Od pewnego czasu można zaobserwować na rynku farb graficznych do offsetowego druku arkuszowego dość duże zmiany. Bazą dla tych farb był wcześniej olej mineralny. Coraz częściej jednak mamy do czynienia z farbami, nazywanymi też „bio”, których skład oparty jest na olejach roślinnych (np. lnianym lub sojowym).
Ta zmiana w recepturze może być niezauważalna dla drukarza podczas pracy na maszynie. Od strony chemicznej oznacza ona jednak zasadniczo różną polarność, a co za tym idzie odmienną reakcję z powłokami wałków gumowych. Zdecydowanie częściej niż farby na bazie olejów mineralnych są one powodem obkurczania się standardowych mieszanek gumowych.
Dlaczego tak się dzieje?
Ażeby lepiej zrozumieć różnice między farbami i skutki ich działania, warto odbyć krótką podróż w świat chemii i lepiej przyjrzeć się tematowi polarności.
Polarne/niepolarne – co to oznacza?
Duże cząstki – tzw. molekuły – zbudowane są w dużym uproszczeniu z wielu małych molekuł –tzw. atomów. Jeżeli dwa atomy łączą się ze sobą, staje się to zazwyczaj poprzez elektrony znajdujące się na zewnętrznej powłoce atomowej. W prostym połączeniu każdy atom odda w tym celu do dyspozycji jeden elektron. Tak połączona para elektronów może się znajdować w środku pomiędzy dwoma atomami lub być przesunięta bliżej jednego z nich. Z drugim przypadkiem, czyli przesunięciem mamy do czynienia wtedy, gdy jeden z atomów danej pary silniej przyciąga.
Przykładem jest molekuła metanolu (CH3OH). Atom tlenu (O) przyciąga elektrony silniej do siebie, będzie lekko negatywny (δ-). Węgiel ubożeje w ten sposób o elektrony i staje się lekko pozytywny (δ+). Tak powstaje dipol (dwubiegun), czyli inaczej mówiąc molekuła staje się polarna.
Dlaczego interesuje to Firmę Böttcher – światowego lidera w produkcji wałków?
Im bardziej dwa różne surowce są do siebie podobne chemicznie, tym łatwiej dochodzi między nimi do wymiany. Dodając na przykład olej (niepolarny) do wody (polarna) nie wymieszamy tych dwóch cieczy nawet wstrząsając je. Natomiast alkohol izopropylowy (IPA) całkowicie rozpuszcza się w wodzie, ponieważ obie substancje są polarne.
To samo dotyczy powłok wałków gumowych i farb. Im bardziej farby i mieszanki gumowe są do siebie podobne, tym łatwiej dochodzi do reakcji między nimi.
Standardowe wałki w offsetowych maszynach arkuszowych do druku farbami konwencjonalnymi są wykonane na bazie kauczuku NBR (kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy). Z uwagi na grupę akrylonitrylową jest on polarny. Takie wałki będą łatwo wchodzić w reakcje z mediami polarnymi, do których z uwagi na polarne żywice alkidowe zalicza się oleje roślinne.
W celu wyjaśnienia, co teoretycznie się dzieje w czasie kontaktu z mediami, konieczne jest dokładniejsze przyjrzenie się budowie mieszanek gumowych. Upraszczając można powiedzieć, że widzimy długie łańcuchy (łańcuchy polimerowe), które najczęściej są połączone (sieciowane) za pomocą siarki. W tej sieci magazynowane są m.in. substancje zmiękczające, zazwyczaj niezwiązane chemicznie, a jedynie „przytrzymywane” dzięki reakcjom chemicznym. W wałku o twardości 25 Sh A znajduje się zawsze od 20 do 40 proc. środków zmiękczających, odpowiadających za tę niewielką twardość.
Jeśli tylko „roślinna” farba offsetowa napotka polarny wałek gumowy na bazie NBR-u, to można być pewnym, że polarne składniki farby wnikną w matrycę elastomeru. Tak samo polarne oleje farbowe „wyciągną” z mieszanki gumowej polarne środki zmiękczające. Ta właśnie reakcja, nazwana ekstrakcją, przeważa w przypadku farb „roślinnych”. Powłoka wałka stanie się twardsza i obkurczy się (rys. 2).
W praktyce ekstrakcja nie następuje jednakowo na całej długości wałka. Najczęściej jest ona silniejsza w strefie środkowej. Zmiana geometrii wałka jest widoczna na jego odcisku: przestaje on być równoległy, staje się cieńszy w środku niż na brzegach (rys. 3). Jednocześnie podczas pomiaru stwierdzamy przyrost twardości. Taki wałek, poprzez nieregularny transport farby, prowadzi do niekontrolowanych warunków drukowania ze zwiększoną ilością makulatury i prędzej czy później musi być zregenerowany.
