Phương pháp in offset là phương pháp không ổn định, và chính quá trình làm ẩm khuôn in gây ra sự không ổn định này. Quá trình in là một quá trình vừa hoá học, vừa cơ học, nhất là in với tốc độ cao, các điều kiện lúc in rất khác khác biệt so với các điều kiện trong phòng thí nghiệm, đây cũng là một trong các lý do để nói khó có hai kết quả in giống nhau, ví dụ như khi tìm ra loại dung dịch thay thế cồn ở trong phòng thí nghiệm rất tốt, nhưng khi làm việc trên máy in thì lại rất khó khăn.
Các vấn đề về làm ẩm khuôn in offset gồm: hệ thống làm ẩm của máy in; công nghệ chế bản và dung dịch làm ẩm được quan tâm nghiên cứu nhiều, các nhà sản xuất máy in, sản xuất bản in, sản xuất dung dịch làm ẩm đã đưa ra nhiều các giải pháp khác nhau. Việc làm ẩm khuôn in trong in offset được nhiều người quan tâm tìm hiểu và đến nay còn có nhiều quan điểm khác nhau. Đặc biệt vấn đề thấm ướt và tương tác của dung dịch làm ẩm với mực in trong quá trình in đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới. Phần lớn khi nghiên cứu đều phân tích thấm ướt bản in bằng dung dịch làm ẩm trong điều kiện tĩnh và tương tác của mực in với dung dịch làm ẩm trên quan điểm ảnh hưởng của sức căng giữa các pha trên giới hạn “mực in – dung dịch làm ẩm’’. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp các kết quả thấm ướt bản in bởi dung dịch làm ẩm và nhũ hoá mực in không trùng hợp với dự báo của lý thuyết. Điều đó được giải thích bởi: thứ nhất việc thấm ướt các bề mặt xẩy ra trong điều kiện động lực học, các thông số này khác với các thông số tĩnh; thứ hai việc nhũ hoá dung dịch làm ẩm trong mực in xẩy ra trong các điều kiện đặc biệt, trong đó quá trình thuỷ động lực có ý nghĩa quan trọng hơn sức căng pha của hệ “mực in – dung dịch làm ẩm”. Do đó, việc áp dụng các phương thức tiếp cận khác về thấm ướt các bề mặt bởi dung dịch làm ẩm và quá trình nhũ hoá dung dịch làm ẩm trong mực in trong các điều kiện động lực học, từ đó, lựa chọn các chất hoạt động bề mặt để nâng cao hiệu quả của dung dịch làm ẩm có tính thực tiễn cao. Trong khi đó, ngày nay thế giới quan tâm rất nhiều đến quá trình sản xuất sạch, việc sản xuất gắn với bảo vệ môi trường là xu hướng tất yếu hiện nay và trong tương lai. Trong bối cảnh đó ngành sản xuất in không phải là ngoại lệ, do đó, việc tìm ra các dung dịch làm ẩm khuôn in bằng các dung dịch có tính thân thiện với môi trường đã được nhiều hãng trên thế giới quan tâm. Hiện nay trong công nghệ in offset ướt việc làm ẩm bằng dung dịch dùng cồn isopropanol (IPA) được dùng phổ biến, nhưng IPA có ngồn gốc dầu mỏ, khi in thường tạo ra chất hữu cơ bay hơi (VOC: volatile organic compound) gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục hiện tượng này người ta đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng loại dung dịch làm ẩm thay thế cồn (Alcohol Replacement). Tuy nhiên việc dùng dung dịch thay thế cồn đòi hỏi hệ thống làm ẩm của máy in phải có một số thay đổi cho phù hợp, quá trình in đòi hỏi giữ chế độ in nghiêm ngặt hơn, chất lượng in khó kiểm soát. Vấn đề đặt ra là tìm loại dung dịch làm ẩm thân thiện với môi trường nhưng không ảnh hưởng đến quá trình in, đồng thời không phải thay đổi hệ thống làm ẩm của các máy in hiện nay. Đây là một hướng mà chúng tôi đã nghiên cứu và áp dụng thử nghiệm. Để tìm hiểu về vấn đề này, trong phạm vi một bài viết ngắn chúng tôi không hy vọng trình bày được tất cả các vấn đề lên quan tới quá trình làm ẩm, mà chỉ đề cập đến một số khía cạnh về mặt nguyên tắc cơ bản của cách tiếp cận loại dung dịch làm ẩm thân thiện với môi trường.
