Kvašenje -Teorija i Primena

Fakultet tehničkih naukaNovi Sad, 2012

Seminarski radKvašenje – teorija i primena

Student: Vera Šarović F1584Predmetni profesor: Dr. Jelena Kiurski

Vera Šarović Kvašenje – teorija i primena

2

Sadržaj:

Uvod 3

Površinski aktivne materije 4

Površinski napon 4

Kvašenje 5

Kontaktni ugao 6

1. Kontaktni ugao manji od 90 7

2. Kontaktni ugao veći od 90 7

3.Ekstremni slučajevi kontaktnog ugla 8

Athezija i kohezija 8

Metode merenja 9

Primena u štamparstvu 10

1. Rastvor za vlaženje 10

2. Štamparska boja 13

Literatura 15


3

Uvod

Sastav sredstva za vlaženje je jedan od ključnih elemenata potrebnih za kvalitetnui stabilnu reprodukciju u tehnici ofset štampe. Od operatera se zahteva dobropoznavanje fizičkih i hemijskih procesakoji se odvijaju na štamparskoj formi kako bizadržao stabilan balans između vode i boje. Proizvođači koncentrata za pripremusredstva daju opšte smernice i uputstva za pripremanje sredstva za vlaženje, što je usuštini nedovoljno jer svaka štamparija koristi različite repromaterijale (papir, boje,ploče, gumene omotače). Imajući u vidu da su ovi elementi u konstantnoj interakciji,štampar je dužan da pronađe odgovarajući koncentrat kako bi sredstvo prilagodioradnim uslovima na štamparskoj mašini.


4

Površinski aktivne materije

Površinski aktivne materije su materije koje značajno smanjuju površinski naponna graničnoj površini između dve faze.To su dvojni molekuli sastavljeni od jedogpolarnog (hidrofilnog) dela - glave i jednog nepolarnog (hidrofobnog) dela – repa.Rep je uglavnom ugljovodonični niz sastavljen od najviše 20 ugljovodonika, međutimmože biti i fluorovonični ili silikonski lanac.

Klasifikacija površinski aktivnih materija se vrši prema hemijskom sastavuhidrofilnog dela – glave, i postoje četiri grupe površinski aktivnih materija: anjonske,katjonske, amfoterne i nejonske.

Anjonkse površinski aktivne materije disociraju u vodi na jedan anjon i jedankatjon, gde je anjon nosilac površinske aktivnosti. Kod ovih površinski aktivnihmaterija svaka kap je negativno naelektrisana. Predstavnci: sapuni.

Katjonske površinski aktivne materije disociraju u vodi na jedan anjon i jedankatjon,gde je katjon nosilac površinske aktivnosti. Kod ovih površinski aktivnihmaterija svaka kap je pozitivno naelektrisana.

Amfoterne površinski aktivne materije sadrže kisele i bazne grupe u svommolekulu, koje mogu da disociraju – amino-karbonske kiseline. Pri niskim pHvrednostima ponašaju se kao katjonske, dok se pri viskom pH vrednostima ponašaju kaoanjonske.

Nejonske površinski aktivne materije sadrže nepolarne i polarne grupe u svommolekulu koje mogu da disociraju. Predstavnici: supstituisani poliglikoli.

Upravo od njihove dvojne prirode potiče njihova uloga: teže da se smeste nagraničnoj površini između polarnih i nepolarnih oblasti koje se ne mešaju, i takosmanjuju višak slobodne energije.

Površinski napon

Površinski napon je pojava koja se javlja na površini tečnosti, bilo da je drugafaza tečna ili gasovita. Ispoljava se kao sila koja teži da graničnu površinu svede nanajmanju meru, a posledica je postojanja međumolekulskih sila. Molekul uunutrašnjosti tečnosti okružen je sa svih strana istim takvim molekulima tako da jerezultujuća sila međumolekulskog privlačenja nula.Molekul na površini tečnostiokružen je s jedne strane istim takvim molekulima tečnosti, a s druge strane molekulimagasa (vazduha). Pošto se u jedinici zapremine gasne faze nalazi znatno manji brojmolekula nego u istoj zapremini tečne faze,međumolekulska privlačenja neće bitiuravnotežena, već će postojati rezultujuća sila usmerena ka unutrašnjosti tečnosti. Ovonesimetrično polje sila oko molekula na površini dovodi do pojave površinskog napona,γ [N/m], koji predstavlja silu koja deluje tangencijalno na površinu tečnosti.


