Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tối ưu hóa quá trình phân tán Pigment trong chế tạo mực in Offset

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------------------------

HỒ MỸ THÀNH

TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH PHÂN TÁN PIGMENT TRONG

CHẾ TẠO MỰC IN OFFSET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH HÓA HỌC

Hà Nội – Năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------------------------

HỒ MỸ THÀNH

TỐI ƢU HÓA QUÁ TRÌNH PHÂN TÁN PIGMENT TRONG

CHẾ TẠO MỰC IN OFFSET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH HÓA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS. HOÀNG THỊ KIỀU NGUYÊN

Hà Nội – Năm 2016

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này đƣợc hoàn thành tại Nhà máy in tiền Quốc gia, 30 Phạm Văn Đồng,

Cầu Giấy, Hà Nội.

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong quá

trình nghiên cứu và hoàn thành công trình này.

Em xin đƣợc cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Công nghệ In - Viện Kỹ thuật

Hóa học, các anh chị đồng nghiệp tại Nhà máy đã tạo điều kiện, hỗ trợ em trong suốt

thời gian học tập và thực hiện luận văn.

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2016 HỌC VIÊN

Hồ Mỹ Thành

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này đƣợc hoàn thành là kết quả nghiên cứu của

riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Hoàng Thị Kiều Nguyên, Bộ môn Công

nghệ In, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực chƣa từng đƣợc công

bố trong bất kỳ công trình nào.

HỌC VIÊN

Hồ Mỹ Thành

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... i

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ ii

MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. v

DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................... vi

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU MỰC IN OFFSET .................................................................. 2

1.1. Khái niệm ..................................................................................................................... 2

1.2. Thành phần ................................................................................................................... 2

1.2.1. Chất màu .................................................................................................................... 2

1.2.2. Chất liên kết ............................................................................................................. 14

1.2.3. Môi trƣờng liên kết .................................................................................................. 21

1.2.4. Các chất phụ gia ...................................................................................................... 23

1.3. Tính chất mực in ......................................................................................................... 24

1.3.1. Độ nhớt .................................................................................................................... 24

1.3.2. Độ dính .................................................................................................................... 27

1.3.3. Độ mịn của mực ...................................................................................................... 28

1.3.4. Tính chất quang học của mực .................................................................................. 28

CHƢƠNG 2: PHÂN TÁN CHẤT MÀU TRONG SẢN XUẤT MỰC IN OFFSET .............. 30

2.1. Qui trình sản xuất mực in ........................................................................................... 30

2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất mực ................................................................... 31

CHƢƠNG 3: MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 34

3.1. Mục đích ..................................................................................................................... 34

3.2. Phƣơng pháp tối ƣu hóa thực nghiệm ......................................................................... 34

3.2.1. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................................... 34

3.2.2. Phƣơng pháp tiến hành ............................................................................................ 37

3.2.3. Tạo mẫu mực ........................................................................................................... 38

3.2.4. Phƣơng pháp và dụng cụ đo .................................................................................... 39

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ...................................................................... 43

4.1. Khoảng giá trị khảo sát của các thông số ................................................................... 43

iii

4.1.1. Khảo sát tỷ lệ varnish .............................................................................................. 44

4.1.2. Khảo sát tỷ lệ pigment ............................................................................................. 44

4.1.3. Khảo sát mức thay đổi áp lực nghiền ...................................................................... 45

4.2. Kết quả tối ƣu hóa các thông số công nghệ ................................................................ 48

4.2.1. Thí nghiệm trung tâm: aTB , bTB , cTB ( Lần 1) ........................................................ 49

4.2.2. Tối ƣu hóa mô hình ................................................................................................. 55

4.3. Phần xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlap ....................................................... 56

4.4. Đánh giá kết quả ......................................................................................................... 57

4.4.1. Chế tạo mẫu mực theo kết quả tối ƣu ...................................................................... 59

4.4.2. Đánh giá các thông số đặc trƣng ............................................................................. 59

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 61

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số tính chất của chất màu thuốc nhuộm ...................................................... 4

Bảng 1.2: Một số lọai pigment màu đỏ cờ (red) .................................................................. 8

Bảng 1.3: Một số loại pigment thƣờng dùng ....................................................................... 9

Bảng 1.4: Khả năng bền của pigment với một số các tác động của môi trƣờng ................. 9

Bảng 1.5: Bản chất pigment và sự phụ thuộc của chúng vào độ phân tán ........................ 11

Bảng 1.6. Tính chất của nhựa khi chế tạo dầu liên kết ...................................................... 21

Bảng 1.7: Giá trị độ nhớt tham khảo ................................................................................. 25

Bảng 4.1: Số liệu tham khảo độ nhớt, độ dính của một số loại mực in offset đang .......... 43

sử dụng tại Nhà máy .......................................................................................................... 43

Bảng 4.2: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng varnish đến độ nhớt, dộ dính của mực .................. 45

Bảng 4.3: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng pigment đến độ nhớt, dộ dính của mực ................ 46

Bảng 4.4: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 6 bar ................................................. 46

Bảng 4.5: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 10 bar .............................................. 47

Bảng 4.6: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 15 bar .............................................. 47

Bảng 4.7: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 20 bar .............................................. 47

Bảng 4.8: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 25 bar ............................................... 48

Bảng 4.9: Các giá trị z1-z3 min và max .............................................................................. 49

Bảng 4.10: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 1 .............................................................. 50

Bảng 4.11: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 2 .............................................................. 50

Bảng 4.12: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 3 .............................................................. 50

Bảng 4.13: Thông số 8 thí nghiệm .................................................................................... 51

Bảng 4.14: Ma trận thí nghiệm .......................................................................................... 52

Bảng 4.15: Ma trận thí nghiệm .......................................................................................... 52

Bảng 4.16: Ma trận thí nghiệm .......................................................................................... 53

Bảng 4.17: Công thức mực với các giá trị tối ƣu .............................................................. 59

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hình phóng qua kính hiển vi (độ phóng đại13000 lần)..................................... 10

Hình 1.2: Mô hình pigment với độ phân tán khác nhau và mức độ tạo cấu trúc

khác nhau ........................................................................................................................... 12

Hình 1.3: Chất dẫn nhựa tự nhiên...................................................................................... 15

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của axit abietic .................................................................... 15

Hình 1.5: Cấu trúc trong không gian của axit abietic ........................................................ 16

Hình 1.6: Các loại nhựa - chế phẩm từ nhựa thông ........................................................... 16

Hình 1.7: Chế phẩm từ nhựa thông và nhựa phenol formandehyt .................................... 17

Hình 1.8: Nhựa phenol formandehyt ................................................................................. 17

Hình 1.9: Nhựa axit maleic................................................................................................ 18

Hình 1.10: Nhựa phenol biến tính côlôphan. .................................................................... 19

Hình 1.11: Sơ đồ mô hình cấu tạo nhựa alkyd .................................................................. 20

Hình 1.12: Sự phụ thuộc độ nhớt của mực vào nồngđộ pigment theo thể tích ................. 26

Hình 1.13: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cƣờng độ màu và kích thƣớc hạt

pigment .............................................................................................................................. 29

