بخشی از مقاله
آهارزنی سطح کاغذ
تیمار سطحی کاغذهای تجاری ظریف
آهار زنی سطح کاغذ J.ANDERSON
بهترین تعریف از آهاردهی سطح کاغذ، ایجاد مقاومت به جذب یا نفوذ سیالات بویژه آب در آن می باشد. از نظر کاربردی این تعریف به معنای ایجاد مقاومت از طریق بکارگیری مواد شیمیایی در سطح کاغذ یا مقوا پس ازتشکیل می باشد تا افزودن مواد شیمیایی به خمیر کاغذتر.درتکنولوژی مدرن آهار زنی سطحی علاوه بر آبگریزی باعث تثبیت خواص نیز میگردد .
پارامترهای کم اهمیت تری مانند چاپ پذیری، چسب پذیری و قابلیت گذر کاغذ ممکن است در بعضی کاربردها اهمیت بیشتری پیدا کنند. یک تعریف بهتر از ماده آهاردهی سطحی، اصلاح کننده سطحی یا بهبود دهنده سطحی است.
یکی از فاکتورهای شرکت داشته در درون ماشین کاغذ کاربرد سطحی مواد شیمیایی آهاردهی می باشد.
در بعضی از انواع کاغذ به لحاظ خصوصیات کاغذ کاربرد مواد شیمیایی در سطح کاغذ سخت یا غیر ممکن می باشد. تولید افزایش از اندود کردن باعث تشویق برای آهاردهی سطحی شده که استفاده آن برای کنترل مانع گریزی اندود کردن می باشد. تأکید فراوان در بخشها و نیاز به تمیز کردن سیستم پایانه تر باعث ترقی آهاردهی سطحی مدرن شده است. یک تمیز کننده پایانه تر به کنترل بهتر فرآیند ساخت کاغذ اجازه می دهد و باعث صرفه جویی های مالی ذاتی و اساسی می شود. سطح بالای نیاز شیمیایی به اکسیژن ( CO2 ) در پساب کارخانه یک محرک قوی برای افزایش تیمار شیمیایی در سطح کاغذ فراهم می آورد در حالیکه بقاء و حفظ مواد بکار برده شده حدودت 100 درصد می باشد.
حرکت بسوی تیمار سطحی بوسیله پیشرفتهای در کاربرد تجهیزات ممکن شده یا در نهایت تسریع شده است. این بحثها در فصل 2 پوشش داده شده است.
اما فهمیدن تأثیر آنها در استفاده از مواد شیمیایی در سطح کاغذ مهم می باشد. نصب پرس آهاردهی سنجشی تنها برای تیمار سطح جایز شده بلکه ساخته شده ورقه کاغذ تمام شده قرار گیرند.
تعجب آور نیست، با افزایش فعالیت در سطح کاغذ و همچنین احیا و کوشش بوسیله تهیه کنندگان مواد شیمیایی کاغذ، مواد آهارزنی سطح با خواص ویژه وخصوصیات جابه جایی و نقل و انتقال خوب در پرس آهاردهی بیافریند. این فصل توسعه مواد شیمیایی آهاردهی سطحی و موقعیت برجسته آنها در تکنولوژی ساخت کاغذ مدرن را تعقیب میکند.
فرایند گرمایی مکانیکی یا گرمایی شیمیایی انجام می شود. تبدیل ممکن است پیوسته یا ناپیوسته باشد و انتخاب به هزینه، وسیکوزینه مواد جامد مورد نیاز وابسته خواهد بود. هر آنچه به عنوان شمالته و فرایند تبدیل انتخاب می شود برای برقراری سازگاری خواص محلول نشاسته پرس آهاردهی برای کاربرد مناسب آهارسطحی مهم است.
نشاسته ها ممکن است همچنین بصورت شیمیایی و بوسیله واکنش گروههایی شیمیایی دیگر برای تبدیل مولکول نشاسته اصلاح بشوند مهمترین نشاسته های مشتق شده رایج اتیل دار شده، استیل دار شده، اکسید شده ، یا در گروههای کاتیونی اضافه شده هستند. نشاسته های استیل شده خوص تشکیل لایه نازک خوب مخصوصی به نشاسته می دهندپیشرفت نشاسته های کاتیونی که آنها پیوندهای یونی با فیبرهای آنیونی و پرکننده ها ( با بار منفی) تشکیل می دهند.
فیبر در طول بازیافت خمیر باقی می مانند گزارش شده بود که در نهایت به 50 درصد کاهش در نیاز بیوشیمیایی به اکسیژن ( BOD ) سبب می شود. تیمار شیمیایی نشاسته وهزینه را افزایش می دهد چنانکه استفاده نشاسته های شیمایی اصلاح شده معمولا بوسیله ارزش اضافه شده به کاغذ بهبود قابلیت گذر ماشین کاغذ یا کاهش تأثیر بارگذاری ها در آب برگشتی تصدیق می شود.
اگرچه نشاسته مهمترین ماده افزودنی رایج در پرس آهاردهی می باشد، آهارسطحی می تواند بدون نشاسته یا با یک عامل دیگر مثل پلی وینیل الکل، آلژیناتهای سدیم یا کربوکسی متیل سلولز باشد. این مواد انتخاب شده اند. برای ویژگیهای لایه نازک خوب آنها که فیبرها را به در سطح هم پیوند می دهند ساختار کاغذ را پر نگه می دارند. ویژگیهای مهم دیگر تأثیر وسیکوز اصلاح شده آنها ست که در برگیریی مخلوط پرس آهارزنی مؤثر است.
آهار سطحی می تواند همچنین یک قسمت از مخلوط اندود کردن به کاربرده شود پس بطور مؤثر یک پیش برنده پوشش دهی شود. این ممکن است یک راه مناسب برای اضافه کردن آهار درانواع مختلف باشد و محلی که پرس آهارزنی غیره جزا و وجود دارد.
و آهار سطحی سازگار با مخلوط پوشش دهی فراهم شده است اما بطور کلی آهار هنگامیکه در این راه استفاده می شود بی تاثیر است. زیرا به پوشش دهی دراینحالت کمک می کند و برای تاثیر ویژگیهای سطحی در دسترس نیست. مواد شیمیایی خاص می توانند محدوده گسترش مواد شیمیایی را برای کاربردهای مخصوص، سازگار بکنند مثل رنگ کننده ها (فصل 8) وعوامل روشن کننده فلورسنت ( FBAS )(فصل 9) و مواد شیمیایی رمزدار.
آهارهای سطحی یا آبگریزکننده ها می توانند به دسته های زیر تقسیم شوند :
• تولیدات با پایه روزینی
• ( AKD ) دیمرهای آلکیل کتن
• مواد پلیمری مصنوعی
• و دیگر عوامل
مواد پلیمری مصنوعی مهمترین مواد در آهارزنی سطحی مدرن می باشند. آنها بطور خاص برای کاربرد در سطح توسعه یافته اند و توانایی تولید ویژگیهای تازه در ورقه را دارند.
کاربردهای آهارهای پایانه تر در سطح 7.2.2
پراکنده سازهای روزین کاتیونی و AKD (CAR) یا تولیدات بر پایه AKD آهارهای پایانه تر هستند که می توانند همچنین در سطح به کاربرده شوند. مکانیسم آهارزنی CAR در سطح شبیه به آهارزنی در پایانه تر می باشد. کلرید پلی آلومینیوم یا آلوم برای تشکیل لخته های کمپلکس لخته های کمپلکس رزینات آلومینیوم مورد نیاز است که روی سطح فیبرها ته نشست و رسوب می شوند. این لخته ها درخشک کن ها ذوب می شوند و با یونهای آلومینیوم واکنش بیشتری دهند. هزینه
اولسیونهای CAR در مقایسه با مواد پلیمری مصنوعی طرح شده خصوصا برای استفاده در سطح پایین تر است اما موانعی وجود دارند. روزین یک ماده چسبناکی است که باعث بالا رفتن تشکیل رسوب در پرس آهاردهی یا در خشک کن ها می شود. روزین کاتیونی همچنین اگر FBAS در فرمول پرس آهاردهی وجود داشته باشد نامطلوب است. آلوم برای واکنش روزین نیازداشته به یک اثر خاموش کننده روی FBA که برای افزایش سطح ضروری است. اگرچه CAR می تواند مثل یک آهار سطحی مفید فعال شود ویژگیهای سطحی آن محدود به دز مولکول رزین می شود و ممکن نیست درخور انجام نیازهای درجات بالای کاغذ خاص توانا باشد.
