DUNG DỊCH LÀM ẨM IN OFFSET (1)

In offset là quy trình in duy nhất trong các kỹ thuật in Truyền thống, trong đó sử dụng hai chất lỏng khác nhau tương tác trên bề mặt bản in phẳng. Mực in có độ nhớt cao (gốc dầu), có thể nhìn thấy trên giấy sau khi hoàn thành quá trình in. Chất lỏng còn lại, dung dịch làm ẩm, làm sạch phần tử không in. Phân tách giữa vùng hình ảnh in và vùng không in nhờ vào thuộc tính lý hóa của mực và nước.

Trong thực tế vận hành, thường dung dịch làm ẩm ít được quan tâm, và đa số chỉ để ý đến nó khi sự cố xảy ra. Khi xét đến sự tương tác trên bản in, cả mực và dung dịch làm ẩm đều quan trọng như nhau. Prima.VN xin giới thiệu với bạn đọc loạt bài viết về dung dịch làm ẩm, các thuộc tính của và tầm quan trọng của nó trong việc đảm bảo chất lượng in offset.

Bản in offset làm bằng nhôm, trên bề mặt được tạo hạt oxitde nhôm bằng quá trình điện phân, các

Hạt (Grain): Độ mịn của các hạt và độ nhám của bề mặt bản in. Nhũ tương (Emulsion): Một hỗn hợp của hai chất lỏng, trộn lẫn với nhau, nhưng không hòa tan, được phân bố đồng đều và không có dấu hiệu phân tách. Sức căng giữa các bề mặt (Interfacial surface tension): Lực phát sinh giữa các bề mặt của các chất, ở các trạng thái khác nhau - rắn, lỏng, khí. Hoặc năng lượng bề mặt cũng là phần năng lượng tự do chưa liên kết.

hạt (grain) tế vi này tạo ra độ “xốp” cho bản in. Nhà sản xuất bản in xác định thông số độ dày của lớp này, độ mịn của hạt, đó là đặc tính làm ẩm của bản in. Chính những đặc điểm này, giúp dung dịch làm ẩm bảo vệ hoàn hảo những khu vực không có hình ảnh in. Cũng có nghĩa là không có mực truyền từ các vùng không in sang cao su.

Sơ đồ dưới đây minh họa nguyên tắc này, mặc dù không bỏ qua quá trình nhũ tương hóa và sức căng bề mặt giữa các chất. Dung dịch làm ẩm (chủ yếu là nước) phủ lên vùng không in, không bám dính (hoặc chỉ bám dính không đủ) vào các vùng hình ảnh in (vùng phủ mực) trên bản in. Mực và nước đẩy nhau, kết quả mực chỉ có trong vùng phần tử in, vùng không in sạch sẽ.

Hình 1: Sơ đồ mô tả các hiện tượng thấm ướt mực và nước. (R= nhóm phân tử hữu cơ; OH = nhóm ưa nước; H₂0 = nước).

Nước, dù đã qua xử lý ở các nhà máy nước, nhưng thành phần vẫn rất khác nhau giữa các vùng địa lý. Nước, về mặt hóa học, bao gồm sự kết hợp của hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, cộng với lượng chất hòa tan thay đổi. Trong số các hợp chất hòa tan này, phần lớn là khí và các loại muối. Một số thành phần này của nước có thể có tác động tiêu cực đến quá trình in offset. Một số hợp chất khác khác cũng cần được tính đến khi pha chế dung dịch làm ẩm.

Do đó, cần phải phân tích một số thông số của nước máy tại địa phương, nơi đặt máy in. Những thông số này cung cấp thông tin về mức độ phù hợp của nước máy tại khu vực đó, để sử dụng trong quá trình in offset.

1°dH. đơn vị đo độ cứng của Đức (German hardness): tương ứng với nồng độ 10 mg calcium oxide hòa tan (CaO) trên một lít nước hoặc 17,85 ppm (parts per million). Giá trị này biểu thị lượng Calcium còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít nước. Nước dễ bay hơi ngay cả ở nhiệt độ phòng. ppm: parts per million.