Hình 2.1: Quá trình chế tạo mực in .................................................................................. 30

Hình 2.2: Quá trình phân tán chất tạo màu pigment ......................................................... 31

Hình 3.1: Cấu trúc của hệ .................................................................................................. 35

Hình 3.2: Qui trình phân tán pigment ................................................................................ 37

Hình 3.3: Cấu tạo máy nghiền 3 trục ................................................................................. 39

Hình 3.4: Máy đo độ nhớt THERMOSCIENTIFIC: HaakeRotoVisco 1 ......................... 40

Hình 3.5: Máy đo độ dính TACK O SCOPE .................................................................... 41

Hình 3.6: Thƣớc đo kích thƣớc hạt.................................................................................... 42

Hình 4.1: Cấu trúc của hệ .................................................................................................. 49

Hình 4.2: Quan hệ giữa nồng độ pigment và nồng độ varnish (tại giá trị mức tăng

áp lực nghiền 20 bar) ......................................................................................................... 58

Hình 4.3: Đồ thị thể hiện điều kiện tối ƣu ......................................................................... 58

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ in offset ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực. Mực in là nguồn vật liệu cơ bản trong ngành công nghiệp in.

Mực in offset đƣợc chế tạo từ pigment, chất liên kết, dung môi và các chất phụ gia.

Sự phân tán pigment có ảnh hƣởng rất lớn đến màu sắc của mực in, giúp cho mực in

đƣợc đều và ổn định. Hiện nay, mực in ở Việt Nam gần nhƣ đƣợc nhập khẩu hoàn

toàn với giá cả và chất lƣợng khó kiểm soát. Điều này khiến cho các doanh nghiệp in

gặp khó trong chủ động nguồn vật tƣ và cạnh tranh về giá cả, chất lƣợng.

Để thực hiện mục tiêu hòa nhập khu vực, in xuất khẩu, ngành in Việt Nam cần

phải phát triển công nghiệp phụ trợ mà trong đó sản xuất mực in trong nƣớc là đòi hỏi

cấp thiết của thực tiễn. Hƣớng nghiên cứu này nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà

khoa học và doanh nghiệp. Tuy nhiên mực in là một hệ dị thể tƣơng đối phức tạp với

nhiều yếu tố tác động lẫn nhau. Để tạo ra mực in phù hợp với yêu cầu công nghệ và

đáp ứng chất lƣợng hình ảnh, đòi hỏi phải có quá trình nghiên cứu tổng hợp, cân bằng

nhiều đặc tính nhƣ tính chất lƣu biến, tính chất quang học, kích thƣớc hạt của hệ mƣc.

Do vậy với mong muốn góp phần giải quyết các vấn đề khoa học trong lĩnh vực

này em đã quyết định chọn đề tài:

“Tối ưu hóa quá trình phân tán pigment trong chế tạo mực in offset”

Luận văn gồm 4 chƣơng:

Chƣơng 1: Giới thiệu mực in offset

Chƣơng 2: Phân tán chất màu trong sản xuất mực in offset

Chƣơng 3: Mục đích và phƣơng pháp nghiên cứu

Chƣơng 4: Kết quả thực nghiệm

CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU MỰC IN OFFSET

1.1. Khái niệm

Mực in offset là một hỗn hợp dạng nhão có chứa các chất màu pigment hoặc

thuốc nhuộm, đƣợc sử dụng để tạo màu sắc cho hình ảnh, văn bản, hoặc thiết kế… lên

trên một bề mặt.

Mực in offset đƣợc sử dụng trong công nghệ in offset. Mực in offset đƣợc chia ra

làm hai loại: mực in offset cuộn và mực in offset tờ rời. Thành phần cơ bản của mực

in offset cuộn và tờ rời là tƣơng tự nhau.

1.2. Thành phần

Mực in offset gồm có 3 thành phần chính: chất màu, chất liên kết (chất mang) và

phụ gia.

1.2.1. Chất màu

a) Chức năng, nhiệm vụ

Chất màu đƣợc sử dụng trong các loại mực nhằm mục đích chính là tạo màu cho

mực. Mực có đƣợc các màu khác nhau là do chính chất màu quy định.

b) Các loại chất màu

Chất màu đƣợc sử dụng trong chế tạo mực in, thông thƣờng có 2 loại chính nhƣ

sau: pigment và thuốc nhuộm(pigment đƣợc sử dụng chủ yếu).

- Chất màu thuốc nhuộm:

Thuốc nhuộm thƣờng có màu sắc đa dạng, phong phú, màu trong sáng cƣờng độ

màu cao. Nhƣng độ bền thời tiết và các điều kiện khác của môi trƣờng kém. Thuốc

nhuộm thƣờng có 3 loại chính:

+ Thuốc nhuộm bazơ: Thông thƣờng loại này có chứa nhóm –NH2

+Thuốc nhuộm dạng axit: Có chứa nhóm –COOH

+ Thuốc nhuộm dạng cation

Mực sử dụng chất màu là thuốc nhuộm thì đƣợc dùng rộng rãi với các loại giấy

gói bánh kẹo. Nó đòi hỏi tốc độ in nhanh.

Các loại mực in sử dụng chất màu thuốc nhuộm chứa một phần ít các tác nhân

nhƣ axit tannic hoặc các nhựa cóđộ axit cao. Chính do những tác nhân này mà các

phản ứng phức tạp có thể xảy ra. Vì vậy cần lƣu ý trong quá trình sử dụng và bảo

quản mực.Thông thƣờng các hộp bảo quản đƣợc tráng phủ một lớp bên trong để ngăn

cản phản ứng có thể xảy ra, nhƣng cũng không thể đảm bảo đƣợc rằng sự tráng phủ đó là

đều và kín, liên tục trên toàn bộ bề mặt. Do vậy thời gian để càng lâu thì khả năng xảy ra

phản ứng với lớp tráng phủ kim loại lớn.

Các loại chất màu thuốc nhuộm hiện nay đang sử dụng nhiều trong các loại mực

in nhƣ là muối thƣờng là hydrochloride, các thuốc nhuộm bazơ. Bằng cách kết hợp

bazơ với nhiều axit phức hợp nhƣ là tannic hoặc các nhựa mang tính axit, các hợp

chất đƣợc tạo thành có khả năng hòa tan tốt hoặc ít hòa tan trong nƣớc, các loại dầu

và chất sáp. Các hợp chất của các bazơ với các loại axit béo thì không có khả năng

hòa tan trong nƣớc. Loại thuốc nhuộm dƣới đƣợc sử dụng rộng rãi.

