МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

Репета Вячеслав Богданович

УДК 665.366

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ УФ-ЛАКУВАННЯ ВІДБИТКІВ ОФСЕТНОГО ДРУКУ

05.05.01 – машини і процеси поліграфічного виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській академії друкарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор

Шибанов Володимир Вікторович,

Українська академія друкарства,

завідувач кафедри поліграфічного матеріалознавства

і хімії (м. Львів)

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Гавенко Світлана Федорівна,

Українська академія друкарства,

завідувач кафедри технології друкованих

видань і паковань (м. Львів)

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Запоточний Василь Йосифович,

директор науково-виробничої фірми

„Поліграфічні технології” (м. Львів)

Провідна установа:

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України,

Видавничо-поліграфічний інститут

Захист відбудеться „27” лютого 2007р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.101.01 в Українській академії друкарства. 79020, м. Львів, вул. Підголоско, 19, ауд. 101.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Української академії друкарства, 79008, м. Львів, вул. Підвальна,17.

Автореферат розісланий „24” січня 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., професор В.Ц. Жидецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На основі останніх досягнень науки та техніки відбуваються докорінні зміни в галузі поліграфічного виробництва, з’являються нові матеріали, інтенсивно вдосконалюються технологічні процеси. Великий об’єм науково-технічних результатів у галузі фотополімеризаційних матеріалів і технологічних процесів, отриманих вітчизняними науковцями Мервінським Р.І., Лазаренком Е.Т., Кравчуком В.А., Міклушкою І.З., Маслюком А.Ф., Матюшовою В. Г., Гудзерою С.С. дозволяє застосовувати їх в оздоблювальних процесах поліграфічного виробництва, зокрема в УФ-лакуванні відбитків. На сьогодні в Україні відсутнє виробництво УФ-лаків для оздоблення друкованої продукції.

При оздоблені друкованої продукції УФ-лакуванням виникають проблеми пов’язані з процесами формування лакових покриттів, внаслідок незадовільного розтікання лаків на поверхні відбитків та інгібуючого впливу кисню повітря на процес радикальної фотополімеризації рідких лакових композицій.

На основі вище викладеного актуальною науковою задачею є удосконалення технологічного процесу УФ-лакування відбитків офсетного друку шляхом: розробки і впровадження нових вітчизняних матеріалів; дослідження і розробки способів покращання розтікання УФ-лаків; дослідження способів усунення інгібіруючого впливу кисню повітря на процес радикальної фотополімеризації УФ-лаків та розробки відповідного устаткування.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у обсязі держбюджетних тем БN 802-2004 „Процеси фотоініційованої радикальної полімеризації в полімерних матрицях” (РК 01044000842) (автор здійснив патентний пошук, проаналізував способи визначення липкості матеріалів, сконструював пристрій для визначення липкості поверхні фотополімеризаційноздатних матеріалів, провів експериментальні дослідження кінетики фотоініційованої радикальної полімеризації УФ-лакових композицій, БN 802-2000 „Світлочутливі мономери та їх фізико-хімічні перетворення при опроміненні УФ та видимим світлом” (РК 010IV000703) (автор розробив склад УФ-лакової композиції на основі епоксиакрилатного олігомеру).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є удосконалення існуючого технологічного процесу та устаткування для формування прозорих лакових покриттів на офсетних друкарських відбитках.

Для досягнення вказаної мети в необхідно вирішити наступні задачі:

а) в частині удосконалення існуючого технологічного процесу:

- розробити методики дослідження кінетики фотополімеризації і розтікання УФ-лаків;

- дослідити кінетику фотополімеризації УФ-лаків;

- дослідити способи досягнення задовільного розтікання УФ-лаків на поверхнях різних субстратів;

- дослідити способи зменшення кисневого інгібірування процесу фотополімеризації УФ-лаків;

- дослідити фізико-механічні і декоративні властивості утворених покриттів;

- розробити склад УФ-лаку;

- на основі визначального фактору – хімічного складу лакових композицій, провести класифікацію технологій формування захисно-декоративних лакових покриттів на друкарських відбитках;

б) в частині удосконалення устаткування:

- спираючись на результати експериментальних досліджень, розробити пристрій УФ-сушіння покриттів на офсетних друкарських відбитках.

Об’єкт досліджень: технологічні процеси формування захисно-декоративних лакових покриттів на друкарських відбитках.

Предметом дослідження є лакові композиції та захисно-декоративні покриття, утворені в процесі УФ-лакування відбитків офсетного друку.

Методи дослідження. Основні результати досліджень одержані з використанням сучасних методів вивчення кінетики розтікання УФ-лаків, шляхом реєстрації зображень профілів краплин УФ-лаків та дослідження кінетики фотополімеризації УФ-лаків за адгезійними властивостями поверхні лакового покриття. Експериментальні дослідження проводились у розроблених макетах пристроїв для визначення липкості лакового покриття та модифікації поверхні субстратів, шляхом їх обробки коронним розрядом. Кінетику розтікання УФ-лаків досліджували реєстрацією зображень цифровою камерою Terra CAM (640Ч480 пікселів). Опрацьовування експериментальних даних проводили з допомогою програмних пакетів STATISTICA 5.0, Advanced Grapher 2.08.