Ở một số vùng địa lý, các thông số của nước máy đo được dao động rất lớn trong suốt cả năm, nên không thể luôn luôn thích ứng để dùng. Một số nhà máy nước lấy nước tự nhiên từ các nguồn khác nhau (ví dụ: nước hồ, nước ngầm, nước sông...) nên có thể thay đổi các thông số nhiều lần, không lường trước được trong ngày. Trong những trường hợp như vậy, hoặc nếu một trong các giá trị giới hạn trên bị vượt quá, việc xử lý hoặc điều hòa nước cần được xem xét. Kinh nghiệm cho thấy rằng việc xử lý nước có kiểm soát luôn tạo ra kết quả đáng tin cậy nhất.

Hình ảnh dưới đây, cho thấy thang đo độ cứng nước của Đức so với một đơn vị đo lường quốc tế phổ biến khác, “parts per million” là số lượng phân tử còn lại trong một lít nước. Chỉ nước nằm trong vùng green mới đảm bảo in không gặp sự cố. Nếu giá trị độ cứng của nước nằm trong vùng trắng hoặc đỏ, cần xử lý nước khẩn cấp.

Hình 2: Thang đo độ cứng của Đức (bên trên) độ cứng của nước tốt vói in offset là 8-12 ⁰dH. Thang đo theo ppm (bên dưới), độ cứng yêu cầu 140 - 215 ppm CaO/lít nước.

Trong thực tế, có thể quan sát thấy ảnh hưởng đến chất lượng của hình ảnh in, nếu xảy ra các biến động về độ cứng của nước. Chất lượng của dung dịch làm ẩm gây tác động to lớn đến chất lượng in. Ví dụ, gia tăng tầng thứ là một yếu tố chịu ảnh hưởng rõ ràng nhất từ những thay đổi của dung dịch làm ẩm. Trong nhiệm vụ chuẩn hóa quá trình in offset, gia tăng tầng thứ là một trong những thông số quan trọng phải duy trì trong giới hạn dung sai cho phép. Do vậy, "chuẩn hóa" dung dịch làm ẩm trở nên quan trọng. Điều này không chỉ đòi hỏi thiết bị đo lường và điều khiển phù hợp, để đo lường chính xác các thông số của dung dịch làm ẩm. Mà còn phải đảm bảo chất lượng ổn định của nước dùng để pha dung dịch làm ẩm. Để đạt được tiêu chuẩn hóa theo các quy tắc được của ISO 12647 - 2 đến 5, chất lượng nước sử dụng phải đúng thông số hoặc dao động trong giới hạn cho phép. Hệ thống xử lý nước là điều cần thiết.

Các công nghệ được sử dụng để xử lý nước khác nhau. Phương pháp, loại và thiết kế của hệ thống xử lý nước phải được lựa chọn phù hợp với mục đích cụ thể, tùy thuộc chất lượng nước tại mỗi địa phương và yêu cầu và lượng nước sử dụng cần thiết.

Làm mềm nước là sử dụng một lớp nhựa trao đổi cation, trao đổi ion âm, giải phóng ra OH- để loại bỏ các ion Ca²⁺ và Mg²⁺, sau quá trình này thu được nước mềm, nghĩa là không còn khoáng chất “cứng” Calcium và Magiesium.

Hình 3: Nguyên lý làm mềm nước.

Làm cứng nước là việc bổ sung các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ vào nước đã được xử lý trước đó. Ở những vùng có nước cứng, nước đã làm mềm đến mức tinh khiết, có thể được bổ sung đến mức thích hợp bằng cách pha với nước chưa qua xử lý. Quá trình thẩm thấu ngược thường được sử dụng, đưa nước đến độ cứng mong muốn từ 8 đến 12 °dH.