Bảng 1.1: Một số tính chất của chất màu thuốc nhuộm

Bền Chịu Chiu Tên Chịu Chịu Các tinh chất ánh Alkali chất Thuốc nhuộm nhiệt đặc biệt H20 sáng (Kiềm) sáp

BT – BT – Auramine 0-1 Kém Kém Tốt Tốt

Dung dịch có BT – BT – Rhoda mine 6G 0-1 Kém Kém màu vàng phát Tốt Tốt huỳnh quang

Dung dịch có Kém- Kém- Rhoda mine B 0-1 Kém Kém màu vàng phát BT BT huỳnh quang

Magenta 0-1 Kém Kém BT BT

BT – Màu xanh vàng Ecsine 0-1 Kém Kém Kém Tốt phát huỳnh quang

BT – BT – Methylviolet 0-1 Tốt Kém Tốt Tốt

Victoria Jlue 1-2 Kém Kém BT BT

BT – Induline 1-2 Kém Kém Tốt Tốt

Niqzosine 3-5 Tốt Kém BT Tốt

BT – BT – Malachijsegreen 0-1 Kém Kém Tốt Tốt

(Chú thích: BT: Bình thường)

- Chất màu dạng pigment

Thông thƣờng là không tan hoặc rất ít tan trong môi trƣờng liên kết. Các pigment

màu thƣờng là những chất vô cơ hay hữu cơ có màu. Các hạt pigment có kích thƣớc

rất nhỏ, không tan trong nƣớc, không tan trong các dung môi hữu cơ, không có ái lực

với vật liệu. Chính vì vậy cần phải thêm các chất liên kết trong thành phần của mực.

Pigment màu là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến các tính chất về màu sắc của

mực in. Tùy vào hàm lƣợng và các loại pigment sử dụng khác nhau mà nó sẽ ảnh

hƣởng đến các tính chất quan trọng của mực in nhƣ: độ chảy, khả năng bền với các

tác động vật lý và hóa học của mực in.

Ngƣời ta chia pigment làm 2 loại: pigment vô cơ và pigment hữu cơ.

* Pigment vô cơ: TiO2; C; PbCrO4; hợp chất sắt, hỗn hợp vô cơ, ngọc trai, xà cừ.

- Pigment màu trắng: Từ các kim loại nhƣ Ag; Cu; thiếc, nhũ bạc hợp chất kim loại:

TiO2; ZnO; BaSO4.

- PbCrO4 kết hợp PbSO4 tạo màu vàng hoặc sử dụng các muối sắt.

- Hợp chất của chì với crôm đƣợc tạo ra bằng phản ứng các muối chì với natri cromat.

Các giá trị tông màu là xanh xám đến xanh lá cây thu đƣợc thông qua tác dụng của

natri sunfat với crôm.

- Màu đỏ cờ thu đƣợc qua việc sử dụng các muối bazơ hay chì hydraxit. Nhƣ vậy

thông qua việc sử dụng các hợp chất của chì và crôm có thể thu đƣợc một dãy các giá

trị tông màu khác nhau từ màu xanh nhạt đến vàng và đỏ. Các loại pigment này rất

hữu ích trong các loại mực in. Do đặc điểm là trong thành phần có chì nên rất độc hại

và không phù hợp để in bao bì thực phẩm nhƣ giấy gói đồ ăn, túi bánh kẹo, thực

phẩm...

Khi nung nóng, các loại pigment crôm vàng sẽ chuyển sang màu đỏ và đậm hơn.

Nó sẽ trở về giá trị tông ban đầu khi nguội đi. Các loại pigment này phù hợp cho sản

xuất mực in trên các vật liệu là sắt tây, lá thiếc mỏng. Pigment này có tính năng in

cao, độ chảy và độ đục tốt. Đồng thời có khả năng chịu tốt dƣới tác động của môi

trƣờng ánh sáng, axit, kiềm.

- Các oxit sắt: Một số là sản phẩm tự nhiên còn một số là hỗn hợp của các oxit sắt đã

đƣợc hydrat hóa, đôi khi là kết hợp với cả silicat. Các loại pigment này thƣờng có các

giá trị khác nhau từ tông màu vàng chnah kém sang đến các giá trị tông màu nâu đỏ.

Các pigment này thƣờng có khích thƣớc lớn, thô nên khó khăn để nghiền nhỏ, do

đó việc sử dụng bị hạn chế.

* Pigment hữu cơ: Thƣờng là các hợp chất AZO(-N=N-), hợp chất phtalocyanine,

hay các chất phát quang.

- Pigment tạo từ thuốc nhuộm dạng axit: Kết hợp thuốc nhuộm axit với CaCl2 hay

BaCl2 sẽ tạo ra các loại pigment không tan trong nƣớc.

- Pigment hữu cơ tạo từ thuốc nhuộm bazơ kết hợp với các axit để tạo lắc axit không

tan trong nƣớc.

Phần lớn các thuốc nhuộm tan trong nƣớc vì vậy phải tiến hành các quá trình

pigment hóa, chuyển thuốc nhuộm sang dạng không có khả năng tan trong nƣớc. Kết

quả của quá trình pigment hóa này là sẽ tạo ra các pigment màu kết tủa. Sau đấy lọc

và đem sấy khô kết hợp nghiền mịn. Thông thƣờng lắc pigment có tính bền kiềm và

axit tốt, đặc biệt có một số loại không bị hòa tan trong các dung môi hữu cơ.

Một số loại pigment

Pigment Hansa Yellow

Pigment Hansa Yellow: thƣờng có các giá trị tông màu từ vàng đến màu vàng hơi

lục, đƣợc sử dụng nhiều trong các loại mực in cần đến khả năng chống lại các tác

động của ánh sáng, xà phòng và các chất kiềm, đặc biệt loại pigment này có độ thấu

minh rất tốt.

Hầu hết các loại pigment hữu cơ màu đỏ thƣờng đƣợc sử dụng các hợp chất azo.

Parared có công thức hóa học:

Pigment này có tông màu vàng đến các màu đỏ xanh tối nhƣng kém bóng sáng

Thƣờng loại này có khả năng hòa tan đƣợc trong toluen khi đƣợc gia nhiệt, sử

dụng để chế tạo mực in ống đồng.

Bảng 1.2: Một số lọai pigment màu đỏ cờ (red)

Pigment

Nồng độ %

Bền ánh sáng

Bền với kiềm

Một số tính chất đặc biệt

Rara Red

3-4

Tốt

Helio Red

Tốt

Tính thấu minh hay độ đục Thấu minh tốt Thấu minh tốt

Permarent Red R

Đục

5-6

Tốt

Permarent Red ZG

Đục

7-8

Rất tốt

Lishols

1-2

Tốt

Thấu minh tốt

Lake Red C

Tốt

Thấu minh tốt

Lisho Rubine

3-4

Rất tốt

Thấu minh tốt

Khả năng bền nhiệt tốt

5-6

Pigment S carlet 3B

Thấu minh tốt

Khả năng bền nhiệt tốt

7-8

Rất tốt

Quyna Cridone Pigon

Thấu minh tốt

Khả năng chịu đƣợc nhiệt độ cao, lên đến 1520C

Rất tốt

Vermi llion

Đục

Độ bền (vĩnh cửu)

Cad minum Red

Đục

7-8

Tốt

Khả năng bền nhiệt rất tốt nhƣng độ bền với các loại axit thì lại kém

(Chú thích: 1: Rất kém, 2: Kém, 3: Trung bình, 4:Trung bình khá, 5: Khá,

6: Rất khá, 7: Tốt, 8: Rất tốt)

Tùy theo tính hòa tan, khả năng nhuộm màu, độ tƣơi, tính bền… mà sử dụng chất

tạo màu hay thuốc nhuộm khác nhau.

