W cišgu ostatnich 25 lat zaszły ogromne zmiany we właciwociach i w stosowaniu roztworów zwilżajšcych. Zostało to spowodowane zmianami w konstrukcji maszyn drukujšcych, powszechnym stosowaniem rozwišzań elektronicznych, postępem w zakresie używanych materiałów oraz opracowaniem nowoczesnych metod badania zjawisk fizycznych odgrywajšcych istotnš rolę w drukowaniu offsetowym.
Drukowanie płaskie, w tym druk offsetowy zawdzięczajš swoje istnienie wynalazkowi Sonefeldera z drugiej połowy XIX w., który jako formę drukowš zastosował kamień litograficzny. Wykorzystał on właciwoci hydrofilowe jego powierzchni. Słowo hydrofilowe oznacza, że łatwo zwilża się ona wodš, a jeżeli powierzchnię kamienia pokryje się ręcznie lub fotomechanicznie warstwš oleofilowš, to miejsca te łatwo przyjmujš ciecze lub pasty oleofilowe, np. farbę drukarskš. Mamy więc na formie drukowej miejsca drukujšce Đ oleofilowe i miejsca, które nie przyjmujš farby, niedrukujšce hydrofilowe, czyli inaczej Đ oleofobowe. Drukowanie offsetowe jest drukowaniem płaskim typu poredniego, ponieważ farba przenoszona jest na podłoże drukowe z formy nie bezporednio. Na zwilżonš specjalnym roztworem zwilżajšcym powierzchnię offsetowej formy drukowej za pomocš wałków zespołu farbowego nadaje się farbę w postaci emulsji typu woda w farbie. Bezporednio przed drukowaniem mamy więc na formie drukowej zwilżone wodš miejsca niedrukujšce oraz miejsca oleofilowe Đ drukujšce przyjmujšce farbę. Natomiast w drukowaniu płaskim bezporednim w wyniku nacisku farba z miejsc drukujšcych jest przenoszona bezporednio, np. z kamienia litograficznego na podłoże drukowe. Postęp w drukowaniu płaskim doprowadził do szerokiego stosowania drukowania płaskiego poredniego, czyli do dzisiejszej techniki offsetowej, w której tekst i rysunki formy drukowej przenoszone sš z cylindra formowego na cylinder poredni, a z niego dopiero na podłoże drukowe. Płaski kamień litograficzny do dzisiaj stosowany jest przez artystów plastyków jako technika litograficzna (podobnie jak inne techniki takie jak miedzioryt, akwatinta czy akwaforta). Płaski kamień litograficzny zastšpiony został formami drukowymi z innych materiałów; poczštkowo stosowano formy z blachy cynkowej, a obecnie głównie stosuje się w tym celu aluminium. Formy nakładane sš na cylindry rotacyjnych maszyn drukujšcych, a nowoczesne sposoby wykonywania tych form i zmiany konstrukcyjne maszyn drukujšcych spowodowały ogromny wzrost szybkoci drukowania. W rezultacie dzięki obniżeniu kosztów drukowania technika offsetowa wyparła tradycyjne techniki drukarskie, np. stosowanš dotychczas technikę drukowania wypukłego przy produkcji gazet i ksišżek oraz szeregu innych produktów. Obok offsetowych maszyn arkuszowych powszechnie stosuje się też offsetowe maszyny zwojowe.
