Tối ưu hóa quá trình phân tán pigment trong chế tạo mực in offset

Bằng cách kết hợp bazơ với nhiều axit phức hợp như là tannic hoặc các nhựa mang tính axit, các hợp chất được tạo thành có khả năng hòa tan tốt hoặc ít hòa tan trong nước, các loại dầu và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà Nội – Năm 2016

i

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành tại Nhà máy in tiền Quốc gia, 30 Phạm Văn Đồng, Cầu Giấy, Hà Nội

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá

trình nghiên cứu và hoàn thành công trình này

Em xin được cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Công nghệ In - Viện Kỹ thuật Hóa học, các anh chị đồng nghiệp tại Nhà máy đã tạo điều kiện, hỗ trợ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2016

HỌC VIÊN

Hồ Mỹ Thành

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này được hoàn thành là kết quả nghiên cứu của

riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên, Bộ môn Công

nghệ In, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực chưa từng được công

bố trong bất kỳ công trình nào

HỌC VIÊN

Hồ Mỹ Thành

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MỰC IN OFFSET 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Thành phần 2

1.2.1 Chất màu 2

1.2.2 Chất liên kết 14

1.2.3 Môi trường liên kết 21

1.2.4 Các chất phụ gia 23

1.3 Tính chất mực in 24

1.3.1 Độ nhớt 24

1.3.2 Độ dính 27

1.3.3 Độ mịn của mực 28

1.3.4 Tính chất quang học của mực 28

CHƯƠNG 2: PHÂN TÁN CHẤT MÀU TRONG SẢN XUẤT MỰC IN OFFSET 30

2.1 Qui trình sản xuất mực in 30

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất mực 31

CHƯƠNG 3: MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

3.1 Mục đích 34

3.2 Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm 34

3.2.1 Cơ sở lý thuyết 34

3.2.2 Phương pháp tiến hành 37

3.2.3 Tạo mẫu mực 38

3.2.4 Phương pháp và dụng cụ đo 39

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43

4.1 Khoảng giá trị khảo sát của các thông số 43

4.1.1 Khảo sát tỷ lệ varnish 44

iv

4.1.2 Khảo sát tỷ lệ pigment 44

4.1.3 Khảo sát mức thay đổi áp lực nghiền 45

4.2 Kết quả tối ƣu hóa các thông số công nghệ 48

4.2.1 Thí nghiệm trung tâm: aTB , bTB , cTB ( Lần 1) 49

4.2.2 Tối ƣu hóa mô hình 55

4.3 Phần xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlap 56

4.4 Đánh giá kết quả 57

4.4.1 Chế tạo mẫu mực theo kết quả tối ƣu 59

4.4.2 Đánh giá các thông số đặc trƣng 59

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số tính chất của chất màu thuốc nhuộm 4

Bảng 1.2: Một số lọai pigment màu đỏ cờ (red) 8

Bảng 1.3: Một số loại pigment thường dùng 9

Bảng 1.4: Khả năng bền của pigment với một số các tác động của môi trường 9

Bảng 1.5: Bản chất pigment và sự phụ thuộc của chúng vào độ phân tán 11

Bảng 1.6 Tính chất của nhựa khi chế tạo dầu liên kết 21

Bảng 1.7: Giá trị độ nhớt tham khảo 25

Bảng 4.1: Số liệu tham khảo độ nhớt, độ dính của một số loại mực in offset đang 43

sử dụng tại Nhà máy 43

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của hàm lượng varnish đến độ nhớt, dộ dính của mực 45

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của hàm lượng pigment đến độ nhớt, dộ dính của mực 46

Bảng 4.4: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 6 bar 46

Bảng 4.5: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 10 bar 47

Bảng 4.6: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 15 bar 47

Bảng 4.7: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 20 bar 47

Bảng 4.8: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 25 bar 48

Bảng 4.9: Các giá trị z1-z3 min và max 49

Bảng 4.10: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 1 50

Bảng 4.11: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 2 50

Bảng 4.12: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 3 50

Bảng 4.13: Thông số 8 thí nghiệm 51

Bảng 4.14: Ma trận thí nghiệm 52

Bảng 4.15: Ma trận thí nghiệm 52

Bảng 4.16: Ma trận thí nghiệm 53

Bảng 4.17: Công thức mực với các giá trị tối ưu 59

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hình phóng qua kính hiển vi (độ phóng đại13000 lần) 10

Hình 1.2: Mô hình pigment với độ phân tán khác nhau và mức độ tạo cấu trúc khác nhau 12