Bảng 1.3: Một số loại pigment thường dùng

LumogenYellowD 0790

Aldazine yellow

Yellow 101-48052

Sicopal YellowL 1110

Bismuth vanadate

Yellow 184-48052

Diarylide yellow

Yellow13-21 100

Sico Fast YellowFD 4177AQ Sico Fast OrangeD 2940 Naphthol orange

Orange 5- 12 075

Sico Fast RedD 3855

Naphthol AS Red

Red 112 - 12370

Lithol Red D 4469

Red R, Ba lake

Red 49:1- 15 630:1

Fanal BlueD 6380

Victoria Pure Blue BO,CF lake

Blue 6242 595:2

Heliogen GreenD 8730

Cu-Phthalocyanine, chlorinated Green 7

Loại pigment Dạng màu tự nhiên Màu index

Loại pigment

Axit HCl 2%

NaOH 2%

Ethanol 99.5%

H2O

Lumogen Yellow D 0790

Sicopal Yellow L 1110

Sico Fast Yellow FD 4177 AQ

4-5

Sico Fast OrangeD 2940

2-3

Sico Fast RedD 3855

4-5

Lithol Red D 4469

Fanal BlueD 6380

HeliogenGreenD 8730

Bảng 1.4: Khả năng bền của pigment với một số các tác động của môi trường

(Chú thích: 1: Kém, 2: Trung bình, 3: Khá tốt, 4: Tốt, 5: Rất tốt)

c) Tính chất chung

- Cấu trúc pigment

Cấu trúc pigment: bao gồm là kích thƣớc pigment (độ phân tán), phân bố

pigment theo kích thƣớc, bản chất tinh thể hay không định hình của các phần tử, khả

năng hấp phụ bề mặt…

Độ phân tán: D = 1/R (R: bán kính của pigment)

Độ phân tán cao của pigment đảm bảo tính ổn định của hệ phân tán (pigment phân

tán đều trong dầu liên kết), tăng đặc tính in của mực, độ đậm và những tính chất khác.

Bảng 1.5 là bảng tham khảo giả lập kích thƣớc pigment với những tính chất liên quan

đến độ phân tán. Trên thực tế, pigment có hình dạng, kích thƣớc không đồng nhất nhƣ

(Hình 1.1). Dựa vào tài liệu tham khảo [3,4,5,7]

Hình 1.1: Hình phóng qua kính hiển vi (độ phóng đại13000 lần)

Trong đó:

a) Pigment vàng hơi đỏ

b) Pigment đỏ tƣơi

c) Lắc đỏ trong suốt

Bảng 1.5: Bản chất pigment và sự phụ thuộc của chúng vào độ phân tán

Thể tích

Tổng diện tích bề

Số lƣợng

Kích thƣớc

Số lƣợng

Khối lƣợng

phần tử,

mặt phần tử,

phân chia

pigment

phần tử

phần tử, g

pigment

cm3

cm2/g

0.1

6x10

10-3

103

10-4

1012

10-12

104

6x104

10-n

103n

10-3n

10n

6x10n

Trong thực tế, kích thƣớc trung bình của pigment 10-100 µm; kích thƣớc này

không thích hợp trong việc điều chế mực in (vì độ dày lớp mực trong phƣơng pháp in

offset chỉ từ khoảng 1-5 µm). Do vậy, các pigment dùng để điều chế mực in phải dễ

dàng nghiền nhỏ. Kích thƣớc phù hợp của pigment trong mực in chỉ khoảng vài phần

trăm µm.

Khả năng tạo cấu trúc thứ hai của pigment: đó là quá trình kết tụ làm tăng kích

thƣớc của pigment trong môi trƣờng liên kết (Hình 2.3). Nhằm làm giảm khả năng tạo

cấu trúc thứ hai của pigment ngƣời ta sử dụng chất hoạt tính bề mặt (HTBM). Các

(n từ 1 đến 21).

chất HTBM thƣờng dùng là các dẫn xuất ptaloxyanin đồng với các gốc R=CnH2n+1

Quá trình chế tạo mực in và chất lƣợng mực in phụ thuộc không chỉ vào độ phân

tán mà còn phụ thuộc vào cấu tạo các phần tử pigment và điều kiện chế tạo pigment

(pigment có thể có các dạng không định hình, tinh thể hoặc hỗn hợp).

Hình 1.2: Mô hình pigment với độ phân tán khác nhau và mức độ tạo

cấu trúc khác nhau

Trong đó:

a) Độ phân tán cao: 1- Mức độ tạo cấu trúc thấp

2- Mức độ tạo cấu trúc cao

b) Độ phân tán thấp: 3- Mức độ tạo cấu trúc thấp

4- Mức độ tạo cấu trúc cao

- Màu sắc của pigment:

Thông thƣờng thì pigment có độ bão hoà màu rất cao, có thể nói màu sắc của

pigment trong sáng tinh khiết gần nhƣ màu quang phổ.

Màu phải có độ ổn định trong môi trƣờng liên kết. Với mỗi loại mực khác nhau sử

dụng các chất liên kết khác nhau. Do đó yêu cầu về độ bền vững hóa học, bền màu

của các chất màu khác nhau.

- Khả năng thấm dầu hay chất liên kết của pigment:

Thông thƣờng để đánh giá khả năng này thì ngƣời ta dùng hệ số dầu là tỷ số giữa

lƣợng chất liên kết cần thiết để chuyển hoá lƣợng pigment từ bột sang dạng nhão (hệ

số dầu M). Để giảm chỉ số này phải tăng hàm lƣợng pigment trong mực. Khi hàm

lƣợng pigment quá nhiều mà lƣợng chất liên kết trong mực không đủ lớn để tạo khả

năng bám dính thì độ dính của mực cũng giảm.

- Độ cứng của pigment:

Thông thƣờng thì pigment tồn tại ở 2 dạng cấu trúc là dạng tinh thể và dạng cấu

trúc vô định hình. Tinh thể của pigment càng lớn thì hạt càng cứng, ổn định nhƣng

khả năng thấm ƣớt giảm.

- Khả năng làm đục mực của pigment:

Pigment quyết định các tính chất quang học của mực in. Theo nghiên cứu thì các

mực in có màu đục sẽ đƣợc in trƣớc, màu trong thƣờng in sau.

Độ trong, độ phủ của chất màu quyết định tới độ trong của mực. Với mực in có chất

màu dạng pigment có độ đục nhất định tùy thuộc vào độ đục pigment. Còn với mực

sản xuất chất màu dƣới dạng thuốc nhuộm thì có tính thấu minh tốt.

Khả năng phân tán của chất màu trong mực là yếu tố đảm bảo sự đồng đều về

màu sắc của mực. Khả năng phân tán là tính chất cần quan tâm đặc biệt với các loại

mực đƣợc sản xuất từ chất màu dạng pigment. Sự phân tán của pigment trong môi

trƣờng liên kết phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể, kích thƣớc, tỉ trọng và tính chất

bề mặt của hạt pigment.

