В тех случаях, когда в результате размола нужно лишь небольшое увеличение степени помола размалываемой целлюлозы (например, при выработке газетной бумаги или других видов бумаги для печати с высоким содержанием древесной массы), размол осуществляют в одну ступень в дисковых мельницах или в гидрофайнерах.
Указанные общие положения относительно схем установки конических мельниц справедливы и в отношении установки дисковых мельниц, которые, однако, могут работать и в условиях значительно более высоких концентраций размалываемой массы. Вместе с тем они могут успешно заменить как мельницы Жордана, так и гидрофайнеры.
Увеличение концентрации массы при размоле способствует усилению фибриллирования волокон вследствие повышения при этом их взаимного трения. Кроме того, при увеличении концентрации массы в зоне размола оказывается одновременно большее количество волокон и на каждое из них приходится меньшее давление размола. Оба эти фактора (повышенное межволоконное трение и пониженное удельное давление) приводят к уменьшению режущего действия размалывающей гарнитуры и усилению эффекта фибриллирования волокон, что особенно полезно при изготовлении бумаги повышенной прочности.
Указанная тенденция упрочнения изготовляемой бумаги при увеличении концентрации размалываемых исходных волокон распространяется и на область повышенной концентрации массы (более 8%), при которой густую массу нельзя уже подавать к размалывающему оборудованию обычным массным насосом. Подача массы очень высокой концентрации (12-32 %) осуществляется обычно винтом.
Установлено, что высокие показатели механической прочности бумаги, включая показатели сопротивления раздиранию и повышенной растяжимости бумаги, достигаются при использовании двухступенчатой схемы размола массы в дисковых мельницах, работающих при повышенной концентрации массы и с повышенной окружной скоростью диска. При этом первая ступень размола осуществляется с более высокой концентрацией массы, чем вторая ступень, перед которой масса разбавляется водой до нужной степени. Такой режим размола массы особо рекомендуется при выработке мешочной бумаги /1/.
Вопрос 2. Основные физические и химические процессы, используемые для закрепления красок
Процесс образования на пористой поверхности запечатываемого материала (бумаги, картона и др.) достаточно твердой красочной пленки, позволяющей выполнять дальнейшие операции по обработке печатной продукции. Образование красочной пленки на поверхности бумажного листа происходит в результате сложного химико-физического процесса, в начале которого краска, нанесенная на бумагу, прилипает к ней и связующее вещество частично впитывается в ее поры. Входящие в состав связующего вещества смолы быстро загустевают. Для ускорения закрепления краски при печатании на высокоскоростных рулонных машинах в ее состав вводят специальные добавки (сиккативы), ускоряющие этот процесс /3/.
Печатные краски, кроме пигмента, содержат связующее — жидкую фазу, которая связывает отдельные твердые частицы пигмента в единую дисперсную систему, или пигментную суспензию.
Хорошие печатно-технические свойства красок обеспечивают нормальное течение технологических процессов печатания высоким, офсетным, глубоким, трафаретным и другими способами. Важнейшими из этих свойств являются: вязкость краски, способность смачивать печатную форму, прилипать к ней, переходить с формы на запечатываемый материал и закрепляться на оттиске. Все это обеспечивается подбором компонентов связующего (пленкообразователи, растворители, корректирующие добавки) и соотношением пигмента и связующего в краске.
Одно из основных свойств красок — способность закрепляться на оттиске — зависит в основном от связующего. Введенный в краску пигмент почти не оказывает влияния на характер, закрепления, поэтому рассматриваемые ниже процессы закрепления связующих будут относиться в равной степени и к печатным краскам.
В зависимости от особенностей технологического процесса печатания, вида продукции и других факторов для обеспечения закрепления красок на оттисках чаще всего используют связующие, закрепляющиеся в результате следующих процессов (приложение 6):
— образование пленки за счет химических процессов;
— впитывания связующего в поры бумаги с последующим большим ли меньшим отфильтровыванием растворителя и образованием смоляной пленки;
— образования смоляной пленки при испарении легколетучего растворителя или испарении менее летучих растворителей при подогреве;
— образования смоляной пленки при испарении легколетучего растворителя или испарении менее летучих растворителей при подогреве;
— ускоренного закрепления в результате образования смоляной пленки при отделении комбинированного (смесь хорошего и плохого) растворителя.
Кроме того, в отдельных случаях (сравнительно редко) имеет место процесс закрепления в результате высаживания смолы при введении в краску избыточного количества плохого растворителя после печатания; закрепление, в результате отверждения расплавленного термопластичного связующего при охлаждении его на оттиске; закрепление в результате различных комбинации основных четырех процессов.
Однако необходимо отметить, что в действительности процесс закрепления любого связующего, а, следовательно, и краски, является более сложным из-за неоднородности, пористости бумаги и многокомпонентности состава большинства связующих веществ печатных красок.