Hình 1.3: Chất dẫn nhựa tự nhiên 15

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của axit abietic 15

Hình 1.5: Cấu trúc trong không gian của axit abietic 16

Hình 1.6: Các loại nhựa - chế phẩm từ nhựa thông 16

Hình 1.7: Chế phẩm từ nhựa thông và nhựa phenol formandehyt 17

Hình 1.8: Nhựa phenol formandehyt 17

Hình 1.9: Nhựa axit maleic 18

Hình 1.10: Nhựa phenol biến tính côlôphan 19

Hình 1.11: Sơ đồ mô hình cấu tạo nhựa alkyd 20

Hình 1.12: Sự phụ thuộc độ nhớt của mực vào nồngđộ pigment theo thể tích 26

Hình 1.13: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ màu và kích thước hạt pigment 29

Hình 2.1: Quá trình chế tạo mực in 30

Hình 2.2: Quá trình phân tán chất tạo màu pigment 31

Hình 3.1: Cấu trúc của hệ 35

Hình 3.2: Qui trình phân tán pigment 37

Hình 3.3: Cấu tạo máy nghiền 3 trục 39

Hình 3.4: Máy đo độ nhớt THERMOSCIENTIFIC: HaakeRotoVisco 1 40

Hình 3.5: Máy đo độ dính TACK O SCOPE 41

Hình 3.6: Thước đo kích thước hạt 42

Hình 4.1: Cấu trúc của hệ 49

Hình 4.2: Quan hệ giữa nồng độ pigment và nồng độ varnish (tại giá trị mức tăng áp lực nghiền 20 bar) 58

Hình 4.3: Đồ thị thể hiện điều kiện tối ưu 58

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ in offset ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Mực in là nguồn vật liệu cơ bản trong ngành công nghiệp in Mực in offset được chế tạo từ pigment, chất liên kết, dung môi và các chất phụ gia

Sự phân tán pigment có ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc của mực in, giúp cho mực in được đều và ổn định Hiện nay, mực in ở Việt Nam gần như được nhập khẩu hoàn toàn với giá cả và chất lượng khó kiểm soát Điều này khiến cho các doanh nghiệp in gặp khó trong chủ động nguồn vật tư và cạnh tranh về giá cả, chất lượng

Để thực hiện mục tiêu hòa nhập khu vực, in xuất khẩu, ngành in Việt Nam cần phải phát triển công nghiệp phụ trợ mà trong đó sản xuất mực in trong nước là đòi hỏi cấp thiết của thực tiễn Hướng nghiên cứu này nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học và doanh nghiệp Tuy nhiên mực in là một hệ dị thể tương đối phức tạp với nhiều yếu tố tác động lẫn nhau Để tạo ra mực in phù hợp với yêu cầu công nghệ và đáp ứng chất lượng hình ảnh, đòi hỏi phải có quá trình nghiên cứu tổng hợp, cân bằng nhiều đặc tính như tính chất lưu biến, tính chất quang học, kích thước hạt của hệ mưc

Do vậy với mong muốn góp phần giải quyết các vấn đề khoa học trong lĩnh vực này em đã quyết định chọn đề tài:

“Tối ưu hóa quá trình phân tán pigment trong chế tạo mực in offset”

Luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu mực in offset

Chương 2: Phân tán chất màu trong sản xuất mực in offset

Chương 3: Mục đích và phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả thực nghiệm

2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MỰC IN OFFSET 1.1 Khái niệm

Mực in offset là một hỗn hợp dạng nhão có chứa các chất màu pigment hoặc thuốc nhuộm, được sử dụng để tạo màu sắc cho hình ảnh, văn bản, hoặc thiết kế… lên trên một bề mặt

Mực in offset được sử dụng trong công nghệ in offset Mực in offset được chia ra làm hai loại: mực in offset cuộn và mực in offset tờ rời Thành phần cơ bản của mực

in offset cuộn và tờ rời là tương tự nhau

- Chất màu thuốc nhuộm:

Thuốc nhuộm thường có màu sắc đa dạng, phong phú, màu trong sáng cường độ màu cao Nhưng độ bền thời tiết và các điều kiện khác của môi trường kém Thuốc nhuộm thường có 3 loại chính:

+ Thuốc nhuộm bazơ: Thông thường loại này có chứa nhóm –NH2

+Thuốc nhuộm dạng axit: Có chứa nhóm –COOH

+ Thuốc nhuộm dạng cation

Mực sử dụng chất màu là thuốc nhuộm thì được dùng rộng rãi với các loại giấy gói bánh kẹo Nó đòi hỏi tốc độ in nhanh

Các loại mực in sử dụng chất màu thuốc nhuộm chứa một phần ít các tác nhân như axit tannic hoặc các nhựa cóđộ axit cao Chính do những tác nhân này mà các phản ứng phức tạp có thể xảy ra Vì vậy cần lưu ý trong quá trình sử dụng và bảo quản mực.Thông thường các hộp bảo quản được tráng phủ một lớp bên trong để ngăn

