Справочная книга технолога-полиграфиста

Предисловие к русскому изданию

По своему характеру, содержанию и структуре построения справочник отличает­ся от подобных изданий, выходивших у нас в стране, прежде всего тем, что его составители не задавались целью дать прямые рекомендации или указания, необхо­димые для проведения конкретных   технологических   или   производственных а стремились показать научные основы,   технологические   принципы   и   технически"" средства, на которых базируются современные процессы   полиграфического   произ водства, сообщить сведения о способах переработки применяемых в полиграфическом производстве материалов, о средствах контроля материалов и технологических про­цессов.

Перевод справочника выполнен с некоторыми сокращениями: опущены справочные таблицы и общие положения, широко представленные в отечественной справоч­ной литературе, не приведены отдельные устаревшие и малозначительные сведения.

Четыре раздела справочника включают описание важнейших сырьевых материа­лов, используемых в современном полиграфическом производстве и основных произ­водственных процессов — изготовления печатных форм, печатания, обработки печат­ной продукции.

Читатель, несомненно, обратит внимание на своеобразие принятой составителями справочника классификации технологических методов, используемых при изготовле­нии печатных форм, и выбранной в соответствии с ней схемой изложения, позволин-шей не только охарактеризовать отдельные стадии получения печатных форм, но и показать сущность, выделить общие черты и частные различия многочисленных методов и средств, используемых в настоящее время в технологии формного произ­водства.

В разделе справочника, посвященном печатным процессам, рассмотрены физико-технические основы печатания (явления, возникающие в печатной зоне, особенности краскопередачи при различных методах печати, физико-химические процессы при закреплении краски на оттиске), разобраны принципы построения печатных сем различных типов печатных машин, особенности конструкции красочных аппярви и систем для нанесения на печатную форму вязких и жидкотекучих красок, снв для увлажнения печатных форм.

Нетрадиционно подошли составители справочника к изложению процессов о1 ботки печатной продукции. Это проявилось в первую   очередь   в непривычной   | нашего читателя классификации применяемых   в   этих   процессах   технологичен методов и расчленении всей группы отделочных операций на такие, по терминолпм справочника, стадии как «разделение» (разрезка, высекание, вырубка и т. п.), «||И» нение формы» (фальцовка, биговка, тиснение рельефа и т. п.), «сборка» (склеивавшитье проволокой и нитками и т. п.). Представляется, что подобная классификация позволила удачно и компактно изложить обширные сведения по обработке печатной продукции.

На языке оригинала справочник выпущен в 1978 г. Естественно, что за прошед­шие с этого момента годы совершенствовалась техника и технология полиграфии, видоизменялись отдельные технологические варианты и методы. Несмотря на это, основные положения справочника не потеряли своей актуальности, и спракочник будет служить полезным пособием для технологов-полиграфистов и специалистов, работающих в смежных с полиграфией отраслях промышленности. Благодаря зна­чительному объему и разнообразию сведений, справочник может быть полезен также студентам полиграфических учебных заведений.

 

Предисловие к немецкому изданию

Человеческие знания в последние десятилетия преумножаются чрезвычайно быстро. Неотложной необходимостью поэтому является создание доступных и на­глядных пособий, содержащих сведения, которые могли бы оперативно использовать­ся практиками, студентами и научными работниками в повседневной практической деятельности. Именно такую цель преследовали авторы и издатели справочника.

Полиграфия, вследствие своей специфики, относится к сфере обрабатывающих отраслей производства. Технологические процессы полиграфического производства базируются на использовании большого ряда разнообразных источников информа­ции. В то же время имеется много общего в методах переработки материалов.

В предлагаемом читателю справочнике кратко изложены важнейшие технологи­ческие процессы полиграфического производства. Особое место уделено обзорам с изложением технологических принципов, лежащих в основе этих процессов, что должно быть одинаково полезным и для специалистов и для учащихся.

Подчеркивая особенности полиграфии, нельзя не отметить и того, что эта об­ласть производственной деятельности связана с созданием массовых средств инфор­мации. Это позволило рассматривать технологические процессы как разнообразные фирмы переработки информационных массивов.

Справочник подготовлен авторским коллективом, состоящим из сотрудников высших учебных заведений, научно-исследовательских организаций, производствен­ников.

Авторы особо благодарят за многочисленные деловые советы проф. Руппа, а также дипл. инж. Гоффмана за неоценимую помощь при просмотре рукописи и за предложения по улучшению справочника.

Предлагаемый справочник должен оказать помощь в решении повседневных задач всем тем, кто им пользуется.

Выражаем благодарность за указания и замечания по дальнейшему улучшению справочника.

1.1.1. Чистые металлы

Свинец

Высокая печать: основная составная часть шрифтолитейных сплавов, сплавов для машинного набора, литых стереоти­пов, формных пластин для электронного гравирования клише; применяется в чис­том виде при получении матриц в галь­ваностереотипии.

Цинк

Высокая печать: материал для изго­товления печатных форм травлением и электронным гравированием; в чистом виде применяется при одноступенчатом травлении клише.

Плоская (офсетная) печать: материал для изготовления монометаллических печатных форм (формы, получаемые про­явлением нанесенного слоя, формы, по­лучаемые нанесением слоя).

Магний

Высокая печать: материал для изго­товления печатных форм травлением (в том числе — одноступенчатым) и элек­тронным гравированием.

Алюминий

Высокая печать: материал для изго­товления форм большого формата одно­ступенчатым травлением.

Плоская (офсетная) печать: материал для изготовления монометаллических пе­чатных форм.

Медь

Высокая печать: материал для изго­товления печатных форм травлением и электронным гравированием, для изго­товления гальваностереотипов.

Плоская (офсетная) печать: материал олеофильных участков при изготовлении полиметаллических печатных форм мето­дом травления.