Наукова новизна одержаних результатів:–

виявлено екстремальний характер залежності липкості від часу фотоініційованої радикальної полімеризації в аеробних умовах тонких шарів УФ-лаків, що пояснюється одночасним перебігом процесів інгібування молекулярним киснем переважно верхніх шарів і фронтальної пошарової полімеризації у напрямку до верхніх шарів;–

вперше в якості фотоініціатора запропоновано 2,2-диізопропокси-1-фенілетанон-1, що забезпечує високу швидкість УФ-радикальної полімеризації лаків на основі епоксиакрилатних олігомерів та відсутність їх пожовтіння при зберіганні; –

виявлено зменшення у 2 рази індукційного періоду УФ-полімеризації досліджуваних лаків у присутності аргону, порівняно з азотом, що пояснюється його більшою питомою масою і кращою розчинністю;–

проведено класифікацію технологічних процесів формування лакових покриттів на друкарських відбитках в залежності від хімічного складу лаків;–

встановлено, що обробка коронним розрядом офсетних відбитків значно збільшує адгезію до них УФ-лаків, що пояснюється зростанням полярної складової поверхневого натягу задрукованої поверхні внаслідок її окиснення.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що розроблений новий склад УФ-лаку характеризується високою швидкістю полімеризації і може бути впроваджений у виробництво на вітчизняних підприємствах лакофарбової промисловості. Розроблений спосіб визначення липкості поверхні фотополімеризаційноздатних матеріалів дозволяє кількісно оцінити фотополімеризаційні перетворення лакових покриттів залежно від часу їх опромінювання. Вдосконалений метод визначення контактних кутів змочування дозволяє значно прискорити процес дослідження поверхневих явищ. Результати роботи впроваджені у навчальний процес студентів спеціальності 7.092705 “Матеріали видавничо-поліграфічних виробництв”.

Особистий внесок здобувача. Основні ідеї та наукові дослідження, які виносяться на захист, розроблені і отримані автором самостійно. У роботах автору належать:

- дослідження впливу вбираючої здатності і шорсткості поверхонь картонів на блиск одержаних покриттів [2, 5];

- синтез фотополімеризаційноздатних лакових композицій [3,19,20,24, 25,26];

- визначення складових поверхневого натягу паперу і фарби [4,11,15];

-досліджено реакційну здатність мономерів і олігомерів [8];

- дослідження кінетики розтікання УФ-лаків на різних типах поверхонь [5,6,12];

- дослідження адгезійних властивостей лакових композицій, мікротвердості лакових покриттів [7,21];

- дослідження зміни липкості плівок УФ-лаків в залежності від часу їх опромінення [9];

- дослідження впливу різних газових середовищ на час фотополімеризації УФ-лаків [10,14];

- проведення експерименту та визначення еластичності лакових покриттів [13];

- патентний пошук і конструктивна проробка механізмів та експериментальна перевірка можливості застосування способу [1,27];

- дослідження впливу концентрації фотоініціатора на кінетику фотополімеризації УФ-лакової композиції [23,17];

- проведення аналізу нових напрямків у технології УФ-лакування [16];

- проаналізував конструктивні особливості сучасних УФ-пристроїв [17];

- патентний пошук і розробка конструкції УФ-сушильного пристрою [28].

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на звітних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів УАД за 2001, 2002, 2003, 2005 роки, міжнародній науково-технічній конференції „Издательско-полиграфический комплекс на пороге третьего тысячелетия” (Минск 2001), ІІ-й науково-технічній конференції студентів і аспірантів „Друкарство молоде”(Київ, 2002), 4-й міжнародній конференції „Друкотехн-2002” (Львів, 2002).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані в 28 наукових працях: сімнадцять статей у наукових збірниках та журналах, вісім у матеріалах і тезах конференцій. Отримано два патенти України та одну заявку на винахід.

Структура та об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (159 найменувань), додатків. Матеріали роботи викладені на 142 сторінках, містять 70 рисунки і 16 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито сутність наукової задачі, обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, наукову новизну роботи, окреслено завдання, які необхідно вирішити.

У першому розділі проаналізовано сучасні способи лакування друкарських відбитків, їх переваги і недоліки, викладені теоретичні уявлення про фізико-хімічні процеси під час нанесення лакових композицій на поверхню відбитків і про процеси фотополімеризації лакових покриттів на відбитках; проведений аналіз особливостей сучасних пристроїв для УФ-сушіння лакових покриттів, проведено класифікацію технологічних процесів формування захисно-декоративних покриттів (рис.1).