3

cản phản ứng có thể xảy ra, nhưng cũng không thể đảm bảo được rằng sự tráng phủ đó là đều và kín, liên tục trên toàn bộ bề mặt Do vậy thời gian để càng lâu thì khả năng xảy ra phản ứng với lớp tráng phủ kim loại lớn

Các loại chất màu thuốc nhuộm hiện nay đang sử dụng nhiều trong các loại mực

in như là muối thường là hydrochloride, các thuốc nhuộm bazơ Bằng cách kết hợp bazơ với nhiều axit phức hợp như là tannic hoặc các nhựa mang tính axit, các hợp chất được tạo thành có khả năng hòa tan tốt hoặc ít hòa tan trong nước, các loại dầu

và chất sáp Các hợp chất của các bazơ với các loại axit béo thì không có khả năng hòa tan trong nước Loại thuốc nhuộm dưới được sử dụng rộng rãi

Chịu nhiệt

Chịu Alkali (Kiềm)

Chiu chất sáp

Chịu

H 2 0

Các tinh chất đặc biệt

Tốt

BT – Tốt

Tốt

BT – Tốt

Dung dịch có màu vàng phát huỳnh quang

Màu xanh vàng phát huỳnh quang

Tốt

BT – Tốt

(Chú thích: BT: Bình thường)

- Chất màu dạng pigment

Thông thường là không tan hoặc rất ít tan trong môi trường liên kết Các pigment

màu thường là những chất vô cơ hay hữu cơ có màu Các hạt pigment có kích thước

5

rất nhỏ, không tan trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ, không có ái lực với vật liệu Chính vì vậy cần phải thêm các chất liên kết trong thành phần của mực Pigment màu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các tính chất về màu sắc của mực in Tùy vào hàm lượng và các loại pigment sử dụng khác nhau mà nó sẽ ảnh

hưởng đến các tính chất quan trọng của mực in như: độ chảy, khả năng bền với các tác động vật lý và hóa học của mực in

Người ta chia pigment làm 2 loại: pigment vô cơ và pigment hữu cơ

* Pigment vô cơ: TiO2; C; PbCrO4; hợp chất sắt, hỗn hợp vô cơ, ngọc trai, xà cừ

- Pigment màu trắng: Từ các kim loại như Ag; Cu; thiếc, nhũ bạc hợp chất kim loại: TiO2; ZnO; BaSO4

- PbCrO4 kết hợp PbSO4 tạo màu vàng hoặc sử dụng các muối sắt

- Hợp chất của chì với crôm được tạo ra bằng phản ứng các muối chì với natri cromat Các giá trị tông màu là xanh xám đến xanh lá cây thu được thông qua tác dụng của natri sunfat với crôm

- Màu đỏ cờ thu được qua việc sử dụng các muối bazơ hay chì hydraxit Như vậy

thông qua việc sử dụng các hợp chất của chì và crôm có thể thu được một dãy các giá trị tông màu khác nhau từ màu xanh nhạt đến vàng và đỏ Các loại pigment này rất hữu ích trong các loại mực in Do đặc điểm là trong thành phần có chì nên rất độc hại

và không phù hợp để in bao bì thực phẩm như giấy gói đồ ăn, túi bánh kẹo, thực

phẩm

Khi nung nóng, các loại pigment crôm vàng sẽ chuyển sang màu đỏ và đậm hơn

Nó sẽ trở về giá trị tông ban đầu khi nguội đi Các loại pigment này phù hợp cho sản xuất mực in trên các vật liệu là sắt tây, lá thiếc mỏng Pigment này có tính năng in

cao, độ chảy và độ đục tốt Đồng thời có khả năng chịu tốt dưới tác động của môi

trường ánh sáng, axit, kiềm

- Các oxit sắt: Một số là sản phẩm tự nhiên còn một số là hỗn hợp của các oxit sắt đã được hydrat hóa, đôi khi là kết hợp với cả silicat Các loại pigment này thường có các

giá trị khác nhau từ tông màu vàng chnah kém sang đến các giá trị tông màu nâu đỏ

Các pigment này thường có khích thước lớn, thô nên khó khăn để nghiền nhỏ, do

đó việc sử dụng bị hạn chế

* Pigment hữu cơ: Thường là các hợp chất AZO(-N=N-), hợp chất phtalocyanine, hay các chất phát quang

và đem sấy khô kết hợp nghiền mịn Thông thường lắc pigment có tính bền kiềm và axit tốt, đặc biệt có một số loại không bị hòa tan trong các dung môi hữu cơ