5

Slika 1. Molekuli u unutrašsnjosti a) i na graničnoj fazi tečnosti b)

Površinski napon se javlja kao posledica postojanja kohezionog (unutrašnjeg)pritiska, tj. sile koja povlači molekule ka unutrašnjosti tečnosti i čiji je pravac normalanna površinu tečnosti. Zahvaljujući tome tečnost teži da smanji površinu na minimalnupri datim uslovima.Zato tečnost u odsustvu spoljnih sila teži da zauzme oblik lopte (kapitečnosti), jer jepovršina lopte najmanja površina za datu zapreminu, pa će površinska energija sistemapri tome biti minimalna.

Da bi se povećala površina tečnosti neophodno je da se utroši rad da se molekuliiz unutrašnjosti tečnosti dovedu na površinu. Rad se troši na savladavanjemeđumolekulskih sila pri prelaženju molekula iz unutrašnjosti tečnosti na površinu. Radizvršen za stvaranje jedinice površine, pri povratnom izotermskom procesu, predstavljapovršinsku slobodnu energiju.

Kvašenje

Težnja tečnosti da zauzme oblik pri kome je njena površina za datu zapreminuminimalna može kvantitativno da se izrazi pomoću kontaktnog ugla kvašenja. Sve tačkeduž granične linije između tri sredine – Č, T i G su u stanju mirovanja, što znači da susile koje deluju na svaku tačku ove linije u ravnoteži. Te sile mogu da se prikažupovršinskim naponima koji deluju između tečne i gasovite faze, , čvrste i tečne, i čvrstei gasovite faze,. Uslov za ravnotežu izmeću ovih sila u horizontalnoj ravni je:

ČG = ČT + TG cos


6

Kontaktni ugao zavisi od površinskih napona između čvrste i gasovite faze i izmeđučvrste i tečne faze na sledeći način:

• kada je γčg > γčt, tada je cosθ > 0, odnosno θ<90 i tada dolazi do kvašenja.

• kada je γčg <γčt, tada je cosθ < 0, odnosno 90 < θ < 180 i tada ne dolazi do kvašenja

• kada je θ=0 dolazi do potpunog kvašenja.

Young-Dupre - ova jednačina je zasnovana na termodinamičkoj ravnoteži idealnihsistema i važi u sledećim uslovima:

1. površina je pljosnata i inertna2. tri međufazna napona su konstante3. gravitacija i linijski napon mogu biti zanemarljivi

Konfiguracija ravnoteže kapi odgovara minimumu viška slobodne energije usistemu. Za male kapi postoje tri različite granične površine koje doprinose ukupnomvišku energije sistema, E:

E = Etg+ Ečt + E

Young-Duper - ova jednačina se izvodi iz zahteva da je odnos promene energijesistema promene kontaktnog ugla ravan nuli:

dE/d=0

Kontaktni ugao

Svaka tečnost ima težnju da zauzme takav oblik pri kojem je njena površina zadatu zapreminu minimalna. Ova osobina tečnosti može kvantitativno da se izrazipomoću kontaktnog ugla kvašenja. Kontaktni ugao kvašenja jeste ugao izmedjupovršinskih napona čvrste i tečne faze, i razlikuje se za svaki pojedinačni slučaj. Odveličine kontaktnog ugla kvašenja, odnosno od površinskih napona čvrste i tečne faze,zavisi da li će doći do kvašenja i u kojoj meri.