Глубокая печать: материал для печат­ных форм, изготовляемых травлением, электронным и механическим гравирова-

 

нпем; наносится галыанически на по­верхность формного цилиндра и образу­ет рабочий слой печатной формы (смет­ная рубашка»).

Хром

Высокая печать: материал для упроч­нения поверхности печатных форм, изго­товленных травлением и гравировани­ем, гальваностереотипов, литых стерео­типов.

Плоская (офсетная) печать: матери­ал гидрофильных участков при изготов­лении полиметаллических печатных форм методом травления.

Глубокая печать: материал для упроч­нения поверхности форм, изготовляемых травлением и электронным гравирова­нием.

Никель

Высокая печать: материал для изго­товления гальваностереотипов, упрочне­ния поверхности литых стереотипов, матриц строкоотливных наборных машин.

Плоская (офсетная) печать: материал гидрофильных участков при изготовле­нии полиметаллических печатных форм методом травления.

Железо

Высокая печать: материал, используе­мый для гальванопокрытия литых сте­реотипов.

Плоская (офсетная) печать: матери­ал-основа полиметаллических офсетных пластин.

Химическое травление

Цинк, магний, алюминий — растворя­ются разбавленной азотной кислотой

2п+2Н+-^2п2+ +Н₂

М§ + 2Н+-^Ме;2+ +Н₂

А1 +ЗН+-*-А1з+ +1,5Н₂.

Хром — растворяется   соляной   кисло­той

С_г+ЗН++СгЗ+ -Ы,5Н₂.

 

По казатели	Цинк	Магний	Алюминий	Медь	Хром
Символ	2г	м8	А1	Си	Сг
Место   в   перио дической     системе элементов *	2. пг	2. гг	3. гг	1. пг	6.   ПГ
Температура плавления, СС	419,5	649,5	660,1	1083	1903
Удельная   масса, ГСМ-3	7,136	1,738	2,70	8,92	7,19
Коэффициент ли­нейного     расшире­ния, К-1	29,8-10-6	24,5-10-6	23,9-10-6	16,2-10-6	6,2-10-6
Твердость        по Бринеллю, МПа	350	350	150—250	350	700
Удельное   сопро­тивление, Ом-мм2м-1	0,0592	0,0466	0,0266	0,0167	0,13
Нормальный   по­тенциал, В	-0,76	—2,36	—1,66	0,34	—0,74
Электрохимиче­ский      эквивалент, г(А-ч)-"	1,23	0,45	0,335	11,19	0,65
Тип     кристалли­ческой решетки**	1 КС	гкс	Кб	Кб	кбоб

* гг —главная подгруппа, пг — побочная подгруппа.

гкс —гексагональная, кб — кубическая гранецентрированная, кбоб — кубич эдрическая, тетр — тетрагональная.

Медь — растворяется раствором трех­валентного хлорного железа

Си + 2РеЗ+ -* С_и2+ + 2Ре2+.

Электролитическое травление

Анодный процесс, протекающий в общем виде по уравнению

Ме-*Ме^п+ +пе~.

Электролитическое осаждение

Медь — осаждается из сернокислых электролитов с медными   анодами

Катодный процесс: Си2+ + 2е~ -^ Си. Анодный процесс: Си-»Си2+ + 2е~.

Хром — осаждается из кислых элект­ролитов со свинцовыми анодами по об­щему уравнению реакции для катодного процесса:

СгО^- + 8Н+ + 6е~ ->- Сг + 4Н₂0

при одновременном выделении на катоде водорода

2Н+ + 2е- -*■ Н₂

Анодный процесс:

40Н--йЭ₂ + 2Н₂0 + 4е~.

Никель — осаждается из кислых элек­тролитов с никелевыми анодами. Катодный и анодный процессы аналогич­ны     соответствующим     процессам     при осаждении меди.

Оксидирование

Увеличение толщины естественной окисной пленки на поверхности алюми­ния (толщина около 0,01 мкм) до 1 — 5 мкм путем анодного оксидирования способствует улучшению влагопередачи и повышению тиражестойкости.

Удаление металла

Удаление слоя металла, например при регенерации форм глубокой печати или полиметаллических офсетных пла­стин, осуществляется: механически — шлифованием или токарной обработкой; химически — растворением в кислотах (например, хрома в разведенной 1 : 1 соляной кислоте при 50—60° С); элект­рохимически— растворением на аноде (медь — в цианистом, никель—в серно­кислом, хром — в щелочном электроли­те).

Зернение

Обработка поверхности с целью до­стижения развитой ее структуры, обес­печивающей   влагопередачу   и улучшающей адгезию копировального слоя: ме­ханически— металлическими или фарфо­ровыми шариками, абразивными мате­риалами, водой; химически—кислотой; электрохимически — оксидированием на аноде.

Очистка

Обезжиривание, например для дости­жения безупречного сцепления гальвани­чески осаждаемых покрытий: обработкой растворителями; электрохимически — на катоде и (или) аноде при использова­нии в качестве электролита щелочей или растворов щелочных металлов, на­пример углекислого натрия.

1.1.2. Сплавы (свойства, термины)

Сплавы — гомогенные растворы двух или нескольких металлов или продукты кристаллизации таких растворов.

Компоненты — составные части спла­вов (многокомпонентных систем); спла­вы из двух компонентов называют би­нарными, из трех — тройными (двухком-понентными, трехкомпонентными систе­мами) .