Một số loại pigment

Pigment Hansa Yellow

Pigment Hansa Yellow: thường có các giá trị tông màu từ vàng đến màu vàng hơi lục, được sử dụng nhiều trong các loại mực in cần đến khả năng chống lại các tác động của ánh sáng, xà phòng và các chất kiềm, đặc biệt loại pigment này có độ thấu minh rất tốt

Hầu hết các loại pigment hữu cơ màu đỏ thường được sử dụng các hợp chất azo

7

Parared có công thức hóa học:

Pigment này có tông màu vàng đến các màu đỏ xanh tối nhưng kém bóng sáng Thường loại này có khả năng hòa tan được trong toluen khi được gia nhiệt, sử dụng để chế tạo mực in ống đồng

8

Bảng 1.2: Một số lọai pigment màu đỏ cờ (red)

Pigment Nồng độ %

Tính thấu minh hay độ đục

Bền ánh sáng

Bền với kiềm

Một số tính chất đặc biệt

1520C

Khả năng bền nhiệt rất tốt nhưng độ bền với các loại axit thì lại kém

(Chú thích: 1: Rất kém, 2: Kém, 3: Trung bình, 4:Trung bình khá, 5: Khá,

6: Rất khá, 7: Tốt, 8: Rất tốt) Tùy theo tính hòa tan, khả năng nhuộm màu, độ tươi, tính bền… mà sử dụng chất tạo màu hay thuốc nhuộm khác nhau

9

Bảng 1.3: Một số loại pigment thường dùng

Sico Fast YellowFD

4177AQ

Bảng 1.4: Khả năng bền của pigment với một số các tác động

của môi trường

Cấu trúc pigment: bao gồm là kích thước pigment (độ phân tán), phân bố

pigment theo kích thước, bản chất tinh thể hay không định hình của các phần tử, khả năng hấp phụ bề mặt…

10

Độ phân tán: D = 1/R (R: bán kính của pigment)

Độ phân tán cao của pigment đảm bảo tính ổn định của hệ phân tán (pigment phân tán đều trong dầu liên kết), tăng đặc tính in của mực, độ đậm và những tính chất khác Bảng 1.5 là bảng tham khảo giả lập kích thước pigment với những tính chất liên quan đến độ phân tán Trên thực tế, pigment có hình dạng, kích thước không đồng nhất như (Hình 1.1) Dựa vào tài liệu tham khảo [3,4,5,7]

Hình 1.1: Hình phóng qua kính hiển vi (độ phóng đại13000 lần)

Trong đó:

a) Pigment vàng hơi đỏ

b) Pigment đỏ tươi

c) Lắc đỏ trong suốt

Số lượng phần tử

Thể tích phần tử,

cm 3

Khối lượng phần tử, g

Tổng diện tích bề mặt phần tử,

Khả năng tạo cấu trúc thứ hai của pigment: đó là quá trình kết tụ làm tăng kích thước của pigment trong môi trường liên kết (Hình 2.3) Nhằm làm giảm khả năng tạo cấu trúc thứ hai của pigment người ta sử dụng chất hoạt tính bề mặt (HTBM) Các chất HTBM thường dùng là các dẫn xuất ptaloxyanin đồng với các gốc R=CnH2n+1 (n từ 1 đến 21)

Quá trình chế tạo mực in và chất lượng mực in phụ thuộc không chỉ vào độ phân tán mà còn phụ thuộc vào cấu tạo các phần tử pigment và điều kiện chế tạo pigment (pigment có thể có các dạng không định hình, tinh thể hoặc hỗn hợp)

12

Hình 1.2: Mô hình pigment với độ phân tán khác nhau và mức độ tạo

cấu trúc khác nhau

Trong đó:

a) Độ phân tán cao: 1- Mức độ tạo cấu trúc thấp

2- Mức độ tạo cấu trúc cao b) Độ phân tán thấp: 3- Mức độ tạo cấu trúc thấp

4- Mức độ tạo cấu trúc cao

- Màu sắc của pigment:

Thông thường thì pigment có độ bão hoà màu rất cao, có thể nói màu sắc của pigment trong sáng tinh khiết gần như màu quang phổ

Màu phải có độ ổn định trong môi trường liên kết Với mỗi loại mực khác nhau sử dụng các chất liên kết khác nhau Do đó yêu cầu về độ bền vững hóa học, bền màu của các chất màu khác nhau

- Khả năng thấm dầu hay chất liên kết của pigment:

Thông thường để đánh giá khả năng này thì người ta dùng hệ số dầu là tỷ số giữa lượng chất liên kết cần thiết để chuyển hoá lượng pigment từ bột sang dạng nhão (hệ

số dầu M) Để giảm chỉ số này phải tăng hàm lượng pigment trong mực Khi hàm

- Khả năng làm đục mực của pigment:

Pigment quyết định các tính chất quang học của mực in Theo nghiên cứu thì các mực in có màu đục sẽ được in trước, màu trong thường in sau

Độ trong, độ phủ của chất màu quyết định tới độ trong của mực Với mực in có chất màu dạng pigment có độ đục nhất định tùy thuộc vào độ đục pigment Còn với mực sản xuất chất màu dưới dạng thuốc nhuộm thì có tính thấu minh tốt

Khả năng phân tán của chất màu trong mực là yếu tố đảm bảo sự đồng đều về màu sắc của mực Khả năng phân tán là tính chất cần quan tâm đặc biệt với các loại mực được sản xuất từ chất màu dạng pigment Sự phân tán của pigment trong môi trường liên kết phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể, kích thước, tỉ trọng và tính chất

bề mặt của hạt pigment

- Độ bền màu của pigment:

Màu sắc của mực in do thành phần pigment có trong mực quyết định Pigment quyết định độ bền màu của mực in trước các tác động của môi trường Tuỳ từng yêu cầu, mục đích khác nhau, khi sản xuất mực in người ta sẽ lựa chọn các chất màu với tông màu khác nhau Mỗi loại chất màu đều có các giá trị cường độ màu khác nhau với hiệu suất sử dụng cao

d) Yêu cầu về pigment

- Chất lượng và lượng sử dụng pigment quyết định các tính chất tông màu hay sắc thái màu, độ sáng màu và độ bão hòa hay độ no màu còn gọi là độ tinh khiết của màu mực in Khi mực in chịu tác động của các yếu tố vật lý và hóa học, chất màu bị biến đổi, vì vậy tính chất màu mực được xác định theo độ bền của màng mực in

- Khả năng thấm ướt với những phân tử chất liên kết: dầu – nhựa

- Các pigment chế tạo mực in offset không được tan trong chất liên kết dạng dầu, nhựa tự nhiên hay nhân tạo

- Kích thước các hạt chất màu càng nhỏ thì độ mịn càng cao và do đó cường độ màu

Chất liên kết bảo vệ, bao quanh hạt pigment, tránh được tác động của các yếu tố vật lý, hóa học, môi trường, sự cọ xát cơ học…

Chất liên kết ảnh hưởng rất lớn đến độ trong hay đục cũng như màu sắc của mực

in

b) Các loại chất liên kết

Chất liên kết gồm có nhựa thiên nhiên và nhựa tổng hợp

- Nhựa thiên nhiên gồm các loại như nhựa côlôphan, nhựa đường cứng chất dẫn được tạo ra tùy theo ứng dụng của từng loại

- Nhựa tổng hợp hiện được dùng thay thế mực từ dầu hạt lanh, là loại mực chính trong in offset, và gồm nhiều chủng loại khác nhau

 Chất dẫn nhựa tự nhiên

Chất dẫn nhựa tự nhiên làm từ nhựa côlôphan được dùng rộng rãi trong mực in Nếu gia nhiệt axít abietic thành phần chính của nhựa côlôphan, thì nó sẽ chuyển thành axít ℓ-pimaric, phần liên kết đôi liên hợp này hoặc nhóm carboxyl sẽ trở nên hoạt dụng

từ 90 - 2000C, trị số axit từ 135 - 180 Ở nhiệt độ cao từ 280 - 3000C thì nhựa thông

có khả năng kết hợp với một số loại dầu thực vật nhƣ với glyxerin sẽ tạo thành

glyxerit nhựa thông, loại này có khả năng tan tốt trong cồn và các dung môi hữu cơ

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của axit abietic

16

Hình 1.5: Cấu trúc trong không gian của axit abietic

Hình 1.6: Các loại nhựa - chế phẩm từ nhựa thông

Trong đó:

a) Nhị trùng hợp nhựa thông

17

b) Nhựa thông Maleic

Hình 1.7: Chế phẩm từ nhựa thông và nhựa phenol formandehyt

Hình 1.8: Nhựa phenol formandehyt

- Nhựa côlôphan hóa cứng

18

Nếu chuyển nhóm carboxyl của nhựa côlôphan sang muối canxi hoặc muối kẽm thì điểm mềm hóa sẽ cao, giá trị axít thấp và tính ly tách dung môi được cải thiện

- Ê-te nhựa côlôphan

Nhựa có được từ ê-te hóa nhựa côlôphan bằng glycerin có điểm mềm hóa cao, giá trị axít thấp, dễ hòa tan trong các loại dung môi, hòa tan tốt trong dầu có tính khô, được sử dụng trong mực in bản nổi, bản phẳng, mực in ảnh bản kẽm

- Nhựa axit maleic: Axít maleic không nước phản ứng với nhựa côlôphan tạo ra hợp chất phụ gia