AKD همچنین می تواند به کاربرده شود در سطح کاغذ بخوبی پایانه تر اما افزایش سطحی آن محدود به جلوگیری از غبارزایی و لغزندگی می شود. مکانیسم آهارزنی توصیف شده به خوبی در نوشتجات و مستلزم واکنش AKD با سلولز است. برخلاف مواد پلیمری مصنوعی یا CAR، اثر آهارزنی کامل در بعد از خشک کن ها انجام نشده است. به هر حال هنگامیکه آن بهبود یابد یک درجه بالای آبگریزی به سطح می دهد. عامل آهار زنی سطح بوسیله موم طبیعی محدود شده است، آن قابلیت هیدرولیز در دماهای بالا را دارد و باعث به تأخیر انداخته شدن ویژگیهای بهبودی
می شود. موم طبیعی یکنواخت که آبگریزی فراهم می کند همچنین باعث کاهش ضریب اصطکاک سطح کاغذ می شود و همچنین می تواند سبب مشکلات لغزندگی نامطلوب در طول تبدیل و چاپ شود. هیدرولیز AKD سخت تر در کاربردهای سطحی ساخته شود زیرا آن به محلول نشاسته اضافه می شود. که در دماهای بالا برای جلوگیری از افت کیفیت محافظت می شود. این به ویسکوزیته نشاسته و پرس آهاردهی تأثیر می گذارد. هیدرولیز AKD خودش را مثل غبارزایی در سطح کاغذ آشکار می سازد، که یک اثر زیان آور روی فرایندهای چاپ زیادی دارد مثل چاپ افست و قابلیت گذر یک فتوکپی. به تأخیر انداختن بهبود می تواند مهاجرت چسب را همراه داشته باشد هنگامیکه آهارزنی سطحی با پوشش دهی پیوسته همراه باشد.
7.2.3 آهارهای سطحی با پلیمرهای مصنوعی
در تکنولوژی آهارزنی سطحی، مهمترین مواد آهاردهی، پلیمرهای مصنوعی هستند.
این مواد مخصوصا برای کاربرد در سطح توسعه یافته اند. آنها را می توان به سه دسته تقسیم کرد :
• پلیمرهای محلول قابل حل در آب بوسیله تشکیل نمک های آنیونی
• پلیمرهای امولسیون شامل یک پلیمر آبگریز و نامحلول در آب احاطه شده و بوسیله یک کلوئید محافظت کننده
.
• ریزپردازنده های پلی اورتان.
پلیمرهای محلول از تکنولوژی قدیمی گرفته می شوند که با ورود ساخت کاغذ قلیایی رایج شدند. آنها به طور گسترده تر در آمریکای شمالی و در اروپا برای برطرف کردن مشکلات لغزندگی و ناپایداری همراه با استفاده غلط AKD در پایانه تر است. آنها مرکب از سدیم، آمونیم یا مخلوط نمکهای کوپلیمرهای استیرن آنیدرید مالیک، استرهای آنیدریک مالیک یا اسید آکریلی هستند.
استیرن ویژگیهای آبگریزی به پلیمر می دهد و قابلیت حل شدن در آب از پخش نمک آنیونی ترکیبات دیگر کوپلیمر درون محلول حاصل می شود. پلیمرها می توانند بوسیله تغییر استیرن اصلاح شوند :ید مالیک، وزن مولکولی پلیمر، نوع نمک قلیا تشکیل دهنده یا بوسیله نوع الکل و طول زنجیره استر ناشی شده. این پارامترها می توانند برای کنترل قابلیت حل شدن پلیمر و آبگریزی و توانایی تشکیل لایه نازک استفاده شوند، از این رو آنها یک اثر آهار دهی و تخلخل دارند.
در مقایسه با امولسیونهای اکریلی و ریزپراکنده های پلی اورتان، پلیمرهای محلول نا آبگریز هستند. به اضافه استفاده صابونهای پلیمری را در ماشین کاغذ محدود کرده اند. آنها کلا میزان زیادی کف تولید می کنند. که بایستی بوسیله اضافه کردن کف زدا چک بشوند. به هر حال انتخاب یک نوع کف زدا مهم است که تأثیر زیان آور روی ویژگیهای آهارزنی کوپلیمر نگذارد. کف در پرس آهاردهی و در تانک تغذیه تنها یک مشکل نیست به طوریکه برگیری و پایداری انجام پرس آهاردهی تأثیر می گذارد.
عموما با پلیمرهای محلول نمک آنیونی، پلیمرهای امولسیونی معمولا مرکب از یک کوپلیمر استیرن به سیستم آهاردهی آبگریزی می آورد. بهبود آبگریزی امولسیون بیشتر اوقات است ولی نه همیشه، یک کوپلیمر استراستیرن آکریلی، و آهاردهی سطحی پلیمر امولسیون می تواند با آنیون یا کاتیون باشد. به هر حال آنها متفاوت از پلیمرهای محلول کار می کنند و ویژگیهای ماده فعال سطحی ندارند که باعث تولید سطح های بالای کف بشوند. پلیمرهای امولسیون گروه رایج مهم آهارهای سطحی در اروپا بوده اند و بطور افزایش در آمریکای شمالی استفاده می شوند و بازارهای دیگر با اهداف بالا کاغذ تولید می کنند.
دسته دیگر پلیمرهای مصنوعی استفاده شده بعنوان آهار سطحی با شیمی پلی اورتان پایه ریزی می شود. این مواد ریز پراکنده هایی با ذرات آهار کوچکتر از nm 10 هستند. آنها پلیمرهایی با وزن مولکولی پایین هستند که به گروههای آبگریز وصل می شوند. تغییرات زیادی می تواند در شیمی سیستم شامل وظیفه و پخش گروههای آبگریز ساخته شود اما آنها ویژگیهای سطحی آبگریز بالایی می آفرینند. رفتار ریزپراکنده ها بیشتر شامل شبیه پلیمرهای محلول است تا امولسیون ها.
7.2.4 مواد شیمیایی خاص گوناگون
یک نمونه مواد شیمیایی دیگر وجود دارند که در سطح به کاربرده میشوند. اینها در یک دسته ویژه مواد شیمیای جور در نمی آیند ولی شامل مواد شیمیایی مثل کربنات زیرکونیوم آمونیوم، ترکیبات فلوئوری هستند. استفاده این مواد محدود به کاربردهای خاص می شود. جای plate 5,plate 4, plate 3, plate 2, plate 1
7.3 کارکرد تولیدات
اختلافات مهمی در نحوه کارکرد آهارهای سطحی پلیمری مصنوعی وجود دارند، ویژگیهایی را که به کاغذ و مقوا می دهند، و سازگاریشان وخصوصیات جابه جایی.
7.3.1 پلیمرهای محلول
اینها پلیمرهای باردار آنیونی هستند و در PH پایین نمی توانند استفاده بشوند زیرا گروههای کربوکسیل ایجاد شده که قابلیت حل شدن در آب پلیمر را فراهم می کنند پروتون دار می شوند و قابلیت حل شدن در آب کاهش می یابد. با استفاده از یک نوع کاتیون و از طریق مکانیزم پل زدن، پلیمر باردار آنیونی به سطح فیبر آنیونی متصل می شود همراه با امولسیونهای رزین کاتیونی معمولا از آلوم بعنوان یک کاتیون چند ظرفیتی استفاده می شود کربوکسیل موجود در نمک پلیمر را جذب کرده و در نهایت پلیمر به سطح کاغذ بچسبد. گروههای استایرن آبگریز بطرف بیرون سطح کاغذ جهت می گیرند و آهارزنی طریق کاهش در مقدار cobb و یا افزایش در مقدار HST ارزیابی می شود.
