Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chà xát của sản phẩm in trên giấy

Thạc sỹ Hoàng Ngọc Sơn - Giám đốc Kỹ thuật/ Công ty TNHH Nguyên vật liệu SOMA

I./ ĐẶT VẤN ĐỀ

Độ bền chà xát của sản phẩm in trên giấy (Rub off) có yếu tố kỹ thuật quyết định chất lượng của sản phẩm khi đã được in ra. Để đánh giá độ bền này người ta lựa chọn các mẫu sản phẩm cùng loại và bắt đầu thử  độ bền chà xát trên cùng một máy thử. Máy thử độ chà xát của sản phẩm thường được tiến hành khi lớp mực đã tương đối khô sau khi in 1đến 2 giờ hoặc đã khô hoàn toàn. Thiết bị này có bộ phận gắn mẫu thử và được lắp lên máy để tạo ra dao động chà xát lên lớp mực in giống như sự chà xát thực tế sản phẩm in qua quá trình sử dụng. Các máy đo độ chà xát có nhiều chế độ để cài đặt cho việc đo các loại mẫu. Thông thường các chế độ đo trên máy được người thử quan tâm bao gồm:

- Tỷ trọng của quả đo lựa chọn gắn mẫu thử: có thể là trọng lượng quả 100, 150 hoặc 200g

- Tốc độ chà xát liên tục: tốc độ 1, 2 hoặc 3

- Số vòng quay trên máy thử: tương ứng với thời gian đo trên máy: 50, 100, 150 hoặc 200 cycles

Hình 1: Máy thử độ chà xát Sutherland Rub Tester

Xét tới quá trình khô lớp mực bao gồm sự tự khô của lớp mực và quá trình khô do thấm hút dung môi vào giấy. Ở đây không đề cập đến sự tự khô của lớp mực (khô do bay hơi và oxy hóa) vì vậy không kể đến sự trợ giúp của quá trình này. Do đó việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ chà xát phải kể đến sự ảnh hưởng của quá trình hấp thụ dung môi vào giấy của lớp mực. Nhiều các mẫu thử trong phòng thí nghiệm và tìm ra các phương pháp thử  để xác định được sự ảnh hưởng độ chà xát đến chất lượng sản phẩm in trên giấy. 

Hình 2: Mẫu thử độ chà xát với mật độ và màu mực khác nhau

Với cùng một sản phẩm in tương ứng và thử trên cùng một chế độ đo, người ta đem so sánh lớp mực in bong ra trên mẫu giấy trắng và đo mật độ % lớp mực nhận được để đánh giá độ bền chà xát của sản phẩm. Thang đo độ chà xát này được xây dựng qua các mẫu thử và xác định mối tương quan đồ thị (Hình 3).

Nhìn vào đồ thị ta thấy được đường đồ thị thấp bên dưới biểu thị mẫu có độ bền chà xát tốt và đường cao phía trên là mẫu tạo ra nhiều sự chà xát. Trong khoảng giới hạn thay đổi mức độ chà xát thấp- cao cho ta thấy rằng có các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ chà xát của các sản phẩm in trên giấy.

II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÀ XÁT LỚP MỰC IN TRÊN GIẤY

- Phụ thuộc vào tính chất, thành phần mực in

- Cân bằng mực-nước trong quá trình in

- Chất lượng giấy in

- Thời gian khô sản phẩm sau in

- Chất lượng tấm cao su offset

- Thành phần dung dịch ẩm

- Chất lượng lô chà máy in

- Độ ẩm phòng in

- Diện tích phủ nền in trên sản phẩm

- Sản phẩm có cán phủ hay không

Sau đây chúng ta cùng phân tích lần lượt các yếu tố nêu trên có ảnh hưởng đến độ bền chà xát của sản phẩm in trên giấy.

1. Tính chất và thành phần cấu tạo của mực in

Người ta phân  biệt có 3 kiểu mực in thông thường tương ứng với 3 mức độ chà xát. Đó là mức độ tiêu chuẩn, mức độ chà xát thấp và mức độ chà xát cao.

Tính chất bền chà xát của lớp mực phụ thuộc chủ yếu vào chất liên kết có trong thành phần mực (varnish). Thông thường khi tăng tỷ lệ chất liên kết trong mực thì mực in có độ bền chà xát cao hơn. Ở một số sản phẩm cần độ bền chà xát cao thường là các sản phẩm  bao bì giấy, người ta phải thêm vào thành phần mực in chất liên kết có độ bền cơ học cao. Chất liên kết này là loại Hard varnish. Nó tạo cho lớp mực in khi khô trở nên cứng hơn lớp mực thông thường.

Đa số các mực in offset hiện nay, nhà sản xuất mực thường phải thêm vào phụ gia kháng ma sát. Bản chất của nó là dùng hợp chất Wax compound. Nó làm giảm lực ma sát trượt khi tờ in vừa in ra trên máy, ngoài ra nó cũng tồn tại trong lớp mực để giảm sự cọ xát khi chúng ta lật các trang sách. 

