 - yellow
о * II - magenta
ш ^^111-cyan
I II 1 1 IV
/ / /
« Время исг ытан ия, дн И - - 100
о soo ■ li - magenta
Ч
1
<S МО rv - key color
г "II
У™
•Г
=0 2« «О 4 Вре ия, дни - ■■
-O- 1-yellow II - magenta
в} 60 0 о 5оо ш аде ILU \ 1 11
ь
\
100 Р II
|\ и
и. -
100 2 Время испытания, дни
Л
• 804 ° 50а <1 ша o | - yellow -"— II - magenta ~iv - key color
\
ЕвГ"
N
чм
1 1 / IV
00 2(0 5СО 4 СЮ 5СО 600 700 800 «00 1СОО 1100 1200 Время испытания, дни
Рис. 1. Цветовые различия триадных красок при условиях хранения печатных оттисков: 1 - без прямого воздействия дневного света;2 - 4 - при воздействии дневного света с западной
(2), восточной (3), южной (4) сторон
Обращает на себя внимание тот факт, что проведенные исследования не позволяют оценить влияние только светового излучения на оптические показатели печатных оттисков. Они характеризуют суммарный эффект воздействия и других условий (кислорода воздуха, температуры, влажности), которые за такой длительный срок старения являются не только переменными, но и трудно контролируемыми. Как указывалось выше, в процессе естественного старения на открытом воздухе на печатный оттиск дополнительное влияние оказывает температура и влажность из-за конвекции, приводящей к увеличению скорости окислительной деструкции красящих веществ. Вследствие этого, в период испытания, возможно ускорение процессов деструкции из-за скачкообразного не контролируемого изменения температуры и влажности в помещении в течение года [11]. При одновременном воздействии температуры, влаги и кислорода воздуха, что, возможно, происходит при испытании печатных оттисков в течение длительного времени, может наблюдаться эффект синергизма - увеличение скорости изменения физико-химических свойств, и эти изменения для печатных красок различного цвета могут быть различными.
Изменения цветовых различий печатных красок неминуемо должно сказаться на таком показателе печатного оттиска, как его оптическая плотность (Р), которая косвенно характеризует выцветание красок, а также может быть визуально оценена потребителем печатной продукции путем ее сравнения с контрольным печатным оттиском. Поэтому исследование выцветания красок в процессе естественного старения печатных оттисков является важным и актуальным в повседневной жизни. С этой целью на печатных оттисках, которые подвергались старению при тех же условиях, были оценены коэффициенты изменения оптической плотности для каждого цвета в отдельности. На рис. 2 представлена зависимость коэффициента оптической плотности от продолжительности испытания печатных оттисков, полученных триадными красками, и они аналогичны условиям 1-4, описанным выше. Как видно из рисунка (рис. 2), коэффициент изменения оптической плотности у всех триадных красок при отсутствии света (кривые 1) не превышают 2-4%. Это указывает на то, что их выцветание минимально для всех цветовых тонов.
При действии света уменьшение коэффициентов изменения оптической плотности на печатных оттисках с желтой краской (рис. 2 (I) кривые 2-4) происходят достаточно быстро, и в течение практически одного года оттиск теряет порядка 90% исходной D, а в дальнейшем ее существенных изменений не происходит. Оттиск с пурпурной краской (рис. 2 (II) кривые 2-4) теряет оптическую плотность при воздействии различной освещенности на 60-75%, что меньше, чем на оттиске с желтой краской. Следует отметить, что пурпурная краска оказалась более устойчива к освещенности с южной стороны, что несвойственно другим цветам триадных красок.
Что касается оттисков с голубой и с черной красками, то коэффициенты изменения оптических плотностей от величины освещенности являются наименьшими. Это характерно для проведения испытаний без воздействия света и при его наличии, а в сравнении внутри одного цвета при воздействии свете коэффициенты изменения оптических плотностей увеличиваются в два раза. Однако при этом прослеживается общая закономерность, когда при действии света (рис. 2 (ПЫ'У) кривые 2-4) коэффициенты изменения оптических плотностей оттисков с этими красками практически на порядок ниже, чем у желтой и пурпурной.