یک نسبت بالای استیرن در کوپلیمر یک پاسخ آهارزنی بالا می دهد. به اضافه با استفاده گروههای آبگریز، پلیمرهای محلول همچنین توانایی تشکیل لایه نازک را دارند که به تخلخل ورق کاغذ تأثیر می گذارد و می تواند یک افزایش در ضریب اصطکاک در مقایسه با ورق پایه بدهد. وزن مولکولی پلیمر توانایی آهارزنی و ویژگیهای تشکیل لایه نازک را تحت تأثیر قرار می دهد. یک افزایش در درجه
پلیمریزاسیون آهارزنی را افزایش می دهد و توانایی تشکیل لایه را بهبود می بخشد. درکوپلیمرهای انیدریداستیرن مالیک وزن مولکولی می تواند همچنین بوسیله تشکیل یک استر با گروه کربونیل از انیدرید مالیک تغییر بکند. نوع کاتیون استفاده شده برای تشکیل نمک نیز ادعا می شود ویژگیهای پلیمر را تحت تأثیر قرار بدهد. نمک آمونیوم پاسخ آهاردهی بهتر می دهد زیرا آن آسانتر پخش می
شود اما نمک سدیم توانایی تشکیل لایه نازک پلیمرهای پلی اورتان شامل یک وزن مولکولی پلیمری با استحکام طولانی هستند که دم آبگریز دارند. پلیمر کاتیونی می توان از هر جهت به گروههای آنیونی فیبر بپیوندد ولی پلیمر آنیونی به یک پل کاتیونی نیاز دارد. این پل عموما بوسیله آلوم نشاسته کاتیونی بکار رفته در پایانه تر تشکیل یافته است. یک شکل مهم ساختار پلی اورتان
گروههای آبگریز است که می تواند روی محور پلی اورتان آنها بچرخد هنگامیکه گرما در خشک ها به کار برود. گروههای آبگریز روی پلیم با فیبر در صف می شوند و گروههای آبگریز از سطح جهت یابی می کنند، به موجب آن یک درجه بالای آهاردهی نسبت به کوپلیمرهای محلول می دهند. به هر حال، برخلاف AKD، آهاردهی درخشک کن ها توسعه پیدا می کند، ضریب اصطکاک کاهش پیدا
نمی کند و پلیمر با غبار زایی هیدرولیز نمی شود. ریزپراکنده های پلی اورتان لایه نازک تشکیل نمی دهند ولی یک فرمی فراهم می کنند، سد آبگریز که مقاومت خوب در برابر PH های بالا دارد. این مناسب می سازد آنها را برای استفاده در کاربردهای پوشش دهی یک طرفه که در بخش آینده بحث شده است.
7.4 ویژگیهای کاربری
7.4.1 ویژگیهای کاربری عمومی
پرس آهاردهی آخرین فرصت را برای اصلاح کردن خواص شیمیایی کاغذ فراهم می کند و یا آن را برای پوشش دهی آماده می نماید. خواصی که از طریق آهارزنی سطحی ایجاد می شود بسیار مختلف است و به کاربردهای نهایی مورد انتظار برای کاغذ و مقوا بستگی دارد. در بعضی موارد خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز بطور دقیق تعریف نشده اند و خواص کاربردی نهایی فقط از طریق یک سری آزمونهای تجربی مانند شناورسازی جوهر یا تولید غبار پس از یک دوره طولانی تعیین می گردند.
مهمترین خواص کاربری که آهارزنی سطحی بایستی ارائه کند شامل یک یا چند مورد زیر خواهد بود :
• افزایش آبگریزی
• خواص سد کننده یا تشکیل لایه
• افزایش مقاومت سطح
• اصلاح خواص اصطکاکی
• اصلاح خواص نوری
• کاهش تخلخل ورقه کاغذ
در آهارزنی سطحی به طور نرمال یک حمل کننده استفاده می شود، خواص آهار سطحی مورد نظر نیستند و فعل و انفعالاتی اتفاق می افتد. دو خواص مهم آهار سطحی حساس هستند که آبگریزی و تشکیل سد می باشند. در بحث قبلی، گروههای آبگریز مهم که عموما در آهارهای
سطحی استفاده می شوند اسیدهای چرب با زنجیره طولانی و گروههای فنیل هستند. اسیدهای چرب با زنجیره طولانی شبیه گروههای آبگریز در AKD پایانه تر می باشد. آنها همچنین در ریزپراکنده های پلی اورتان حاضر هستند که آنها می توانند بچرخند روی پلیمر و درمیان سطح جهت یابی بکنند که در بخش 7.3.3 توضیح داده شد. با پلیمرهای محلول و امولسیون گروههای فنیل از
کوپلیمرهای استیرن خاصیت آبگریز کنندگی را می گیرند. در آهارهای با پایه روزین اسید آبیتیک در یک آهارزنی پایانه تر استفاده می شود. شکل مهم آهار دهی سطحی با پلیمرهای مصنوعی این است که آنها آبگریزی مبرم و آنی با ماندگاری 100% آهار فراهم میکنند.
تشکیل لایه نازک صحیح بوسیله کوپلیمر های شامل گروههای کربوکسیل که قابلیت تشکیل
پیوندهای هیدروژنی را دارند توسعه می یابد. به هر حال، یک نوع لایه نازک می تواند همچنین بوسیله پخش یک پلیمر در سرتاسر سطح معرفی بشود که جاری می شود در بعد از خشک کن ها و یک سد برای نفوذ نفت ها و گریس و دیگر مایعات، که همچنین مهاجرت مواد درونی در ورقه را به سطح محدود می کند. در پوشش دهی، بیشتر اوقات هدف جلوگیری از مهاجرت چسب یا میکروکپسول ها در ورقه است.
اما آهارهای سطحی با درجات گسترده تقاضاهای کاربردی برای خواص شیمیایی فیزیکی استفاده می شوند. مثل آبگریزی و تشکیل لایه در توانایی چاپ در کاغذ ظریف، پوشش دهی مایع گریزی و توانایی چسب فوری در الیاف باز یافته
7.4.2 کاغذ ظریف روشن
کاغذ ظریف روشن شامل انواع پوشش دار نشده می باشد که معمولا از الیاف نو و بکر ساخته شده است. یک قسمت بزرگ این قطعه کاغذ قصد بالای کاغذ اداری یا کاغذ کپی است که در یک سلسله کیفیت ها تولید می شود. شرط های اصلی ورقه ظهور، سفیدی، صافی، توانایی، چاپ، معمولا روی یک عده سیستم های چاپ، و توانایی قابلیت گذر از ماشین های چاپ و فتوکپیها کاغذ، افزایش چاپ فورانی مرکب، ورود چاپ سریع و ماشین های کپی کننده و در بعضی انواع معمول سازی الیاف بازیافتی در ورقه. در بیشتر فعالیتهای ساخت کاغذ نتایج پایانی معمولا یک سازش یا تمایل خواص و آزمایشات به تولید یک نتیجه پایانی قابل پذیرش است.
آهارزنی سطحی به صورت افزایشی در ترکیب با بعضی آهارزنی داخلی برای انجام خواص کاربری صحیح استفاده می شود. اینها شامل :
• فتیله گونگی تیره و پرشدگی در چاپ فورانی مرکب ( IJP )
• ریزش رنگ به رنگ IJP
• دانستیه چاپ IJP
• چسبندگی toner برای کپی کننده ها و چاپ کننده های لیزری
• کرک زایی و غبار زایی در چاپ افست
• تغذیه کپی کننده های ورق کاغذ
ترکیب کاغذ ظریف از لحاظ پر کننده و نوع فیبر و میزان، آهار داخلی، سیستم ماندگاری و نوع ماشین و غیره گسترده و متنوع است و درباره شرایط مساعد نتیجه کلی گرفتن مشکل است. یک کاغذ ظریف اروپایی ممکن است شامل :
• یک مخلوط فیبر کوتاه و بلند، بعضی مواقع شامل اکالیپتوس،
• آهاردهی قلیایی یا خنثی با AKD یا انیدریدساکسینیک آلکنیل ( ASA )
• 15%-20% کربنات کلسیم یا کربنات کلسیم رسوب کننده بعنوان پرکننده
• عامل سفید کننده فلور سنت ( FBA ) اضافه شده در سطح
• نشاسته، آهاردهی سطح و کمی نمک اضافه شده در سطح
انتخاب استفاده نشاسته غالبا بوسیله قیمت و فراهم بودن آن تعیین می شود. تبدیل آنزیمی نشاسته ذرت عموما استفاده می شود اگرچه مثالهای کم نشاسته کاتیونی پایین و نشاسته اتوکسیل دار برای استفاده وجود دارند. زیرا یک عامل سفید ساز فلورسنت ( FBA ) معمولا ترجیح داده می شود تا در مخلوط پرس آهاردهی با یک آهار سطحی آنیونی شامل بشود. در اروپا پلیمرهای امولسیون اکریلی- استیرن بیشتر رایج هستند در آمریکای شمالی انیدریدمالیک- استیرن یا پلیمرهای محلول استیرن آکریلی استفاده می شوند.
یک آهاردهی نمونه برای یک کاغذ ظریف روشن یک مقدار COBB ( 4.5 ) m-2 و 25-20 یا یک مقدار MST ( 80% انعکاس، 1% اسید فرمیک، جوهر سبز نفتل) s 300-200 است. اگرچه مثالهایی می تواند برای ورقه های کم آهار و پر آهار پیدا شود. مقدار MST به اثرهای تیمار سطحی حساس تر است. آهار سطحی معمولا به میزان کم به خاصیت آهاردهی کمک می کند ولی می تواند یک اثر بزرگ روی توانایی چاپ و توانایی قابلیت گذر داشته باشد. در دوره های ساخت کاغذ قراردادی بحث درباره آهارهای سطحی مشکل است.