- Độ bền màu của pigment:

Màu sắc của mực in do thành phần pigment có trong mực quyết định. Pigment

quyết định độ bền màu của mực in trƣớc các tác động của môi trƣờng. Tuỳ từng yêu

cầu, mục đích khác nhau, khi sản xuất mực in ngƣời ta sẽ lựa chọn các chất màu với

tông màu khác nhau. Mỗi loại chất màu đều có các giá trị cƣờng độ màu khác nhau

với hiệu suất sử dụng cao.

d) Yêu cầu về pigment

- Chất lƣợng và lƣợng sử dụng pigment quyết định các tính chất tông màu hay sắc

thái màu, độ sáng màu và độ bão hòa hay độ no màu còn gọi là độ tinh khiết của màu

mực in. Khi mực in chịu tác động của các yếu tố vật lý và hóa học, chất màu bị biến

đổi, vì vậy tính chất màu mực đƣợc xác định theo độ bền của màng mực in.

- Khả năng thấm ƣớt với những phân tử chất liên kết: dầu – nhựa

- Các pigment chế tạo mực in offset không đƣợc tan trong chất liên kết dạng dầu,

nhựa tự nhiên hay nhân tạo.

- Kích thƣớc các hạt chất màu càng nhỏ thì độ mịn càng cao và do đó cƣờng độ màu 13

cao.

- Độ bền ánh sáng, nƣớc, nhiệt độ, dung môi, axit, cồn, kiềm..

1.2.2. Chất liên kết

a) Chức năng, nhiệm vụ

Chất liên kết giúp cho các hạt pigment mang màu phân tán tốt trong mực in, các

hạt pigment càng mịn thì khả năng phân tán càng cao.

Chất liên kết là những chất có tính bám dính tốt, có độ nhớt để liên kết các hạt

pigment mang màu và chuyển chúng lên bề mặt vật liệu trong quá trình in.

Chất liên kết bảo vệ, bao quanh hạt pigment, tránh đƣợc tác động của các yếu tố

vật lý, hóa học, môi trƣờng, sự cọ xát cơ học…

Chất liên kết ảnh hƣởng rất lớn đến độ trong hay đục cũng nhƣ màu sắc của mực

in.

b) Các loại chất liên kết

Chất liên kết gồm có nhựa thiên nhiên và nhựa tổng hợp.

- Nhựa thiên nhiên gồm các loại nhƣ nhựa côlôphan, nhựa đƣờng cứng ... chất dẫn

đƣợc tạo ra tùy theo ứng dụng của từng loại.

- Nhựa tổng hợp hiện đƣợc dùng thay thế mực từ dầu hạt lanh, là loại mực chính

trong in offset, và gồm nhiều chủng loại khác nhau.

 Chất dẫn nhựa tự nhiên

Chất dẫn nhựa tự nhiên làm từ nhựa côlôphan đƣợc dùng rộng rãi trong mực in.

Nếu gia nhiệt axít abietic thành phần chính của nhựa côlôphan, thì nó sẽ chuyển thành

axít ℓ-pimaric, phần liên kết đôi liên hợp này hoặc nhóm carboxyl sẽ trở nên hoạt

dụng.

Gia nhiệt

Axít abietic Axít ℓ-pimaric

Hình 1.3: Chất dẫn nhựa tự nhiên

Nhựa thông và các dẫn xuất của nhựa thông: Thành phần chính của nhựa thông là

axit abietic C19H29COOH thƣờng có màu vàng nhạt cho đến màu vàng đậm. Tùy từng

vị trí địa lý khác nhau mà nhựa thông có các thành phần khác nhau. Thƣờng thì hàm

lƣợng abietic axit chiếm từ 78  90% trọng lƣợng riêng của nhựa thông phát triển từ 1.01 - 1.09 g/cm3. Nhựa thông có nhiệt độ chảy mềm thấp từ 60 –700C, nhiệt độ chảy từ 90 - 2000C, trị số axit từ 135 - 180. Ở nhiệt độ cao từ 280 - 3000C thì nhựa thông

có khả năng kết hợp với một số loại dầu thực vật nhƣ với glyxerin sẽ tạo thành

glyxerit nhựa thông, loại này có khả năng tan tốt trong cồn và các dung môi hữu cơ.

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của axit abietic

Hình 1.5: Cấu trúc trong không gian của axit abietic

Hình 1.6: Các loại nhựa - chế phẩm từ nhựa thông

Trong đó:

a) Nhị trùng hợp nhựa thông

b) Nhựa thông Maleic

Hình 1.7: Chế phẩm từ nhựa thông và nhựa phenol formandehyt

Hình 1.8: Nhựa phenol formandehyt

- Nhựa côlôphan hóa cứng

Nếu chuyển nhóm carboxyl của nhựa côlôphan sang muối canxi hoặc muối kẽm

thì điểm mềm hóa sẽ cao, giá trị axít thấp và tính ly tách dung môi đƣợc cải thiện.

- Ê-te nhựa côlôphan

Nhựa có đƣợc từ ê-te hóa nhựa côlôphan bằng glycerin... có điểm mềm hóa cao,

giá trị axít thấp, dễ hòa tan trong các loại dung môi, hòa tan tốt trong dầu có tính khô,

đƣợc sử dụng trong mực in bản nổi, bản phẳng, mực in ảnh bản kẽm.

- Nhựa axit maleic: Axít maleic không nƣớc phản ứng với nhựa côlôphan tạo ra hợp chất phụ gia

Nhựa colophan Axit maleic không nƣớc

Nhựa axit maleic (Nhựa có giá trị axit cao)

Hình 1.9: Nhựa axit maleic

Nếu ê-te hóa nhựa có giá trị axít cao bằng glycerin.. thì tùy theo độ ê-te hóa mà tạo ra

các loại nhựa có đặc tính khác nhau.

 Nhựa tổng hợp:

Trong các loại nhựa tổng hợp đa dạng, loại đƣợc sử dụng trong bản in nổi và bản

in phẳng có thể kể đến là nhựa phenol, nhựa alkyd, nhựa epoxy, cao su hoàn hóa ...

+ Nhựa phenol

Nhựa phenol biến tính côlôphan là loại nhựa quan trọng nhất dùng trong mực in

bản nổi và bản phẳng, góp phần quan trọng để tạo độ bóng sáng hay tăng tốc độ in

offset hiện nay.

Với nhựa phenol biến tính côlôphan, trƣớc tiên cho phản ứng nhựa côlôphan với

chất ngƣng tụ ban đầu của nhựa bằng phoócmanđêhít và p-alkyl phenol. Tiếp theo,

dùng polyol (glycerin ...) để ê-te hóa chất tạo ra sau phản ứng giữa nhựa côlôphan và

Nhựa phenol

Nhựa colophan (Axít ℓ-pimaric)

phenol để tạo ra nhựa phenol biến tính côlôphan.

Hình 1.10: Nhựa phenol biến tính côlôphan.

+ Nhựa alkyd

Nhựa alkyd có thể đƣợc coi là 1 loại nhựa polyeste, tuy nhiên trong ngành mực

in, nhựa polyeste biến tính axít béo thƣờng đƣợc gọi là nhựa alkyd.