Obecnie produkowane przez wiele firm aluminiowe płyty offsetowe służšce do wykonywania form drukowych to efekt wieloletnich badań i rozwoju technologii w wielu dziedzinach techniki. Powierzchnia płyt jest subtelnie ziarnowana metodami elektrolitycznymi. W celu zwiększenia jej trwałoci i twardoci powierzchnia ziaren jest elektrolitycznie utleniana, wytwarza się na niej odpornš chemicznie i twardš warstewkę tlenku glinu. Standardem jest obecnie dostarczanie do drukarń płyt presensybilizowanych, pokrytych przez producenta cienkš warstwš wiatłoczułš, a ich nawietlanie wykonuje się często za pomocš nawietlarek laserowych. Cienka warstwa wiatłoczuła, nałożona równomiernie na delikatnš, ziarnowanš powierzchnię zapewnia wysokš rozdzielczoć reprodukowanych ilustracji. Do obróbki płyt stosuje się zautomatyzowane maszyny umożliwiajšce standaryzację procesów wytwarzania form drukowych oraz standaryzację warunków technologicznych procesu drukowania. W połšczeniu ze stosowaniem roztworów zwilżajšcych o odpowiednich właciwociach pozwala to na uzyskiwanie nieosišgalnych przedtem rozdzielczoci ilustracji i jakoci tekstów oraz wysokiej wiernoci barwnej reprodukowanych materiałów.
Podstawy fizykochemiczne drukowania offsetowego mimo postępu technologicznego pozostały niezmienione. Stosowanie dużych szybkoci drukowania i wymagania dotyczšce intensywnoci barwnej w drukowaniu wielobarwnym lub wielokolorowym wymagały dostosowania do nowych warunków drukowania właciwoci offsetowych farb drukarskich, roztworów zwilżajšcych i pozostałych rodków pomocniczych.
Jak już wspomniano, farby offsetowe podczas drukowania tworzš emulsje typu woda w farbie; fazš rozpraszajšcš jest farba, a fazš rozproszonš roztwór zwilżajšcy. W nowoczesnych farbach zawartoć wody może wynosić nawet 30%, a mimo to nie tracš one swoich właciwoci hydrofobowych, lepkoci i zachowujš odpowiedni dla drukowania tack (zespół właciwoci adhezyjno-kohezyjnych). Istotnymi czynnikami wpływajšcymi na przebieg procesu emulgowania farb (na szybkoć tworzenia emulsji oraz jej skład) sš parametry fizyczne i składniki roztworu zwilżajšcego.
1. Podstawowe składniki roztworu zwilżajšcego
1.1. Wprowadzenie
Tradycyjny roztwór zwilżajšcy składa się z kilku składników. Składnikiem podstawowym jest substancja wielkoczšsteczkowa o właciwociach hydrofilnych, np. guma arabska Đ naturalna żywica drzew akacjowych lub modyfikowane krochmale, zwłaszcza krochmal kartoflany. Guma arabska zawiera sole wapnia, potasu i magnezu kwasu arabinowego, a jej roztwór wodny ma odczyn lekko kwany Đ pH wynosi ok. 4,0. Czšsteczki substancji wielkoczšsteczkowych tworzš z wodš zole, a długie ich łańcuchy jednymi końcami czšsteczek wišżš się z powierzchniš hydrofilowš form drukowych, a drugimi z czšsteczkami wody. W ten sposób utrzymujš się hydrofilowe właciwoci powierzchni formy drukowej podczas drukowania. Wynikiem utworzenia warstewki hydrofilowej zwilżanej w sposób cišgły roztworem zwilżajšcym jest to, że miejsca formy niezawierajšce elementów drukujšcych nie tonujš, czyli nie pokrywajš się farbš podczas drukowania.