Chức năng của dung dịch làm ẩm : Dung dịch làm ẩm (dampening solution) còn gọi là dung dịch máng nước (fountain solution) là loại dung dịch dùng trong công nghệ in offset ướt (lithographic) để truyền lên bản in trong lúc in. Tác dụng của dung dịch làm ẩm: ngăn cản
mực in tiếp xúc trực tiếp với phần tử để trắng, nhũ hoá mực in tạo thuận lợi cho quá trình truyền mực; Làm mát, bôi trơn bề mặt bản in và cao su offset; Để thực hiện được mục đích đó, dung dịch làm ẩm phải có các chức năng cơ bản sau: Tạo màng nước mỏng ngăn không cho mực bám lên phần tử không in trên bản; Duy trì tính ưa nước tự nhiên của phần tử không in; Làm sạch nhanh mực trên các phần tử không in khi bắt đầu in; Làm nhanh quá trình dàn trải của nước trên toàn bộ các phần tử không in trên bản; Giúp màng nước trải đều qua các quả lô làm ẩm; giảm ma sát giữa bản in và tấm cao su offset; Điều chỉnh quá trình nhũ hoá của nước và mực. Ngoài ra dung dịch làm ẩm phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Nhanh chóng thấm ướt bề mặt phần tử không in; Không ảnh hưởng đến khả năng nhận mực của phần tử in nhất là các phần tử in nhỏ; ít tạo bọt, tạo ít khí thải VOC; Cho phép in được ngay sau giữa các lần nghỉ. Để có các chức năng cũng như yêu cầu của dung dịch làm ẩm, các nhà sản xuất đã đưa ra nhiều đơn pha chế khác nhau. Trong quá trình hình thành và phát triển của công nghệ in offset người ta đã dùng nhiều loại khác nhau, nhưng có thể phân thành ba loại là: dung dịch nước; dung dịch pha cồn IPA và dung dịch thay thế cồn. Hiện nay người ta thường dùng dung dịch làm ẩm pha với cồn, trong đó dung dịch làm ẩm thường gồm
các thành phần sau: bộ đệm pH; axit hữu cơ; chất hoạt đông bề mặt; keo ưa nước; chất điều chỉnh nhũ hoá; chất tạo độ nhớt; chất chống tạo bọt; chất chống vi khuẩn, nấm…
Dung dịch làm ẩm có nhiều đặc trưng khác nhau: Giá trị pH và khả năng đệm của nó; sức căng bề mặt; khả năng thấm ướt và nhũ hoá; độ nhớt; độ dẫn điện; độ cứng của nước… Trong phạm vị bài viết này chúng tôi chỉ đề cập tới các vấn đề: sức căng bề mặt động lực
học ảnh hưởng tới quá trình thấm ướt và nhũ hoá dung dịch làm ẩm trong mực in; độ nhớt của dung dịch làm ẩm ảnh hưởng tới chiều dầy lớp dung dịch trên phần tử không in. Đây là những vấn đề liên quan trực tiếp và dùng làm cơ sở cho việc thay thế dung dịch làm ẩm
bằng cồn IPA bằng một dung dịch khác.