7

1. Kontaktni ugao manji do 90

Ako kapnemo kap vode na čvrstu hidrofilnu površinu, kapljica teži da zauzme štovećupovršinu - teži da se razlije. Kontaktni ugao je oštar , odnosno manji je od 90.Hidrofilne čvrste supstance su one koje privlače molekule vode, odnosno one kojeimaju izrazit polarni karakter ili na površini poseduju električni naboj. Tu spadajumetali sa oksidnom prevlakom, kao i organske supsrance koje poseduju polarnefunkcionalne grupe.

Slika 2. Kapljica vode na hidrofilnoj površini (ugao kvašenja manji od 90)

2. Kontaktni ugao veći od 90

Ako kapnemo kap vode na čvrstu hidrofobnu površinu, kapljica zauzima drugačijioblik. Kapljica nema težnju da kvasi čvrstu površinu, već se zadržava na njoj u oblikusfere.Hidrofobne supstance su po pravilu nepolarne. U njih spadaju metali bez oksidneprevlake i veliki broj organskih supstanci poput ugljovodonika, ulja i masti i sl. Dakle,supstance koje nemaju polarne funkcionalne grupe.

Slika 3. Kapljica vode na hidrofobnoj površini (ugao kvašenja veći od 90)


8

3. Ekstremni slučajevi kontaktnog ugla

U ekstremnim slučajevima, kada je površina potpuno hidrofilna, kapljica vode serazliva.

Athezija i kohezija

Rad potreban da se površina između tečnosti i čvrstog tela smanji za jediničnu vrednostnaziva se athezionim radom, W ČT. U tom slučaju se površina dodira između čvrstog igasa, i tečnosti i gasa takođe poveća za jediničnu vrednost, a površinski napon je meriloenergije potrebne da se površina poveća takođe za jediničnu vrednost, pa je athezionirad dat Dipreovom jednačinom:

Wčt= čg+ γtg –γčt

Slika 4. Rad athezije

Athezione sile potiču od molekularnih interakcija duž granične faze i prouzrokujuširenje kapljica. Rad athezionih sila je potreban za odvajanje jedinice površine faze Aod faze B i kreiranje dve nove granične faze u kontaktu sa gasom. Ovo se predstavljajednačinom:

WAB= γA+ γB+ -γAB

Mera koja se koristi da bi se objasnilo širenje tečnosti po čvrstoj površini senaziva koeficijent širenja i definiše se na sledeći način:

S = γ čg - (γ čt+ γtg)


9

gde γčg predstavlja početnu energiju granične površine čvrstog tela i gasa. Kada je S ≥ 0desiće se potpuno kvašenje i tečnost će se raširiti po čvrstoj površini i formirati tanaksloj u vidu filma, a kada je S < 0 tečnost će formirati određeni kotaktni ugao.

Rad koji se izvrši nasuprot athezionih sila, a koji je potreban da se stub tečnostijedinične površine pod dejstvom sila smicanja razdvoji u dva dela naziva se kohezionimradom WTT. Kako se pri tome stvaraju dve dodirne površine između tečnosti i gasajediničnih površina, dobija se izraz:

WТT= 2γTG

Kohezione sile se formiraju od intermolekularnih sila tečnosti, koje drže atome imolekule zajedno u kondezovanoj fazi .

Rad kohezije je rad potreban da se obim jedinice površine pod dejstvomsmicajnih sila razdvoji na dve nove granišne površine faze. Predstavlja se jednačinom:

WAA= 2γA

Slika 5. Rad kohezije

Metode merenja

Za merenje kontaktnog ugla najčešće se primenjuju tri metode: Sessile drop,Wilhelmy metoda i Washburn metoda.. Bitan faktor pri merenju kontaktnog ugla jevreme. Kontaktni ugao se smanjuje proporcionalno sa proteklim vremenom, s obziromna to da na kap deluje sila Zemljine teže privlačeći je prema centru i smanjujućikontaktni ugao.


10

Washburn metoda sorpcije koristi se za određivanje kontaktnog ugla kvašenjakod praškastih materijala.

