CC BY
18
Секция «Технология печатных
и послепечатных процессов»
Влияние
предварительных
обработок
на процесс
тиснения
по натуральной
коже
А.Н. Бирюкова,
аспирантка кафедры технологии печатного и послепечатного процессов Московского государственного университета печати имени Ивана Федорова
Как это ни странно звучит, создание качественной и красивой книги может быть делом мирового значения. Ведь книга - это лучший подарок, и главы государств часто, во время важных приемов, одаривают друг друга таким эксклюзивными, памятными сувенирами. Можно представить, что подумает о дарителе президент, получивший на память изделие «второго сорта».
Что же подразумевается под «первым сортом»? Имеет смысл дать описание отличительных показателей высококачественных первоклассных изделий:
• Использование качественной бумаги и переплетных материалов, обладающих превосходными внешними свойствами и эксплуатационными характеристиками.
• Безупречный внешний вид изделия: качественная проработка всех элементов украшения переплета.
• Сохранение безупречных внешних и эксплуатационных характеристик переплета при длительном использовании и хранении.
Одним из основных способов оформления переплета является тиснение, а в частности, тиснение фольгой. За кажущейся просто-
той работы с натуральной кожей стоит ряд трудностей - специфичные особенности материала, оказывающие влияние на результат тиснения. В табл. 1 представлен их основной перечень и причины возникновения, связанные со спецификой строения материала и особенностями производства.
Таблица 1
Физико-химические особенности кожи, оказывающие влияние на результат тиснения, причины их возникновения
Номер Особенность материала Причина возникновения
1 Относительная мягкость и рыхлость материала 1. При производстве кожевенного сырья используется только слой дермы (который состоит из сосочкового и сетчатого слоев). При жизни животного, в сосочковом слое дермы имеются такие включения, как волосяные сумки, сальные железы и нервы. В производстве они подвергаются удалению, что оказывает влияние на рыхлость материала. 2. Дерма состоит преимущественно из коллагеновых волокон. На прочность и плотность кожи оказывает влияние степень их переплетения. При переплетении средней плотности, незначительные промежутки между пучками волокон заполнены рыхлой тканью и межтканевой жидкостью, что снижает жесткость материала
2 Ярковыраженная текстура материала Граница между эпидермисом и дермой неровная, поскольку коллагеновые волокна лицевого слоя дермы вдаются в эпидермис в виде сосочков. В кожевенном производстве эпидермис вместе с включениями удаляется, так что на поверхности остается специфичный рисунок - мерея
3 Физико-химические реакции кожи на температуру Так как коллаген является белком, то при воздействии температуры он «сваривается», с поверхности кожи испаряется влага, что приводит к необратимым изменениям структуры кожи
В табл. 2 представлены трудности, возникающие в процессе тиснения, а также варианты компенсации того или иного свойства кожи и подобранная с этой целью предварительная обработка поверхности кожи.
Таблица 2
Трудности, возникающие в процессе тиснения, возможные пути их преодоления и предложенные обработки поверхности
Номер Трудности, возникающие при тиснении Способ преодоления Предложенная обработка поверхности кожи
1 Низкая разрешающая способность 1. Снижение подвижности коллагеновых волокон, т. е. увеличение жесткости материала 2. Создание на поверхности дополнительного клеевого слоя улучшающего адгезию фольги к материалу при более низких показателях температуры и давления 1. Перекись водорода 2. ПВАД 3. Спрей на основе шеллачной смолы 4. Спрей на основе олигомера венилацетата
2 Низкая укрывистость 1. Заполнение микронеровностей лицевого (сосочкового) слоя кожи с целью выравнивания поверхности 2. Предварительное механическое выравнивание поверхности 3. Повышение эластичности коллагеновых волокон с целью упрощения выравнивания неровностей сосочкового слоя дермы в процессе тиснения 4. Создание на поверхности дополнительного клеевого слоя 5. Обезжиривание поверхности с целью удаления с поверхности жирующих веществ 1. Полимерная дисперсия 2. Предварительное блинтовое тиснение 3. Смягчающая жидкость 4. ПВАД 5. Спрей на основе шеллачной смолы 6. Спрей на основе олигомера венилацетата 7. Спирт
3 Сложность одновременного тиснения плашки и штрихов Создание на поверхности дополнительного клеевого слоя, облегчающего переход фольги на поверхность материала Повышение эластичности коллагеновых волокон с целью выравнивания неровностей сосочкового слоя дермы в процессе тиснения при более низком рабочем давлении 1. ПВАД 2. Спрей на основе шеллачной смолы 3. Спрей на основе олигомера венилацетата 4. Смягчающая жидкость
4 Физико-химические реакции материала на температуру Создание на поверхности дополнительного клеевого слоя, обеспечивающего переход фольги на запечатываемую поверхность при более низких температурах работы 1. ПВАД 2. Спрей на основе шеллачной смолы 3. Спрей на основе олигомера венилацетата
Для практических испытаний использовалось латунное клише (рис. 1) с высотой печатных элементов 3 мм, размеры тиснимого изображения которого с учетом технологических полей составляли 8 см х 8 см. Размеры полей 1-6 составляли 1,7 см х 1,7 см, 7 поля - 3,1 см х 1,3 см. Толщины штрихов тестовых полей соответствовали следующим толщинам: 1 - 0,2 мм, 2 - 0,3 мм, 3 - 0,4 мм, 4 - 0,5 мм, 5 - 1,3 мм, 6 - 1,5 мм.