در این دوره ها نیازها و رفتار سیستم های فورانی مرکب و توضیح دادن آنها مشکل ویژه هستند .این سیستم ها شامل یک تعداد بزرگ قطره ریزهای مرکب قلیایی که به سرعت شروع به سوختن در ورقه کاغذ یا سوبسترا می کنند ، است ( یک قطره ریز هر 30 – 20 ) که نقطه تعریف و کیفیت تصویر تعیین می شود .
مرکب ها بر پایه آب هستند ولی شامل یک سری مواد سطحی برای کنترل خیس کردن ، پخش شدن و نفوذ در ورقه هستند .مرکب ها رایجاً دارای رنگ بازی یا رنگ کاتیونی هستند اما مرکب های سیاه در تعداد کمی از سیستم های چاپ کننده هم اکنون استفاده می شوند . هدف تولید یک تصویر با رنگ های روشن و قوی ( چگالی چاپ بالا ) ، تیزی لبه خوب ( پر شدگی پایین ، فتیله گونگی و پخش رنگ پایین ) حتی توزیع چاپ بطور سنگین ( خال کم ) و مرکب که بطور سریع
خشک شود و به ورقه بعدی مرکب دوانی جلوگیری شود ( زمان خشک شدن کوتاه ) و حتی به پشت ورقه منتقل نشود ( عبور از ورقه پایین ) . مثالهای این تاثیرات در شکل 703 – 701 و Plate 2 –Plate1 نشان داده شده است . اضافه بر این بیشتر سیستم های چاپ کننده ، فرمولهای مرکب متفاوت دارند تعجب آور نیست که اندازه گیری های مقدار cobb ، HST و تخلخل هوای ورقه موفق نشده اند انجام چاپ فورانی مرکب را پیش بینی بکنند.
فعل و انفعالات چاپ کاغذ به طور آشکار کمپلکس هستند و کاملا بدیهی نیست، که میزان بالای تحقیق و توسعه در پیشرفت برای فهمیدن بهتر آنها است و بهبود کیفیت چاپ در حالت فعلی و سیستم های چاپ جدید که هر سال در بازار ظهور یابد. کاربرد نشاسته در سطح معمولا به افزایش چگالی چاپ کمک می کند اما برای چاپ مساعد کافی نیست. یک آهار سطحی مثل یک امولسیون استیرن آکریلی اضافه شده به طور نمونه در 1-kgt5-1 25%-35% امولسیون نمکها روی کاغذ کیفیت چاپ را بوسیه اصلاح تر شدن کاغذ، خواص پهن شدن و جذب بهبود می بخشد. بین انرژی آزاد سطح و زاویه تماس ورقه ارتباط وجود دارد. کمی از تجهیزات اخیرا برای اندازه گیری تغییرات دینامیکی در نفوذ، جذب و زاویه تماس معرفی می شود تا اطلاعات بهتر درباره رفتار چاپ فورانی مرکب بدهند از زمانی که آنها می توانند با مرکب ها استفاده بشوند و برای اندازه گیری تغییرات در خواص در دوره های زمانی خیلی کوتاه توانا هستند.
شکل 1-7
شکل 1-7- پر شدگی متن چاپ فورانی مرکب. (a) تیزی لبه متن تیره خوب و (b) پرشدگی متن
شکل 2-7
شکل 2-7 فتیله گونگی متن چاپ فورانی مرکب. (a) تیزی لبه متن خوب و (b) فتیله گونگی متن
شکل 3-7
شکل 3-7- پشت مرئی چاپ فورانی مرکب: (a) پشت موئی نشدن چاپ و (b) پشت مرئی چاپ بد.
تمایل های آینده انتظار می روند شامل سیستم های چاپ فورانی مرکب برای استفاده های اداره ای و کوچک بشوند. این معنی خواهد داد که زمان خشک کردن کوتاه بحرانی تر خواهد شد. تلاش های زیادی انجام شده اند شامل یک میزان کم (به طور نمونه 2-gm5-3) رنگدانه در مخلوط پرس آهاردهی تا ظرفیت جذب در سطح و افزایش سرعت خشک کردن را افزایش دهد. به هر حال، بوسیله این تیمارها نبایستی چگالی چاپ کاهش یابد.
در شروع این بخش، کاغذ اداری بایستی توانا باشد سیستم های چاپ غیر تماس و تماس بخ
وبی انجام بدهد. اگر کاغذ توانا نباشد از میان کپی کننده بگذرد یا خواص چسبندگی toner یا چسبندگی نقطه ای و گردی فقیر داشته باشد نمی تواند کیفیت چاپ فورانی مرکب خوب بدهد. Tonerها گردهای خشک شده ای هستند که شامل چسب و رنگدانه (کربن سیاه) می باشند، اگرچه میزان کمی از مواد شیمیایی خاص نیز وجود دارند که برای سیستم چاپ ویژه می باشند. Tonerهای سیاه معمولا شامل یک پلیمراستیرن آکریلی و همچنین یک آهار سطحی استیرن آکریل دار هستند زیرا آن شبیه خواص مواد شیمیایی است و معمولا خواص چسبندگی toner را بهبود می دهد. سه نوع آزمایش رایجا برای ارزیابی چسبندگی toner استفاده می شود. اولین آزمایش یک نوع آزمایش پوست کنی است که در کاغذ چاپ شده با یک جوهر toner (چاپ لیزری یا کپی کننده) استفاده می شود، یک نوع چسب به مناطق چاپ شده به کار برده می شود و در شرایط کنترل شده پوست کنی می کند. نسبت چگالی چاپ بعد از پوست کنی چگالی چاپ اصلی، چگالی چاپ باقیمانده (RPD) است، RPD بالا چسبندگی toner بهتر دارد. در آزمایش دیگر کاغذ چاپ می شود و سپس در یک پاکت نامه گذاشته می شود. پهنا یا عرض پاکت اشاره به چسبندگی toner دارد: هر چقدر پهنا بالاتر باشد چسبندگی toner پایین تر است. آزمایش سوم ساییدگی یک سطح کاغذ در یک زمان و اندازه گرفتن میزان برداشتگی toner یا گرد یا کاهش در چگالی چاپ منطقه چاپ شده می باشد.
یک نگرانی چاپ افست انباشتگی گرد و غبار از ورقه کاغذ روی پوشش پلاستیکی چاپ کننده است. این عمل رضایتبخش نیست. بعد از چاپ کردن تعدادی از ورقه ها با انباشتگی گرد و غبار ضرورتا بایستی چاپ کننده متوقف شود و پوشش پلاستیکی پاک شود. پلیمرهای امولسیون استیرن اکریلی و ریز پراکنده های پلی اورتان هر دو گرد و غبار و کرک زایی را کاهش می دهند.
3-4-7- کاغذ پوشش دار و کاغذهای مخصوص
کاغذهای مخصوص شامل یک دسته وسیع انواع کاغذ گوناگون می شود که بیشتر اوقات از بازار مناسب برخوردار است. یک شکل رایج این نوع کاغذ استفاده آهار سطحی با یک حمل کننده در یک طرف ورقه است. این کارکرد ممکن است با توقف نفوذ ترکیبات مخلوط پوشش دهی گذرنده از
میان ورقه باشد. چنانکه در حالت ریز کپسولهای به کار برده شده در مخلوط پوشش دهی در تولید کاغذ کپی بی کاربن، یا توقف چسب گذرنده به طرف معکوس ورقه در نوع یک طرف پوشش دار، آهارزنی سطحی یک تیمار ترجیحی است زیرا آهار در سطح قرار داده می شود در جایی که مورد نیاز است. و تاثیر آهارزنی فورا توسعه می یابد، بر خلاف آهار AKD که نیاز به یک زمان برای بهبود یافتن دارد.
این موضوع در فرآیندهای پوشش دهی حین تولید مهم است زیرا عملیات پوشش دهی مستقیما پس از آهارزنی سطحی انجام می گیرد. در مورد پوشش های با درصد مواد جامد زیاد آهارزنی قبل
از عملیات پوشش دهی ضروری است تا از نفوذ آب موجود در ترکیب پوشش دهی به درون کاغذ جلوگیری شود و یک لایه یکنواخت از پوشش روی سطح کاغذ اعمال گردد.
انتخاب آهار سطحی با انجام پوشش دهی خیلی زیاد ارتباط دارد و همچنین با کاربری. اگر آهارزنی خیلی سخت مورد نیاز است (2-gm10< Cobb(g.s))، آهار سطحی پلی اورتان می تواند با خطر غبارزایی همراه با کاربرد AKD در سطح استفاده بشود، این می تواند همچنین باعث تمرکز بالای گروههای آبگریز در سطح بشود. پلی اورتانها همچنین پلیمرهای نرم و خم شو هستند، که اجازه
می دهد به آنها در مقابل پارگی و شکستن در طول اتوزنی مقاوم باشند. آنها همچینن به کاربرد PH خیلی بالا روی ورقه مقاوم می باشند، که در بعضی اعمال تکمیلی مهم است مثل توسعه
کاغذهای دیازو زیر شرایط قلیایی بالا.