Cơ chế hoạt động của dung dịch làm ẩm:
Để chọn loại dung dịch làm ẩm thay thế cồn IPA theo yêu cầu hiện nay ta xem xét cơ chế hoạt động của quá trình làm ẩm khuôn in. Tác dụng của dung dịch làm ẩm là nhanh chóng tạo thành một màng nước mỏng phủ kín toàn bộ bề mặt của các phần tử không in trên khuôn, để làm được điều đó thì dung dịch làm ẩm phải có tính thấm ướt bề mặt, nghĩa là góc thấm ướt phải nhỏ. Góc thấm ướt q được tính theo công thức Young
tạo thành nhũ tương gồm 3 giai đoạn: (1) tạo thành màng mỏng dung dịch làm ẩm trên bề mặt lớp mực; (2) phân chia lớp này trong vùng tiếp xúc; (3) sự xuất hiện các hạt nhũ tương trong thể tích lớp mực. Giai đoạn thứ nhất phụ thuộc vào quá trình thấm ướt dung dịch làm ẩm lên lớp mực, do đó bằng cách thay đổi các thông số thấm ướt có thể điều khiển được quá trình tạo thành nhũ tương. Trong giai đoạn thứ hai độ nhám bề mặt lớp mực, chiều dầy lớp dung dịch làm ẩm ảnh hưởng nhiều đến quá trình phân chia của màng dung dịch làm ẩm, khi đó thay đổi độ nhớt của dung dịch làm ẩm sẽ điều chỉnh được lượng nước đi vào mực. Trong giai đoạn thứ ba sự dịch chuyển của lớp mực có ảnh hưởng quyết định lên sự thâm nhập của các giọt nhỏ dung dịch làm ẩm vào thể tích lớp mực. Sự hòa nhập của hai lớp mực sẽ kết thúc quá trình tạo nhũ tương. Khi đó độ nhớt của mực đóng vai trò quan trọng, độ nhớt cao của mực làm giảm sự chuyển dịch và làm
xấu đi điều kiện hòa nhập của hai lớp mực, do đó, hàm lượng nhũ tương giảm đi. Thời gian tạo thành nhũ tương nhỏ hơn 3ms và sau khi tạo thành một phần nhũ tương lập tức bị phá huỷ, thời gian phá huỷ rất ngắn thường nhỏ hơn 1,5 ms. Thời gian và cơ chế phá huỷ chỉ ra độ bền vững của nhũ tương theo qui luật hoá lý kém tin tưởng. Để đánh giá các tính chất của dung dịch làm ẩm chứa các chất hoạt động bề mặt phải kiểm tra khả năng nhũ hoá của chúng trong điều kiện thực, các số liệu nhũ hoá thu được trong phòng thí nghiệm chỉ có tính chất tham khảo. Nhũ hoá sẽ ảnh hưởng tới độ dính của mực in, khi độ nhớt của mực tăng thì độ dính của nó tăng, nhưng sự có mặt của nhũ tương sẽ làm phá huỷ sự phụ thuộc này. Sự tạo thành nhũ tương làm tăng độ nhớt của mực in, việc tăng độ nhớt sẽ làm tăng độ dính của mực và sự phá huỷ của nhũ tương làm giảm độ dính của mực.
Quá trình thấm ướt bề mặt các phần tử không in trong khi in offset xẩy ra trong các điều kiện động lực học. Thời gian sống của bề mặt dung dịch làm ẩm (hình thành, tồn tại, phá huỷ ) phụ thuộc vào tốc độ của máy in, khoảng từ 24 đến 325 ms, đối với máy in giấy cuộn
có thể nhỏ hơn 10 ms. Trong thời gian ngắn như vậy quá trình thấm ướt phải hoàn thành. Quá trình thấm ướt diễn ra qua hai giai đoạn: (1) thấm ướt dưới tác dụng của áp lực; (2) là thấm ướt tự do. Trong giai đoạn thứ nhất các điều kiện tiếp xúc đóng vai trò quan trọng.
Khi đó việc giảm khoảng cách giữa các bề mặt tới giá trị tương tác hiệu quả đóng vai trò quan trọng (điều này giải thích tính ưu việt của hệ thông làm ẩm liên tục).
Trong giai đoạn thấm ướt tự do diễn ra song song hai quá trình: hợp nhất hai lớp dung dịch làm ẩm và thấm ướt bề mặt bởi dung dịch làm ẩm. Tương tác giữa các phân tử xuất hiện khi khoảng cách giữa 2 bề mặt đạt tới giá trị hiệu quả của tương tác giữa các phân tử và
việc phân tách lớp luôn xẩy ra trong thể tích của lớp dung dịch làm ẩm. Trong giai đoạn thấm ướt tự do tùy thuộc vào động lực dàn trải, lớp dung dịch làm ẩm hoặc là dàn trải hoặc là tích tụ thành giọt.