У другому розділі обґрунтовано вибір методик експериментальних досліджень. Для досягнення мети роботи, автором розроблений спосіб та виготовлений прилад для визначення липкості поверхні фотополімеризаційноздатних матеріалів. Принципова схема приладу для визначення липкості лакової плівки зображена на рис.2. Він складається з горизонтально встановленої пластини 2, яка приєднується до масивної стальної плити-основи 1 за допомогою опор 3. На поверхні пластини закріплюється досліджуваний зразок 4 довжиною 16 см, шириною 2,5 см. Алюмінієвий циліндр утримується в стані спокою при допомозі тримача 5. Відстань, на яку прокочується алюмінієвий циліндр по поверхні досліджуваного зразка, встановлюється обмежувачами у вигляді фотоелементів 6 і 9, які при проходженні повз них циліндра здійснюють запуск і зупинку секундоміра, який фіксує час проходження циліндром відповідної відстані з точністю 0,01 с. Циліндр приводиться в горизонтальний рух за допомогою вантажу масою Q, з яким він з’єднаний гнучким зв’язком, перекинутим через блок 8.

Рис. 1. Класифікація технологій формування захисно-декоративних покриттів на друкарських відбитках

Згідно розподілу сил та теореми про зміну кінетичної енергії, величина липкості має таку залежність:

,

де: КL – опір коченню циліндра (липкість), м; h – шлях, який пройшов циліндр, м; t – час проходження циліндром встановленої відстані, с; R – радіус циліндра, м; P – вага циліндра з вантажем, кг; Q – вага вантажу, кг;

g – прискорення вільного падіння, м/с2.

Для дослідження кінетики розтікання УФ-лаків на поверхнях різних субстратів використано оптико-цифрову систему. Система складається з цифрової камери, об’єктиву, джерела світла, матованого скла, столика з засобами регулювання горизонтального розміщення субстрату, на який наноситься краплиною УФ-лак. Отримане зображення сегменту краплини являє собою певну кількість елементів –пікселів, яка підраховується.

а) б)

в)

Етапи підготовки зображення до розрахунку контактного кута змочування (cos и):

а) зображення краплини отримане при фотографуванні цифровою камерою;

б) перетворення зображення в біти;

в) виділення зображення краплини для автоматичного розрахунку cos и за основими геометричними параметрами краплини (діаметра зони контакту краплини з твердим тілом d i висоти отриманого сегменту h) в пікселях.

У третьому розділі роботи наведені результати експериментальних досліджень фотополімеризаційноздатних лакових композицій і утворених на їх основі покриттів.

Властивості лакової композиції та покриттів, утворених при їх фотополімеризації, визначаються хімічною природою олігомера, мономера, фотоініціатора та їх концентрацією в композиції. Ступінь процесу фотополімеризації лакових покриттів визначали за величиною зміни липкості їх поверхні згідно описаної вище методики.

Результати визначення липкості покриттів, утворених розробленими лаковими композиціями, нанесених на поверхню крейдованого картону („Hannoart Gloss”, SAPPI), які представлені на рис. 3 і 4 показують, що у всіх випадках характер її зміни однаковий, а саме: на початковому етапі опромінення липкість шару збільшується, досягаючи максимуму, згодом різко зменшується до постійного значення. Це пояснюється пошаровим механізмом фотоініційованої полімеризації та її інгібування молекулярнм киснем. Як видно з рис. 3 і 4, концентрація фотоініціаторів в 10-14% вагових забезпечує достатню швидкість і повноту отвердження лаків. На рис. 5 наведені дані, отримані при дослідженні фотополімеризації УФ-лаків промислового виробництва. Дослідження показали, що найбільш світлочутливим є УФ-лак марки „Wessco 7002”, де час зникнення липкості складає 25 с, а найменш світлочутливим – „Senolith 360017/V90”, час зникнення липкості – 50 с.

При дослідженні ініціюючої здатності фотоініціаторів встановлено, що більш ефективними є фотоініціатори ряду ацетофенона. Це пояснюється тим, що при електронному збудженні вони піддаються дуже швидкому і ефективному процесу фоторозпаду до початку гальмування реакції фотополімеризації киснем повітря. На швидкість і ступінь фотополімеризації впливає також тип мономерів, які вводяться в композицію для регулювання її в’язкості. Результати дослідження показали, що досить високою фотохімічною активністю володіють оксідиетилендиакрилат (ДЕГДА), бутандіоддиакрилат (БДДА). Найкращий результат отримано при застосуванні мономеру диметиламіноетилакрилату (ДМАЕА), але життєздатність даної композиції є низькою внаслідок зростання її в’язкості та непридатністю до нанесення. Даний мономер можна застосовувати в невеликій кількості в якості поглинача молекулярного кисню.

Так як, одним з способів усунення інгібіруючого впливу молекулярного кисню повітря на процес радикальної фотополімеризації є введення в композицію амінів, було проведено дослідження впливу концентрації фото- ініціатора ФІ і диметиламіноетилакрилату на час фотополімеризації лакової композиції. При дослідженні встановлено, що оптимальними концентраціями ФІ і ДМАЕА є 10% і 2-5% відповідно (рис.6). Рівняння, яке описує отримані результати має вигляд:

Z = 146,8 – 16,5x – 10,84y + 0,5 x2 +

+ 0,43xy + 0,33y2

де: Z – час фотополімеризації, с; х– кон-центрація ДМАЕА, %; y– концентрація диізопропоксиацетофенона,%

Отже, найбільш придатними, як зшиваючі агенти є мономери ДЕГДА і БДДА, а як фотоініціатори - “Irgacure 651”, диізопропоксиацетофенон і “Irgacure184”. Для досягнення швидкої полімеризації лакових покриттів в композицію необхідно вводити 10-14 % фотоініціатора. Додавання в композицію ДМАЕА дозволяє прискорити радикальну фотополімеризацію. Оптимальною концентрацією ДМАЕА в композиції є 2-5 відсотки. Розроблені лакові композиції за швидкістю полімеризації є конкурентноздатними УФ-лакам промислового виробництва.