Фазы — части системы, которые яв­ляются однородными (по составу, агре­гатному состоянию и всем физическим свойствам) и отделяются от соседних фаз поверхностью раздела (фазовой границей). Поскольку газы, как правило, хорошо смешиваются, у газа существует лишь одна фаза. В жидких системах при нерастворимых или при неполностью растворимых друг в друге компонентах одновременно может существовать не­сколько фаз (например, в системах масло — вода, свинец — железо в жидком виде). В твердом состоянии каждый вид кристаллов образует свою фазу; так, например, при затвердевании рас­плава свинец—олово образуется смесь из кристаллов свинца и олова (двух­фазная система).

Кристалл — свободно растущее из расплава или из раствора тело правиль­ной формы, отвечающее определенным условиям симметрии, мельчайшие струк­турные элементы которого (атомы, ионы, молекулы) закономерно располагаются в кристаллической решетке.

Кристаллиты — тела поликристалличе­ского материала, образующиеся при за­твердевании расплава или при полном испарении растворителя из раствора и отличающиеся чрезвычайно неправиль­ной формой вследствие взаимных пре­пятствий   при   кристаллизации.

Твердый раствор — кристалл, кристал­лическая решетка    которого    заполнена (замещена)   случайно    распределенными зернами различного вида.

Золото и серебро образуют беспре­рывный ряд твердых растворов, оба вида атомов могут образовывать твердые растворы в любых соотношениях компо­нентов. В других системах твердые рас­творы могут образовываться только внутри определенной, характерной для этой системы области концентраций, наваемои системе имеет самое низкое зна­чение. Сплав эвтектического состава (например, 61,9% олова и 38,1% свинца) затвердевает и плавится как чистый ме­талл при постоянной температуре (в на­шем   примере — при   183° С).

Диаграмма состояния — плоское (для бинарной системы) или объемное (для тройной системы) графическое изображе­ние зависимости температуры плавления

 

зона / — расплав; зона // — расплав + твер­дая сурьма; зона /// — расплав + твердый свинец; зона IV — твердая сурьма + твердый свинец (смесь кристаллов); В — точка эвтек­тики, Т — температура

пример, медь образует твердый раствор с серебром лишь до 2%-ной его кон­центрации, серебро с медью — только до 6%-ной концентрации меди. Таким обра­зом, в интервале концентраций серебра от 2 до 94% твердый раствор не обра­зуется.

Период затвердевания, период плав­ления — область температур между нача­лом и концом затвердевания (плавле­ния) в многокомпонетнон системе. В то время, как чистые вещества имеют оп­ределенную температуру затвердевания (плавления), процесс затвердевания мно­гокомпонентных систем протекает вооб­ще в течение определенного интервала температур, зависящего от состава си­стемы. При этом компоненты вначале затвердевают частично, вследствие чего изменяется состав еще жидкой части и вместе с тем — ее точка затвердевания. Во время всего процесса затвердевания (однофазный) расплав находится в рав­новесии со второй   (твердой)   фазой.

Эвтектика—характерный состав мно­гокомпонентной системы с определенной точкой плавления,   которая в рассматри-

 

Рис. 1.2. Концентрационная диаграмма для системы свинец — олово — сурьма. Точка Р характеризует сплав с 30% свинца, 30% олова и 40% сурьмы

(затвердевания) от состава системы (рис. 1.1).

Сплав из 40% свинца и 60% сурьмы при 700° С находится в жидком состоя­нии (точка а находится в области /). При охлаждении до точки плавления сурьмы (точка Ь) сплав еще находится в расплавленном состоянии. Лишь при температуре, примерно на 100° С более низкой, когда пересекается линия ликви­дуса АН (точка с), начинает кристалли­зоваться сурьма (компонент, избыточ­ный по сравнению с эвтектикой).

При 400° С (точка й) твердая сурьма находится в равновесии с жидкой, со­став расплава можно определить по точке й". При дальнейшем снижении температуры до 300° С (точка е) рас­плав вследствие дальнейшей кристалли­зации сурьмы еще более обогащается свинцом (точка с") и более приближает­ся при этом к эвтектическому.

При 245° С (точка /) расплав дости­гает эвтектического состава Е и затвер­девает при постоянной температуре. Ни­же 245° С (например, в точке #) вся си­стема находится в твердом состоянии как смесь кристаллов. Период затверде­вания составляет около 285° С (прибли­зительно    от 530° до 245° С —от точки

0      10     20    30    1>0   50    (О ?1 70    80    30    100 *                           °/о5п -*~                       $ь Рис. 1.3. Диаграмма состояния системы свинец олово — сурьма

с до /). Период плавления тем меньше, чем ближе состав сплава к эвтектике.

Ликвация — процесс расслоения, ко­торый происходит тогда, когда при очень медленном охлаждении сплава кристал­лы, осаждающиеся в начальный   период,

рь   ,

$>Ю

 

оседают или всплывают наверх вследст­вие различия в плотности кристаллов и расплава; в этом случае сплав после полного затвердевания имеет разный со­став в различных участках.

Диаграмма состояния тройного спла­ва — плоскостное изображение полной комбинации — смесей сплавов из трех компонентов (рис. 1.2).

 

1.1.3. Сплавы на основе свинца

Сплавы, применяемые при изготовле­нии печатных форм, состоят из свинца, олова и сурьмы. Они используются ис­ключительно в высокой печати как шрифтолитейный сплав, сплав для ли­тейных наборных машин (строко- и бук­воотливных), стереотипный сплав для изготовления форм-дубликатов, а также форм для печати нот.

Для сплавов, применяемых в набор­ных машинах, первоочередное значение имеют условия плавления и затвердева­ния, для последующих процессов (на­пример, при матрицировании) и для ис­пользования в качестве оригинальных пе­чатных форм — их твердость. Данные по сплавам различного состава можно по­лучить из диаграммы плавления (рис. 1.3) и диаграммы твердости   (рис. 1.4).

 

В тройных концентрационных диаграм­мах нанесены линии одинаковых тем­ператур плавления (затвердевания) или одинаковой твердости (по Бринел-лю).