Mực in có độ nhớt cao sẽ ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp mực trên giấy, làm cho mực khó hấp thụ dầu vào giấy do đó ảnh hưởng tới độ chà xát. Thực nghiệm đã chỉ ra rằng mực có độ nhớt cao sẽ làm cho độ chà xát lớn hơn.

2. Mật độ lớp mực in- chiều dày lớp mực in

Độ chà xát của mực có liên quan đến mật độ lớp mực hay chiều dày lớp mực. Chúng ta có thể xây dựng số liệu tương quan giữa mật độ in và tỷ lệ % lớp mực qua chà xát như đồ thị (Hình 5). Sự thay đổi này tương ứng với chiều dày lớp mực và độ chà xát trở nên xấu khi mật độ in vượt quá 1,1D.

Cũng vẫn cách xây dựng số liệu (Hình 6) ta thấy giá trị % của Rub tăng tới hạn khi mật độ in ở mức 1,0D. Như các bạn có thể thấy nếu ta tăng mật độ in từ 1,0 tới mật độ 1,25D (tăng 25%) thì độ chà xát của tờ in tăng xấp xỉ 45%.

Như chúng ta đã đề cập ở trên, quá trình khô của lớp mực dựa vào sự khô bề mặt ( bay hơi, oxy hóa ) và do thấm hút dung môi vào giấy và nếu in dày mực thì quá trình khô sẽ trở nên khó khăn hơn. Giấy in cũng chỉ có thể hấp thụ một lượng dung môi nhất định, lượng dung môi còn lại sẽ vẫn nằm trong lớp mực làm mực chậm khô sẽ ảnh hưởng đến chà xát.

3. Cân bằng mực -nước 

Tính tương hợp của mực và dung dịch làm ẩm có ý nghĩa rất lớn đến mức độ ảnh hưởng chà xát sản phẩm in cuối cùng. Thông thường mức độ nhũ tương hóa mong muốn đạt từ 20 đến 40% (phương pháp thử trên Duke Ink emulsification tester). Đây là kết quả tốt nhất để đạt được mật độ in và mực không bị tích tụ trên ống cao su. Cân bằng mực nước hợp lý sẽ làm cho chất liên kết của mực không bị phá vỡ, mực in khô tốt hơn và lớp mực bám dính tốt trên giấy.

Cân bằng mức nước là yếu tố then chốt ảnh  hưởng tới độ chà xát. Trong quá trình in giấy in không chỉ hấp thụ dung môi có trong mực mà còn phải hấp thụ một lượng nước dung dịch ẩm. Nếu lượng nước tham gia vào in cao sẽ dẫn đến giấy in không hấp thụ hết được và nó tồn tại trong lớp mực, làm mực khó khô và độ bền liên kết giảm ảnh hưởng đến độ chà xát.

4. Chất lượng của giấy in

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của giấy đến độ chà xát cũng được xem xét đến. Hình 7 chỉ ra sự so sánh của việc thử các loại giấy khác nhau với cùng điều kiện in tương ứng và cùng một loại mực

Các mẫu in được in cùng mật độ và được đưa đi thử sau 3 giờ in. Như chúng ta có thể thấy trên biểu đồ 52% sự chênh lệch độ chà xát ứng với loại giấy này. Một nghiên cứu tương tự cũng làm trên trên sản phẩm in giấy và mẫu in được thử sau 2 tuần cũng cho kết quả tương tự nhưng giá trị chà xát không lớn như mẫu thử sau 3 giờ, với sự khác biệt giữa các mẫu giấy là 40%.

Mục đích của việc thử các loại mẫu giấy này là tìm ra sự thay đổi trong việc hấp thụ dung môi (hydrocarbon oil) của các loại giấy dẫn đến ảnh hưởng đến chất lượng của độ chà xát. Nói chung các loại giấy có mức độ hấp thụ dung môi cao của lớp mực in sẽ làm mực khô tốt và chịu độ chà xát tốt hơn.

5. Thời gian sản phẩm sau khi in

Lớp mực sau khi khô sẽ bám chắc vào bề mặt giấy. Do vậy thời gian sau khi in có ảnh hưởng quan trọng đến độ chà xát của sản phẩm. Thực nghiệm cho thấy sau in 2 giờ lớp mực có độ bền chà xát tăng lên đáng kể.

Hầu hết sự chà xát của lớp mực xảy ra trong giờ đầu tiên khi in. Điều này được chỉ ra trên Hình 8 của đồ thị. Sau 24 giờ in hầu như độ chà xát lớp mực giữ không đổi (đường gần như nằm ngang trên đồ thị). Trong sản xuất in công nghiệp, người ta đánh giá độ chà xát lớp mực bằng cách thử sản phẩm sau 3 giờ in.