Thành phần cấu tạo thƣờng đƣợc sử dụng là axít 2 kiềm nhƣ axít phthalic không

nƣớc, cồn đa trị nhƣ glycerin hoặc pentaerythritol, axít béo nhƣ dầu hạt lanh hoặc dầu

đậu nành ..

Hình 1.11: Sơ đồ mô hình cấu tạo nhựa alkyd

Nhựa alkyd đƣợc dùng trong in bản nổi, in bản phẳng, do có tính điều chỉnh độ

mềm của màng khô bao phủ, tính kết dính, tính khô của mực...

c) Tính chất chung

Một số các loại nhựa thƣờng làm cho độ bền của màng mực in tốt, có khả năng

chống đƣợc các va chạm cơ học. Nhựa giúp cho màng mực sau khi khô có đọ bóng

nhất định, sự kết hợp của nhựa với một số chất liên kết giúp cho màng mực nhanh

khô. Nhựa thƣờng có cấu trúc cao phân tử, khối lƣợng phân tử lớn, cấu tạo phân tử

phức tạp và có khả năng hòa tan tốt trong một số dung môi hữu cơ. Một số loại nhựa

có khả năng kết hợp với nhau và một số nhựa có khả năng ngậm nƣớc. Đặc điểm này

có thể giúp cho sự thay đổi và điều chỉnh độ nhớt của mựa diễn ra một cách thuận

tiện và dễ dàng hơn.

Dung dịch nhựa trong dung môi thích hợp, nhƣ toluen, đƣợc sử dụng cho các loại

mựa in, in lên các loại vật liệu khô chủ yếu bằng quá trình bay hơi. Các loại nhựa khi

kết hợp với một số loại dầu khô tự nhiên cũng có thể làm thay đổi tính chất quá trình

khô của màng mực bằng quá trình oxi hóa.

Thƣờng các loại nhựa tự nhiên không có điểm nóng chảy nhất định, khi nung

nóng không bị mềm dần trong một khoảng nhiệt độ nhất định và tạo thành khối đồng

nhất.

d) Yêu cầu về nhựa liên kết

Những loại nhựa thiên nhiên đã đƣợc biến tính, ví dụ: nhựa thông; nhựa tổng

hợp... nhựa alkyd đều đƣơc sử dụng làm mực in. Chúng có khả năng hòa tan trong

dầu lanh và dầu khoáng. Nhựa alkyd đƣợc biến tính với dàu lanh tạo thành những ête

tan trong dầu, khi hấp thụ oxy hình thành phản ứng taọ lƣới làm khô màng mực.

Nhựa alkyd biến tính đƣợc sử dụng ngày càng nhiều để sản xuất những loại mực

offset bóng, khô nhanh, vì chúng có những ƣu điểm nổi trội nhƣ sau:

- Độ bền màng mực in chống sây xƣớc cao

- Tạo thành màng mực bóng

- Phù hợp với tính bền ma sát của mực in offset

- Thời gian khô nhanh nếu sử dụng chất liên kết: nhựa alkyd – dầu lanh.

Bảng 1.6. Tính chất của nhựa khi chế tạo dầu liên kết

Nhiệt độ

Khả năng hòa tan

Tên nhựa

làm mềm

Trong

Trong dầu

(oC)

dầu lanh

MP- 2

MP- 1

Lắc Bitum

130-140

Nhựa thông

65-70

Ester của nhựa thông với

80-85

Hoà tan

Glycerin

Ester của nhựa thông với

112-115

rƣợu đa chức pentaeric

-nt-

CF-468

105-115

-nt-

PEMAK

120-140

-nt-

CF-460

115-135

-nt-

Không hòa tan Không hòa tan

CF-461

125-135

-nt-

PL-24

145-155

-nt-

Hoà tan

PL-25

124-137

-nt-

PL-30

145-155

-nt-

PL-40

145-155

-nt-

1.2.3. Môi trƣờng liên kết

a) Chức năng, nhiệm vụ

- Môi trƣờng liên kết có tác dụng hòa tan nhựa, phân tán hạt pigment

- Chức năng bao bọc hạt pigment, chuyển từ bản in sang giấy (đặc tính chảy phù hợp

kiểu bản in hay máy in).

- Chức năng giữ tính chảy trong máy in, sau khi chuyển lên bề mặt giấy hay các vật

liệu khác, nhanh chóng biến đổi và tạo thành lớp màng khô cố định (ngăn việc thấm

mực sang mặt sau, tạo độ bền, độ bóng sáng ...).

b) Các loại sử dụng

- Hydrocacbon nhóm chất béo

Hydrocacbon nhóm chất béo có khả năng hòa tan kém, nhƣng hòa tan đƣợc nhựa

phenol biến tính côlôphan hoặc chất dẫn nhựa côlôphan, mùi hôi và độc tính thấp, giá

thành rẻ.

Nếu dùng trong mực in bản phẳng, phần phân đoạn trong phạm vi 20℃ đƣợc sử

dụng trong số các phần có điểm sôi từ 230~ 320℃.

- Hydrocacbon thơm

Hydrocacbon thơm có khả năng hòa tan tốt, tuy nhiên hiện nay hầu nhƣ không còn

đƣợc sử dụng khi xét đến mặt an toàn của mực in.

c) Tính chất chung

- Có độ bốc hơi cao nhƣ mong muốn, có tính hòa tan thích hợp với nhựa sử dụng, tạo

độ chảy và độ nhớt cần thiết cho dung dịch dẫn.

- Không tạo ảnh hƣởng xấu tới độ hòa tan, độ ngƣng tụ của pigment.

- Không gây hƣ hại nhƣ trƣơng phồng mặt bản in, hay con lăn cao su

- Không gây biến đổi độ chảy do sự bay hơi trên máy in

- Không làm trƣơng phồng, co rút, làm giảm độ bền của vật đƣợc in lên

- Không để tồn lƣu mùi hôi thối do khả năng tách dung môi không tốt

- Ngoài ra, cần lƣu ý đến các đặc tính khác nhƣ độc tính, tính dẫn lửa, tính kinh tế.

Xu hƣớng dung môi trong mực in offset là hiện nay đã chuyển từ dung môi dầu

thô có điểm sôi cao (hydrocacbon thơm) sang dung môi dầu thô có điểm sôi cao

(không mùi) từ quan điểm về tính an toàn.

Tiếp đó, từ quan điểm bảo vệ môi trƣờng, nhằm xóa bớt VOC (Volatile Organic

Compounds), các loại mực UV và mực dầu thực vật (bao gồm cả mực dầu đậu nành)

mà một phần hoặc toàn bộ dung môi đƣợc thay thế bằng dầu đậu nành đang ngày

càng đƣợc sử dụng rộng rãi.

d) Yêu cầu về dung môi

Các dung môi hữu cơ đƣợc sử dụng thƣờng là các hychocacbon và các sản phẩm

của nó. Tùy vào các hợp chất hychocacbon mà chúng có khả năng bay hơi nhiều hay

ít, hợp chất hychocacbon có thể sản xuất từ than đá hoặc các phƣơng pháp tổng hợp

khác. Đây là dạng chất lỏng có khả năng hòa tan đƣợc các chất khác và thƣờng sử

dụng dung môi hữu cơ để hòa tan nhựa, các dung môi hữu cơ thƣờng có phân tử

lƣợng không cao.