Добре розтікання УФ-лаку на сприймаючій поверхні – одна з необхідних умов отримання полімерного лакового покриття бездефектної структури з високими захисними властивостями, у протилежному випадку можуть спостерігатися такі дефекти, як хвилястість лакового покриття або його відшаровування. Тому нами досліджені способи покращення розтікання розробленої епоксиакрилатної лакової композиції шляхом введення в домішок промислового виробництва „Wessco 1915” і „Terraadd”. На основі проведених досліджень можна стверджувати, що введення у лакову композицію домішок „Wessco 1915” і „Terraadd” дозволяє лаковій композиції набагато краще розтікатися на поверхні фарбового шару. Введення домішок для покращення розтікання лаків є доцільним у кількості 2-2,5 % від заг. маси лакової композиції.

Так як, введення в композицію мономеру ДМАЕА прискорює реакцію радикальної фотополімеризації, було експериментальним щляхом визначено вплив концентрації ФІ 2,2-диізопропокси-1-фенілетанон-1 і ДМАЕА на ступінь пожовтіння лакового покриття (рис.7). Як видно з рис.7, для отримання покриття з найменшою жовтизною, необхідно обмежити введення ДМАЕА до 2%.

У четвертому розділі проведені експериментальні дослідження процесів формування лакових покриттів на друкарських відбитках.

Для збільшення поверхневої енергії відбитків перед нанесенням УФ-лаків в поліграфії застосовуються два способи активації поверхні: попередня обробка відбитків коронним розрядом і попереднє ґрунтування поверхні відбитків праймер-лаками. На рис. 8 показано розтікання УФ-лакової композиції на необробленій (а) і обробленій (б) коронним розрядом поверхні.

а) б)

Рис.8. Розтікання краплини фотополімеризаційноздатної лакової

композиції: а - по необробленій поверхні; б - по обробленій поверхні

(картон „Arktika GC-1”, потужність установки коронного розряду 120 Вт)

Порівнювання експериментальних даних з визначення поверхневого натягу паперу і фарбового шару, які представлені на рис.9 і 10, вказують на однотипний, але різний характер зміни полярних і дисперсійних складових. Так, якщо в поверхневому натягу фарбового шару переважає дисперсійна складова, то в поверхневому натягу паперу – полярна. Із збільшенням потужності розряду дисперсійна складова гdS змінюється мінімально, а полярна складова грS різко зростає, особливо при обробці чистого паперу. Проте, у обох випадках, при потужності установки коронного розряду 100-120 Вт досягається максимальне значення поверхневої енергії субстратів, оброблених коронним розрядом (швидкість переміщення матеріалу 30м/хв).

Встановлено, що для паперу і шару фарби достатньою є потужність коронного розряду 100-120 Вт при швидкості переміщення матеріалу 30м/хв, оскільки подальше її збільшення майже не змінює поверхневого натягу (рис.11).

Отже, попередня модифікація поверхні відбитків коронним розрядом дозволяє збільшити їх поверхневу енергію за рахунок зростання полярної складової поверхневого натягу. Максимальне значення поверхневої енергії субстратів, оброблених коронним розрядом, досягається при потужності коронного розряду 100-120 Вт. Змочування УФ-лаками оброблених коронним розрядом поверхонь субстратів залежить від їх здатності змочувати необроблені поверхні.

Відомо, що молекулярний кисень є інтенсивним інгібітором фотоініційованої радикальної полімеризації. Це явище особливо помітне при радикальній полімеризації світлочутливих фарб, лаків. Інгібірування молекулярним киснем не лише гальмує або призупиняє полімеризацію, але й суттєво змінює фізико-механічні і відповідно ужиткові властивості матеріалів.

Дослідження показали, що найменший час полімеризації отриманий при опромінені плівок в середовищі аргону. Це пояснюється тим, що він важчий за повітря в 1,38 рази, досить добре адсорбується на поверхнях твердих тіл і найкраще розчиняється у воді та органічних рідинах. Дещо більший час фотополімеризації спостерігається при опроміненні плівок в середовищі азоту. Азот легший у порівнянні з повітрям, тому масообмін із заміщенням кисню повітря відбувається повільно. Як видно з рис.12, опромінення в середовищі аргону дозволяє набагато швидше проходити реакції радикальної фотополімеризації, при цьому час фотополімеризації на проміжку 2,5 – 12,5 % є майже незмінним, а час фотополімеризації при концентрації фотоініціатора 1 % дорівнює часу фотополімеризації лакового шару на повітрі при концентрації 10%.