Nhựa colophan Axit maleic không nước

Nhựa axit maleic (Nhựa có giá trị axit cao)

Hình 1.9: Nhựa axit maleic

Nếu ê-te hóa nhựa có giá trị axít cao bằng glycerin thì tùy theo độ ê-te hóa mà tạo ra các loại nhựa có đặc tính khác nhau

 Nhựa tổng hợp:

19

Trong các loại nhựa tổng hợp đa dạng, loại được sử dụng trong bản in nổi và bản

in phẳng có thể kể đến là nhựa phenol, nhựa alkyd, nhựa epoxy, cao su hoàn hóa + Nhựa phenol

Nhựa phenol biến tính côlôphan là loại nhựa quan trọng nhất dùng trong mực in bản nổi và bản phẳng, góp phần quan trọng để tạo độ bóng sáng hay tăng tốc độ in offset hiện nay

Với nhựa phenol biến tính côlôphan, trước tiên cho phản ứng nhựa côlôphan với chất ngưng tụ ban đầu của nhựa bằng phoócmanđêhít và p-alkyl phenol Tiếp theo, dùng polyol (glycerin ) để ê-te hóa chất tạo ra sau phản ứng giữa nhựa côlôphan và phenol để tạo ra nhựa phenol biến tính côlôphan

Hình 1.10: Nhựa phenol biến tính côlôphan.

+ Nhựa alkyd

Nhựa alkyd có thể được coi là 1 loại nhựa polyeste, tuy nhiên trong ngành mực

in, nhựa polyeste biến tính axít béo thường được gọi là nhựa alkyd

Thành phần cấu tạo thường được sử dụng là axít 2 kiềm như axít phthalic không nước, cồn đa trị như glycerin hoặc pentaerythritol, axít béo như dầu hạt lanh hoặc dầu đậu nành

Nhựa colophan

(Axít ℓ-pimaric) Nhựa phenol

20

Hình 1.11: Sơ đồ mô hình cấu tạo nhựa alkyd

Nhựa alkyd được dùng trong in bản nổi, in bản phẳng, do có tính điều chỉnh độ mềm của màng khô bao phủ, tính kết dính, tính khô của mực

c) Tính chất chung

Một số các loại nhựa thường làm cho độ bền của màng mực in tốt, có khả năng chống được các va chạm cơ học Nhựa giúp cho màng mực sau khi khô có đọ bóng nhất định, sự kết hợp của nhựa với một số chất liên kết giúp cho màng mực nhanh khô Nhựa thường có cấu trúc cao phân tử, khối lượng phân tử lớn, cấu tạo phân tử phức tạp và có khả năng hòa tan tốt trong một số dung môi hữu cơ Một số loại nhựa

có khả năng kết hợp với nhau và một số nhựa có khả năng ngậm nước Đặc điểm này

có thể giúp cho sự thay đổi và điều chỉnh độ nhớt của mựa diễn ra một cách thuận tiện và dễ dàng hơn

Dung dịch nhựa trong dung môi thích hợp, như toluen, được sử dụng cho các loại mựa in, in lên các loại vật liệu khô chủ yếu bằng quá trình bay hơi Các loại nhựa khi kết hợp với một số loại dầu khô tự nhiên cũng có thể làm thay đổi tính chất quá trình khô của màng mực bằng quá trình oxi hóa

Thường các loại nhựa tự nhiên không có điểm nóng chảy nhất định, khi nung nóng không bị mềm dần trong một khoảng nhiệt độ nhất định và tạo thành khối đồng nhất

d) Yêu cầu về nhựa liên kết

Những loại nhựa thiên nhiên đã được biến tính, ví dụ: nhựa thông; nhựa tổng hợp nhựa alkyd đều đươc sử dụng làm mực in Chúng có khả năng hòa tan trong dầu lanh và dầu khoáng Nhựa alkyd được biến tính với dàu lanh tạo thành những ête tan trong dầu, khi hấp thụ oxy hình thành phản ứng taọ lưới làm khô màng mực Nhựa alkyd biến tính được sử dụng ngày càng nhiều để sản xuất những loại mực offset bóng, khô nhanh, vì chúng có những ưu điểm nổi trội như sau:

- Độ bền màng mực in chống sây xước cao

21

- Tạo thành màng mực bóng

- Phù hợp với tính bền ma sát của mực in offset

- Thời gian khô nhanh nếu sử dụng chất liên kết: nhựa alkyd – dầu lanh

Bảng 1.6 Tính chất của nhựa khi chế tạo dầu liên kết

Tên nhựa

Nhiệt độ làm mềm ( o C)