Sessile drop je metoda viseće kapi i zasniva se na posmatranju kapi kroz optičkimikroskop i merenju prečnika i profila kapi u određenom vremenu na čvrstoj podlozi.

Wilhelmy metoda je zasnovana na gonimetriji i tenziometriji. Tenziometrijskametoda meri intenzitet sile u trenutku kontakta čvrste površine i tečnosti. Ako su sileinterakcije, veličina čvrstog tela i površinski napon tečnosti poznati, može se izračunatikontaktni ugao kvašenja.

Postupak se zasniva na merenju površinskog napona tečnosti pločom iliprstenom. Čvrsto telo se postavi na vagu i doda kap tečnosti na čvrstu površinu. Utrenutku kontakta kapi i čvrste površine meri se promena intenziteta sile, koja se beležikao dubina uranjanja čvrstog tela u tečnost.

Fkvašenja=γ•P•cos θ

Gde je P parametar sonde (površina koja se kvasi). Kontaktni ugao , dobijen naosnovu ovihpodataka, naziva se kontaktni ugao uranjanja. Za proces izranjanja postupakje obrnut.

Primena u štamparstvu

1. Rastvor za vlaženje

Funkcija sredstva za vlaženje:

Sprečava nanosenje boje na slobodne površine

Održava hidrofilni karakter slobodnih površina

Obezbeđuje brzo čišćenje boje sa slobodnih površina na početku štampanja

Omogućava brzo širenje vode po površini ofset štamparske forme

Obezbeđuje jednolični dotok vode preko valjaka za vlaženje

Obezbeđuje vlaženje ploče i navlake višera

Kontroliše emulgovanje boje i vode

Sredstvo za vlaženje se sastoji prvenstveno od vode u većinskom odnosu,koncentrata za vlaženje i izopropil alkohola.


11

Voda

Izopropil alkohol

Glicerin

Puferi

Fungicidi

Gumiarabika

Antipenušac

Voda

Voda u prirodnom okruženju nije čista supstanca već sadrži mnoštvo gasova iminerala. Za pripremu sredstva za vlaženje, štamparije koriste vodu iz centralne gradskemreže. Međutim, ovakva voda po svom kvalitetu nije podesna za mešavinuveć se morana neki način tretirati.

Najvažniji faktor kvaliteta vode je tvrdoća vode, tj. sadržaj kalcijumovih imagnezijumovih soli. Izražava se u Nemačkim stepenima tvrdoće dH, a idealnatvrdoća vode za pripremanje sredstva za vlaženje je od 8dH do 12 dH.

Tvrdoća vode se proverava pre mešanja sa ostalim aditivima jer je njenu tvrdoćukasnije vrlo teško utvrditi. Za određivanje ukupne tvrdoće vode koriste se test trake saindikatorskom tečnošću ili napredni digitalni uređaji. Potrebno je redovno kontrolisatitvrdoću vode, jer je njeno stanje promenljivo. U tabeli 1. su prikazane optimalnevrednosti dH za određenu tvrdoću vode.


12

0 – 4 dH Vrlo meka voda

4 – 8 dH Meka voda

8 – 18 dH Srednje tvrda voda

18 – 30 dH Tvrda voda

˃30 dH Veoma tvrda voda

Tabela 1. Optimalne vrednosti tvrdoće vode

Puferi

Puferi su rastvori slabih kiselina i njihovih soli ili slabih baza i njihovih soli.Imaju sposobnost da spreče promene pH vrednosti zbog dodataka novih H ili OH jona urastvor.

Puferna sredstva imaju zadatak da održavaju pH vrednost u tolerantnimgranicama. Budući da sredstvo cirkuliše kroz celokupni sistem i prilikom povratka uuređaj za kondicioniranje sa sobom nosi sitne nečistoće od papira, ostataka boje i drugihnečistoća, pH vrednost će pod njihovim uticajemtežiti da izađe iz tolerantnog okvira.Sposobnost pufernog sredstva da se odupre promeni pH vrednosti naziva se kapacitetpufera.

