Повышение качества тиснения полиграфической фольгой на бумаге с высоким значением параметра шероховатости

Актуальность. Из всех способов тиснения — горячее тиснение фольгой, благодаря своим широким изобразительным возможностям, является самым распространенным видом тиснения.

Изобразительные возможности тиснения очень широки — сочетания разных фактур и типов фольги обеспечивают огромное число оригинальных вариантов оформления. Кроме того, тиснение — экологически чистый процесс, не предполагающий использования летучих органических веществ. Все эти факторы обусловили широкое применение данного способа отделки в производстве самой разнообразной печатной продукции — от упаковки до открыток. Но наряду со всеми своими достоинствами процесс тиснения имеет и свои трудности, главной из которых является подбор режимов тиснения, так как во многом от правильного подбора режимов тиснения зависит качество полученного оттиска. Данная проблема затрагивает каждого, кто сталкивается с процессом тиснения, особенно при получении новых материалов и новых серий фольги.

Рынок новых материалов, особенно дизайнерских (коллекционных) бумаг сегодня развивается особенно динамично. Дизайнерские бумаги — это разнообразные эксклюзивные (иногда даже ручного отлива) бумаги, которые могут быть стилизованны «под старину», пергамент, иметь различные покрытия. Широко распространены бумаги с покрытием под лён, вельвет, мороз, яичную скорлупу, изморозь, кашемирхудожественные тиснения в виде цветов, песка, камняузоры «береста», «роса», «срез дерева», «молоток», «апельсиновая корка» и пр. Есть бумаги, имитирующие фактуру различных тканей, кожи, камней, минералов. Очень часто дизайнерские бумаги содержат в своей композиции различные микровключения, древесную массу или хлопок, что усложняет технологию тиснения по ним. Не всегда просто получить качественный оттиск фольгой на таких бумагах.

На качество тиснения существенное влияние оказывает микрогеометрия поверхности материала, которая оценивается совокупностью микронеровностей, определяемой в технике как шероховатость. В полиграфии для оценки гладкости подложки также используется известный параметр 11тах, который характеризует микрогеометрию бумаг и картона.

Дизайнерские бумаги с параметром Ишах > 0,01 мм имеют высокое среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей с увеличением шага, что может проявляться в виде рельефа на их поверхности. Практика показала, что процесс горячего тиснения фольгой подобных материалов вызывает определенные трудности, так как при этом может проявится такой дефект как неполная укрывистость тиснения в виде разрывов и трещин металлизированного или красочного слоя фольги. Высокий параметр шероховатости подложки не позволяет обеспечить целостность слоя фольги, что приводит к браку.

Таким образом, традиционный способ тиснения не представляется достаточно надежным для материалов, имеющих высокий параметр шероховатости поверхности, поэтому поиск и исследование путей повышения качества тиснения фольгой на бумагах с повышенной степенью шероховатости является актуальным.

Целью диссертационной работы является повышение качества горячего тиснения фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости.

В соответствии с целью в рамках диссертационной работы поставлены и решены следующие задачи:

• описание и анализ существующего состояния технологии тиснения фольгой и исследований в данной области полиграфического производства;

• разработка способа тиснения фольгой на материалах с высоким значением параметра шероховатости;

• разработка аналитической модели укрывистости полиграфической фольгой материалов при тиснении;

• разработка методики статистической оценки укрывистости полиграфической фольгой материалов;

• изучение физики процессов тиснения полиграфической фольгой на материалах с предварительным нанесением адгезионного слоя;

• разработка методики экспериментальных исследований;

• проведение экспериментальных работ.

• оценка качества тиснения фольгой на несовместимых материалах без предварительной грунтовки и с грунтовкой;

• выбор оптимальных технологических режимов процесса тиснения;

• разработка рекомендаций по повышению качества тиснения полигра: фической фольгой на материалах с высоким значением параметра шероховатости.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались положения теории вероятностей и математической статистики, современные программные средства обработки информации. В экспериментальных исследованиях использовались методы регрессионного анализа, математические методы обработки экспериментальных данных. При разработке методики оценки укрывистости — метод одноступенчатого статистического контроля качества продукции.

Научная новизна заключается в следующем:

• предложен способ тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости;

• разработана аналитическая модель укрывистости материалов полиграфической фольгой;

• разработана методика статистической оценки укрывистости материалов полиграфической фольгой;

• изучены основные закономерности покрытия бумаг полиграфической фольгой при тиснении с предварительным нанесением адгезионного покрытия;

• получены регрессионные зависимости параметров качества тиснения фольгой на бумагах с высоким параметром шероховатости с и без покрытия адгезионным слоем;

• разработаны рекомендации по повышению качества тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в:

• разработке научно-обоснованной методики оценки укрывистости бумаг полиграфической фольгой;

• разработке способа тиснения полиграфической фольгой бумаг с высоким значением параметра шероховатости, позволяющим увеличить адгезию фольги к бумагам, т. е. улучшить качество тиснения, сделать фольгу для горячего тиснения более универсальной, совместимой с различными материалами, смягчить технологические режимы (давление и температуру) тиснения фольгой;

• разработке практических рекомендаций по повышению качества тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким параметром шероховатости;

• разработке учебно-методических пособий для учебного процесса по специальностям 261 201.65 «Технология полиграфического производства» и 261 201.65 «Технология и дизайн упаковочного производства» для дисциплин «Технология послепечатных процессов» и «Технология отделочных процессов».