900 3 1 без освещения 2 - западная сторона 3 - восточная сторона 4 - южная сторона
N
70,0 ч4
и: 40,0
20,0 1 1
0,0 0 /
10 0 20 0 ж 4С с я Вре 0 60 ия исг 0 70 ытани о во я, дни V »0 101 ю и Ю 12 X»
90,0 30,0 70,0 60,0 £ 50,0 * ¡10,0 50,0 20,0 10,0
г освещения
N --3 2 западная сторона
\
\ 3 - восточная
сторона
1
0 00 : 00 00 оо Вр 00 ис 00 7 пытан 00 300 ия, дни 900 1 500 1 100 1 200
III
-♦-1-без освещения ■ 2 - западная сторона 3 - восточная сторона 4 - южная
Ж*"
4
10,0 1 / i / -V 1
0.0 | н> 2 30 3( ю 41 X 5 Вре >о №0 700 ага мл испытания, дни 9 я 10 00 11 —1 00 1200
-Ф- 1 - без освещения 2 ■ западная сторона 3 - восточная сторона -»- 4 - южная сторона
50,0 40,0
3 4
10,0 / 1
0,0 1 1 0 1 ю 3( 0 4< » 500 « Время исг * » 750 Я ыгания, днк ю 900 1000 — [ ^ 1100 1!00
Рис. 2. Коэффициент изменения оптической плотности для печатных красок разного цвета: I - жёлтой, II - пурпурной, III - голубой, IV - чёрной при хранении в различных условиях
Результаты показывают, что изменения цветовых различий АЕ и коэффициенты изменения оптических плотностей печатных оттисков, по существу характеризуют их светостойкость. По полученным результатам анализируемые показатели различны для всех триадных красок при испытании без воздействия света и при его наличии. На контрольных оттисках, не подвергшихся воздействию света, но хранившихся в этом же помещении, светостойкость триадных красок в течение всего срока испытания сохранялась и практически оставалась одинаковой для всех триадных цветов. Установлено, что светостойкость оттисков в зависимости от цветового тона краски уменьшается в ряду от черной и голубой до пурпурной и желтой. Наименьшая светостойкость у желтой краски, содержащей желтый прозрачный пигмент 23 (марки А) и она практически не зависит от стороны размещения оттиска в эксперименте. Средние в нашем ряду, но все-таки значительные снижения светостойкости у пурпурной краски, содержащей в своем составе красный азопигмент 5С (колор индекс 210). Наиболее светостойкие оттиски с черной краской и голубой, содержащей чисто голубой фталоцианиновый пигмент (колор индекс 15 № 74160). ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные в результате проведенных исследований результаты показывают, что светостойкость оттисков с триадными красками существенно отличается, а ее зависимости от освещенности и длительности естественного старения характеризуются определенными закономерностями. Они позволяют определить, как и с какой скоростью происходит изменение оптических показателей каждой триадной краски и на основании этого дать рекомендации по их применению для целей практического использования.
Проведенные исследования влияния освещённости на светостойкость печатных оттисков триадных красок при естественном старении в течение трех лет, имеют научную, а также практическую ценность для печатной продукции любого назначения, но особенно это важно для продукции рекламного и специального назначения.
Следует учитывать, что исследования процессов старения в естественных условиях отличаются трудоемкостью из-за их продолжительности и не позволяют с высокой степенью достоверности выделить и затем оценить влияние на показатели оттисков отдельных факторов, влияющих на светостойкость, таких как освещенность, температура, влажность и другие.
Для дальнейших исследований с целью быстрого и более точного определения светостойкости следует использовать специальное оборудование, способное имитировать различные условия: освещенность, влажность и температуру.
Список литературы
1. О естественном и искусственном старении документов // https://ceur.ru/library/articles/jekspertiza/item196511/ (дата обращения: 13.03.2019).
2. Старение и сохранность архивных документов // [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studbooks.net/1352030/buhgalterskiy_uchet_i_audit/iiziko_himicheskie _faktory_razrusheniya_dokumentov/ (дата обращения: 18.03.2019).
3. Старение и сохранность архивных документов // [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studbooks.net/1352030/buhgalterskiy_uchet_i_audit/fiziko_himicheskie _faktory_razrusheniya_dokumentov/ (дата обращения: 18.03.2019).
4. Егорова С.А. Современные угрозы архивным документам // Отечественные архивы, № 6, 2009, С. 19-28.
5. Ларина В.Г. Обеспечение сохранности архивных документов в современном мире // Отечественные архивы, № 4, С. 114-115.
6. Загуляева З.А. Труды Лаборатории консервации и реставрации документов Санкт-Петербургского филиала Архива РАН. Выпуск I. Хранение и реставрация документов: методические рекомендации. Под ред. К.И. Андреевой и Н.П. Копаневой. СПб., 2008. С. 36-37.
7. Громыко И.Г. Технология допечатных и печатных процессов: учебное пособие для студентов специальностей «Издательское дело», «Информационные системы и технологии» / И.Г. Громыко, М.И. Кулак Минск: БГТУ, 2011. С. 209-211.
8. Гудилин Д. Светостойкость печатных красок. Компьюарт, № 9, 2006, С. 19-21.
9. ГОСТ Р ИСО 105-В04-2010 Материалы текстильные. Испытания на устойчивость окраски. Часть В04. Устойчивость окраски к атмосферным воздействиям. Испытание на выцветание с применением ксеноновой дуговой лампы.
10. Кондратов А.П., Николаев А.А., Кондратова М.А. Устойчивость контраста ахроматических изображений штрихов на баннерной ткани к УФ -радиации//Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 10. С. 352-357.
11. Ульянина Е.А., Якименко А.С. Архивоведение. Конспект лекций. http://www.electronic-library.org/books/Book_0077.html (дата обращения: 11.03.2019).