Отже, проведені дослідження показали, що опромінення УФ-лаків в інертному середовищі дозволяє не тільки зменшити час фотополімеризації, але й збільшити в 1,14 разів зносостійкість утворених лакових плівок, зменшити вміст фотоініціатора в композиції майже в 10 разів та застосовувати джерела УФ-випромінювання меншої потужності.

При нанесенні УФ-лаків на відбитки, які віддруковані одними і тими ж фарбами, що закріплюються шляхом окислювальної полімеризації, інколи виникають дефекти, пов’язані з поганою адгезією лакового шару до поверхні висохлого фарбового шару, тобто спостерігається відшаровування лакового покриття. Проведені дослідження дозволяють проаналізувати причину виникнення дефекту. Як видно з рис.13, розтікання УФ-лаку на поверхні шару фарби по мірі його висихання збільшується, наприклад, якщо сos , утворений краплиною УФ-лаку на фарбі „Micro”, на 30 хвилині висихання складав 0,923, то вже на 3 годині висихання – 0,953, а після 12 годин – 0,963.

Як видно з рис. 4.16 по мірі висихання шару фарби, її поверхнева енергія зростає, це зростання обумовлюється зростанням полярної складової, і дуже незначним зростанням дисперсійної складової.

Беручи до уваги те, що традиційні офсетні фарби закріплюються шляхом кисневої полімеризації, причиною зростання полярної складової (рис.14) є поява на поверхні полярних груп, які утворюються через окиснення шару фарби киснем повітря. Так як, зміна поверхневого натягу у даному проміжку є незначна, то можна стверджувати, що найоптимальнішим часом для проведення УФ-лакування є приблизно 6 годин висихання шару фарби.

У п’ятому розділі, спираючись на результати експериментальних досліджень, розроблено пристрій УФ-сушіння лакових покриттів у середовищі аргону. Більша питома маса аргону порівнянно з повітрям, дозволяє розмістити камеру, де буде відбуватися опромінення лакового покриття, нижче від вісі вивідного транспортера друкарської машини, з каналами розміщеними під кутом 45-600 стосовно горизонтальної площини. Таке розміщення камери і каналів для проходження транспортеру зменшує проникнення повітря в камеру і забезпечить високу концентрацію аргону в зоні опромінення. Такий принцип розміщення камери можна використовувати при розробці приставних УФ-сушильних пристроїв, при модернізації однофарбових машин офсетного друку та при УФ-лакуванні в режимі „in-line”.

Приставний пристрій для УФ-сушіння фотополімеризаційноздатних лаків, нанесених на відбитки аркушевого офсетного друку, складається з: стрічкового транспортера 1, валів транспортера 4, корпуса 2, притискних роликів 3 і 9, камери УФ-джерела 6, УФ-лампи 5, камери з аргоновим середовищем 8 з каналами подачі і виведення відбитка, приймального столу 10 (рис.15).

Рис.15. Принципова схема приставного УФ-сушильного пристрою

Рис. 16.Схема переміщення роликів в залежності від формату відбитка

Принцип роботи розробленого пристрою наступний (рис.15). Відлакований відбиток стрічковим транспортером транспортується до сушильного пристрою і через канал подачі подається в камеру з аргоном 8. Зверху, над камерою з аргоном, розміщена камера 6 з УФ-лампою 5. УФ-випромінювання лампи, фотополімеризує лакове покриття на відбитку 7, після чого відбиток виводиться з газової камери через канал вивведення на приймальний стіл 10. Розміщення відлакованого відбитка на стрічковому транспортері при опусканні в камеру і виводі з камери забезпечують притискні ролики 3 і 9 (рис.16). Притискні ролики мають осьове переміщення. Залежно від формату відбитка 5, притискний ролик 3 може переміщуватися по напрямним 4 і встановлюється на нелакованій 10-15 міліметровій частині відбитка, притискаючи його до валу 1 або стрічки 2 транспортера.

У додатках приведені технічні характеристики джерел УФ-випромінювання, техніко-економічний розрахунок УФ-опромінення лакових покриттів в середовищі аргону, акти виробничих випробувань.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв’язано наукову задачу удосконалення технології УФ-лакування відбитків офсетного друку. При цьому отримано такі результати:

1. Аналіз науково-технічної літератури дозволив розробити класифікацію технологій формування захисно-декоративних лакових покриттів на друкарських відбитках, яка систематизує склад лакових композицій, механізми їх плівкоутворення та пристрої для проведення процесу плівкоутворення або його інтенсифікації і дозволив визначити напрямок наукових досліджень;

2. Виявлено екстремальний характер залежності липкості лакових покриттів від часу фотоініційованої радикальної полімеризації в аеробних умовах тонких шарів УФ-лаків, що пояснюється одночасним перебігом процесів інгібування молекулярним киснем переважно верхніх шарів і фронтальної пошарової полімеризації в напрямку до верхніх шарів;

3. Розроблено новий склад фотополімеризаційноздатної лакової композиції на основі епоксиакрилатного олігомеру, яка характеризується високою швидкістю отвердження;

4. Встановлено, що для досягнення максимальної швидкості фотополімеризації з мінімальним ступенем пожовтіння утвореного лакового покриття, концентрація фотоініціатора диізопропоксиацетофенону і мономеру ДМАЕА складає 10 і 2 % відповідно.