Hình 4: Nguyên lý thẩm thấu ngược.

Tất cả các yêu cầu trên được đáp ứng bằng cách phối hợp các chức năng trong các hợp chất, được pha chế sẵn và cung cấp trên thị trường. Chức năng của các chất khác nhau có thể chia thành 4 nhóm chính:

• Các chất ổn định: phải đảm bảo độ pH của dung dịch làm ẩm ổn định.
• Các thành phần bảo vệ bản in: vẫn còn trên vùng không in sau khi bản in đã khô và tái tạo điều kiện làm ẩm nhanh chóng.
• Tác nhân thấm ướt: thiết lập sức căng bề mặt của dung dịch làm ẩm và đảm bảo thấm ướt đồng đều bản in với một lượng nước tối thiểu.
• Chất xúc tiến khả năng hòa tan: đảm bảo rằng tất các chất trong dung dịch pha sẵn có thể hòa tan với nước và dung dịch làm ẩm có nồng độ thích hợp.

Thang đo pH được sử dụng để đo độ acid hoặc tính bazơ (kiềm hoặc alkalinity) của dung dịch, trong khoảng từ 0 đến 14. Phạm vi từ 0 đến 7 được xác định là có tính axit và từ 7 đến 14 là kiềm (hoặc bazơ), pH 7 là trung tính. Mỗi lần giảm độ pH xuống một đơn vị có nghĩa là nồng độ acid sẽ tăng gấp 10 lần.

Độ pH ảnh hưởng đến các biến số liên quan đến quá trình in. Khoảng pH sử dụng trong in offset

Inorganic metal compounds (Các hợp chất kim loại vô cơ), như các thành phần có chứa canxi, có thể bị giải phóng khỏi lớp tráng phủ của giấy và gây ra đóng cặn hoặc phá vỡ sự cân bằng mực/nước vốn rất mong manh. Hơn nữa, chúng có thể làm chậm quá trình khô của mực. buffered, Thuật ngữ chất ổn định được sử dụng để mô tả chất giữ cho dung dịch làm ẩm, có độ pH thay đổi không đáng kể khi chúng chịu các tác động bên ngoài. Chất lỏng chỉ thị: đổi màu khi thêm axit hoặc kiềm. Có một số chất chỉ thị khác nhau thay đổi từ màu này sang màu khác ở các giá trị pH cụ thể. Điều này có nghĩa là phải sử dụng nhiều loại chất chỉ thị khác nhau để đo độ pH của dung dịch.

từ 4.5 - 5.5. Tuy nhiên, ở Hoa Kỳ, máy in thường xuyên làm việc với độ pH là 3,5 và vẫn tạo ra các bản in đẹp, vì công nghiệp sản xuất giấy và mực đáp ứng cho mức độ này. Châu Âu ưa chuộng 4.8 – 5.3. Sử dụng giá trị pH nào để in, còn tùy thuộc vào giấy và mực in, bởi vì độ pH có ảnh hưởng đáng kể đến các hợp chất kim loại vô cơ trong lớp tráng phủ của giấy và hóa chất trong mực in. Khi xác định pH để sử dụng cho dung dịch làm ẩm, chúng ta cần đọc kỹ khuyến cáo của các nhà cung cấp mực và giấy về pH sử dụng cho dung dịch nước máng.

Điều này cho thấy rằng có nhiều lựa chọn liên quan đến vấn đề này. Hiện tại, ở Châu Âu, pH từ 5,0 đến 5,3 đã được dùng với một số các nhà sản xuất dung dung dịch làm ẩm pha sẵn. Với số lượng - thường được biểu thị bằng nồng độ (%) - của dung dịch pha sẵn bán trên thị trường, dung dịch này phải đạt giá trị pH trong phạm vi mong muốn và duy trì nó trong một thời gian dài. Vì lý do này, các chất ổn định được thêm vào dung dịch làm ẩm.