0(231°$а)

Из рис. 1.3 видно, что имеются две двойных эвтектики (Е\\ Е?): 5,-38,1% свинца/61,9% олова; точка плавления 183° С; Е? — 87% свинца/13% сурьмы; точка плавления 247° С; одно внутри-металлическое (интерметалли­ческое) соединение {Е₃): (^з — 50% олова/50% сурьмы; точка плавления 425° С, и одну трой­ную эвтектику (Е): Е — 84% свинца/4% олова/12% сурьмы, точка плавления 239° С. За исключением шрифтоли­тейного сплава все типограф­ские сплавы имеют состав, близ­кий к тройной эвтектике: они обладают поэтому низкой точ­кой плавления, малым интерва­лом кристаллизации. Для опре­деления температуры плавления тройных типографских сплавов приведен увеличенный фрагмент диаграммы плавления (рис. 1.5).

Рис. 1.4. Диаграмма твердости (по Бри-неллю) для системы свинец — олово — сурьма

Пропись анализа. Растворение в на­гретой серной кислоте. Восстановление олова с железом и алюминием до 5п²+. Определение олова 0.05Ы раствором иода:

5_П2+ +Лг-»-Зп*+ +2}~.

 

1 см³ 0,05М раствора иода соответству­ет 2,968 мг олова.

Определение сурьмы производится О.ОбЛ" раствором бромистого калия:

5ЬЗ+ + ВгО~ + 6Н+ -► 35Ь5+ + Вг- +

+ ЗН₂0. 1 см³ 0,05 N раствора бромистого калия соответствует 3,044 мг сурьмы.

Расчеты добавок металла. Анализ сплава показывает фактические данные по составу. Для получения требуемых значений, как правило, необходима до­бавка двух составных компонентов сплава:

^	С]
ь,	с?
»я	ся
Ь*	<ч

Фактические   значе­
ния, %..........................     ^а\

Присадка I................ ... а₂

Присадка   II ... .          а₃

Требуемые значения     а₄

(а,   Ь,   с — процентные    значения    трех компонентов сплава при условии, что ий-

 

дексом а в большинстве случаев обозна­чается металл, доля которого наиболее занижена).

К по кг сплава с фактическим соста­вом аф\С1 добавляют присадку I (в кг)

"0 [Ь_{ (с₄ — Сз) + ^з (С1 — с₄) + Ь₂ (сз — с₄) + Ь₃ (с₄ — с₂) + + Ь₄(с₃ — с₁)] + Ь₄(с₂ — с₃)

присадку II (в кг)

+ Ь₄ (с₂ — с0] + *₄(с₃ — с₂)

1.2. Высокомолекулярные вещества

1.2.1. Понятия (термины)

Мономер — низкомолекулярное веще­ство, молекулы которого путем вступле­ния в химические соединения могут объ­единяться в большие молекулы.

Полимер — вещество, молекулы ко­торого образуются посредством объеди­нения молекул мономеров.

Олигомер — вещество,   молекулы   которого состоят из небольшого числа (до 50) молекул мономеров.

Высокомолекулярное вещество — ве­щество, макромолекулы которого состо­ят из молекул мономеров и содержат более 1500 атомов, т. е. молекулярная масса которого больше 10 000.

Пластмасса — полусинтетические и синтетические высокомолекулярные ве­щества.

1.2.2.   Классификация высокомолекулярных веществ

По природе происхождения:

натуральные высокомолекулярные ве­щества, макромолекулы которых имеют органическую природу (крахмал, цел­люлоза, каучук, альбумин);

полу синтетические высокомолекуляр­ные вещества, которые получают путем химических превращений из натуральных высокомолекулярных веществ; их назы­вают также модифицированными нату­ральными веществами (ацетат целлюло­зы, гидрохлорид каучука);

синтетические высокомолекулярные вещества, которые получают из низкомо­лекулярных веществ (мономеров) поли­меризацией, поликонденсацией или при­соединением (полиэтилен, полиэфир, по­лиуретан).

По состоянию:

жидкие — пластмассы, находящиеся при 20° С в жидком состоянии (силико­новые масла);

эластопласты — каучукоподобные вы­сокомолекулярные вещества, натураль­ные или синтетические (каучук, полибу­тадиен);

термопласты — пластмассы, состоя­щие из линейных или цепных молекул, не образующих или образующих слабые структуры, при нагревании изменяющие первоначальную или приданную форму (поливинилхлорид, полистирол);

дуропласты — пластмассы, состоящие из пространственных макромолекуляр-ных структур, формирование которых происходит путем необратимого отверж­дения (фенольные смолы, эпоксидные смолы).

1.2.3. Важнейшие характеристики
и свойства

Степень полимеризации — количество молекул мономеров в макромолекуле (обозначается Р).

Полимолекулярный — термин, харак­теризующий натуральные или синтетиче­ские высокомолекулярные вещества, мо­лекулы которых образованы из различ­ного числа молекул мономеров и поэто­му не обладают однородной молекуляр­ной массой.

Средняя молекулярная масса — сред­нее значение молекулярной массы высо­комолекулярного вещества (обозначает­ся М).

Средняя     степень    полимеризации —

 

среднее количество молекул мономера, входящих в макромолекулы (обознача­ется Р).

Значение К — количественное значе­ние, получаемое измерением вязкости и характеризующее средний размер моле­кул. При определении значения К внача­ле по относительному коэффициенту вязкости т)₀тн (частное от деления коэф­фициента вязкости раствора т|, на коэф­фициент вязкости чистого растворителя т]о), как функции концентрации г раство­ра (в граммах на 100 мл), из уравнения Фикентшера получают значение кон­станты к:

12 т)отн = 18-------- =

10
/       75Лг2               \

= -------------  + к \-с.