5. Експериментально підтверджено, що найменший час фотополімеризації спостерігається в середовищі аргону. Це пояснюється його питомою масою і кращою розчинністю в органічних сполуках у порівнянні з азотом.

6. Опромінення лакових покриттів в середовищі аргону дозволяє зменшити концентрацію фотоініціатора в композиції в 10 разів і збільшити в 1,14 разів зносостійкість утворених лакових покриттів.

7. Обробка офсетних відбитків коронним розрядом дозволяє збільшити розтікання на них лакової композиції і забезпечити високі адгезійні властивості покриття, внаслідок зростання полярної складової поверхневого натягу обробених поверхонь. Встановлено, що для паперу і шару фарби достатньою є потужність коронного розряду 100-120 Вт при швидкості переміщення матеріалу 30м/хв, оскільки подальше її збільшення майже не змінює поверхневого натягу.

8. Розроблено пристрій УФ-сушіння лакованих відбитків в середовищі аргону. Особливістю УФ-сушильного пристрою є те, що , камера, де буде відбуватися опромінення лакового покриття, розміщується набагато нижче від вісі вивідного транспортера друкарської машини, з ввідним та вивідним каналами розміщеними під кутом 45-600 стосовно горизонтальної площини. Таке розміщення камери і каналів дозволяє зменшити попадання повітря у камеру і забезпечити високу концентрацію аргону у зоні опромінення.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шибанов В.В., Репета В.Б., Маршалок И.Й., Стахира В.М. Липкость флексографских фотополимеризующихся материалов и методика ее определения // Издательско-полиграфический комплекс на пороге третьего тысячелетия: материалы международной научно-технической конференции.-Минск. БГТУ, 2001. –С. 124-132.

2. Репета В., Шибанов В. Вплив властивостей картону на блиск УФ-лакованих відбитків // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2002. -№7. –С.199-201.

3. Репета В., Маршалок І., Шибанов В. Фотополімеризаційноздатні лакові композиції // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2002. -№8. –С.188-190.

4. Репета В., Шибанов В. Поверхневий натяг паперу і фарби та його вплив на розтікання УФ-лаку // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2002. -№9. –С.172-174.

5. Репета В.Б., Шибанов В.В., Маршалок І.Й. Вплив поверхневих властивостей картонів на якість продукції, оздобленої фотополімеризаційноздатними лаками // Поліграфія і видавнича справа.- 2002. -№38. – С.78-82.

6. Шибанов В.В., Репета В.Б., Муравський Л.І., Вороняк Т.І. Змочування картонів фотополімеризаційноздатними лаками // Наукові записки. –Львів: УАД,- 2002. -№5. –С.58-62.

7. Репета В., Шибанов В. Властивості покриттів утворених при фотополімеризації УФ-лаків // Квалілогія книги . –Львів: Афіша,- 2002. -№5. –С.44-46.

8. Репета В.Б., Шибанов В.В. Фотополімеризаційноздатні лакові композиції на основі епоксиакрилатних і уретанакрилатних олігомерів // Наукові записки. –Львів: УАД,- 2003. -№6. –С.59-61.

9. Репета В., Шибанов В. Липкість фотополімеризаційноздатних лаків та методика її визначення // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2002. -№10. –С.157-160.

10. В.Б. Репета, І.Й. Маршалок, В.В. Шибанов. Ініціююча здатність фотоініціаторів та вплив молекулярного кисню на зносостійкість лакових плівок // Химия и химические технологии. – 2004. - №1. – С.132-134

11. Репета В.Б., Кукура Ю.А., Шибанов В.В. Влияние обработки поверхностей коронным разрядом на характер растекания УФ-лаков // ФлексоДрук Ревю и Спецвиды Печати.-№ 5.-2003.–С. 33-34.

12. Репета В. Шибанов В. Удосконалення технології УФ-лакування офсетних відбитків // Палітра друку.- 2004.-№1. –С. 76-77.

13. В.Репета, П. Ривак, В.Шибанов. Старіння УФ-лакових покриттів // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2004. -№.11 –С. 222-224.

14. В.Репета, В.Шибанов. Вплив природи газового середовища на кінетику фотополімеризації УФ-лаків // Комп’ютерні технології друкарства. –Львів: УАД,- 2005. -№13. –С.266-268.

15. В. Репета, В. Шибанов. Оптимальний час висихання офсетних фарб перед УФ-лакуванням // Палітра друку.- 2005.-№4. –С. 70-71.

16. В. Репета, В. Шибанов. Новації у технології лакування в аркушевому офсетному друці // Палітра друку.- 2005.-№6. –С.55-57.

17. В.В. Шибанов, В.Б. Репета. Устройства, генерирующие УФ-излучение // Флексоплюс. – 2006.-№1, 2. –С.55-57, 54-59.