Stabilis 257 30 – mieszanka gumowa firmy Böttcher dla wałków do offsetowego druku arkuszowego z użyciem farb roślinnych
W ramach ciągłej kontroli jakości, a także stałej obserwacji rynku, przeprowadzamy corocznie ok. 30 000 testów określając odporność chemiczną naszych mieszanek. Próbki gumy są zanurzane w badanym medium (np. farba drukarska) i przechowywane w zdefiniowanych warunkach. Przed testem i po nim mierzone są twardość próbki oraz jej objętość. Wartości te są porównywane i na tej podstawie określamy reakcje chemiczne.
Wynikiem zarówno tych badań, jak i obserwacji rynku jest mieszanka gumowa – Stabilis 257 30 – o twardości 30 Shore A, optymalnie dostosowana do zmian zachodzących w offsecie arkuszowym. Zapewnia ona najlepszą odporność chemiczną także przy zastosowaniu polarnych farb na bazie olejów roślinnych.
Jak osiągnięto tę odporność?
Podstawowe właściwości chemiczne mieszanek gumowych są określane przez polimer bazowy (NBR, EPDM…) użyty do ich produkcji. Oprócz niego wchodzą w skład gumy także inne komponenty, mające wpływ na jej własności fizyczne i chemiczne. Są to m. in.: środki zmiękczające, wypełniacze, substancje przyspieszające proces sieciowania.
Dzięki inteligentnej kombinacji poszczególnych komponentów udało się stworzyć na bazie kauczuku NBR produkt, który jest odporny na farby roślinne i jednocześnie zachował tę odporność także w odniesieniu do farb na bazie olejów mineralnych – tak powstał Stabilis 257 30.
Na rys. 4 wyraźnie widać, że powszechnie stosowane mieszanki gumowe dla farb konwencjonalnych obkurczają się pod wpływem ich działania. Stabilis 257 30 zachowuje się w sposób zdecydowanie bardziej wyważony: niektóre farby powodują jego lekkie puchnięcie, inne lekkie obkurczanie.
W praktyce takie „wyważenie” w przypadku odporności chemicznej jest niezbędne, ponieważ wciąż częściej stosowane są farby na bazie olejów mineralnych i niewiele jeszcze firm używa wyłącznie farb „bio”.
Mieszanka Stabilis 257 30 została zaprezentowana przez firmę Böttcher w czasie targów drupa 2008 i od tego czasu jest z powodzeniem powszechnie używana przez wielu Klientów na różnych maszynach drukujących. Podkreślić należy, iż nie jest ona przeznaczona dla technologii UV i hybrydowej z uwagi na stosunkowo duże puchnięcie. Dla tych zastosowań Böttcher oferuje specjalną serię pod nazwą Kameleon.
25 Shore czy 30 Shore A?
Stabilis 257 30 – inaczej niż większość materiałów dla powłok wałków do druku konwencjonalnego – posiada wartość nominalną 30 Shore A. Oznacza to 5 Shore A więcej niż mieszanki standardowe. Z praktyki wiemy, że ta różnica nie wpływa negatywnie na proces drukowania. Mówiąc o twardości powinniśmy uwzględnić dwa następujące zagadnienia:
1. Przyrost twardości w trakcie stosowania
Przyrost twardości nominalnej w czasie jest uznawany za jedną z właściwości wałków. Nierzadkie są przypadki, że po roku pracy mieszanki konwencjonalne mają statycznie mierzoną twardość znacznie powyżej 30 Shore A.
Stabilis 257 30 w znacznie mniejszym stopniu reaguje z farbami roślinnymi niż mieszanki konwencjonalne, co oznacza mniejszą ekstrakcję środków zmiękczających. Wałki twardnieją po znacznie dłuższym czasie użytkowania i w odczuwalnie mniejszym stopniu.
2. Twardość dynamiczna
Pod pojęciem tak zwanej twardości dynamicznej rozumiemy twardość, jaką wykazuje mieszanka w czasie pracy wałków w maszynie. Ta wartość może być zmierzona wyłącznie za pomocą specjalnego urządzenia, mierzącego siłę liniową między dwoma rotującymi wałkami. W naszym laboratorium dysponujemy takim urządzeniem.
Twardość dynamiczna zależy od składu chemicznego mieszanki i ukazuje proporcje składników lepkich oraz elastycznych. Generalnie chodzi tu o bardzo kompleksowe fizyczne właściwości materiału, których w tym miejscu nie będziemy szczegółowo omawiać. Należy jedynie stwierdzić, że statycznie zmierzona twardościomierzem wartość w Shore A w dość ograniczonym stopniu mówi nam o właściwej twardości w procesie drukowania.
Stabilis 257 30 wykazuje zdecydowanie lepsze właściwości elastyczne niż wiele innych mieszanek stosowanych do maszyn arkuszowych.
W praktyce stwierdzono, że: chociaż w maszynie w stanie spoczynku siły między wałkami są nieznacznie większe (w wyniku wyższej twardości statycznej), to w maszynie pracującej są one niższe (w wyniku niższej twardości dynamicznej). Inaczej mówiąc Stabilis 257 30 zachowuje się w maszynie w czasie pracy lepiej niż wiele innych, bardziej miękkich mieszanek mających nominalnie 25 Shore A.
Małgorzata Olszewska-Nowicka na podstawie materiałów firmy Böttcher