Các tính toán đã chỉ ra rằng độ nhám gây nên các ảnh hưởng thực sự đối với động lực của quá trình dàn trải. Việc giảm sức căng bề mặt của dung dịch là một trong các yếu tố quan trọng trong quá trình làm ẩm. Nhiều chất khác nhau có thể làm giảm sức căng bề mặt, có
thể chia thành hai nhóm: nhóm các chất có phân tử lượng thấp và nhóm các chất có phân tử lượng cao, cơ chế làm giảm sức căng mặt của mỗi loại cũng khác nhau. Sự giảm nhanh sức căng bề mặt của dung dịch isopropanol có phân tử lượng thấp được giải thích bằng
cơ chế khuếch tán, theo đó, các phân tử isopropanol có kích thước nhỏ nhanh chóng khuếch tán từ thể tích lên bề mặt và nhờ nồng độ cao của isopropanol ở lớp sát bề mặt. Sự giảm sức căng bề mặt của các chất hoạt động cao phân tử được giải thích bởi khả năng định hướng lại mạch cacbon trên bề mặt của dung dịch từ vị trí nằm ngang tới vị trí thẳng đứng. Tuy nhiên các dung dịch làm ẩm có sức căng bề mặt tĩnh thấp không phải lúc nào cũng thấm ướt tốt phần tử để trắng trong điều kiện động lực học. Để thỏa mãn quá trình thấm ướt bề mặt của dung dịch làm ẩm trong khi in, khi màng nước tách ra, những phân tử hoạt động bề mặt này phải nhanh chóng chuyển tới bề mặt của nước, sao cho các phân tử phải sắp xếp cực ưa nước hướng lên trên bề mặt. Các phân tử nằm trong thể tích dung dịch không có hiệu quả trong quá trình thấm ướt. Chất hoạt động bề mặt có hiệu quả là chất có các phân tử có thể nhanh chóng liên kết tạo thành bề mặt tốt khi phân chia lớp nước.
Việc sử dụng nồng độ cao các chất hoạt động bề mặt trong dung dịch làm ẩm sẽ làm ổn định giá trị sức căng bề mặt của chúng. Các chất hoạt động bề mặt nồng độ thấp sẽ không có khả năng bảo đảm sự không đổi của sức căng bề mặt khi tăng bề mặt giữa các pha. Điều này do sự khuếch tán các chất hoạt động bề mặt từ thể tích lên lớp bề mặt xẩy ra chậm do lượng chất hoạt động bề mặt nhám trong thể tích.
Đối với hệ thống làm ẩm liên tục, độ nhớt của dung dịch làm ẩm sẽ ảnh hưởng đến chiều dầy của màng dung dịch làm ẩm được truyền lên bản in. Nếu dùng dung dịch làm ẩm có chứa 10% isopropanol ở 10oC thì độ nhớt của dung dịch lớn hơn 1,7 lần độ nhớt của dung dịch làm ẩm chứa các chất hoạt động bề mặt. Nghĩa là khi sử dụng các chất hoạt động bề mặt thay thế cồn thì cần phải tăng độ nhớt của dung dịch làm ẩm để đảm bảo chiều dầy của màng dung dịch mà không cần có sự thay đổi hoặc điều chỉnh nhiều hệ thống làm ẩm của máy in. Yêu cầu chính khi dùng các chất làm thay đổi độ nhớt của dung dịch là không gây tác dụng phụ khác tới quá trình làm ẩm và bản in.
Cồn có sức căng bề mặt trung bình, nhưng các phân tử của nó nhỏ, động lực tốt nên khả năng di chuyển lên trên bề mặt gấp hàng trăm lần các phân tử của các chất hoạt động bề mặt thay thế cồn. Cồn là chất tạo cho dung dịch làm ẩm nhiều đặc tính tốt vì cồn có một số đặc điểm sau: làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch; bay hơi nhanh ra khỏi lớp mực, khi bay hơi không để lại cặn; quá trình bay hơi giúp làm lạnh mực trong quá trình in; làm tăng độ nhớt của dung dịch. Dung dịch có pha cồn sẽ đảm bảo cho quá trình màng nước chảy liên tục từ bể chứa tới các quả lô và cuối cùng lên bản với độ đồng đều cao. Đặc tính quan trọng của cồn trong dung dịch làm ẩm là đặc tính kép vừa làm giảm sức căng bề mặt vừa tăng độ nhớt của dung dịch làm ẩm. Sử dụng dung dịch làm ẩm có thêm cồn đem lại rất nhiều thuận lợi trong quá trình in, tuy nhiên một nhược điểm lớn nhất của dung dịch cồn là làm ô nhiễm không khí và dùng cồn IPA có nguồn gốc dầu mỏ không thân thiện với môi trường. Vì vậy hiện nay người ta đang thay dung dịch cồn bằng một loại dung dịch làm ẩm khác có chức năng tương tự. Có nhiều loại dung dịch thay thế, nhưng khả năng làm ẩm của chúng không được như cồn, đồng thời quá trình in còn gặp một số khó khăn, ngoài ra muốn dùng được phải thay một số chi tiết của hệ thống làm ẩm hiện tại của máy in.