Обычно в момент получения оттиска красками, затертыми на каком-либо из связующих, наблюдается в большей или меньшей степени впитывание, а затем следует основной процесс, обеспечивающий их закрепление.
При закреплении большинства связующих (и красок) наблюдаются как бы две стадии. Вначале происходит схватывание, подсыхание верхнего слоя краски, что препятствует перетаскиванию (это очень важно при печатании!), и затем полное затвердевание по всей толщине красочного слоя.
Связующие сильно влияют на свойства красок, поэтому к ним предъявляется ряд требований.
Прежде всего, связующие должны быть прозрачными, чтобы не ухудшать цветовых свойств красок, иметь определенную, в зависимости от технологического процесса печатания, вязкость, смачивать пигмент, не вступать с ним, а также с материалами печатных форм и красочных валиков в химическое взаимодействие и обеспечивать образование прочной эластичной пленки, удерживающей пигмент на поверхности оттиска.
В большинстве случаев связующие представляют собой сложные композиции, где главными компонентами являются вещества, образующие твердую пленку (она закрепляет пигмент на поверхности оттиска), т. е. пленкообразователи, а также растворители.
В качестве пленкообразователей чаще всего используют различные продукты переработки природных смол, синтетические олиго-меры, значительно реже, полимеры и природные смолы.
Смолы, которые используют в полиграфии как пленкообразователи, обладают различными свойствами, но все они имеют относительно невысокую молекулярную массу и содержат активные функциональные группы, способные к межмолекулярным взаимодействиям.
Смолы могут быть в твердом или высоковязком состоянии. Твердые смолы при нагревании постепенно размягчаются, переходят в жидкое состояние, а при охлаждении снова затвердевают.
Смолы связующих веществ должны не только образовывать пленку, удерживающую пигмент на оттиске, но и по возможности легко отдавать растворитель, т. е. обладать низкой степенью сродства к растворителю при удовлетворительной растворимости в нем, иметь высокую температуру плавления, чтобы пленка после, удаления растворителя обладала прочностью и твердостью. Смола должна обеспечивать стабильность пигментной суспензии — краски, глянец и эластичность красочной, пленки.
Химически пленкообразующие связующие (первая группа). Эта группа связующих образует эластичную твердую пленку в результате химических процессов. Обычно они состоят из соединений непредельного характера, способных окисляться, полимеризоваться и образовывать трехмерные твердые полимеры или образовывать пленку в результате полимеризации при облучении (фотополимеризация) либо при реакции взаимодействия со сшивающим агентом — отвердителем.
В действительности пленкообразование — более сложный химический процесс, который слагается из целого ряда быстропротекающих превращений и в большой степени зависит от числа двойных связей и их расположения в молекулах масел. С увеличением числа двойных связей скорость реакций окисления и полимеризации возрастает, следовательно, пленка образуется быстрее.
Соли кобальта сильнее ускоряют процесс пленкообразования, чем соли марганца, свинца или кальция.
Немаловажное значение имеет и количество введенного в краску сиккатива. Скорость пленкообразования с повышением содержания сиккатива вначале увеличивается до оптимального значения, при дальнейшем увеличении количества сиккатива скорость образования пленки падает.
Сиккатив вводят в краски при их изготовлении, но в случае необходимости добавляют в готовую краску.
Закрепление связующих в результате фотополимеризации также основано на химических процессах. Связующее содержит светочувствительную маловязкую смолу (полиамидная, полиэфирная и др.) с небольшой молекулярной массой (олигомер) и сенсибилизатор для повышения светочувствительности.
При действии ультрафиолетовых (УФ) лучей происходит фотополимеризация смолы, которая сопровождается образованием пространственной структуры, обеспечивающей закрепление связующего (и краски).
Закрепление, т. е. образование твердой прочной эластичной пленки, происходит почти мгновенно при облучении УФ-лучами, что практически не ограничивает скорости печатания на листовых и рулонных машинах высокой и офсетной печати.
Впитывающиеся связующие (вторая группа). Закрепление красок, затертых на впитывающихся связующих, возможно только на пористой поверхности. При печатании на крупнопористой бумаге типа газетной маловязкая краска вначале входит под давлением формы в неровности и поры верхнего слоя бумаги. Это обеспечивает первую стадию закрепления — схватывание, и краска не смазывается. Затем в узкие поры под действием капиллярных сил постепенно впитывается преимущественно маловязкий компонент краски — растворитель, отфильтровывая пигмент и смолу. При этом краска загустевает и затвердевает. Такое избирательное впитывание почти всегда происходит, при печатании на пористых бумагах. В некоторых случаях впитывание имеет первостепенное значение и является основным процессом, обусловливающим закрепление краски, в других — впитывание происходит только в первый момент взаимодействия бумаги, с краской, которая закрепляется вследствие других процессов. Характер и время впитывания может изменяться в зависимости от состава и вязкости связующего, дисперсности пигмента и структуры бумаги.