Hình 5: Thang đo pH và nồng độ acid.

Dùng giấy quỳ, có nhiều phiên bản và nhiều cấp độ khác nhau. Đó là những dải giấy đã được tẩm chất lỏng chỉ thị, sẽ thay đổi màu sắc và cho biết giá trị pH khi được nhúng vào dung dịch làm ẩm. Sai số đo từ 0,5 đơn vị pH trở lên, sai số thường xảy ra khi đo dung dịch làm ẩm có chất ổn định hoặc dung dịch làm ẩm có màu (có thể bị nhiễm màu mực trong quá trình luận chuyển trong hệ thống làm ẩm). Do đó, phương pháp này chỉ thích hợp như một hướng dẫn sơ bộ chứ không phải để thực hiện các phép đo chính xác.

Phép đo điện với sự hỗ trợ của máy đo pH và điện cực pH cho kết quả cực kỳ chính xác ngay cả khi dung dịch được đo là dung dịch có chất ổn định hoặc có màu. Tuy nhiên, điều cần thiết là thiết bị đo lường phải được bảo quản, bảo trì và hiệu chuẩn theo các thông số kỹ thuật.

Độ dẫn điện. Nồng độ dung dịch làm ẩm chỉ có thể đáp ứng đầy đủ các chức năng của nó, nếu tuân thủ đúng số lượng quy định. Việc đo độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm cho biết dung dịch có thể mang điện tích như thế nào. Khi nồng độ trong dung dịch làm ẩm tăng lên, độ dẫn của điện dung dịch cũng tăng lên theo tỷ lệ thuận.

Với thuộc tính đó, mối tương quan cho biết độ dẫn điện trở thành một thông số giám sát và kiểm soát hoàn hảo; tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp đo lường này có những hạn chế trong thực tế, mà người dùng cần lưu ý và phải tính đến:

• Tùy vào thành phần cụ thể của dung dịch, mỗi nồng độ của dung dịch làm ẩm cụ thể có một  dẫn điện trong phạm vi riêng. Thay đổi nồng độ dung dịch làm ẩm, thường cũng sẽ dẫn đến độ dẫn điện của dung dịch thay đổi.
• Do nước cũng chứa nhiều loại muối khác nhau nên độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm cũng phụ thuộc vào chất lượng nước được sử dụng. Sự dao động về độ mặn của nước dẫn đến sự dao động trong độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm.
• Khi sử dụng isopropanol (IPA), có thể pha chế với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào. Có nghĩa rằng, cồn không bị phân hủy thành các ion giống như các loại muối từ chất ổn định. IPA không có khả năng dẫn điện, nên độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm giảm khi thêm cồn vào.
• Trong quá trình in, các chất bẩn xâm nhập vào dung dịch làm ẩm có thể làm tăng (các thành phần hòa tan từ pigment hoặc lớp tráng phủ của giấy), hoặc làm giảm (dung dịch tẩy rửa, chất dẫn từ mực in) độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm.
• Sự thay đổi nhiệt độ của dung dịch làm ẩm cũng gây ra sự thay đổi độ dẫn điện, ngay cả khi thành phần của nó không thay đổi. Nhiệt độ càng cao, các ion càng “di động” - và dung dịch càng tăng dẫn điện.

Khi đã tính đến các yếu tố này, thì việc đo độ dẫn điện của dung dịch (khi pha mới dung dịch) rất quan trọng để xác định lượng các hóa chất đã được pha thêm vào. Tuy nhiên, không giống như giá trị pH, độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm không phải là một thông số liên quan trực tiếp đến quá trình in và kết quả cuối cùng trên tờ in.

Hình 6: Sự khác biệt về độ dẫn điện của các dung dịch làm ẩm với các thành phần hóa học khác nhau.