\ I +1,5 кс        )

Умножением константы к на 1000 полу­чают значение К (/(=1000*).

Значение К для поливинил-хлорида (1%-ный раствор в цикло-гексаноне) составляет 55, значение сред­ней молекулярной массы Л/"= 50 000.

В копировальных процессах исполь­зуется поливиниловый спирт, характери­зуемый значением К = 46^:РЗ.

Набухание — поглощение растворите­ля с увеличением объема при одновре­менном изменении механических свойств (например, эластичности, твердости).

Старение — необратимое изменение свойств высокомолекулярного вещества вследствие разложения или образования сетчатых макромолекул под воздействи­ем света, УФ-излучения, кислорода воз­духа, повышенной температуры, механи­ческих напряжений и др.

Температура размягчения — темпера­тура, при которой высокомолекулярное вещество начинает переходить из твер­дого в эластично-пластическое состояние и терять свою первоначальную форму. При незначительных концентрациях пластификатора снижение температуры размягчения происходит независимо от вида пластификатора, пропорционально его концентрации.

Температура затвердевания — темпе­ратура, при которой происходит переход от эластично-пластического до стеклооб­разного состояния; при этом многие фи зические свойства изменяются скачко­образно (например, коэффициент удли­нения, сжимаемость, теплопроводность, диэлектрическая постоянная).

Точка хрупкости — температура, при которой    высокомолекулярное    вещество

разрушается при мгновенном приложе­нии силы (маятниковый копер); при больших значениях средней молекуляр­ной массы, как правило, близка к тем­пературе затвердевания.

Коэффициент линейного расшире­ния — определяет относительное измене­ние длины при изменении температуры на 1°С (табл. 1.2).

Коэффициент теплопроводности — оп­ределяет количество тепла, передаваемо­го в единицу времени через единицу длины стенки по нормали к тепловому потоку при перепаде температур на 1°С; для полимеров показатель значительно ниже, чем для металлов   (табл. 1.2).

Наивысшая температура примене­ния — температура, которую выдержи­вает высокомолекулярное вещество при долговременном воздействии тепла, в то время как характеристики вещества остаются в пределах нормируемых зна­чений   (см. табл. 1.2).

 

верхность полимерной пленки и тем са­мым способствуют лучшему восприятию краски.

Красковосприятие затрудняется при наличии пластификаторов пли присутст­вии на поверхности пленки тонкого слоя воска или силикона, используемых в ка­честве вспомогательных средств при экструзии и каландрировании. Они мо­гут быть удалены растворителями или путем кратковременного прогрева.

Предварительная обработка для улуч­шения восприятия краски. Молекулы по­лиэтилена и полипропилена абсолютно неполярны, и поэтому восприятия краски можно достигнуть только предваритель­ной обработкой, при которой образуются полярные группы: окисление нагревом на открытом пламени, горячими газами или нагревательными элементами, потоком электронов или тлеющим разрядом низ­кого давления.

Удельное сопротивление для всех вы­сокомолекулярных веществ находится в пределах 10¹³—10¹⁹ Ом-см (высокомоле­кулярные вещества не электропроводны), при этом вследствие наличия катализа­торов, пластификаторов, наполнителей и т. п. могут иметь отклонения на не­сколько порядков; напряжение пробива­ния находится в пределах между 10 кВ ■ мм^-1 (мягкий полиэтилен) и ЮОкВ-мм^-1 (полистирол).

Электростатический заряд — высокое удельное сопротивление (малая электро­проводность) способствует повышенной склонности к образованию электростати­ческого заряда, который во время пере­работки пленки из высокомолекулярного вещества достигает значений в несколько десятков тысяч В-см~".

/ 2.3.4. Свойства полимеров как материалов для запечатывания

Восприятие печатной краски. Из-за сомкнутой поверхности полимерных пле­нок проникновение краски в материал невозможно. Восприятие краски может осуществляться при взаимодействии по­лярных групп макромолекул полимерно­го материала с молекулами связующего вещества краски либо благодаря добав­ляемым к печатным краскам растворите­лям (эфир — для поливиннлхлорида, бензол и его производные — для поли­стирола),    которые    подрастворяют   по-

 

Целлюлоза — высокомолекулярный углевод (полисахарид) общей формулы (С₆Н₁₀О₅)„, Р = 500—5000. Углевод наи­более распространен в качестве каркас­ного вещества растений; почти в чистом виде содержится в хлопковом волокне и в волокнистых растениях (лен, конопля, джут). В древесине содержится 40—50% целлюлозы (см. также 1.3.2.1).

При химической обработке растений, во время которой удаляются инкрусти­рующие (формирующие каркас) состав­ные части (смола, лигнин и др.), обра­зуется целлюлоза, которая еще содер­жит волокна сырья; это важнейший ис­ходный материал для изготовлении бу­маги.

Крахмал — полисахарид общей фор­мулы (С₆Н₁₀О₅)п, /"-бОО—900. Отклады­вается в виде зернышек в аккумулирую­щих органах растений; оболочка зерны­шек представляет собой амплопектин с разветвленными макромолекулами, серд­цевина— амилозу с нераззетвлемнымн цепными молекулами (растворимый крахмал).

При нагревании крахмала в воде до 90°С вследствие набухания амилопекти-на образуется крахмальный клейстер. При обработке крахмала раствором ед­кого натра с последующей нейтрализа­цией соляной кислотой образуется крах­мальный клей, который консервируется добавкой формалина.

Кислотный декстрин — продукт дест­рукции   крахмала,    который    образуется при молекулярном расщеплении путем химической обработки крахмала воздей­ствием кислотой.