1 2 3
4 -зВН 1 6
г..
7
Рис. 1. Тестовое клише
Для удобства сравнения результатов, получаемых после той или иной обработки, тиснение проводилось на одном и том же материале - переплетной коже Шевре сие анилин (козлиная кожа) (рис. 2) (средняя толщина - 0,56 мм). С целью имитации тиснения по готовой переплетной крышке, оно осуществлялось в присутствии декельного переплетного картона Каппа толщиной 1,5 мм. Все испытания осуществлялись при одних и тех же параметрах температуры (90° С) и давления, оказываемого штампом на материал (4,22 МРа), при времени контакта 2 сек.
Рис. 2. Фотография поверхности кожи, используемой при тестировании
Оттиск 1 (рис. 3) отличался хорошим разрешением, так как все группы его штрихов были воспроизведены раздельно. Существенным и основным его недостатком являлась низкая укрывистость. Будучи измеренной с помощью программных средств посредством оценки соотношения площадей участков плашки (поле 7 тестового клише), после осуществления тиснения покрытых фольгой и нет, была получена укрывистость, равная 51,4%.
Рис. 3. Результаты, полученные при тиснении без предварительной обработки поверхности материала
Диаграмма 1. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
Диаграмма 2. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
При осуществлении предварительного блинтового тиснения значительно улучшилось воспроизведение штрихов шириной 0,4, 1,3, 1,5 мм. Предположительно, утолщение штрихов толщиной 0,5 мм произошло по причине неточного совмещения тиснения фольгой с блинтом. Это является одим из основных несовершенств данного метода. Одновременно с этим улучшился показатель укрывистости. Он составил 96,65%. Улучшение показателя произошло вследствие предварительного выравнивания поверхности при блинтовом тиснении.
Рис. 5. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной спреем на основе шеллачной смолы
Диаграмма 3. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
Величина укрывистости возрасла до 98,6%, но одновременно с тем, полученный оттиск отличается низким разрешением. Величина прироста ширины штрихов сильно превышает средние величины отклонений при прочих обработках (за исключением ПВАД). Возможно, причиной этого является то, что теплопроводность шеллачной смолы больше теплопроводности клеевого и разделительного слоев фольги. Целесообразным являлось бы сравнение результатов тиснения при различных интервалах времени высыхания покрытия.
Рис. 6. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной ПВАД
Ш1
I I I I I I
Диаграмма 4. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
Полученный оттиск отличается крайне низким разрешением при одновременной практически идеальной укрывистости. Группы штрихов тестовых объектов 1-4 не воспроизвелись раздельно, а толщины штрихов тестовых объектов 5 и 6 предельно сильно увеличились. Возможно, для улучшения разрешающей способности, необходимо апробировать ПВАД с иным размером дисперсных частиц. Влияние также может оказывать время высыхания.
Показатель укрывистости при данной обработке сильно возрос и составил 99,87%, что является одним из самых высших показателей, полученных во время исследований. Текстура кожи на плашке была практически полностью перекрыта, и оттиск имел большой глянец. Однако оптимальной обработкой являлась бы та, что давала бы наибольшую укрывистость при одновременном минимальном показателе утолщения штрихов. Следовательно, данный вид обработки не подходит под данную категорию.
Результат, полученный благодаря обработке поверхности спреем на основе олигомера венилацетата, схож с достигнутым при обработке поверхности шеллачной смолой, с той лишь разницей, что его
Рис. 7. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной спреем на основе олигомера винилацетата
7
ш
Диаграмма 5. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
отличает меньшая величина отклонения толщин штрихов. Дополнительно имеет смысл провести тиснение с различными временными интервалами после нанесения, т. к. испарение с поверхности кожи растворителя также может оказывать влияние на получаемый результат.
На поверхности материала была создана тонкая пленка, выровнявшая поверхность и заполнившая неровности. Под действием температуры, расплавленная пленка покрытия служила дополнительным клеевым слоем. Укрывистость составила 98,5%, что является очень хорошим показателем. В целом, можно сказать, что обработка дала хороший результат.