18. Репета В.Б. Вплив поверхневих властивостей картону і фарби на якість плівок, утворених внаслідок фотополімеризації УФ-лаків // Доповіді II-науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Друкарство молоде ”. -Київ. НТУУ”КПІ”, 2002. –С.80-82.

19. Шибанов В.В., Маршалок И.Й., Репета В.Б. УФ-отверждаемые лаки на основе олигомерных эпоксиакрилатов // Восьмая международная конференция по химии и физикохимии олигомеров “Олигомеры-2002”.-Москва-Черноголовка.2002. –С.291.

20. Репета В.Б., Шибанов В.В. Лаковые композиции фотохимического отверждения // Проблемы современной полиграфии: материалы 1 заочной международной научной конференции. -Омск. ОмГТУ.2002. –С.87-89

21. Репета В. Змочування і адгезія фотополімеризаційноздатних лаків // Доповіді IIІ-науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Друкарство молоде”.-Київ. НТУУ”КПІ”, 2003. –С. 89-91.

22. Репета В.Б. Фотополімеризаційноздатні лаки для оздоблення друкованої продукції // Тези V Української конференції молодих вчених з ВМС. –С.115.

23. Репета В.Б., Шибанов В.В. Вплив газового середовища на кінетику фотополімеризації УФ-лаків // Матеріали першої міжнародної науково-практичної конференції „Науковий потенціал світу 2004”. Том 75. Хімія та хімічні технології. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, –С. 34-35.

24. Шибанов В.В., Репета В.Б., Маршалок И.Й. УФ-чувствительные лаки и адгезивы //Пластмассы со специальными свойствами: технологии и применение. Межв. зборник научных трудов.-СПб., СПбГТИ(ТУ), 2004. –С.80-82.

25. Шибанов В.В., Репета В.Б., Маршалок И.Й. Эпоксиакрилатные УФ-отверждаемые лаки // Тезисы докладов. Девятая международная конференция по химии и физикохимии олигомеров “Олигомеры-2005”.-Москва-Черноголовка-Одесса. 2005. –С.359.

26. Патент України №72305. Фотополімеризаційноздатний лак для покриття друкарських відбитків // Шибанов В.В., Репета В.Б. – Заявл.14.08.2002. Опубл. 15.02.2005. Бюл.№2.

27. Патент України №73325. Спосіб визначення липкості поверхні фотополімеризаціноздатних матеріалів і пристрій для його реалізації // –Шибанов В.В., Репета В.Б., Стахіра В.М. Заявл.07.05.2002. Опубл. 15.07.2005. Бюл.№7.

28. Заявка на винахід № 2006 05321. Спосіб сушіння фотополімеризаційноздатних лаків ультрафіолетовим випромінюванням і пристрій для його реалізації //Репета В.Б., Шибанов В.В., Босак В.О. Заявл. 15.05.2006.

АНОТАЦІЯ

Репета В.Б. Удосконалення технології УФ-лакування відбитків офсетного друку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.01. – машини і процеси поліграфічного виробництва. – Українська академія друкарства, Львів, 2006.

Дисертацію присвячено удосконаленню технології УФ-лакування відбитків офсетного друку.

На основі визначального фактору – хімічного складу лакових композицій – здійснено класифікацію технологій формування прозорих лакових покриттів на друкарських відбитках.

Досліджено кінетику фотополімеризації УФ-лаків, виявлено екстремальний характер залежності липкості від часу фотоініційованої радикальної полімеризації в аеробних умовах тонких шарів УФ-лаків, що пояснюється одночасним перебігом процесів інгібірування молекулярним киснем переважно верхніх шарів і фронтальної пошарової полімеризації в напрямку до верхніх шарів.

Виявлено значне скорочення у 2 рази індукційного періоду УФ-полімеризації досліджуваних лаків в присутності аргону, порівняно з азотом, що пояснюється його більшою питомою масою і кращою розчинністю.

Спираючись на результати експериментальних досліджень, розроблено пристрій УФ-сушіння лакових покриттів у середовищі аргону. Більша питома маса аргону в порівнянні з повітрям, дозволяє розмістити камеру, де буде відбуватися опромінення лакового покриття, нижче від вісі вивідного транспортера друкарської машини, з каналами розміщеними під кутом 45-600 стосовно горизонтальної площини. Таке розміщення камери і каналів для проходження транспортера знизить попадання повітря в камеру і забезпечить високу концентрацію аргону в зоні опромінення.

Ключові слова: УФ-лак, фотополімеризація, фотоініціатор, інгібіруюча дія кисню, липкість, субстрат, поверхнева енергія субстратів, старіння покриттів, ексимерні лампи, дихроїчний фільтр.

АННОТАЦИЯ

Репета В.Б. Совершенствование технологи УФ-лакирования оттисков офсетной печати. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.05.01. – машины и процессы полиграфического производства. – Украинская академия печати, Львов, 2006.

Диссертация посвящена усовершенствованию технологии УФ-лакирования оттисков офсетной печати.

На основе обусловливающего фактора – химического состава лаковых композиций – осуществлена классификация технологий формирования защитно-декоративных лаковых покрытий на печатных оттисках, систематизирует состав лаковых композиций, механизмы их пленкообразования и устройства для проведения процесса пленкообразования или его интенсификации.

