Растворители во флексографии и глубокой печати

19 августа 2019

В большой степени успех печати красками на основе растворителей во флексографии и глубокой печати зависит от умения работать с растворителями. Во многих типографиях растворителям уделяется мало внимания – считают, что это маловажный компонент. Поэтому и вижу я зачастую так называемую “спиртовую фракцию” (отходы производства питьевого спирта) во флексографских типографиях и типографиях глубокой печати. Как-то у меня была возможность продуть в газохроматографе эту популярную смесь. Чего там только не оказалось – и ацетон, и ацетаты, и кетоны, этиловый спирт и, что самое важное, огромное количество жира (так называемые сивушные масла).

А после этого я слышу размышления специалистов из этих типографий о достоинствах или недостатках тех или иных красок. Даже самая замечательная краска, разбавленная этой “спиртовой фракцией” превратится в  непонятно что и с непредсказуемыми свойствами. Это  то же самое, что купить автомобиль Феррари, попытаться заправить его соляркой и говорить, что не заметны заявленные гоночные качества. Я уже не говорю про отвратительный запах этой субстанции, который, кстати, очень долго остаётся у краски даже после полного высыхания, а при ламинации…навечно.

В моей практике есть случаи, когда заказчики возвращали тиражи с таким “амбре” от упаковки, что выветрить его не удалось и через полгода.

Был очень примечательный случай в моей практике в  г. Талгаре. Там располагалась типография, которая хотела специализироваться на глубокой печати. Видимо наслушавшись “опытных”  спецов, съевших не одну собаку на поприще применения дешёвых растворителей, в типографии сразу при запуске уже запаслись той самой “спиртовой фракцией”. Меня позвали, когда уже все советы от предыдущих советников были исчерпаны. Печатали пакетики для перца – на чёрном фоне находилось изображение стручка красного перца. Проблема выглядела так – при печати на бумаге, через 150-200 метров, изображение начинало удлиняться (размазываться) и через 300 метров пробелов между этикетками уже не было видно, а изображение на этикетках становилось равномерно чёрным без видимого сюжета. На мои замечания, что  виной всему не качественный растворитель, мне не верили и убеждали, что многие работают на этой фракции.

Я уже давно придумал пару фокусов, для грубой демонстрации проблем с растворителем доступными средствами. И, когда в демонстрационной смеси все воочию увидели плавающие “блинчики” жира, то всё же ко мне прислушались. Послали машину в  Алмату, чтобы купить нормальный растворитель. Смешали новую краску с проверенным и сертифицированным растворителем и, о чудо, печать прошла без сучка и задоринки.

А, предположим, что как-то напечатали этой жирной  краской и нужно положить ламинат. Если обычный ацетатный полиуретановый клей, за счёт обезжиривающих свойств ацетата, с  такой задачей худо-бедно может справиться (но придётся лить больше нормы отвердителя), то для бессольвентного клея – это уже непосильная задача. А,  виновником неудачной ламинации назовут, конечно же, “плохой” клей, а размазанной печати, как всегда,  - “не качественную” краску.

Но, даже, если растворители качественные, то нужно уметь с ними работать. Тоже часто наблюдаемая мной картина, когда в типографии используют слишком летучий растворитель и, чтобы хоть как-то замедлить высыхание краски на анилоксах или  на формах, льют огромное количество замедлителя. Не знаю, как в этих типографиях с математикой, но замедлитель существенно дороже любого растворителя.  Кроме того – это опять подготовленная проблема для последующей ламинации. Что же, в таком случае, руководит таким выбором химии в типографии? Считаю, что это не знание и не желание (или не умение) разобраться в проблеме.

Вот только некоторые проблемы при печати и послепечатной обработке, провоцируемые не качественным или не правильно подобранным растворителем:

  • Перемычки между растровыми точками (“грязная печать”) – слишком быстрый растворитель.
  • Наслоения на формах (при флексопечати) и забивание ячеек (при глубокой печати) и начинается всё с самого тонкого растра флексоформы или самых мелких ячеек формного  цилиндра – слишком быстрый растворитель.
  • Разная плотность краски (и соответственно, разный цвет) на холодной и нагретой машине – слишком быстрый растворитель и  чем выше температура, тем быстрее испаряется он  из краски.
  • Слипание рулона – в краске слишком много замедлителя.
  • Расплывание растровых точек – слишком много замедлителя.
  • Долгое высыхание краски – слишком много замедлителя или краска повреждена не качественным растворителем.
  • Быстро забиваются ячейки анилокса или формного цилиндра,  печать растровых полей  “рваная”, а плашек не ровная – в растворителе много воды и нитроцеллюлоза сворачивается.
  • Ламинация с “проплешинами” и пузырьками – в растворителе жир или много замедлителя в краске.
  • И так далее. Список может быть очень длинным.