Theo thông số đo, nồng độ dung làm ẩm A tạo ra độ dẫn 1100 μS/cm, ở nồng độ 4%. Trong khi dung dịch làm ẩm B được đo chính xác 650 μS/cm, với nồng độ 3%. Do đó, không thể chỉ lấy giá trị độ dẫn điện làm cơ sở xác định chất lượng của dung dịch làm ẩm.

Một tỷ lệ rất cao isopropanol (IPA) được sử dụng bay hơi vào không khí trong quá trình in, gây ra

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile organic compounds - VOCs) là các chất chứa cacbon và hydro bay hơi ở nhiệt độ thấp (chẳng hạn như nhiệt độ phòng) hoặc ở thể khí. Không có định nghĩa tiêu chuẩn hóa toàn cầu về VOCs. Các định nghĩa khác nhau bao gồm chi tiết về trạng thái hợp chất ở nhiệt độ chuẩn, nhiệt độ sôi, áp suất, tác động đến môi trường hoặc phân loại của hợp chất hóa học. Tuổi thọ (service life) của bản in được đo bằng số lượng tờ in mà bản có thể tạo ra trước khi chi tiết hình ảnh bị mất hoặc chất lượng của hình ảnh giảm xuống (cũng có thể hiểu rằng "tuổi thọ" là số lần ép in). Thông số về độ bền bản in mà nhà sản xuất công bố thường không đạt được, nếu các tác động hóa học hoặc cơ học phá hủy bề mặt của bản trong quá trình sản xuất.

Các dạng dung dịch cô đặc, sản xuất sẵn, pha vào dung dịch làm ẩm được thiết kế để in không chứa cồn. Cồn được thay bằng các thành phần hoạt tính đặc biệt, làm giảm sức căng bề mặt, kiểm soát quá trình nhũ tương hóa và độ chảy của dung dịch. Các chất thay thế cồn là các chất có độ bay hơi thấp, hòa tan trong nước, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Chúng không làm chậm quá trình khô của mực, cũng như không gây hại cho sức khỏe. Hơn nữa, các chất này phù hợp để sử dụng với tất cả các loại bản in, nhưng có thể làm giảm nhẹ tuổi thọ của bản in. Các sản phẩm có sẵn trên thị trường, đã được chứng minh hiệu quả của chúng, nhưng vẫn còn nhiều hoài nghi với các chất thay thế cồn.

Nếu chúng ta hạn chế việc sử dụng nồng độ IPA ở mức dưới 5%, thì các hệ thống đo bằng phao nổi không đủ mức độ chính xác. Trong những trường hợp này, các hệ thống hiện đại, tiên tiến dựa trên các phương pháp đo khác (ví dụ: đo bằng tia hồng ngoại) phải được sử dụng. Nếu chúng ta ngừng sử dụng IPA hoàn toàn, không cần đến các hệ thống đo lường đắt tiền - và thêm vào đó là khoản tiết kiệm từ việc không sử dụng cồn nữa.

Năm 1985. Một ủy ban công tác đặc biệt được thành lập để giải quyết vấn đề này, đã khuyến nghị về các biện pháp chống ăn mòn trên máy in offset, cũng như các phương pháp thử nghiệm và các giá trị giới hạn áp dụng cho dung dịch làm ẩm. Các hướng dẫn chống ăn mòn này cho máy in offset - ban đầu được biên soạn cho máy in báo offset coldset. Đến năm 2001, mở rộng cho máy in offset tờ rời và offset heatset. Các sản phẩm tuân theo các yêu cầu của hướng dẫn này được liệt kê dưới dạng chứng nhận trên trang web Fogra (www.fogra.org).

Theo huớng dẫn chống ăn mòn, dung dịch làm ẩm phải có nồng độ pH  nằm trong khoảng từ 5,0 đến 9,0 (dung sai ± 0,2). Ngoài ra, độ dẫn điện của nước máy sử dụng không được vượt quá 1700 μS/cm đối với máy in offset tờ rời và không quá 1500 μS/cm đối với máy in offset cuộn, khi đã pha dung dịch làm ẩm. Quá thông số trên, dung dịch nước máng sẽ gây ăn mòn phá hủy.