یک مانع سطح آبگریز بالای پلی اورتانها ممکن است این باشد که چسبندگی چسبنها به ورقه را کاهش می دهد. اکریلهای استیرن غیر آبگریز هستند و خواص چسبندگی خوبی دارند. به اضافه ترازهای آهار سطحی در بخش بازار خیلی بزرگ است. اگر تشخیص ویژه داده بشود برای یک آهار سطحی بالاتر، تراز ممکن است در یک بخش ویژه بازار توجیه بشود.
4-4-7- انواع بازیافتی
اینها شامل کاغذ و مقوای ساخته شده از فیبر بازیابی شده می باشد. به مراتب بزرگترین بخش بازار، بخش مقوای کنگره ای و مقوای لاینر است که فیبر مکانیکی، به طور نمونه فیبرهای کنگره ای کهنه با جوهر زدایی یا یک روش پاک کردن وسیع بازیابی می شوند. این معنی می دهد که مقوا ممکن است آهاردهی درونی کاملا بی اثر باشد. خواص مورد نیاز در این بخش معمولا شامل
آبگریزی بلندمدت (عدد کاپ پایین (min30))
چسب پذیری خوب چسبهای گرم، چسبهای سرد یا نوارها
قابلیت چاپ رضایت بخش روی بعضی سطحها
بوسیله شرایط آنیونی غالب آهارهای سطحی کاتیونی معمولا به علت کارایی آهارزنی عالی استفاده می شوند. تولیدات امولسیون استیرن آکریلی کاتیونی رایج هستند، بیشتر اوقات با آلوم یا کلرید پلی آلومینیوم استفاده می کنند.
انواع کاغذهای بازیافتی ممکن است همچنین شامل کاغذهای چاپ و تحریر بازیافتی باشد که در آن فیبرها یک مخلوط انواع مکانیکی و شیمیایی هستند و بعضی جوهرزدایی ممکن است انجام بشود. شخصیت ویژه این نوع سطح بالای نرمه ها در کاغذ یا دوغاب خمیر است و میزان متغیر و نوع پر کننده حاضر است. در این مورد یک آهار سطحی برای بهبود خواص سطحی اساسی است و یک امولسیون استیرین آکریلی یا پلیمر محلول استیرن – انیدرید مالیک ممکن است استفاده بشود.
5-7- اثرات متقابل و مشکلات ممکن
1-5-7- سازگاری مواد شیمیایی در پرس آهار دهی
یک پیش شرط برای کاربرد ماده آهاردهی سطحی در پرس آهارزنی اینست که ماده آهارزنی بایستی برای انجام عملیات مذکور در شرایط مطلوبی باشد. هنگامیکه آهاری به محلول پرس آهاردهی اضافه می شود بایستی با دیگر مواد شیمیایی حاضر ترکیب بشود و یک مخلوط همگنی ایجاد نماید بدون اینکه باعث جداسازی یا رسوب هر یک از اجزاء محلول گردد.
با وجود این عاقلانه این است که به سازگاری آهار سطحی در محلول پرس آهارزنی بوسیله اضافه کردن آهار به یک نمونه کوچک محلول رسیدگی شود تا اینکه در یک سطح بالاتر توقع داشت که در کارخانه استفاده بشود و هر نشانه رسوب و یا ناهمگنی در مخلوط بعد از چندین دقیقه ماندن ملاحظه شود. اگر عدم سازگاری وجود داشته باشد بایستی یا شرایط مح
خواص محلول پرس آهارزنی که روی سازگاری آهار سطحی تاثیر می گذارند PH و حضور یونهای فلزی هستند. نمک نشاسته و عامل سفید کننده فلورسانت مواد شیمیایی دیگر حاضر در مخلوط هستند و می توانند در سازگاری و انجام تاثیر بگذارند. طبیعتاً آهارهای سطحی کاتیونی نمی توانند در PH قلیایی یا با FBAS استفاده بشوند. به همین نحو تولیدات آتیونی در PH حساس هستند زیرا آنها بایستی نمک آنیونی باقی بمانند اگر آنها مثل یک آهار سطحی کار می کنند، آنها همچنین به حضور نمک حساس هستند.
2-5-7- کف
کف می تواند در ابعاد زیاد فرآیند ساخت کاغذ تاثیر بگذارد و آهارزنی سطحی استثناء نیست. بعضی از محصولات آهارزنی سطحی ذاتا خواص کف زایی دارند. پلیمرهای محلول ممکن است ملاحظه بشوند همانند صابونهای پلیمرهای و آنها مخصوصا مستعد تولید کف هستند. با افزایش این آهارهای سطحی یک کف زدا به تانک نشاسته یا بستن به پرس آهارزنی معمولا مهم است. کف همچنین می تواند در طول فرآیند بازگرداندن انباشته شود، مخصوصا با بعضی از انواع پمپ، یا اگر به محلول بازگردان اجازه داده بشود به تانک نگهداری از یک تراز بالاتر سطح برگردد. طبیعتاً، مهندس تعداد زیادی از نقاط پتانسیل تولید کف ممکن احتیاط آمیز و با تدبیر است.
3-5-7- آلودگی در سیستم های بسته
در کارخانه های کاغذ با حلقه های آب خیلی بسته، آب آلوده از پایانه تر می تواند بخاطر محلول پرس آهاردهی از طریق بازگرداندن محلول نشاسته در پرس آهاردهی عبور کند. این بیشتر در سیستم های فیبر بازیافتی مورد استفاده مثل کارخانه های ساخت مقوای روکش رایج است. در این موردها رسانایی در آب برگشتی می تواند از انباشتگی زباله آنیونی استخراج شده از فیبر بازیافتی افزایش یابد. آهار زنی درونی ممکن است بی اثر باشد و یک آهار سطحی ضروری است.
در بیشتر مواقع یک آهار سطحی کاتیونی توضیح داده می شود بخاطر کارایی آهارزنی بالا، اما با بازگرداندن محلول پرس آهارزنی و آلودگی از پایانه تر کارایی می تواند کاهش یابد. یک زباله آنیونی مثل کلرید پلی آلومینیوم می تواند سودمند باشد برای کاهش انباشتگی کثافات آنیونی و برقراری آهارزنی سطحی خوب.
4-5-7- برگیری پرس آهارزنی
صرف نظر از ساختار شیمیایی مولکول آهار سطحی، کارکرد آهار بوسیله پارامترهایی در پایانه تر، در پرس آهارزنی و در بعد از خشک کن ها و تیمار تکمیلی مورد تاثیر قرار می گیرد. اعمال زیر به برگیری فرمول پرس آهارزنی و محل نهایی آهار سطحی در ورقه تمام شده تاثیر می گذارد:
نوع کاربرد سطحی (پرس آهارزنی انتقال لایه یا پرس آهارزنی puddle)
میزان رطوبت و درجه آهار داخلی ورقه در داخل پرس آهارزنی
دما، ویسکوزیته و تمرکز فرمول بندی پرس آهارزنی، وسعت و اندازه بازگرداندن و تشکیل کف.
شرایط مکانیکی در پرس آهارزنی (برای مثال، فشار شکاف، نوع استوانه) و سرعت ماشین کاغذ.
شرایط در پرس آهارزنی بعد از خشک کن ها(برای مثال زمان خشک کردن و پروفیل دما).
تیمارهای تکمیلی مثل اتوزنی و پوشش دهی برون ماشینی.
میزان کاربرد آهار سطحی در ورقه به یک ترکیب تمرکز آهار سطحی در محلول پرس آهارزنی و برگیری پرس آهارزنی وابسته است. میزان رطوبت ورقه در داخل پرس آهارزنی و سطح پیش آهارزنی قبل از پرس تأثیر زیادی روی برگیری و سطح انجام آهارزنی دارد.
5-5-7- تثبیت و پخش آهار
نه تنها میزان آهار سطحی به کار برده شده مهم است بلکه جایی که روی سطح خاتمه می یابد، نحوه پخش در نشاسته و همچنین نفوذ آهار سطحی در ورقه مهم است. آهارهای سطحی آنیونی بوسیله پیوندهای هیدروژنی یا بوسیله پل های کاتیونی متشکل از آلوم یا پلیمرها به فیبر تثبیت می شوند و همچنین این مکانیک بر پخش تاثیر خواهد داشت. بعضی آهارهای سطحی مثل پلیمرهای محلول خواص فعال سطحی دارند، در حالی که پلیمرهای امولسیون چنین نیستند. خواص فعال سطحی تمایل به کف هستند و همچنین بر پخش آهار سطحی در نشاسته تاثیر می گذارند. پخش آهار سطحی در رو و در داخل ورقه کاغذ موضوع تحقیق رایج است.