Khả năng hòa tan Trong

dầu lanh

Trong dầu MP- 2

Trong dầu MP- 1

Ester của nhựa thông với

Ester của nhựa thông với

- Môi trường liên kết có tác dụng hòa tan nhựa, phân tán hạt pigment

- Chức năng bao bọc hạt pigment, chuyển từ bản in sang giấy (đặc tính chảy phù hợp kiểu bản in hay máy in)

- Chức năng giữ tính chảy trong máy in, sau khi chuyển lên bề mặt giấy hay các vật liệu khác, nhanh chóng biến đổi và tạo thành lớp màng khô cố định (ngăn việc thấm mực sang mặt sau, tạo độ bền, độ bóng sáng )

b) Các loại sử dụng

- Hydrocacbon nhóm chất béo

22

Hydrocacbon nhóm chất béo có khả năng hòa tan kém, nhưng hòa tan được nhựa phenol biến tính côlôphan hoặc chất dẫn nhựa côlôphan, mùi hôi và độc tính thấp, giá thành rẻ

Nếu dùng trong mực in bản phẳng, phần phân đoạn trong phạm vi 20℃ được sử dụng trong số các phần có điểm sôi từ 230~ 320℃

- Hydrocacbon thơm

Hydrocacbon thơm có khả năng hòa tan tốt, tuy nhiên hiện nay hầu như không còn được sử dụng khi xét đến mặt an toàn của mực in

c) Tính chất chung

- Có độ bốc hơi cao như mong muốn, có tính hòa tan thích hợp với nhựa sử dụng, tạo

độ chảy và độ nhớt cần thiết cho dung dịch dẫn

- Không tạo ảnh hưởng xấu tới độ hòa tan, độ ngưng tụ của pigment

- Không gây hư hại như trương phồng mặt bản in, hay con lăn cao su

- Không gây biến đổi độ chảy do sự bay hơi trên máy in

- Không làm trương phồng, co rút, làm giảm độ bền của vật được in lên

- Không để tồn lưu mùi hôi thối do khả năng tách dung môi không tốt

- Ngoài ra, cần lưu ý đến các đặc tính khác như độc tính, tính dẫn lửa, tính kinh tế

Xu hướng dung môi trong mực in offset là hiện nay đã chuyển từ dung môi dầu thô có điểm sôi cao (hydrocacbon thơm) sang dung môi dầu thô có điểm sôi cao (không mùi) từ quan điểm về tính an toàn

Tiếp đó, từ quan điểm bảo vệ môi trường, nhằm xóa bớt VOC (Volatile Organic Compounds), các loại mực UV và mực dầu thực vật (bao gồm cả mực dầu đậu nành)

mà một phần hoặc toàn bộ dung môi được thay thế bằng dầu đậu nành đang ngày càng được sử dụng rộng rãi

d) Yêu cầu về dung môi

Các dung môi hữu cơ được sử dụng thường là các hychocacbon và các sản phẩm của nó Tùy vào các hợp chất hychocacbon mà chúng có khả năng bay hơi nhiều hay

ít, hợp chất hychocacbon có thể sản xuất từ than đá hoặc các phương pháp tổng hợp khác Đây là dạng chất lỏng có khả năng hòa tan được các chất khác và thường sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan nhựa, các dung môi hữu cơ thường có phân tử lượng không cao

23

Có 2 loại dung môi hữu cơ là dung môi hữu cơ phân cực và không phân cực tùy vào khả năng phân cực hay không phân cực mà dung môi có thể hòa tan các chất tan phân cực hay không phân cực

Dung môi sử dụng có thể có tác động tốt để điều chỉnh độ nhớt hay độ dính của mực in Với mỗi yêu cầu khác nhau mà sử dụng các dung môi khác nhau bởi dung môi là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng khô của mực (khô nhờ bay hơi) Một số các dung môi có thể có mùi hoặc không mùi, dễ bốc cháy, độc hại hoặc không độc với con người và môi trường Do đó cần phải chú ý khi lựa chọn dung môi để sản xuất mực in cho các đối tượng khác nhau

Thực chất các dung môi được sử dụng nhằm tạo môi trường cho chất màu và chất liên kết hoạt động Sau khi quá trình màng mực in được hình thành và khô thì các dung môi này cũng sẽ mất đi

- Trọng lượng phân tử của chất sử dụng làm dung môi ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi, nếu trọng lượng càng lớn thì khả năng bay hơi càng kém

- Những dung môi bay hơi ở nhiệt độ nhỏ hơn điểm sôi của nước là những chất dễ bay hơi Nhưng khả năng bay hơi nhiều hay ít của dung môi phụ thuộc nhiều yếu tố như: nhiệt độ, áp suất điều kiện của môi trường và bản thân thành phần của dung môi Một số các dung môi:

- Hychocacbon dầu hỏa: xăng, dầu…

- Hychocacbon thơm: benzene, toluene…

- Các loại cồn: etyl, butyl, etylglycol và một số các loại este

Dựa vào một số khả năng bay hơi khác nhau của dung môi mà sử dụng chế tạo các loại mực in cho các phương pháp in khác nhau

- Chất độn: Làm tăng tính năng in của mực, thay đổi độ trong, độ đục của mực in,

thay đổi sắc thái làm cho mực in đậm hơn đồng thời hạ giá thành của mực in

24

- Chất tăng độ bóng: Các loại vecni bóng hỗn hợp, các loại dầu và nhựa cho vào

thành phần của mực in để tăng tính năng in, tăng độ bóng, giảm độ đậm của mực, tăng khả năng dàn mỏng khi in trên vật liệu in

- Chất chống dính: Tạo ra sự se mặt màng mực giúp cho in nhanh hơn và chống dính

Nếu như mực chỉ đơn giản là một chất lỏng thông thường, giống như dẩu liên kết, thì các tính chất cơ học của nó có thể xác định thông qua độ nhớt hoặc qua lực cản nội tại của chất lỏng khi chất lỏng đó chảy ra

Đối với chất lỏng thông thường (như dầu liên kết), sẽ tuân theo định luật Newton:

P = ηε Hay η= P/ε

Đối với mực in: Là hệ gồm pigment và dầu liên kết thì độ nhớt sẽ thay đổi do phần thể tích được lấp đầy bởi pigment sẽ làm cản trở sự chảy Do đó độ nhớt tăng lên Lúc đó hệ mực sẽ tuân theo định luật Einstein:

η = η’ (1 + kCv)

với: η’: độ nhớt của môi trường phân tán nguyên chất(dầu liên kết)

Cv: nồng độ theo thể tích của chất phân tán (pigment)

η: độ nhớt của hệ phân tán

k: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của chất phân tán (Đối với hình cầu k=2.5)

Độ nhớt của mực in offset có thông số kỹ thuật dao động từ 5 - 100 Pa.s

25

Bảng 1.7: Giá trị độ nhớt tham khảo

Các loại mực Độ nhớt(Pa.s) Giá trị giới hạn(Pa)

Lý thuyết của Einstein được thiết lập trên cớ sở là giả sử là nếu các phân tử nằm

ở vị trí đủ xa nhau thì giữa chúng sẽ không có sự tương tác và không tính đến sự tăng thể tích của pha phân tán khi có hiện tương solvat và cũng bỏ qua 1 số đặc trưng về cấu trúc của hệ phân tán.Vì vậy, mối quan hệ tuyến tính của định luật Einstein chỉ đúng với hệ phân tán loãng

Khi tăng dần nồng độ của pigment, đặc biệt khi nồng độ của pigment xấp xỉ bằng nồng độ thực tế có trong mực thì độ nhớt sẽ tăng nhanh và không còn sự phụ thuộc tuyến tính nữa

Mặt khác, không chỉ có độ nhớt thay đổi mà cả bản chất của sự chảy cũng thay đổi Hệ số nhớt không còn là hằng số như trong định luật Newton mà nó sẽ giảm cùng với độ tăng của ngoại lực và gradient vận tốc Lúc này xuất hiện sự chảy của chất lỏng không tuân theo định luật Newton

26

Độ nhớt

Nồng độ Pigment theo thể tích

Hình 1.12: Sự phụ thuộc độ nhớt của mực vào nồng độ pigment theo thể tích

Trong đó: 1 - Định luật Einstein;

2 - Mực in từ pigment Milori

3 - Mực từ pigmentvàngtrong suốt

Cgh: Nồng độ giới hạn, tương ứng với độ hút dầu

Trong thực tế thì độ nhớt này phụ thuộc vào các dạng thuốc nhuộm, pigment và đồng thời phụ thuộc vào dạng tự nhiên của các chất mang Các loại mực được làm từ thuốc nhuộm thường có độ nhớt thấp hơn so với các loại mực làm từ chất màu là pigment Điều này được lý giải là do các thuốc nhuộm có khả năng phân tán tốt, trong khi đó các hạt pigment lại bị lơ lửng, khó phân tán, dễ tạo hiện tượng vón cục hay lắng đọng trong các chất mang

Các pigment thông thường có sự ngả màu ít hơn so với thuốc nhuộm Tính chất dòng chảy của mực in sử dụng chất màu là pigment phụ thuộc vào thành phần cấu tạo hoá học, kích thước và hình dạng của các hạt pigment được sử dụng, cũng như là hàm lượng của chúng ở trong mực in Đôi khi sự khác biệt của độ chảy giữa các loại pigment cũng có thể được giảm thiểu thông qua việc làm tăng thêm hàm lượng chất