Бескислотный декстрин — продукт де­струкции крахмала, который образуется при молекулярном расщеплении посред­ством нагревания сухого крахмала до 160—220° С. Декстрин используется как клеящее вещество и в сочетании с до­бавками как средство, предотвращающее отмарывание красок при печатании.

Белок, протеин состоит из аминокис­лот; встречающееся в живых клетках кол­лоидное высокомолекулярное вещество; простые белки (протеины) содержатся, например, в мышечных тканях; примером сложных белков (протеидов) является гемоглобин.

Желатина, животный клей — смесь белковых соединений, образующаяся из костных и соединительных тканей; жела­тина отличается от животного клея бо­лее высокой чистотой. Животный клей (костный клей) используется как клея­щее вещество, желатина — как коллоид­ная основа фотографических и фотоко­пировальных слоев, а также как мате­риал для валиков красочных аппаратов печатных машин.

Коллоиды — дисперсные системы с частицами диаметром 10~⁵—Ю^{-7 см, рас­пределенными в дисперсионной среде (например, воздухе, воде).}

 

1.2.5. Полусинтетические и синтетические высокомолекулярные вещества (табл. 1.2 и 1.3)

Коллоиды в фотографических слоях — желатина, поливиниловый спирт.

Основа негорючей пленки — триацетат целлюлозы.

Печатные формы (см. гл. 2) — нату­ральная и синтетическая резина, резина в комбинации с металлом, тканью или картоном; фенольные смолы (матрицы); поливннилхлорнд (стереотипы, матрицы для гальваностереотипов, фольга для¹ электронного гравирования); полиамиды (формы высокой печати с вымываемыми пробельными элементами, заготовки для форм шелкотрафаретной печати); поли­эфиры (формы высокой печати с вы­мываемыми    пробельными    элементами).

Валики красочных аппаратов — же­латина, резина, поливннилхлорнд, поли­уретан.

Клеящие вещества — крахмал; гум­миарабик; белковые соединения (глютин, казеин); карбоксиметилцел.тюлоза; дек­стрин; поливинилацетат.

Материалы для запечатывания — гид­рат целлюлозы (целлофан); ацетат цел­люлозы; полиэтиленовая пленка, поли­пропиленовая пленка, поливиннлхлорид; гидрохлорид каучука; полиэфир; синте­тическая бумага из полиамидных, поли­эфирных и полиакрнльных волокон.

1.3. Бумага и картон — материалы для печати

Бумага — листовой материал, состоя­щий главным образом из волокон расти­тельного происхождения и добавок. Из­готовляется, как правило, путем нанесе­ния волокнистого материала на листо-формирующую сетку и обезвоживания (см. раздел 1.3.3.1); последующего уп­лотнения и сушки листа.

1.3.1. Классификация бумаги

Бумагу классифицируют по следую­щим признакам:

—   назначению: писчая, для пишущих машинок, впитывающая, печатная, чер­тежная, декоративная, цветная писчая, оберточная, специальная;

—   виду используемого для ее изго­товления волокнистого материала: бума­га, содержащая древесную массу; бума­га, не содержащая древесной массы; бу­мага,   содержащая     тряпичную     массу;

 

бумага из тряпичной целлюлозы; бумага из соломенной целлюлозы;

— товарному виду: листовая (фор­
матная), рулонная;

— методу и способу изготовления:
однородная, двухслойная, трехслойная,
однородный или склеенный картон; бу­
мага, изготовленная на плоской сетке
или на сеточном цилиндре; бумага ма­
шинного или ручного изготовления;

—характеру отделки поверхности: натуральные виды бумаги (машинной гладкости, односторонней гладкости, ка­ландрированная, суперкаландрироваи-ная), бумага с поверхностной проклей­кой, бумага с покрытием (машинного мелования, мелованная бумага), лаки­рованная бумага, кашированная (с при­прессованным покрытием — пленкой или фольгой);

— характеру и степени проклейки:
непроклеенная, частично или полностыс
проклеенная, проклеенная искусственны-

Таблица 1.3.

Отличительные особенности некоторых полимеров, применяемых в полиграфии

Растворяется

Вещество

 

Растворимость

Не растворяется

 

Особенности при сжигании

Запах

Остаток золы

 

Сладковатый

Подгоревшего хлеба Фенола+ формальдеги­да Сгоревшей бумаги + ук­сусной кисло­ты Резкий, кис­лый (ПС1)

Нехарактер­ный

Аналогичный табаку

Полиэтилен

Полистирол

Поливиниловый спирт

Гидрат     целлюлозы

Фенопласты

— неотвержденные

— отвержденные

Лцетат    целлюлозы

Полнвиннлхлорид

Полиакрилнитрил

Полиамиды

Полиуретаны

 

Бензол,   ксилол, те-тралин

Бензол,        диоксан,

лстыреххлористый уг­лерод

Вода, формамид

Реактив   Швейтцера Спирты, кетоны

Кстоны,   эфиры

Тстраги дрофу ран

Диметилформамид, нитрофенол

Концентрированная муравьиная кислота, фенолы

 

Бензин,          эфиры. Парафина

спирты.       галоидиро-ванпые   углеводороды

Бензола

Бензин, спирты

Бензин,    ароматиче ские углеводороды

Все растворители

Бензин, галоидиро-ванные углеводороды, все   растворители

Алифатические у г леводороды

Углеводороды, спир ты, бутилацетат

Спирты,   эфиры, ке­тоны, углеводороды

Спирты,          эфиры

алифатические и аро^ м этические углево дороды

Резкий

То же

 

Много

Немного

Много

Немного

Много

 

ми смолами; пригодная для письма чер­нилами;

— массе 1 м², по толщине или плот­ности: тонкая, для авиапочты, плотная. рыхлая (1-, 2-, 3-кратного объема) бу­мага.