Pozostałe składniki roztworu zwilżajšcego majš charakter modyfikujšcy jego właciwoci, np. dostosowujšc go do rodzaju podłoża drukowego, lub w istotny sposób wpływajš na utrzymanie odpowiedniej trwałoci właciwoci roztworu podczas drukowania. Drukowanie offsetowe wymaga stosowania roztworów zwilżajšcych o lekko kwanym odczynie. W celu utrzymania odpowiedniej wartoci pH roztworów stosuje się słabo zdysocjowane kwasy organiczne lub nieorganiczne, np. kwas fosforowy, kwas cytrynowy, kwas winowy lub odpowiednie roztwory buforowe. Roztwory buforowe pozwalajš utrzymać wartoć pH mimo wprowadzania do roztworu pewnych iloci składników zmieniajšcych w innych okolicznociach jego odczyn, na przykład roztworami buforowymi sš mieszaniny słabych kwasów z solami tych kwasów. W roztworach zwilżajšcych dla drukowania offsetowego jako składniki buforujšce stosuje się np. kwas fosforowy i fosforan sodu, kwas cytrynowy i cytrynian sodu. Spotyka się też roztwory zwilżajšce zawierajšce kwany azotan amonowy, fosforan potasu lub szczególnie skuteczny octan amonowy i inne sole kwasu azotowego. Stosowanie roztworów zwilżajšcych zawierajšcych roztwory buforowe ma szczególne znaczenie, kiedy w wyniku kontaktu zespołu zwilżajšcego z podłożem drukowym składniki wymywane z niego mogš w czasie drukowania zmieniać pH roztworu lub kiedy w podobny sposób działajš składniki farby offsetowej. Stosowanie roztworów buforowych jest istotne ze względu na wpływ czynników zewnętrznych wpływajšcych na zmiany pH roztworu zwilżajšcego pochodzšcych nie tylko z farb czy papieru, ale również ze stosowanych rodków pomocniczych. W zależnoci od składu charakteryzujš się one zróżnicowanš pojemnociš buforowania, czyli utrzymywania wartoci pH buforowanego roztworu na stałym poziomie. Po odpowiednio wysokim przekroczeniu stężeń czynników zakłócajšcych działanie ochronne roztworu buforowego przestaje być skuteczne. Wadš stosowania przez niektórych drukarzy offsetowych tylko kwasów fosforowego lub cytrynowego jako dodatków do przygotowywanych samodzielnie roztworów zwilżajšcych jest fakt, że nawet bardzo małe iloci wprowadzanych składników znacznie zmieniajš wartoć pH roztworu. Na przykład tylko kilkadziesišt mg kwasu cytrynowego w 1 litrze roztworu zmienia wartoć pH neutralnej wody o pH= 7 do wartoci pH=5,5 (przypomnijmy, że odczyn roztworów jest wyrażany za pomocš jednostek pH. Z definicji pH = Đ lg [H*] i dla roztworu neutralnego lub czystej wody wartoć pH wynosi 7. Różnica wartoci pH o jednostkę oznacza dziesięciokrotnš zmianę stężenia jonów wodorowych w danym roztworze).
Rosnšce wymagania jakociowe dotyczšce druków offsetowych wymagajš stosowania niekonwencjonalnych zespołów zwilżajšcych, które zapewniajš bardziej równomierne i znacznie mniej intensywne zwilżanie formy drukowej.
W zwišzku z tym ważnym składnikiem nowoczesnych roztworów zwilżajšcych sš rodki powierzchniowo czynne zmniejszajšce napięcie powierzchniowe roztworu. Powszechnie stosuje się jako dodatek alkohol izopropylowy, zwišzek łatwo parujšcy o niskiej temperaturze zapłonu (dla 100% alkoholu wynosi ona tylko 11,7ĄC). W roztworach zwilżajšcych alkohol ten stosuje się znacznie rozcieńczony, więc groba zwišzana z zapłonem jest oczywicie mniejsza. Wprowadzenie alkoholu ułatwia proces drukowania; staje się on bardziej tolerancyjny na zmiany niektórych parametrów drukowania, szczególnie na maszynach starego typu, co pozwala uzyskiwać dobre wyniki również mniej dowiadczonym maszynistom. Subtelna struktura elektrolitycznie ziarnowanych powierzchni form drukowych pozwala zapewnić odpowiednie zwilżanie miejsc hydrofilnych mniejszš ilociš roztworu, co powoduje, że mniej wody przenika do podłoża drukowego. Rezultaty to poprawa intensywnoci barwnej druków oraz mniejszy efekt zmian wymiarowych zadrukowywanego papieru i dokładniejsze pasowanie kolejno nakładanych kolorów.