6-5-7- تاثیر تیمار تکمیلی
بعد از به کار بردن آهار سطحی در پرس آهارزنی به طور نرمال از میان خشک کن ها می گذرد، این ممکن است بوسیله اتوزنی یا پوشش دهی همراه باشد. رژیم خشک کردن به شکل نهایی آهار سطحی تاثیر می گذارد، و اگر پروفیل یا نوع حرارت دهی نامناسب باشد برای آهار سطحی به کار برده شده می تواند مشکلاتی از تشکیل رسوب در خشک کن ها را بوجود آورد. یک تمرکز زیاد مواد شیمیایی پرس آهارزنی استفاده خواهد شد در یک پرس آهارزنی انتقال لایه و اینها در ورقه نفوذ نخواهند کرد. بیشتر مواقع خشک کن های با تابش زیر قرمز در این مورد استفاده می شوند چون
آبی وجود ندارد تا برطرف گردد و خطر تشکیل رسوب وجود ندارد. نقطه نرم کردن آب یا دمای تبدیل شیشه پلیمرهای امولسیون می تواند طبق شرایط خشک کردن اصلاح بشود. برای نمونه، با یک پرس آهارزنی انتقال لایه تیمار یا حرارت دهی تکمیلی تابش زیر قرمز همراه می شود، یک نقطه نرم کردن آب پایین پلیمر ممکن است به افزایش پخش پلیمر در سرتاسر سطح ورقه و دادن یک پوشش بیشتر بوسیله پلیمر ترجیح داده بشود. بر عکس، با یک پرس آهارزنی سنتی یک خشک کن تماسی برای برطرف کردن میزان زیادی از آب حاضر در ورقه همراه می شود ممکن است استفاده نقطه نرم کردن آن پلیمر بالاتر برای اجتناب از خطر تشکیل رسوب در استوانه های خشک کردن ب
هتر باشد.
برای پلی اورتانها، شرایط خشک کردن به دلایل دیگر مهم هستند. گرمای کافی مورد نیاز است تا اجازه بدهد تا گروههای آبگریز یک سطح بالای آبگریزی را توسعه بدهند. به هر حال، دماهای پایین تر برای پلیمرهای امولسیون معمولا کافی هستند زیرا ذوب نشدن و مکانیسم روان شدن پیچیده و مورد بحث است. در فرآیند اتوزنی یک انرژی زیادی و فشار بالایی به ورقه وارد می شود. نرمی پیلمر مشخص می کند که چطور پلیمر به این شرایط عکس العمل نشان می دهد. پلی اورتانها ملاحظه می شوند که بیشتر پلیمر نرم باشند و غیر مستعد به تغییر از فشار و انرژی به کار برده شده هستند.
7-5-7- آهارزنی متوان شده
در این بخش آهاردهی سطحی زیر ذره بین یا نورافکن گذاشته می شود اما بایستی به یادآوریم که این یکی از گامها است، اگرچه یک چیز مهم در فرایند ساخت کاغذ کل می باشد. خواص نهایی کاغذ و مقوا بوسیله تیمار داده شده در پایانه تر، سطح و در اعمال تکمیلی مورد تاثیر قرار می گیرند. اگرچه آهارزنی سطحی اساساً 100% ماندگاری به کاغذ می دهد ولی اثر تیمار سطحی به خواص کاغذ در هنگام ورود به پرس آهارزنی وابسته است.
جایی که برای کاربری کاغذ توانایی چاپ خوب مورد نیاز است، خواص کاغذ پایه خوب ضروری هستند تا یک محصول تمام شده خوب بدهند. آهاردهی سطحی نبایستی مثل یک معجزه بهبود یا یک راه پوشش دادن به نقصها در پایانه تر ملاحظه بشود.
عمل موثر معمولا شامل یک تعادل بین تیمار سطحی و پایانه تر می شود. ترکیب آهارزنی سطح
ی و درونی برای تولید خواص کاغذ مناسب در یک سیستم سودآور و تمیز پیشنهاد می شود ]5[.
10- تیمار سطحی کاغذهای تجاری ظریف m,WATSON
1-10 – مقدمه
در سالهای اخیر، روشهای سنتی و مواد مصرفی برای تیمار سطحی کاغذهای تجاری (ناب) ملزومات اداری در قبال افزایش تقاضا ها با تکنولوژی نوین روند صعودی داشته اند. برس آهار زنی اشباع چنین کاغذهایی با آهار نشاسته ، نمواد تعدیل و بهبود سطح نرمال می باشد و به طرز شگرفی نهایتاً کاغذ بادوامی با تکنیکهای قدیمی تر چاپ را نظیر لیتوگرافی و چاپ D
otMatrix ارائه می دهد؛ که چاپ تماسی نامیده می شود.
ولی یکی از پیشرفتهای اصلی برای تأثیر این بخش از ضایع کاغذ در سالهای اخیر، خصوصاً اواسط دهه 1980 ، پیشرفت چاپ کامپیوتری بوده است. این مسئله تغییرات متحول کننده ای را در مسیری که این مستندات تولید می شوند، به ارمغان آورده است .اکنون کارهای چاپی را می توان از طریق تجهیزات مستقر درمنزل بر روی میز کار یا در خانه انجام داد.
اطلاعات دیجیتالی از طریق یک کامپیوتر شخصی، به سرعت و به آسانی، می تواند با استفاده از دستگاه Ubiquitous Laser و یا پرینتی جوهری تبدیل شود که چاپگر های غیر تماسی نام دارند. سوزن دستگاه پرینت با کاغذ تماس حاصل نمی کند از این رو است که واژه غیر تماسی استفاده می شود. نرخ رشد چاپگر های نصب شده و مصرف کاغذهای برش خورده افزایش زیادی داشته اند و موقعیت نشانگر تداوم برای مدتی مدید می باشد.
این تغییرات اصلی در بازار کاغذهای تجاری و اداری معایب مواد و روشهای کاربردی تیمار سطحی به روش سنتی را بر ملا می کند. به بیان کلی، ویژگیهای سطح کاغذ مورد نظر در حد هر کابرب با پرینت لیزری ، کاملا با مجموعه موارد مورد نظر برای پرینت جوهری تفاوت دارد و لزوما تیمار آهار زنی با نشاسته نیز بهترین نمی باشد. صنعت کاغذ به این تقاضا ها و درخواستها، از طریق کابرد مواد شیمیایی اهار سطحی پیشرفته و با پیگمنتهای بسیار عالی پاسخ داده است. ممکن است که این مواد در پرس آهار یا بطور موثرتری با پوشش دهی یا تکنولوژی پر
س ورقه ای به منظور استقرار بیشتر آنها در سطح کاغذ، بکار برده شوند.
2-10 چاپ غیر تماسی
چاپگرهای لیزری ضرورتاً از همان تکنولوژی دستگاهههای فتوکپی استفاده می کنند، اما تولید اولیه از طریق اطلاعات دیجیتالی نمونه برداری شده و محصول نهایی از روی نمونه اصلی اولیه کپی می شود (شکل 1-10) . یک درام حساس به نور در مقابل صفحه اش با یک طرح مربوط به تصویری که چاپ می شود، شارژ می گردد. نواحی شارژ شده که تصویر مواد را بر می دارند،نامیده می شوند، که از طریق تماس فیزیکی به کاغذ منتقل می گردند. Toners عموماً از مواد رزینهای پلی مری گرما نرم و ریزی تشکیل می شوند، بعنوان مثال پلی مری استارین-آکریلیک با مقادیر کمی از مولها، عوامل کنترل و کربن سیاه بعنوان پیگمنت سیاه می گردند. پس از انتقال به کاغذ ، ذرات toner با حرارت دهی تحت فشار توسط استوانه های چرخان گرم بر روی کاغذ تثبیت می شوند. برخی از چاپگرها toner صرفا با فشار حرارت می دهند اما این مورد جزو موارد نادر است. دمای رایج در چاپگرهای لیزری حدود oc200 می باشد.
2-2-10 – چاپ جوهری فورانی
تا کنون ، سه کلاس مشخص از چاپگر جوهری وجود دارد.
• قطره ای پیوسته: این چاپگرها اکثرا در موارد کاربردی بسته بندی و برای استحکام پیش برس استفاده می شوند؛ آنها بطور خاص از جوهرهای حلال استفاده می کنند.