В идеальном случае, нанесение на поверхность кожи дисперсии привело бы к заполнению микронеровностей поверхности (соответственно, выравниванию поверхности) и вплавлению частиц полимера в поверхность при нагревании. Причиной отклонения от этой модели при проведенном опыте является то, что размер частиц, мате-
Диаграмма 6. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
риал, из которого они должны быть изготовлены, чтобы расплавление произошло при необходимой температуре, в необходимой зоне, а частицы получили бы необходимую фиксацию на поверхности, нуждаются в значительном уточнении и глубоком научном изучении.
Рис. 9. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной перекисью водорода
Диаграмма 7. на оттиске
Величины отклонения толщин штрихов элементов
В рамках данного опыта были достигнуты средние показатели укрывистости (95,8%) и утолщения штрихов, однако метод нуждается в значительном изучении и уточнении.
Оттиск характеризует значительное повышение укрывистости (до 99,33%), а также качественное воспроизведение групп крупных штрихов при одновременной проработке групп штрихов 1-4 на среднем уровне. Оттиск характеризует высокий глянец вследствие значительного выравнивания поверхности при тиснении.
Предварительная обработка спиртом была осуществлена с целью удаления с поверхности кожи жирующих веществ, неизбежно содержащихся на ней для поддержания мягкости и эластичности. Обезжиривание позволило бы усилить адгезию фольги к поверхности.
По результатам тестирования было выявлено, что данная обработка, действительно, способствует прилипанию фольги к поверхности, и укрывистость значительно возросла - до 98,9%. Однако значительно снизилось общее разрешение оттиска: группы штрихов 1-4 не были воспроизведены раздельно. Целесообразным является изучение влияния временного интервала между процессом тиснения и предварительной обработкой.
Рис. 10. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной спиртом
Диаграмма 8. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
1
■• .....
Рис. 11. Результаты, полученные при тиснении фольгой кожи, предварительно обработанной смягчающей жидкостью
п г
Диаграмма 9. Величины отклонения толщин штрихов элементов на оттиске
2
3
4
5
6
7
Данный вид обработки дал при визуальной оценке наилучший результат, проявляющийся наибольшим блеском фольги (за счет выравненной при тиснении поверхности) и «рельефности» (глубины вдавливания) оттиска. Также была достигнута практически абсолютная укрывистость - 99,66%, а группа штрихов 6 (ширина 1,5 мм) практически не получила искажения по толщине.
Для анализа полученного результата были проведены исследования кинетики развития деформации сжатия во времени обработанной и необработанной кожи с помощью модернизированного толщиномера, на который подавалась нагрузка 6 кг. Также были изучены релаксационные свойства материала при снятии нагрузки.
Диаграмма 10. Кинетика развития деформации сжатия кожи (с предварительной обработкой поверхности смягчающей жидкостью и без предварительной обработки) во времени под действием нагрузки 6 кг
Исходная толщина материала:
|-|01 = 0,541 мм; 1"102 = 0,58 мм.
Суммарная деформация Есум представляет собой сумму упругой деформации Еупр, эластичной деформации Еэл и остаточной деформации Е :
Е = Е + Е + Е
сум упр эл о
В случае отсутствия предварительной обработки
Е . = 26,62%;
сум1 ' '
Е . = 16,45%;
ост1 ' '
Еупр1 = 10,15%;
упр1
Е . = 0%.
эл1
При осуществлении предварительной обработки
Е 2 = 29,31%;
сум2
Еост2 = 25,34%;
ост2
Еупр2 = 2,59%;
упр2
Е2 = Е 2 - Е 2 - Е 2 = 29,31 - 2,59 - 25,34 = 1,38%.
эл2 сум2 упр2 ост2 ' ' ' '
Из измерений можно сделать вывод, что при осуществлении обработки увеличивается суммарная деформация, на порядок увеличивается остаточная деформация при соответствующем уменьшении упругой деформации. Без предварительной обработки поверхности, при снятии нагрузки, эластичная деформация отсутствует, а при наличии обработки является небольшой.
Соотнося результаты исследования с процессом тиснения, можно сказать, что при обработке, под воздействием одного и того же рабочего давления, кожа получает на порядок большую деформацию, чем без обработки, а значит, происходит более интенсивное выравнивание поверхности. Так как остаточная деформация после воздействия смягчающей жидкости значительно увеличивается, оттиск и после снятия нагрузки сохраняет «рельефность» (глубину вдавленности), а микрорельеф поверхности, после воздействия на него давления тиснения, не восстанавливается (т. е. поверхность остается выровненной), соответственно, сохраняется больший глянец оттиска.
В связи с возможностью получения более интенсивной деформации и упрощением перехода фольги на кожу при более низком рабочем давлении можно «смягчить» рабочие режимы тиснения, т. е. добиться хорошего оттиска при меньшем давлении, что является актуальным, например, при работе на ручных прессах, которыми оснащено большинство малых типографий.