Innymi koniecznymi dodatkami do roztworów zwilżajšcych sš rodki konserwujšce. Dawniej były to często pochodne fenolu (np. pięciochlorofenolan sodu); obecnie unika się tego rodzaju rodków, stosowane sš takie jak Kathon G produkcji firmy Rohm&Haas lub stosowany powszechnie rodek DMDM Hydantoin, zwišzek produkowany przez szereg firm. DMDM Hydantoin to pochodna imidazolu, która wydziela stopniowo formaldehyd do roztworu. Stosowanie nowoczesnych rodków konserwujšcych skutecznie uniemożliwia rozwój glonów lub innych organicznych produktów w zbiorniku roztworu zwilżajšcego, na powierzchni elementów maszyn, w tym szczególnie narażonych powierzchni zespołów zwilżajšcych.
Analizujšc wymagania dotyczšce właciwoci roztworów zwilżajšcych warto zwrócić uwagę na następujšce czynniki:
1. Obecnie szybkoć drukowania nowoczesnych zwojowych maszyn offsetowych wzrosła przeszło czterokrotnie w stosunku do maszyn dawniej stosowanych. Podobne proporcje odnoszš się do maszyn arkuszowych.
2. Receptury nowoczesnych farb offsetowych, dzięki stosowaniu odpowiednich dodatków i pigmentów, zapewniajš utrzymanie odpowiedniej struktury farby również w podwyższonych temperaturach mimo większej zawartoci roztworu zwilżajšcego w farbach podczas drukowania.
3. Zmiany zaszły również we właciwociach zadrukowywanych podłoży drukowych. W przeszłoci odczyn wodny zawiesiny papieru miał charakter lekko kwany lub był neutralny. Obecnie w celu obniżenia kosztów stosuje się bielsze papiery o odczynie alkalicznym oraz papiery pochodzšce z przetworzonej makulatury zawierajšce dodatki zwišzane z procesem recyklingu.
4. W nowoczesnych maszynach w celu szybszego osišgnięcia stabilnego stanu składu emulsji farba-roztwór zwilżajšcy zmieniono konstrukcję zespołów farbowego i zwilżajšcego. Zespoły te zostały połšczone jednym lub kilkoma wałkami nadajšcymi; pozwala to zmniejszyć iloć produkowanej makulatury podczas rozpoczynania drukowania nakładu. Stosowanie odpowiednich roztworów zwilżajšcych zwiększa stabilnoć jakoci odbitek podczas drukowania nakładu; jest to szczególnie istotne, gdy stosuje się maszyny drukujšce z dużymi szybkociami.
5. W sumie doprowadziło to do opracowania roztworów zwilżajšcych nowej generacji zaspokajajšcych obecne potrzeby drukowania offsetowego. Stosuje się w nich syntetyczne zwišzki wielkoczšsteczkowe o właciwociach hydrofilizujšcych, nowe typy zwišzków powierzchniowo czynnych i nowe rodzaje rozpuszczalników. Do niektórych roztworów zwilżajšcych wprowadza się suszki farb graficznych przyspieszajšce ich utrwalanie, co jest również istotne przy dużych szybkociach drukowania.
6. Udoskonalono metody pomiarowe pozwalajšce na badanie różnych właciwoci roztworów zwilżajšcych, np. napięcia powierzchniowego (urzšdzenie Dynasurf), przewodnoci elektrycznej, wartoci pH, gęstoci i lepkoci. Pozwoliło to opracować odpowiednie receptury roztworów dostosowane do współczesnych maszyn drukujšcych i stosowanych podłoży drukowych oraz materiałów pomocniczych. Ponieważ iloci używanych roztworów zwilżajšcych w większych drukarniach sš znaczne, opracowano też urzšdzenia pozwalajšce na ich recykling. cdn.