Что же нужно, чтобы не нарваться на не качественный растворитель? Во-первых, для этого нужно, прежде всего, потребовать сертификат происхождения и соответствия (или хотя бы TDS). Во-вторых, проконсультироваться у поставщика растворителя – если это полиграфический поставщик, то они дадут вам всю нужную информацию, а если это какой-то не понятный и не проверенный поставщик, то никакой информации для полиграфического применения вы не получите. В-третьих, попытайтесь узнать на полиграфическом рынке, кто из поставщиков хорошо себя зарекомендовал.

Теперь предположим, что растворитель у вас качественный. Что ещё нужно знать, чтобы грамотно использовать растворитель в печати? Нужно помнить, что в печати сольвентными красками используется довольно большой ассортимент растворителей и одно из самых важных их свойств  - это испаряемость (или летучесть). Насколько быстро испаряется то или иное вещество (или их смесь) и определяет  скорость высыхания слоя краски после печати. Чаще всего испаряемость исчисляют в виде числа кратного   испаряемости диэтилового эфира или просто эфира.

Растворитель

Плотность

Испаряемость (летучесть)

Диэтиловый эфир

 

1

Ацетон

0,790

2,1

Этилацетат

0,900

2,8

Метилэтилкетон

0,804

2,6-2,8

Изопропилацетат

0,868

4,0-4,2

Толуол

0,867

6,1

Н-пропилацетат

0,887

6,1

Метанол

0,790

6,2

Этанол

0,789

8,2-8,3

Изопропанол

0,785

9,5-11,0

Н-пропанол

0,803

16,0

Метоксипропанол

0,920

22,0

Н-бутанол

0,812

33,0

Этоксипропанол

0,896

33,0-34,0

Пропиленгликоль

0,928

74,0

 

Смеси этих растворителей имеют испаряемость примерно равную сумме пропорциональной испаряемости содержащихся веществ. Например, многие во флексографии  пользуются готовыми популярными смесями Н-пропанол/Н-пропилацетат  80/20%  или Н-пропанол/Этилацетат 80/20%.  Зная испаряемость каждого компонента можно простой пропорцией вычислить, что испаряемость смеси Н-пропанол/Н-пропилацетат  80/20%  будет – 14,02, а испаряемость более быстрой смеси Н-пропанол/Этилацетат 80/20 – 13,36.

В бытность мою зав. производством во флексотипографии  мы использовали готовую смесь растворителей Н-пропанол/Этилацетат 80/20. Но я всегда настаивал, чтобы на складе всегда было некоторое количество (зависит от расхода растворителей в типографии) чистого Этилацетата (как ускорителя) и Этоксипропанола (как замедлителя), чтобы в любой момент можно было модифицировать готовую смесь растворителей,  как в сторону ускорения испарения, так и в сторону замедления.

Например, на улице жаркое лето и кондиционер в цехе не совсем справляется со своими задачами температура выше нормы. Соответственно, краска сохнет быстрее, чем требуется со всеми вытекающими последствиями для печати.  Понятно, что придётся добавлять замедлитель. Но, как определить, что его не получится избыток и потом рулон на намотке не слипнется.  Во-первых, добавлять нужно минимум (взвешивать перед добавлением, чтобы определить точное количество) и смотреть, как улучшилась печать. А, во-вторых, можно ещё до добавления прикинуть насколько снизится испаряемость растворителя при добавлении того или иного количества этоксипропанола.

Допустим, что хочется добавить 5% этоксипропанола в готовую смесь Н-пропанол/Этилацетат 80/20. Насколько замедлится испаряемость смеси?  Напоминаю, что ранее было посчитано, что стандартная испаряемость готовой смеси Н-пропанол/Этилацетат 80/20=13,36.  Тогда с добавлением 5% этоксипропанола итоговая испаряемость станет = 14,34 (медленнее первоначальной испаряемости  на 7%). А, при добавлении 10%  этоксипропанола  испаряемость смеси станет уже =15,24 (медленнее уже, соответственно, на 14%). Заметьте, что добавляем 5% этокипропанола, а испаряемость изменяется на 7%, то есть, не линейно.  Больше 10% этоксипропанола добавлять в растворитель не рекомендую. Если замедление не достаточное и после добавления 10%, то лучше заменить первоначальный растворитель на более медленный.