Комплекс свойств бумаги зависит от используемых для ее изготовления сырья и вспомогательных материалов, от ха­рактера их переработки в полуфабрика­ты и готовое изделие, от условий работь. бумагоделательной машины и ее осна­щения, от отделки и кондиционирования бумаги после изготовления, от упаковки. условий транспортировки, срока и усло­вий хранения.

Для производства бумаги использу­ются белые волокнистые материалы, ко­торые образуют множество прочных пе­реплетений отдельных волокон друг с другом, эластичны, стабильны во време­ни, дешевы. Сырье для волокнистых материалов

Растительного происхождения — дре­весина. Из-за повсеместного дефицита в древесноволокнистых материалах пред­почтительны породы древесины, обла­дающие высокой скоростью прироста, (табл. 1.4), а также стебли растений — солома, тростник, камыш и др. лубяные волокна — джут, манила; картофельная ботва; морские водоросли и др.

Животного происхождения — шерсть, кожа.

Минеральные — асбест, стекло- и шла­ковата.

Таблица 1.4.

 

Синтетические— полиамидные, поли-акрилнитрнльные, полиэфирные, поли­пропиленовые и др.

Наряду с волокнистыми материалами,. изготовляемыми из натурального сырья¹ (первичные волокнистые материалы), в--целях сохранения их природных запасов все больше используются вторичные во­локнистые материалы в виде макулату­ры, бумажных обрезков, бумажных от­ходов и т. п. (рис. 1.6).

Доля использования макулатуры в-сравнении с первичными волокнистыми материалами при производстве бумаги г* 1970 г., например, составила в Японии 45%, в ГДР 37%. Запечатанная макула-

Рис. 1.6. Изменение свойств бумаги из 100%-ной сульфитной целлюлозы из ело­вой древесины при повторном использо­вании в качестве вторичного волокнис­того материала (первая цифра — значе­ние показателя первичного материала, вторая цифра — значение показателя ма­териала после шестой регенерации):

а — улучшение свойств: жесткость — 0,3/ 0,4 Н ■ мм; сопротивление раздиранию— 1,3/ 1,5 Н: размерная стабильность (деформа­ция) — 0.4/0.3%;

б — ухудшение свойств: разрывное усилие — 80/60 Н/см; пористость — 35/22 с/100 см³; со­противление выщипыванию — 5/2,5 м/с: число двойных перегибов — 000/300; разрывная дли­на — 7/5 мкм; удлинение при разрыве — 3.5/ 2,5%; сопротивление продавливанию — 200/ 120-10³ Пэ; объемная масса — 0.6/0,5 г/см³

Выход древесины для некоторых пород деревьев тридцатилетнего возраста

 

Порода дерена	Диаметр ствола, см	Высота,   м	Выход древеси­ны, плотных м с га
Бук	8	10	53
Дуб	9,5	13	125
Ель	11	12,5	180
Сосна	12	13,5	212
Тополь	50	30	400

 

тура используется лишь как внутренняя прослойка при изготовлении многослой­ных материалов для печати либо требу­ет обесцвечивания.

Механической переработкой древеси­ны (балансов) получают древесную мас­су; окоренные балансы используются почти полностью (98,5%). При дальней­шей химической обработке из древесины получают целлюлозу; в зависимости от условий варки и последующего облаго­раживания выход целлюлозы составляет от 40 до 80%. Первые выходы содержат почти чистую химическую целлюлозу, последующие — жесткие, аналогичные древесной массе волокнистые материалы,, которые имеют меньшее применение при изготовлении печатной бумаги.

 

сипа   Я=1000,   древесина     лиственницы Р= 1000, солома пшеницы Р = 920.

Макромолекула с /г=300 характери­зуется следующими значениями: масса 8,07-10"¹⁹ г; длина 1,539-10~³ мм; диа­метр 8- Ю^{-7 мм.}

Целлюлозное волокно из хвойных по­род дерева имеет длину 2,5—3,5 мм, диаметр 20-10"³—30-10"³ мм.

Число макромолекул в волокне ело­вой целлюлозы 1,48-10", число волокон в 1 г еловой целлюлозы — 8,36 • 10°.

Структура строения клетки волокна древесины показана на рис. 1.7; в табл. 1.5 приведены данные о размерах волок­нистых материалов.

Структура обезвоженной древесины

Экстрагируемые

вещества

~6%

Холоцеллюлоза -70%
Лигнин -24%

Целлюлоза 40%

Гемицеллюлоза 30%

Гексозы      Пектины    Метил-           Пснтозаны

пентозаны

Волокнистые материалы

Целлюлоза (СбНюСЬ),. является вы­сокомолекулярным веществом, образую­щимся из глюкозных остатков С₆Н_]0О5 [см. также раздел 1.2.4]. Средней сте­пенью полимеризации Р считается число глюкозных остатков в одной макромо­лекуле. Для различных материалов она составляет: хлопок Р-— 1500—3000, ело­вая древесина Я=1200, сосновая древе-Таблица 1.5.

Средние размеры волокнистых материалов, при изготовлении бумаги

 

Свойства бумаги в значительной сте­пени зависят от морфологических (а), химико-физических (б), физических и то-поструктурных (е) свойств волокон (табл. 1.6).

Свойства бумаги при увеличении зна­чения показателя, характеризующего во­локно, изменяются следующим образом: + + сильное увеличение значения

+ увеличение значения

0 незначительное влияние

используемых

 

Растение/вид волокон	Длина волокна, /, мм	Диаметр во­локна, й, мм	Отношение 1/а	Объемнан масса, г>смт.
Ель/трахенды	3,4	0,034	100	0,40
Сосна/трахеиды	3,1	0,028	ПО	0,50
Береза/сосуды	1,2	0,032	37,5	0,51
Тополь/сосуды	1,1	0,035	31,5	0,43
Бук/сосуды	0,9	0,040	22,5	0,55
Хлопок	30	0,030	1000	0,55
Рожь/лубяное волокно	1,25	0,020	62,5	0,45

Свойства волокон

Показатели

 

Влияние на

сопротивление

раздиранию

 

Влияние на сопротивление прол аплннанию прочность на разрыв, проч­ность на излом!