6. Cao su offset

Tấm cao su offset có ảnh hưởng đến độ chà xát lớp mực theo 2 cách:

Trước tiên là kiểu cao su hay tính chất bề mặt cao su offset. Bề mặt cao su có các dạng khác nhau điều đó làm ảnh hưởng đến tổng lượng dung dịch ẩm chuyền lên giấy vì vậy ảnh hưởng đến độ bền chà xát.

Yếu tố thứ hai là độ dày tấm cao su. Với cao su mỏng sẽ phải thay đổi áp lực in và vì vậy cần nhiều mực để chuyền lên giấy để có thể đạt được mật độ in cần thiết. Cũng vậy tấm cao su mỏng sẽ cần phải duy trì lớp mực in dày hơn để cho phép mực và giấy in liên kết lại để điền đầy và nó còn tạo cầu nối giữa ống cao su và giấy in. Do đó tạo lớp mực in dày làm tăng độ chà xát như đã đề cập ở mục 2.

7. Dung dịch ẩm

Mối quan hệ giữa mực và dung dịch ẩm là rất quan trọng để đạt được các tính chất của quá trình in. Các dung dịch ẩm khác nhau sẽ có mức độ nhũ tương hóa khác nhau với cùng một loại mực. Vì vậy để quá trình in đạt chất lượng thì điều quan trọng là phải duy trì cả 2 thông số là độ pH và độ dẫn (conductivity) của dung dịch ẩm. Nếu dung dịch ẩm có pH và độ dẫn cao dẫn tới nhũ hóa mực trong dung dịch ẩm nhiều hơn. Điều này sẽ ảnh hưởng đến độ bền lớp mực.

8. Điều kiện lô chà

Nếu lô bị trai cứng sẽ làm tăng áp lực lên dải ống, ảnh hưởng đến cân bằng mực- nước trong quá trình in. Do vậy như đề cập mục 3 thì yếu tố này có ảnh hưởng đến chà xát.

9. Độ ẩm của phòng in

Độ ẩm của phòng in có ảnh hưởng lớn đến cả quá trình in và độ chà xát của sản phẩm. Nếu phòng in quá ẩm giấy in sẽ chứa nhiều hơi nước làm ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ dung môi của giấy in vì vậy dẫn đến mực in chậm khô và kém liên kết trên bề mặt của giấy sẽ làm lớp mực kém bền. Vì vậy cần duy trì mức độ ẩm trên thang đo từ 50 đến 60% trong phòng in để đạt được sự tối ưu.

10. Diện tích phủ nền in trên sản phẩm 

Đây là một điểm dễ nhận thấy, tuy nhiên với một diện phủ lớn trên giấy sẽ làm lớp mực có thể gây ra chà xát mức độ cao. Đó là điều quan trọng cần lưu ý tới khi đem so sánh giá trị độ chà xát của 2 loại mực thì phải thử ở cùng một độ phủ tương đương hoặc nếu không việc thử này không có giá trị. Cho ví dụ: không thể đem so sánh độ chà xát của mẫu tờ in nền bẹt với mẫu tờ in vùng nửa tông. Sự so sánh độ chà xát phải được thực hiện trên 2 tờ in có cùng mức độ phủ mực tương ứng với nhau và với diện tích in nền đủ lớn để ta có thể đo được mật độ D của lớp mực.

11. Sản phẩm  có cán phủ hay không

Ngày nay với công nghệ phát triển của các hợp chất phủ, nhiểu sản phẩm như tạp chí, sách và đặc biệt bao bì giấy đã được lựa chọn cán phủ sau in, có thể phủ màng bóng, màng mờ hoặc phủ lắc gốc nước.

Hình 9: Một sản phẩm vỏ hộp có cán phủ UV

Chất phủ cao cấp hơn là dạng phủ UV. Lắc phủ UV là polyme tổng hợp dạng lỏng cho phép cán một lớp mỏng lên bề mặt tờ in, sau đó chiếu đèn UV qua thì lớp nhựa này đóng rắn lại tạo cho bề mặt sản phẩm in một lớp màng bảo vệ. Lớp nhựa này có tác dụng chống ẩm cao, tạo độ bền cơ học cho bề mặt sản phẩm và do đó nâng cao độ bền chà xát.

Như vậy có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chà xát của sản phẩm in trên giấy. Từ yếu tố tham gia vào quá trình in, đến yếu tố ảnh hưởng độ bền của tờ in cuối cùng. Trong quá trình  lưu thông và sử dụng sản phẩm in, việc hạn chế sự tác động của độ chà xát tới sản phẩm để giữ sản phẩm in như lúc mới được in ra. Khi kiểm soát và đánh giá được các yếu tố liên quan một cách hiệu quả sẽ tạo ra một sản phẩm in với chất lượng mong đợi./

Tài liệu tham khảo:

- SOMA Co., Ltd Technical Library - 2015
- Training document - Sutherland Rub Tester (USA)
- Technical data - NPIRI (USA- 2004)