Моя настоятельная рекомендация – не делать смеси растворителей с этоксипропанолом.  А, если нужно замедлить краску, то добавлять замедлитель разово в уже разбавленную растворителем до нужной вязкости краску или до вязкости чуть выше, чем обычно примерно на 1-2 секунды. Связано это с тем, что испаряемость этоксипропанола очень низкая, например, ниже этилацетата более чем в 11 раз. При такой разнице испаряемости, если этоксипорпанол поступает в смеси с растворителем постоянно, то он накапливается и может на достаточно длинном тираже преподнести неприятный сюрприз в виде расплывшегося растрового изображения или перетискивания (и как следствие склеивания) в рулоне. То есть замедление высыхания краски, при том, что замедлитель постоянно поступает с растворителем, будет всё усиливаться и усиливаться, пока не перейдёт черту, когда краска перестанет высыхать совсем.

На самом деле, все эти расчёты испаряемости справедливы, если краски не большой объём или она быстро расходуется. Если намешано большое количество краски, но расход её очень маленький, то тяжёлые растворители, типа Н-пропанола, метоксипропанола или этоксипропанола,  будут накапливаться, а лёгкие, типа этилацетата, испарятся быстрее, и их первоначальная доля будет уменьшаться. То есть, если изначально вы взяли 20 килограммов  краски и  добавили смесь Н-пропанол/Этилацетат 80/20 и этим ведром печатаете 2-3 дня, то в реальности к концу тиража  соотношение в смеси растворителей может оказаться Н-пропанол/Этилацетат 95/5 или даже Н-пропанол/Этилацетат 98/2.  Именно поэтому, я не рекомендую для длинных тиражей готовую смесь типа  Н-пропанол/Этилацетат 90/10 или Н-пропанол/Этилацетат 95/5,  чтобы был запас по содержанию ацетата.  Ведь именно ацетат является растворителем нитроцеллюлозы в красках и его недостаток может резко снизить растворимость краски и её гомогенность, а спирт лишь разбавитель, который стабилизирует вязкость красок при печати.

И, наоборот, слишком большое количество ацетата в краске может повредить флексографские формы ( я считаю, что для флексографии  безопасное содержание ацетатов в растворителе не должно превышать 25%, ну или, в крайнем случае, 30%). Поэтому нужно аккуратно пользоваться чистым ацетатом для акселерации высыхания краски.

Несколько сложнее работа с растворителями при глубокой печати. Например, когда я консультировал типографию глубокой печати, изготавливающую табачные пачки, то у нас использовалось 4 чистых растворителя и 2 готовых специальных смеси и 1 замедлитель.

Такой большой набор растворителей связан с технологическими требованиями высыхания краски примерно в 5 раз быстрее, чем во флексографии (если, конечно, скорости печати в типографии выше 20-30 метров в минуту). При низких скоростях в глубокой печати можно использовать и стандартный смесевой флексографский растворитель.

Часто я вижу странную картину в наших типографиях глубокой печати – печатают вроде с чистым этилацетатом, но льют много замедлителя этоксипропанола. Как я уже говорил раньше, этоксипропанол довольно быстро накапливается и краска перестаёт сохнуть. То есть, смешиваются два прямо противоположных растворителя – самый быстрый и самый медленный. Но, можно посчитать и подобрать (или составить смесь) растворитель, который будет обладать примерно такой же испаряемостью, но ничего особо накапливаться не будет и, соответственно, печать будет гораздо более стабильной.

 Например, в типографии используется чистый Этилацетат с добавлением 25% этоксипропанола. То есть 75 на 25. Считаем результирующую испаряемость. Она равна 10,6. Из таблицы, приведённой выше, мы видим, что это очень близко к испаряемости изопропанола – 9,5-11,0. Но, для поддержания растворимости нитроцеллюлозной краски нужно немного какого-нибудь ацетата. Допустим, что мы считаем, что будет достаточно 5% ацетата и расход краски хороший (то есть, мы не боимся, что более тяжёлый спирт накопится в растворителе или  не хватит объёма ацетата в краске для поддержания растворимости краски) или расход маленький, но мы приготовим небольшой объём краски.

Посчитаем испаряемость изопропанола с разными ацетатами в соотношении 95/5:

  • С  этилацетатом =10,18
  • С  изопропилацетатом=10,32
  • С  н-пропилацетатом=10,51

Смесь 95/5 изопропанола с н-пропилацетатом практически идеально заменяет первоначальный набор с большим количеством замедлителя. И, если в случае с замедлителем,  разница испаряемости компонентов смеси была более 11 раз,  то разница испаряемости компонентов смеси Изопропанол/Н-пропилацетат  95/5 будет  менее 2 раз. Это гарантия, что ничего не накопится и печать, и высыхание будут стабильными.