Lựa chọn dung dịch làm ẩm:
Hiện nay, song song với dung dịch làm ẩm truyền thống sử dụng IPA, người ta đang bắt đầu sử dụng các dung dịch làm ẩm không có cồn (alcohol free). Quá trình thay thế này được hỗ trợ từ các nhà chế tạo máy in cũng như các nhà cung cấp hoá chất.Trên thực tế, một số nhà in đang sử dụng thử và có những kết quả đáng khích lệ. Tuy nhiên, các khuyến cáo của các nhà cung cấp hoá chất đều nhấn mạnh rằng nếu bài in khó hoặc quá trình in gặp khó khăn thì hãy thêm một lượng IPA nhất định vào. Như vậy việc loại bỏ hoàn toàn IPA đối với các hệ thống làm ẩm chất lượng cao xem ra cần phải có thêm thời gian và công sức.
Ta có thể đặt câu hỏi liệu có nhất thiết phải thay thế cồn trong dung dịch làm ẩm hay chỉ cần thay thế IPA là chất không thân thiện lắm với môi trường. Có thể dùng một loại cồn khác thay thế IPA mà đáp ứng cả hai tiêu chí: quá trình làm ẩm ổn định mà lại thân thiện hơn với môi trường? Câu trả lời đã có một nửa. Trên thực tiễn in ấn tại Việt Nam rất nhiều nhà in khi sử dụng máy in có hệ thống làm ẩm liên tục ( Sử dụng dung dịch làm ẩm chứa cồn) đã sử dụng cồn etilic thay cho IPA. Theo một cách nào đó ngành in Việt Nam đã đóng góp vào sự phát triển của dung dịch làm ẩm theo cách riêng của mình. Dĩ nhiên nồng độ cồn etilic trong không khí cũng bị giới hạn bởi các tiêu chuẩn về môi trường nhưng giới hạn này cao hơn nhiều so với giới hạn của IPA, thứ đến là cồn etilic được làm từ các nguyên liệu tái tạo, đó là ưu điểm nổi bật, nếu như ta có thể sử dụng cồn etilic trong dung dịch làm ẩm với nồng độ thấp chừng 5 – 7 % thì chúng ta có thể đạt được các yêu cầu về nồng độ của nó trong không khí đồng thời sử dụng các sản phẩm từ các nguyên liệu có thể tái tạo. Việc sử dụng có thể dễ dàng hơn do các nhà in đã quen với loại vật liệu này. Vấn đề chỉ là tạo ra loại phụ gia phù hợp để dùng cồn etilic với nồng độ thấp trong dung dịch làm ẩm. Tác giả thiết nghĩ đó là một trong những cách tiếp cận có nhiều triển vọng trong quá trình tìm kiếm giải pháp loại bỏ IPA trong dung dịch làm ẩm của công nghệ in offset truyền thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1- The function of fountain solution in lithography – Fuji hunt photographic chemicals, INC
2- Printing with alcohol replacements – Fuji hunt photographic chemicals, INC
3- Water, pH and conductivity for printers – Fuji hunt photographic chemicals, INC
4- J.A.G.Drake – Chemical Technology in Pringting and Imaging Systems – Royl society of chemistry
5- V.P. Tchikhonov, Lê Duy – Lựa chọn các dung dịch làm ẩm trong in offset – Tạp chí Polygraphia, số 1 năm 1994
(Bản tiếng Nga)