• چاپ جوهر ی جامد : این چاپگرها در حال حاضر نادر هستند و برای چاپگره
ای شخصی ، خصوصا برای کارهای رنگی استفاده می شوند؛ جوهر بصورت مواد جامد قابل پخش و مشابه با toner مصرفی در چاپگر لیزری هستند.
• Impulse drop : برای نوشت افزار تجاری این رده از چاپگر در گذشته مرسوم بود و بهمین دلیل موردهای بحث شده در بالا جایگزین این چاپگرها شده اند؛ در این رده دو نوع چاپگر وجود دارد :
• (PE) Piezo- electric
• حرارتی
هر دو سیستم قطره ای ضربه ای با یک سیستم ink-drop-on-demand که از طریق داده دیجیتالی توسط کامپیوتر به پرینتر با متشابه سازی یک مولد قطره ای تا پاشیدن قطرات جوهر تا هنگام لزوم عمل می کند. در دستگاههای PE نراتور قطره ای یک ذره کریستالی است که تحت تأثیر یک محرک الکتریکی منبسط شده و عل می کند . ذرات کریستال نسبت به اطلاعات داده شده .اکنش نشان داده و قطرات جوهر را گرم کرده و هنگام لزوم از دهانه خارج می کند. در ماشینهای گرمایی، علامتهای وارد شده یک جریان الکتریکی را در رزیستور داخل دهانه ایجاد می کنند. گرمای تولید شده در محل جوهر را به جوش می آورد ، در نتیجه حباب بخار تولید شده بر اثر افزایش فشار در سرعت بالا باعث می شود که قطره جوهر از دهانه آن خارج شود . اصول پرینتر قطره ای ضربه ای در شکل 20-10 آمده است.
پرینترهای قطره ای ضربه ای: (الف) پرینتر جوهری که با کریستال Pizo- electric است.
ب) پرینتر جوهر ی گرمایی
مقایسه با قطرات مداوم ، ضربه قطره ساده است، پر هزینه نیست، آرام است و از لحاظ اقتصادی برای جوهر به صرفه است؛ نقطه مقابل آن این است که این دستگاه تا حدی آهسته کار می کند، از لحاظ تنظیم جوهر محدودیت دارد، و هنوز نمی توان از آنها پرینتهای خیلی بزرگ گرفت.
جوهری لازم برای دستگاه چاپ با فوران مرکب لزوماً بر پایه ترکیب آب هستند، همچنین شامل مقدار کمی از حلالهای (مثل گلوکز) ، رنگها یا رنگدانه ها، ماده فعال سطحی و رنگینه های نافذ می باشند.
3-10 ویژگیهای شیمیایی پرینتهای غیر تماسی مواد تشکیل دهنده تصاویر
1-3-10 رنگ دهندۀ (toner) پرینترهای لیزری
پلی مرها ، همسپاری (کوپلیمرهای ) اکریلیک استرن مهمترین چسبها را در ترکیب فرمول شیمیایی toner تشکیل میدهند. برای اجرای تقاضاهای جدید در مورد toner ، پلی مرهای جدیدی معرفی شده اند، بطور مثال ، آنهایی که بر اساس بوتادین استرن ، اتیلن- وینیلاست، پلی استر، ئاپوکسی تشکیل شده باشند. این فرمولهای پیشرفته toner باعث تولید و پیشرفت سختی toner
ها و خواص رئولوژیکی (سیال سازی) برای ایجاد حالتهای گرم شدن بهتر می شود، تغییرات کل در فرایند چاپ لیزری نظیر فشار سرد انفجاری ، نوع براق و درخشان انفجاری را مجاز یم کند.
دمای تغییر شیشه پلیمر و ضریب ذوب عوامل بحرانی در تعیین دیسکوزیته تونر (toner) در دمای معین هستند و نقطه نرم شدن تونر (60-70 ) را مشخص می کنند که در آن تونر انعطاف پذیر می شود.
- عوامل کنترل شارژ. تاثیرات اصلی این عوامل بر ویژگیهای تونر میزان شارژ کردن، عمر گدازنده (fuser) و شارژ اصطکاک الکتریکی (اصطکاک تولید شده) هستند. بطور خاص، آنها شارژ قطبی و الکترو متاتیک تونر را تنظیم می کنند . برای شارژ منفی تونر را با پیشرفت اخیر، کمپلکسی از رنگهای متالیک بطور معمول استفاده می شوند .
- کربن مشکی . معیار انتخاب برای کربن مشکی شامل درجه سیاهی ، اندازه ذرات، کارایی سطحی ، میزان اکسیژن، انرژی سطحی و اسیدیته و یک اسید سیاه می باشد که برای تونرهای
منفی و یک ماده قلیایی سیاه برای تونرهای مثبت ترجیح داده می شود.
اغلب سایر مواد در مقادیر ناچیزی برای بهبود جریان، رسانایی نور مناسب و انتقال تونر اضافه می شوند.
اندازه ذرات تونر مهم است و معمولا در رنج اندازه 5 تا 10 میکرون می باشد
2-3-10 جوهرهای فورانی
جوهرهای فورانی برای چاپگرهای ضربه ای قطره ای عموما محلول در آب هستند . این جوهر های حاوی ترکیبات دیگری هستند که برای کار این مناسب اهمیت حیاتی دارند. حلالهایی نظیر دی اتیلن و آن – متیل – پیرولیدن به تاخیر تبخیر آب، جلوگیری از انسداد سوزن نازل و نیز جهت کنترل کشش سطحی و ویسکوزیته اضافه می شوند که تأثیر بزرگی کیفیت چاپ روی کاغذ دارند.
حضور اب : فرسودگی نوک پرینتر و حضور محتویات باکتری را افزایش می دهد. این جوهرها حاوی رنگهایی هستند که رنگ خاصی را مهیا می کنند، این مسدله مهمی است که رنگ و نتیجه کار جوهر خالص بوده و عاری از هر گونه مواد خاصی باشند . پیشرفت اخیر در تکنولوژی جوهر نورانی اینست که جوهر بصورت پیگمنت است که تولید کنندگان جوهر برای غلبه بر مسائل و مشکلات قابل ذکر آلاینده های خاص را بیان می کنند و چاپگر Hewlett – Packer 660 c از جوهر با پایه کربن مشکی استفاده می کند.
جوهرهای پیگمنتی در مقایسه با انواع بر پایه رنگ بدلیل دانستیه بالای اپتیکی قابل توجه و سرعت نور بهبود یافت چندین مزیت دارند که پیشنهاد می شوند ولی بدلیل حضور پیوند ضعیف پیگمنتها بدین مفهوم است که مقاومت ضعیفتر مواد لاستیکی در مقایسه با جوهر محتوی رنگ می باشد. جوهرهای رنگی پیگمنت دار بطور رایج تحت پیشرفت و توسعه هستند و کمی شک بدلیل وجود
جوهرهای پیگمنتی وجود دارد که جوهرهای پیگمنتی جایگزین جوهرهای رنگی خواهند شد.
موارد کاربردی با دانستیه اپتیکی بالا، ثبات آب و ثات رنگ موارد بحرانی هستند (بعنوان مثال علامت و نشانه) که ممکن است تکنولوژی نوین همگن و هماهنگ شود.
4-10 موارد مورد نیاز کاغذ برای چاپ غیر برخوردی
متاسفانه برای فرد کاغذ ساز ، موارد مورد نیاز کاغذ برای چاپ لیزری از موارد مورد نیاز برای چاپ جوهری نورانی بسیار متفاوت اند. بازار انتظار چند کاربردی از کاغذ را با قابلیت پذیرش چاپ کیفی کم بر روی دامنه تکنولوژی های چاپ نشان می دهد. این تناقص در توسعه شدید ترکیبات کاربردی سطحی و سخت افزار نتیجه داده است و این تاثیرات در ادامه در این فصل بحث خواهند شد.
1-4-10 چاپگرهای لیزری
در واژههای کیفیت و تسخیص ویژگی چاپ ، فرآیند چاپ لیزری دوام زیاد ویژگیهای کاغذ است. ولی ماهیت فیزیکی و شیمیایی سطح کاغذ درتعیین کاربرد و اجرای فرضی بحرانی هستند. مقاومت الکتریکی کاغذ بدین جهت که بر روش اینکه تونر با عسل انفجاری بر روی کاغذ تثبیت می شود، موثر است، مهم می باشد؛ مقاومت به مقدار 10 10 الی 12 10 اهم بر متر مربع معمولا در حد اپتیسم قابل قبول است. مقاومت کاغذ تمایل به این دامنه داردو تولید کنندگان چاپگر بخش سخت افزار آنها را تأثیر گذاری حداکثر در این ناحیه طراحی کرده اند.