Есть и другой вариант решения той же проблемы опасной смеси с большим количеством замедлителя.  Напомню, что стандартная флексографская смесь  Н-пропанол/Этилацетат 80/20 (назовём для простоты просто “Смесь 1”) обладает испаряемостью=13,36. А, нам нужно 10,6. Предположим, что у нас есть запас чистого этилацетата. Посмотрим, сколько нужно будет добавить этилацетата в Смесь 1, чтобы получить нужную испаряемость:

  • Смесь 1 95%+5%Этилацетата = 12,83
  • Смесь 1 90%+10% Этилацетата= 12,3
  • Смесь 1 80%+20% Этилацетата=11,25 (недолёт)
  • Смесь 1 70%+30% Этилацетата=10,19 (перелёт)
  • Смесь 1 75%+25% Этилацетата=10,72 (практически в цель)

Так как мы рассматриваем глубокую печать, то чрезмерное содержание ацетатов, в отличие от флексографии, нас совсем не смущает. Можно так же рассчитать новый рецепт растворителя с использованием другой стандартной флексографской смеси Н-пропанол/Н-пропилацетат  80/20% .

То есть легко заменяем рецепт с большим содержанием замедлителя этоксипропанола, на более стабильный (и, возможно, более дешёвый) рецепт смеси Н-пропанол/Этилацетат 60/40 или стандартная смесь  Н-пропанол/Этилацетат 80/20+25% Этилацетата.

В некоторых случаях, как, например, с теми же табачниками, заказчик ставит жёсткие условия по остаточному содержанию растворителей в упаковке, так как содержимое этих упаковок очень чувствительно к запахам. Например, к таким содержимым относятся табак, кофе, шоколад, чай и так далее. В этом случае, использование тяжёлых растворителей вроде этоксипропанола или метоксипропанола  вообще стараются избегать, чтобы растворители как можно быстрее покинули краску и не пропитали упаковку. В табачных типографиях тратят огромные деньги на установку газохроматографов для контроля остаточных растворителей.

Не редко я сталкиваюсь в своей практике, когда потребители отказываются от продукции типографий из-за слишком сильного химического запаха. А запах этот и появляется от некачественных плёнок и не качественных (или не правильно используемых) растворителей. Одно дело напечатать пакет для супермаркета и совсем другое дело изготовить качественно полимерную упаковку с ламинацией или из картона.

Что касается тех же клеёв  для ламинации у  нас до сих пор очень слабо развито использование бессольвентных клеёв, а во многих странах, наоборот, уже почти не используют ацетатные двухкомпонентные клеи.  Хотя даже размеры машин для бессольвентной ламинации гораздо меньше  и намного более экономичны по расходу энергии.  

Ещё одна распространённая проблема – это содержание воды в спиртах. Спирты гигроскопичны, но накопить много воды он  даже в открытой таре не может – он испарится быстрее. Поэтому, если в спирте много воды, то это фальсификация или мошенничество.

Как-то меня пригласили в одну из типографий Бишкека. Они не могли долгое время запустить печать на новой американской узкорулонной машине. Машина функционировала исправно, но не печатала. Долго рассказывать, но выяснилось, что изопропиловый  спирт от известной бельгийской компании содержал много воды, которая повреждала нитроцеллюлозу в красках и краска сворачивалась. Я не знаю, может в типографии похищали спирт  и скрывали это добавлением воды, или спирт  таким и приходил в типографию. В итоге,  заменили проблемный спирт на медицинский 96% этанол и проблема исчезла.

В Кокчетаве,  при запуске машины, использовался  тоже медицинский 96% этанол и всё было нормально, а на утро вся краска свернулась. Выяснилось, что за ночь кладовщица отлила для своих целей часть спирта и залила воды до прежнего уровня.

Хотелось бы ещё несколько слов сказать об использовании растворителей для водных красок. Да, да -растворители могут пригодиться и для водных красок. Например, спирты являются хорошими ускорителями высыхания для водных красок и лаков, за счёт своей растворимости в воде и намного более высокой летучести по сравнению с водой. А, например, пропиленгликоль является отличным замедлителем высыхания водных красок (именно поэтому я вставил его в таблицу).

Надеюсь, что та информация, которая приведена в этой заметке поможет тем, кто прочитал, избежать некоторых ошибок.

Технолог компании ВИП Системы
Фанайлов В.Н.