Положения, выносимые на защиту:

• аналитическая модель укрывистости полиграфической фольгой материалов при тиснении, учитывающая вероятностный характер адгезионного и когезионного взаимодействия между слоями полиграфической фольги и материалом, позволяющая прогнозировать результаты процесса тиснения и рассчитать укрывистость;

• методика статистической оценки укрывистости полиграфической фольгой материалов при тиснении, позволяющая научно-обоснованно оценить полноту укрывистости фольгой при выполнении тиснения.

• совокупность регрессионных зависимостей параметров качества тиснения полиграфической фольгой материалов от технологических факторов, позволяющих определить оптимальные значения параметров качества.

• практические рекомендации, включающие технологические решения и режимы, позволяющие проводить операцию тиснения полиграфической фольгой на материалах с высоким значением параметра шероховатости с требуемым уровнем качества.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-технической конференции молодых ученых (МГУП, 24.03.2009 г.), на научно-технических Советах МГУП (2008 — 2009 гг.), на научно-методических конференциях и семинарах кафедр «Технология послепе-чатных процессов и упаковочного производства» и «Технология печатных и послепечатных процессов» (2007 — 2009 гг.).

Диссертация обсуждена на расширенном заседании кафедры «Технологии послепечатных процессов и упаковочного производства» с участием кафедр «Технология печатных и послепечатных процессов», «Инновационные технологии и управления», «Материаловедение».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных высшей аттестационной комиссией.

Сведения об объеме и структуре работы:

Представляемая диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, перечня сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов, библиографического списка использованной литературы из 87 наименований. Диссертационная работа изложена на 196 страницах машинописного текста и содержит 58 рисунков и 41 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

В результате проведения исследования процесса тиснения полиграфи-ческрй фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости сделаны следующие выводы:

1. Показано, что существует проблема получения качественных оттисков путем тиснения полиграфической фольгой на бумагах с большой шероховатостью и актуален поиск и исследование путей по улучшению качества получаемых фольговых оттисков на бумагах с высоким значением параметра шероховатости.

2. Для улучшения качества фольговых оттисков на бумагах с большой шероховатостью предложен способ тиснения с предварительной грунтовкой ее поверхности, описаны физико-химические процессы при нанесении адгезионного покрытия и технологические факторы, влияющие на адгезию.

2. Впервые разработана и предложена аналитическая стохастическая модель укрывистости материалов полиграфической фольгой, позволяющая оценить степень укрывистости оттиска полиграфической фольгой с учетом адгезионной и когезионной прочности слоев системы «бумага — полиграфическая фольга».

4. Разработана и предложена методика статистической оценки укрывистости материалов полиграфической фольгой, позволяющая определить минимальную площадь участка фольгового оттиска для статистического контроля качества сплошности покрытия.

5. В результате исследования влияния грунтования поверхности бумаг с большой шероховатостью на их свойства, влияющих на показатели качества тиснения полиграфической фольгой, установлено, что:

— условная изгибная жесткость бумаги после грунтовки возрастает;

— впитывающая способность бумаги после грунтовки снижается. Клей образует пленку на поверхности бумаги, что затрудняет абсорбирование воды в бумагу;

— деформация сжатия у бумаг с грунтовочным слоем выше, чем у бумаг без грунтовочного слоя;

— после нанесения грунтовочного покрытия высотные и шаговые параметры шероховатости бумаг значительно уменьшаются;

— после нанесения грунтовочного слоя на бумагу краевой угол смачивания уменьшается, т.к. вода лучше растекается по ровной поверхности, что приводит к усилению адгезионной прочности.

6. Показано, что качество тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости (по показателям укрывистости, четкости и разрешающей способности) без грунтовки ниже, чем с грунтовкой. Определены основные факторы, влияющие на воспроизведение фольгового изображения на бумагах с большой шероховатостью. Получена совокупность графических и регресионных зависимостей показателей качества тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким значением параметра шероховатости от значений технологических факторов без грунтовки поверхности бумаг и с грунтовкой.

7. Предложены оптимальные технологические режимы процесса тиснения полиграфической фольгой на бумагах с грунтовочным слоем. Разработаны рекомендации по повышению качества тиснения полиграфической фольгой на бумагах с высоким параметром шероховатости:

— рекомендуемые режимы тиснения для фольги с тонким клеевым слоем (1 мкм): температура — от 100° до 130° С, усилие тиснения — 17−18 кНдля фольги с толстым клеевым слоем (1,6 мкм): температура — от 100° до 130° С, усилие тиснения — 13−15 кН;

— установлено влияние толщины клеевого слоя полиграфической фольги на разрешающую способность и укрывистость оттиска. С увеличением толщины клеевого слоя полиграфической фольги укрывистость растет, а разрешающая способность снижается. При большей толщине полная укрывистость обеспечивается при меньшей температуре и давлении.

— определено оптимальное время сушки грунтовочного слоя перед получением оттиска. С увеличением времени сушки увеличивается укрывистость с 65,4% до 100% и улучшается четкость оттисков. Оптимальное время сушки грунтовочного слоя для получения качественного оттиска составило 6 секунд.

— определены оптимальная вязкость клея и масса клеевого слоя, наносимого на бумагу. На бумаге с массой клеевого слоя 33−40 г/м^ получаются качественные оттиски со 100% укрывистостью и допустимой величиной выступов фольги за печатающие элементы. Оптимальной является вязкость клея 160 СП.