Для исследования кинетики УФ-полимеризации тонких лаковых пленок разработана методика, которая заключается в определении липкости покрытия и ее изменения в процессе облучения, по времени прокатывания полированого алюминиевого цилиндра.

Для исследования кинетики растекания УФ-лаков на поверхностях различных субстратов использована оптико-цифровая система. Система состоит из цифровой камеры, объектива, источника света, матового стекла, столика для регулирования горизонтального размещения субстрата, на который наносится капля УФ-лака. Полученное изображение сегмента капли представляет собой определенное количество элементов – пикселей, которые автоматически подсчитываются.

Исследована кинетика фотополимеризации УФ-лаков, обнаружено экстремальный характер зависимости липкости от времени фотоинициированной радикальной полимеризации в аэробных условиях тонких слоев УФ-лаков, что объясняется одновременным течением процессов ингибирования молекулярным кислородом преимущественно верхних слоев и фронтальной послойной полимеризации в направлении к верхним слоям. Впервые в качестве фотоинициатора предложено 2,2-диизопропокси-1-фенилетанон-1, что обеспечивает высокую скорость УФ-радикальной полимеризации лаков на основе эпоксиакриловых олигомеров и отсутствие их пожелтения при хранении.

Обнаружено сокращение в 2 раза индукционного периода УФ-полимеризации исследуемых лаков в присутствии аргона, сравнительно с азотом, что объясняется его большей удельной массой и лучшей растворимостью.

Опираясь на результаты экспериментальных исследований, разработана конструкция узла для УФ-полимеризации лакированных офсетных отпечатков в атмосфере аргона, с предыдущей их обработкой коронным разрядом, что обеспечивает высокие скорости полимеризации и адгезию лаков к отпечаткам при сравнительно меньшей мощности источника облучения.

Большая удельная масса аргона по сравнению с воздухом, позволяет разместить камеру, где будет происходить облучение лакового покрытия, ниже от оси выводного транспортера печатной машины, с каналами размещенными под углом 45-600 от горизонтальной плоскости. Такое размещение камеры и каналов для прохождения транспортера снизит попадание воздуха в камеру и обеспечит высокую концентрацию аргона в зоне облучения.

Ключевые слова: УФ-лак, фотополимеризация, фотоинициатор, ингибирующиее действие кислорода, липкость, субстрат, поверхностная энергия субстратов, старение покрытий, ексимерные лампы, дихроичний фильтр.

ANNOTATION

Rеpеtа W.B. Vervollkommnung des technologischen Prozesses des UV-Lackierens der gedruckten Abdrьcke. - die Handschrift.

Die Dissertation auf das Erhalten der wissenschaftlichen Stufe des Kandidaten der technischen Wissenschaften an dem Fachgebiet № 05.05.01. - die Maschinen und die Prozesse der polygraphischen Produktion. Die ukrainische Akademie des Druckes, Lwiw, 2006.

Die Dissertation ist der Vervollkommnung des technologischen Prozesses des UV-Lackierens der Abdrucke in Bogenoffsetdruck gewidmet. Aufgrund des bestimmend Faktors – die chemische Verbindung der Lackkompositionen – ist die Klassifikation der Technologien der Formierung der durchsichtigen Lackdeckungen auf den gedruckten Abdrьcken verwirklicht. In der Arbeit ist der Bestand der UV-Lacke entwickelt. Fьr das Studium der Kinetik der Polymerisation der UV-Lacke ist die Weise der Bestimmung der Klebrigkeit der Oberflдche der Photopolymere und die Einrichtung fьr ihre Realisierung entwickelt. Es sind die Methoden der Verkleinerung der Sauerstoff inhibition des Prozesses der Photopolyrisation der UV-Lacke untersucht. Es sind die Methoden der Verbesserung der Zerflieвung der UV-Lacke auf den Oberflдchen der Substraten entwickelt. Es sind die physikalisch-mechanischen und dekorativen Eigenschaften der gebildeten Deckungen untersucht.

Stьtzend auf die Ergebnisse der experimentalen Forschungen, ist die Einrichtung UV-trocken der Lackdeckungen im Kreis des Argones entwickelt. Die Kammer, wo die Bestrahlung der Lackdeckung geschehen wird, wird niedriger von der Achse des zurыckziehenden Transporters der Druckmaschine aufgestelen, mit den Kanдlen, die unter den Winkel 45-600 bezьglich der horizontalen Ebene aufgestellt. Solche Anlage der Kammer und der Kanдle fьr den Durchgang des Transporters wird das Treffen der Luft in die Kammer herabsetzen und wird die hohe Konzentration des Argones in der Zone der Bestrahlung gewдhrleisten.

Die Schlьsselwцrter: der UV-Lack, die durchsichtigen Deckungen, die Photopolyrisation, den Photoinitiator, der Sauerstoff inhibition, das Papier, die Pappe, das Substrat, die Klebrigkeit, das Anfeuchten des Substrats, das Altern der Deckung.