 

Влияние на способность к впитыванию, 1а пористость

а)   Длина волокна

Отношение длины волокна к диаметру Трубчатая структура Ленточная структура

б) Степень полимеризации
Содержание гемицеллюлозы
Содержание лигнина
Степень набухания

в)   Прочность отдельных волокон
Фибрнллпруемость
Шероховатость поверхности
Содержание мелкого волокна

— снижение значения + — увеличение до оптимума, затем сни­жение

Рис. 1.7. Схема строения клеточной стен­ки волокна древесины (по Джаме, Ацол-ле,   Смиту,   Фрей-Висслингу,   Кларку):

М— межклеточное вещество (соединяет клет­ки древесины в стволе; содержит лигнин, ко­торый при варке целлюлозы в основном пе­реходит в раствор); Р—первичная стенка (сетка неправильно ориентированных микро­фибрилл, толщина 0,1—0,3 мкм; составляет 7—14% стенки); 5 — вторичная стенка: 5| — наружный слой (две системы фибрилл, пере крещиваюшиеся под углом 60° к оси волокна толщина 0,1—0,2 мкм; составляет 6—12% стен кн); 5₂ — средний слой (параллельные микро фибриллы образуют спиральную структуру вокруг продольной оси; наиболее мощпып ело стенки волокна толщиной 1 — 5 мкм; состав­ляет 75—85% стенки волокна); 5₃ — внутрен­ний слой, третичная стенка (строение, анало­гичное 5|); толщина около 0,1 мкм; Ь — лю­мен, полость клетки

 

В качестве   наполнителей    (вспомога­тельные   вещества,    улучшающие харак­теристики бумаги)   используются: силикаты — каолин, тальк, асбестин; сульфаты — гипс, барит (тяжелый шпат), бланфикс;

карбонаты — мел, магнезия; окислы—двуокись титана; сульфиды — цинковые   белила    (сульфид цинка).

В соответствии со стандартами ГДР каолин, используемый при производстве бумаги, должен обладать характеристи­ками, приведенными в табл. 1.7.

Удержание наполнителей волокнами в процессе формирования листов состав­ляет в среднем 65% и может еще более повыситься при добавлении сульфата алюминия до значения рН 5. Влияние содержания наполнителей в бумаге на некоторые ее свойства показано на рис. 1.8 и 1.9. Свойства наполнителей даны в табл. 1.8.

Проклеивающие и пропитывающие средства в бумаге способствуют:

—укреплению структуры волокнистых и наполняющих веществ;

—гидрофобизации (обеспечению при­годности для письма чернилами, размер­ной стабильности);

Фракционный состав и белизна каолина, %

 

	Белизна	Фракционный состав
Назначение каолина		Более 11,2 мкм	6,3-11,2 мкм	2—6,3 мкм	Менее 2 мкм
Для мелования Для   наполнения	Не ниже 80 Не ниже 65	0 Не более 5	Не более 1 |Не более 20 Не более 55		Не менее 80 Не менее 40

Таблица 1.8.

Некоторые свойства минеральных наполнителей, волокнистых и других материалов

 

Наполнители и их химический состав, волок-	Белизна	Коэффи-	Средние размеры	Удельная
нистые и другие материалы	(по лейко-метру), %	циент пре­ломления	частиц, мкм	масса, г-см-*
Барит (Ва504)	95	1,64	2—5	4,48
Бланфикс (Ва504)	98—99	1,64	0,5—2	4,35
Мел (СаСОз)	78—96	1,56	3-5	2,7
Осажденный карбонат кальция	95	1,56	0,2—0,5	2,7—3
(СаСОз)
Натуральный гипс (Са504Х2Н20)	68—93	1,52	1 — 10	2,3—2,4
Обожженный гипс (Са504)	92—96	1,58	1—5	2,8—2,9
Каолин (А1203-25Ю2-2Н20)	70—90	1,56	0,5—1,0	2,5—2,7
Тальк и асбестин (ЗМ§Ох45Ю2-2Н20)	70—92	1,56-1 57	1 — 10	2,6—2,8
Диатомовая земля (5Ю2)	60—90	1,"33	2—10	2,3
Гидросиликат кальция	95	1,47	0,03	2,1
(СаОХЗ,35Ю2-Н20)
Цинковые пигменты:
литопон (28% 2п5 + 72% Ва50„)	97—98	1,84	0,35	4,3
сульфид цинка (2п5)	97—98	2,37	0,3	4,0
окись цинка (2пО)	97—98	2,01	0,3	5,6
Титановые пигменты:
двуокись титана (ТЮ2)	98—98,5	2,55—2,7	0,3-0,35	3,9—4,2
титано-кальциевый пигмент	98	1,98	0,55	3,5
(30% ТЮ2+70% Са504)
Белая древесная масса	55—65	—	—	1,56*
Небеленая сульфитная целлюлоза	50—65	1,53	—	1,56*
Беленая сульфитная целлюлоза	80—90	1,53	—	1,56*
Беленая    тряпичная    полумасса   (хло-	90—95	1,53	—	1,56*
пок)
Крахмал	—	1 53	—	1,45-1,66
Парафш"	—	1,47	—	0,9
Вода	—	1,33	__	1
Воздух	—	1,0	—	-0,0013
Масло		1,5	"     1	0,86

* Спрессованная.

22