Ngoài chất lượng nước phù hợp và việc sử dụng dung dịch pha vào nước máng, đã được chứng nhận. Việc sử dụng các chất làm sạch, chống ăn mòn (dung dịch rửa) và các sản phẩm bảo dưỡng, bảo trì cũng rất quan trọng.

Các hóa chất dùng để pha dung dịch nước máng bán trên thị trường, không có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. Trong điều kiện thuận lợi (hoặc không thuận lợi, tùy thuộc vào điều kiện của nhà in), vi sinh vật có thể nhân lên từ bốn đến sáu lần sau mỗi giờ! Giải pháp làm lạnh dung dịch làm ẩm giúp ổn định về mặt này, nhưng mức độ lạnh nên được cân bằng giữa chi phí năng lượng sử dụng và mức độ hiệu quả của biện pháp làm chậm sự phát triển của vi sinh vật. Để hạn chế vi khuẩn, phải làm sạch kỹ lưỡng toàn bộ hệ thống sau mỗi 3 đến 6 tháng (cũng để bảo vệ bộ trao đổi nhiệt). Nếu không sử dụng bộ lọc đặc biệt và dung dịch làm ẩm không chứa cồn, nên làm sạch hệ thống sau mỗi 200 giờ hoạt động. Điều cần thiết là việc đo nồng độ dung dịch làm ẩm phải được thực hiện đầy đủ theo hướng dẫn của nhà sản xuất, để đảm bảo chức năng hoàn hảo trong quá trình sản xuất.

Các vi khuẩn khác nhau chịu tác động nhiệt độ khác nhau. Đường cong màu xanh dương minh họa sự phát triển của vi khuẩn ưa lạnh, trong khi đường cong màu đỏ cho thấy những vi khuẩn phát triển mạnh ở 37 ° C. Nhiệt độ thấp có ảnh hưởng tích cực đến tốc độ phân chia tế bào của vi sinh vật. Điều quan trọng hơn trong quá trình hoạt động là đảm bảo rằng việc làm mát liên tục hơn là làm mát ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ từ 12°C đến 18°C là đủ trong các trường hợp bình thường.

Nếu quy trình in offset được tiêu chuẩn hóa, thì nồng độ của dung dịch làm ẩm cũng phải được tiêu chuẩn hóa. Thành phần hoạt tính của các chất được pha vào nước phải đảm bảo phù hợp hoàn hảo với nồng độ của dung dịch với liều lượng cần thiết.

Việc bổ sung quá nhiều hoặc quá ít các hóa chất pha sẵn, đều không được khuyến khích vì có thể dẫn đến các vấn đề về lâu dài. Chất ức chế ăn mòn và chất thay thế cồn nói riêng yêu cầu đạt nồng độ tối thiểu để chúng phát huy hết tác dụng. Từ thực tiễn, chúng ta nên sử dụng hệ thống đo thể tích để kiểm soát các chất đưa vào. Đo độ dẫn điện của dung dịch làm ẩm khi pha mới hoặc bằng cách kiểm tra thể tích. Độ chính xác của hệ thống đo lường phải được kiểm tra định kỳ.

Thực tế là dung dịch làm ẩm được sử dụng trong quá trình in offset đã được sử dụng hết trong quá trình này, dung dịch làm ẩm, dung dịch tẩy rửa, chỉ còn lại như chất thải khi vệ sinh hệ thống làm ẩm định kỳ.

Theo quan điểm của nhà cung cấp, dung dịch làm ẩm hoặc dung dịch rửa đã qua sử dụng hiện cần được xử lý như chất thải đặc biệt - trừ khi xưởng in có hệ thống xử lý chất thải phù hợp hoặc có những thỏa thuận với chính quyền địa phương.