Có 2 loại dung môi hữu cơ là dung môi hữu cơ phân cực và không phân cực tùy

vào khả năng phân cực hay không phân cực mà dung môi có thể hòa tan các chất tan

phân cực hay không phân cực.

Dung môi sử dụng có thể có tác động tốt để điều chỉnh độ nhớt hay độ dính của

mực in. Với mỗi yêu cầu khác nhau mà sử dụng các dung môi khác nhau bởi dung

môi là yếu tố ảnh hƣởng rất lớn đến khả năng khô của mực (khô nhờ bay hơi). Một số

các dung môi có thể có mùi hoặc không mùi, dễ bốc cháy, độc hại hoặc không độc

với con ngƣời và môi trƣờng. Do đó cần phải chú ý khi lựa chọn dung môi để sản

xuất mực in cho các đối tƣợng khác nhau.

Thực chất các dung môi đƣợc sử dụng nhằm tạo môi trƣờng cho chất màu và chất

liên kết hoạt động. Sau khi quá trình màng mực in đƣợc hình thành và khô thì các

dung môi này cũng sẽ mất đi.

- Trọng lƣợng phân tử của chất sử dụng làm dung môi ảnh hƣởng đến tốc độ bay hơi,

nếu trọng lƣợng càng lớn thì khả năng bay hơi càng kém.

- Những dung môi bay hơi ở nhiệt độ nhỏ hơn điểm sôi của nƣớc là những chất dễ

bay hơi. Nhƣng khả năng bay hơi nhiều hay ít của dung môi phụ thuộc nhiều yếu tố

nhƣ: nhiệt độ, áp suất điều kiện của môi trƣờng và bản thân thành phần của dung môi.

Một số các dung môi:

- Hychocacbon dầu hỏa: xăng, dầu…

- Hychocacbon thơm: benzene, toluene…

- Các loại cồn: etyl, butyl, etylglycol và một số các loại este.

Dựa vào một số khả năng bay hơi khác nhau của dung môi mà sử dụng chế tạo

các loại mực in cho các phƣơng pháp in khác nhau.

1.2.4. Các chất phụ gia

Để tăng tính năng in và một số tính khác của mực in, ngƣời ta phải đƣa thêm vào

thành phần của mực in một số chất phụ gia khác nhau nhƣ:

- Chất làm khô: Giúp cho quá trình oxi hóa diễn ra tại màng mực trên bề mặt vật liệu

in nhanh hơn.

- Chất độn: Làm tăng tính năng in của mực, thay đổi độ trong, độ đục của mực in,

thay đổi sắc thái làm cho mực in đậm hơn đồng thời hạ giá thành của mực in

- Chất tăng độ bóng: Các loại vecni bóng hỗn hợp, các loại dầu và nhựa cho vào

thành phần của mực in để tăng tính năng in, tăng độ bóng, giảm độ đậm của mực,

tăng khả năng dàn mỏng khi in trên vật liệu in.

- Chất chống dính: Tạo ra sự se mặt màng mực giúp cho in nhanh hơn và chống dính

bẩn mặt sau tờ in.

- Chất kiềm: Những chất này đƣợc thêm vào mực in để hòa tan một số loại nhựa liên

kết, duy trì độ pH của mực in. Một số chất đƣợc sử dụng là dung dịch amoniac, amin.

1.3. Tính chất mực in

1.3.1. Độ nhớt

a) Định nghĩa

Độ nhớt của mực in offset thể hiện độ lỏng quánh, biểu hiện ở mực in loãng hay

đặc. Chất kết dính lỏng tạo cho mực khả năng chảy. Mặt khác, liên kết với các hạt

pigment hình thành cấu trúc cứng tạo cho mực có khả năng mềm và dẻo.

Nếu nhƣ mực chỉ đơn giản là một chất lỏng thông thƣờng, giống nhƣ dẩu liên kết,

thì các tính chất cơ học của nó có thể xác định thông qua độ nhớt hoặc qua lực cản

nội tại của chất lỏng khi chất lỏng đó chảy ra.

Đối với chất lỏng thông thƣờng (nhƣ dầu liên kết), sẽ tuân theo định luật Newton:

P = ηε Hay η= P/ε

Đối với mực in: Là hệ gồm pigment và dầu liên kết thì độ nhớt sẽ thay đổi do

phần thể tích đƣợc lấp đầy bởi pigment sẽ làm cản trở sự chảy. Do đó độ nhớt tăng

lên. Lúc đó hệ mực sẽ tuân theo định luật Einstein:

η = η’ (1 + kCv)

với: η’: độ nhớt của môi trƣờng phân tán nguyên chất(dầu liên kết)

Cv: nồng độ theo thể tích của chất phân tán (pigment)

η: độ nhớt của hệ phân tán

k: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của chất phân tán (Đối với hình cầu k=2.5)

Độ nhớt của mực in offset có thông số kỹ thuật dao động từ 5 - 100 Pa.s.

Bảng 1.7: Giá trị độ nhớt tham khảo

Các loại mực Độ nhớt(Pa.s) Giá trị giới hạn(Pa)

Mực in lõm 10~100 1.000~10.000

Mực in nổi 10~100 100~1.000

Mực offset 10~100 100~1.000

Mực in lƣới 2~30 Vài chục

b) Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ nhớt của mực in

Sự tƣơng tác (liên kết) giữa các phân tử pigment với nhau và giữa pigment với

dầu liên kết cũng ảnh hƣởng đết độ nhớt của mực.

Lý thuyết của Einstein đƣợc thiết lập trên cớ sở là giả sử là nếu các phân tử nằm

ở vị trí đủ xa nhau thì giữa chúng sẽ không có sự tƣơng tác và không tính đến sự tăng

thể tích của pha phân tán khi có hiện tƣơng solvat và cũng bỏ qua 1 số đặc trƣng về

cấu trúc của hệ phân tán.Vì vậy, mối quan hệ tuyến tính của định luật Einstein chỉ

đúng với hệ phân tán loãng.

Khi tăng dần nồng độ của pigment, đặc biệt khi nồng độ của pigment xấp xỉ bằng

nồng độ thực tế có trong mực thì độ nhớt sẽ tăng nhanh và không còn sự phụ thuộc

tuyến tính nữa.

Mặt khác, không chỉ có độ nhớt thay đổi mà cả bản chất của sự chảy cũng thay

đổi. Hệ số nhớt không còn là hằng số nhƣ trong định luật Newton mà nó sẽ giảm cùng

với độ tăng của ngoại lực và gradient vận tốc. Lúc này xuất hiện sự chảy của chất

lỏng không tuân theo định luật Newton.