مشکلات کیفیت تصویر با رسانایی که در بخشهای چاپ با تفاوت های فاحش در دانستیه اپتیکی آشکار می شوند، اغلب با از دست دادن کامل و یا بخشی از خواص ایجاد می شوند. تونر که مسیر خود را بر روی ورقه کاغذ می یابد برروی سطح آن پاشیده خواهد شد. میزان رسانایی را بعنوان با تنظیم رطوبت نسبی کاغذ (رطوبت بیشتر رسانایی بیشتری را منجر می شود) و افزایش محتاطانه نمک با مخلوط رایج در برس اهار و نشاسته معمولی، اداره کرد.
شاید رایجترین و جدی ترین مشکل مشترک در میان چاپگرهای لیزری چسبندگی ضعیف تونر باشد. هنگامیکه ورقه کاغذ در امتداد محور چاپ حروف تا شود، مهمترین مورد قابل توجه است. در اکثر کاغذها این حروف چاپی با از دست دادن کامل یا قسمتی در شرایط کاملا نا رضایت بخش پوسته پوسته خواهند شد.
اگر چه خود چاپگر و یا تونر می تواند دلیل چسبندگی ضعیف تونر باشد، اغلب مواقع نیز کاغذ سبب اصلی و مقصر است. کاغذعای با گرماژ بالا (بعنوان مثال بیش از 110 گرم بر متر مکعب )ممکن است که پسبندگی سطحی ضعیف را با ماده بیشتر که با گرمای انفجاری پراکنده می شود، سبب گردد.
دو ویژگی کاغذ که اثر بیشتری دارند، صاف بودن سطح و انرژی سطحی هستند.
این عوامل همان قوانین متداول چسبندگی برای واکنشهای جامد – مایع هستند (2-1) صافی . اگر دیگر چیزها مسای باشند کاغذهای صافتر معمولا چسبندگی تونر بهتری در مقایسه با سطح های زبرتر دارند. در اینجا توجه توجه بیشتری نیاز است، درجه زبری ( در سطح یک میکرون) ممکن است که سودمند باشد، اما تفاوتها و اختلافات زیادتر در توپوگرافی سطحی ممکن است که در حد فاحشی چسبندگی را ناقص کند . زبری ریز به ذرات کوچک تونر در ایجاد چسبندگی موتور برروی کاغذ کمک می کند.
مکانیسم احیاء در چسبندگی ناشی از زبری سطح درشت نسبتا ساده است.
رول باشند، پرینتر قادر به تکمیل و تماس داخلی با تونر نیست، بنابراین پاشیدن اثر کمتری دارد. بهمین دلیل کاغذهای بافت شده اغلب چسبندگی تونر ضعیف دارند. انرژی سطحی. طبق تئوری چسبندگی ، انرژی سطحی چسبندگی کاغذ بایستی بیشتر از پیوند مایع برای چسبندگی خود جوش ایجاد گردد. این تونر در مرحله پاشیدن نرم می شود وبر روی کاغذ به صورت مایع اگر چه
حتی به مدت بسیار کمی جاری می شود.
به منظور ارائه خاصیت آب گریزی با مواد پلی مری و یا رزینی ، خصوصا رزین (مشتقات اسید آبتیک) و دیمر آلکیل کتن (AKD) آهار زنی می شود. در اینجا هدف کاهش انرژی سطحی کاغذ به منظور جلوگیری از مرطوب شدن (توسط آب) است. این مطلب عملکرد آهار زنی با پلیمرهای با انرژی کم است که مشکلات پیوند با تونر لیزری را ایجاد می کند زیرا انرژی سطحی کاغذ بطور فاحش کاهش می یابد . کاغذ آهار نشده چسبندگی تونر را در حد عالی ایجاد می کند اما برای جوهرهای محلول در آب خصوصا در چاپ جوهری نورانی برای نوشتن با خودکار مناسب نیست.
آهار زنی AKD با تونر تناسب خاصی ندارد، این مطلب با ایجاد تمایل در میان کاغذسازان افزایش یافته و می تواند مسدله چسبندگی ضعیف تونر را هدایت و درجه بندی میکند. جدول 1-10 نتایج مقایسه ای برای سیستمهای آهار زنی با AKD و رزین را نشان می دهد.
بطور نسبی و رایج ، نشاسته در پرس آهار سطحی برای ایجاد اثرات مشخص عوامل درونی آهار زنی بکار برده می شود. وجود نشاسته انرژی سطحی کاغذ را افزایش داده و در نتیجه چسبندی تونر را هم زیاد می کند، هر چند که این مسئله می تواند با تعیین و تنظیم چاپ جوهری فورانی انجام شود که در بخش بعدی بحث و بررسی خواهد شد. سازگاری و تطبیق شیمیایی بین مواد شیمیایی و یا پوششهای آهار زنی سطح کاغذ و تونر بدون شک یک عامل مهم و اساسی در چسبندگی تونر است- تولید کنندگان مواد شیمیایی آهار سطحی به این مسئله توجه کرده اند و پیشرفتهای اخیر در تلاش بر ارائه این مزایا می باشد. این مسئله در بخش 1-5-10 بحث خواهد شد.
2-4-10- چاپگرهای جوهر فورانی
پرینترهای لیزری کامپیوتر اکثرا منو کروم هستند اگر چه که اولین دستگاههای رنگی در حال حاضر در بازار می باشند . برای دستگاه جوهری فورانی، دستگاههای منوکروم (تک رنگ ) و رنگی برای چند سالی بکار برده می شدند. امروزه دستگاههای جوهر فورانی رنگی را می توان با چند صد پوند استرلینگ خریداری کرد. نتیجتا، رشد این قبیل دستگاهها و کاربرد ورقه کاغذ جایگزین و در حد زیادی اجرایی شده است.
موارد مورد نیاز کاغذ برای کیفیت چاپ مناسب منو کرم (تک رنگ) واقعا در حاال یشرفت است، وجود ظرفیت رنگی با جوهرهای پیچیده تر عرصه را برای کاغذسازان سفت تر است. برخلاف چاپگر لیزری ، جوهرهای آبی مورد استفاده در نوع ضربه ای شدیدا به نوع کاغذبستگی دارند؛ این جوهرها با عمل جذب بدرون کاغذ نفوذ می کنند . عمل جذب غیر کنترلی ممکن است مشکلاتی را بهمراه داشته باشد، که برخی از آنها بصورت شماتیک در شکل 3-10 نشان داده شده اند. برای کیفیت مناسب چاپ نفوذ حداقل و اسپری جانبی جوهر مد نظر هستند. مشکلات تحت شرایط زیر ممکن است که بروز کنند: جوهر که پاشیده می شود شدیدا پخش می شود و یا فتیله ای می شود.
جوهر شدیدا در عمق نفوذ می کند و رنگ یا پیگمنت از کاغذ خارج شد و چاپ کم رنگ می شود .
یک یا بیشتر جوهرها آنقدر کند نفوذ می کنند که جوهر تراوش کرده و یا به کندی خشک می شود.
اکثرا جوهرها حاوی رنگهایی هستند که با یکدیگر نفوذپذیری را در داخل کاغذ ایجاد می کنند.
بدین مفهوم که چسبندگی جوهر ندرتا یک شکل می باشد.
جوهر فورانی تک رنگ مهمترین ویژگی کاغذ برای چاپ تک رنگ آب گریز بودن در آهار زنی داخلی است. در اینجا هدف کاهش انرژی سطحی کاغذ با کاهش مناسب کشش سطحی جوهر است. جدول 2-10 مقادیر خاصی رابرای کشش سطحی برخی از جوهرهای رایج نشان می دهد افزودن مواد فعال سطحی و مواد افزاینده نفوذ پذیری به جوهر از کشش سطحی در مقایسه با آب جلوگیری می کند. (3)
یک ورقه کاغذ آهار نشده با انرژی سطحی بالا ممکن است که چسبندگی تونر لیزری عالی داشته باشد، اما با دستگاههای چاپگر جوهر فورانی امروزی این کار نتیجه خیلی ضعیفی را بدلیل جذب زیاد و سریع جوهر بهمراه دارد. این جوهر خیلی سریع خشک می شود. اما قیمت آن کممتر خواهد بود، تصاویر مرکب پخش شده احتمالا به جوهر چسبیده و از سمت دیگر معلوم نمی باشد.
ورقه کاغذ آهار زنی شده خواص چاپ متضادی را ارائه خواهد کرد: خواص متراکم و خشک دارد اما با زمان خشک شدن کندتر .مکانیسم خشک کردن جوهر یک مخلوط از جذب و تبخیر است که به خاصیت آب گریزی کاغذ دمای زیاد و رطوبت بستگی دارد.