PH je negativni dekadni logaritam koncentracije vodonikovih jona. pH = log (H)

Izopropil alkohol

Uloga izopropil alkohola u sredtsvu za vlaženje je višestruka. Osnovna ulogaje smanjivanje površinskog napona sredstva za vlaženje.Konačni rezultat smanjenjapovršinskog napon jeste efikasno razdvajanje štampajućih i neštampajućih površina naštamparskoj formi sa veoma tankim filmom sredstva za vlaženje.

Korišćenje izopropil alkohola u mešavini obezbeđuje veoma stabilnu emulgacijusredstva u samu boju i samim tim odličan balans voda-boja.


13

Pored smanjenja površisnkog napona, izopropil alkohol povećava viskozitetsredstva za vlaženje, sredstvo se lakše raspoređuje po površinama valjaka, sprečavagomilanje naslaga na valjcima za vlaženje i konačno, zbog svoje visoke isparljivosti imasvojstvo da hladi celokupni sistem valjaka.Sadržaj izopropil alkohola u celokupnomsredstvu za vlaženje uglavnom iznosi oko 10 posto.

2. Štamparska boja

Boja je koloidni, disperzni sistem sastavaljen od pigmenta (čvrsta faza) iveziva (tečna faza). Pod grafičkom bojom se podrazumeva obojena supstancakoja poseduje određeno obojenjei ima sposobnost da se u toku procesa štampanjaveže za podlogu koja se štampa.

Osnovne komponente štamparske boje su:

•pigmenti• vezivo• punioci

a pomoćne komponente su:

• smole• rastvarači• sikativi i drugi dodaci


14

Prilikom nanošenja boje u toku procesa štampanja na podlogu za štampanje,dolazi do kvašenja površine podloge. Stepen kvašenja zavisi od odnosa boje i podloge,iskatanog kroz upojnost i athezivnost. Tokom štampanja tečna faza zamenjuje vazduhna površini podloge , kvaseći je i ostvarujući pri tome odgovarajuće athezivne veze,usled čega se dobija čvrsto prianjanje boje na podlogu. Ukoliko boja nije sposobna daostvari određene athezione veze sa podlogom, kao što je to slučaj kod nekih materijala,do kvašenja ne dolazi, tako da nije moguće ostvariti željene otiske.

Kao što smo već spomenuli, ugao kvašenja zavisi od površinskih naponaizmeđu tri faze, čvrste, tečne i gasovite. Uticaj površinskog napona na efekat štampanjase ogleda u sposobnosti nanošenja boje na podlogu, ali i na kvalitet dobijenih otisaka.Iz tih razloga moraju se odabrati boje određenih osobina i athezivnosti prema njima, alii određenih fizičko hemijskih karakteristika koje treba da zadovolje svojstva štamparskeforme i podloge, brzine štampanja i drugih parametara, u skladu sa karakteristikamaprimenjenog postupka štampe.

Boja naneta na podlogu treba da je kvasi, bez obzira da li ta podloga spada ugrupu upojnih ili neupojnih.Pod upojnim podlogama se podrazumevaju one kojeiskazuju svojstvo upijanja boje nanete štampanjem. Upojni materijali posedujukarakterističnu kapilarnu strukturu, koja definiše stepen njihove upojnosti. Među upojnepodloge ubrajaju se papir, karton, lepenka, koža, tekstil, drvo. Za razliku od njih,neupojne podloge , kao što su metalna folija, plastične mase, keramički materijali itd.,ne poseduju ovakva strukturna svojstva, pa boja naneta tokom štampanja ne prodire uunutrašnjost materijala.


15

Literatura: http://www .scribd.com

,,Značaj kvašenja u štamparstvu” Sonja Popović, Novi Sad 2007.

,,Tehnike štampe” dr

,,Hemigrafija: praktikum” dr Jelena Kiurski, Novi Sad 2011

,,Hemigrafija” dr Jelena Kiurski, Novi Sad 2011

Documents

Kvašenje -Teorija i Primena