Độ nhớt

Nồng độ Pigment theo thể tích

Hình 1.12: Sự phụ thuộc độ nhớt của mực vào nồng độ pigment theo thể tích

Trong đó: 1 - Định luật Einstein;

2 - Mực in từ pigment Milori

3 - Mực từ pigmentvàngtrong suốt

Cgh: Nồng độ giới hạn, tƣơng ứng với độ hút dầu

Trong thực tế thì độ nhớt này phụ thuộc vào các dạng thuốc nhuộm, pigment và

đồng thời phụ thuộc vào dạng tự nhiên của các chất mang. Các loại mực đƣợc làm từ

thuốc nhuộm thƣờng có độ nhớt thấp hơn so với các loại mực làm từ chất màu là

pigment. Điều này đƣợc lý giải là do các thuốc nhuộm có khả năng phân tán tốt, trong

khi đó các hạt pigment lại bị lơ lửng, khó phân tán, dễ tạo hiện tƣợng vón cục hay

lắng đọng trong các chất mang.

Các pigment thông thƣờng có sự ngả màu ít hơn so với thuốc nhuộm. Tính chất

dòng chảy của mực in sử dụng chất màu là pigment phụ thuộc vào thành phần cấu tạo

hoá học, kích thƣớc và hình dạng của các hạt pigment đƣợc sử dụng, cũng nhƣ là hàm

lƣợng của chúng ở trong mực in. Đôi khi sự khác biệt của độ chảy giữa các loại

pigment cũng có thể đƣợc giảm thiểu thông qua việc làm tăng thêm hàm lƣợng chất

phụ gia cho vào nhƣng thông thƣờng độ chảy mong muốn vẫn không đạt đƣợc và việc

thêm hàm lƣợng này vào mực cũng sẽ làm giảm cƣờng độ màu của mực in.

Sự khác biệt giữa pigment và thuốc nhuộm qua khía cạnh ảnh hƣởng của chúng

đến độ nhớt ngày càng trở nên ít rõ ràng khi các loại pigment có cƣờng độ màu đậm

hơn và chúng ít bị ngả màu. Thêm vào đó ngày càng có nhiều phƣơng pháp mới để

phân tán các hạt pigment nhƣ thực hiện quá trình xục đẩy đối lƣu để tạo sự phân tán

tốt, làm cho cƣờng độ màu của mực in đƣợc gia tăng tối đa đồng thời góp phần làm

cho độ nhớt của mực in thấp hơn do khả năng làm ƣớt của các hạt pigment sẽ đƣợc

cải thiện tốt hơn.

Các chất mang khác nhau đƣợc sử dụng trong mực in sẽ làm thay đổi độ nhớt của

mực, phụ thuộc vào dạng tự nhiên của nhựa hoặc nồng độ của chúng ở trong dung

dịch.

Các vật liệu tạo màng và nhựa khác nhau cũng sẽ làm thay đổi độ nhớt phụ thuộc

vào tính chất hoá học cũng nhƣ khả năng trùng hợp của các polymer.

1.3.2. Độ dính

a) Định nghĩa

Độ dính của mực in trong quá trình in là sự bám dính trực tiếp với bề mặt mà nó

tiếp xúc và sự tách lớp mực giữa hai bề mặt.

Nhƣ vậy trong suốt quá trình in tính chất in của mực khác nhau là do sự xuất hiện

các tính chất lý học khác nhau trong suốt quá trình in.

 Độ kết dính ngoại:

Xuất hiện khi có sự tiếp xúc hai mặt phẳng vật liệu có tính chất khác nhau. Độ kết

dính ngoại phụ thuộc vào bản chất hoá học của mực in (dầu liên kết) và của mặt

phẳng mà chúng tiếp xúc. Đại lƣợng thể hiện sự kết dính ngoại là công cần trả để tách

một đơn vị diện tích mực ra khỏi bề mặt mà nó tiếp xúc.

 Độ kết dính nội:

Lực liên kết các phân tử cùng bản chất bề mặt (lỏng-lỏng, rắn-rắn...)

Với: Ak: công kết dính nội

Theo công thức Dubre: Ak = 2σ

σ: sức căng bề mặt.

b) Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ dính của mực in

Bề mặt vật liệu in: có cực và không cực. Điều quan trọng là phải chọn hệ mực

tƣơng thích với bề mặt vật liệu.

Tính chất thứ hai của độ dính là độ dính nội: độ dính nội phải không đƣợc quá

nhỏ vì nếu quá nhỏ thì mực sẽ không cán đƣợc. Moment lực dính phải lớn hơn

moment lực ma sát của các ổ trục để các trục có thể quay mà không bịtrƣợt.

Độ dính hay là lực kéo và dính vào nhau giữa hai nguyên liệu khác thể chất, kết

quả tác dụng của các nguyên tử hút nhau trên bề mặt tiếp xúc. Lực hút phụ thuộc vào

cấu trúc hóa học của mực( chất liên kết) và bề mặt mà mực tiếp xúc.

Độ bền của lực dính cần phải lớn hơn lực tách lớp mực. Lực chống tách lớp mực tăng

lên với sự tăng lên của lực dính và tốc độ tách.

Khi độ dính của mực tăng lên do sự hoạt động hóa học bề mặt các nguyên liệu đó(nhờ số lƣợng lớn nhóm OH- của xenluloza) cho nên mực sẽ dính và bám vào vật

liệu dễ dàng. Nhƣng thực tế, sau khi bám, mực có thể bong từng lớp.

Độ dính của mực in offset có thông số kỹ thuật dao động từ 150-200 TU.

1.3.3. Độ mịn của mực

Sau quá trình phân tán pigment trong dầu với kích thƣớc và độ ổn định trong chế

tạo mực in offset thì kích thƣớc hạt đạt 1-5µm. Hạt pigment mịn phân bố đồng đều

trong toàn bộ mực.

1.3.4. Tính chất quang học của mực

a) Cƣờng độ màu

Thông thƣờng pigment có độ bão hòa màu rất cao có thể nói màu sắc của pigment

trong sáng gần nhƣ màu quang phổ do trong phân tử có chứa các nguyên tử chƣa bão

hòa hóa trị, có hệ thống các liên kết đôi dài liên tục, có các nguyên tử (O,N,S) trong

cấu tạo. Đặc biệt là pigment thƣờng có cấu tạo phân tử phẳng và có các nhóm thế thu

(-e) và nhƣờng (+e).

Pigment có độ mịn và độ phân tán cao. Thông thƣờng thì cƣờng độ màu của mực

in bị quyết định bởi nồng độ, kích thƣớc hạt pigment sử dụng, quan hệ này thể hiện

trên đồ thị sau

Hình 1.13: Đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ màu

và kích thướchạt pigment

Hạt pigment càng nhỏ, mịn thì cƣờng độ màu càng cao. Pigment thƣờng có tỷ trọng từ 1.4 - 4 g/cm3, nếu tỷ trọng của pigment càng lớn thì dễ dẫn đến hiện tƣợng

các hạt pigment bị lắng xuống làm sự phân tán của pigment trong môi trƣờng chất

liên kết sẽ kém, không đều và thông thƣờng dƣới đáy hộp mực bảo quản có cƣờng độ

màu cao hơn. Do vậy trƣớc khi sử dụng mực ngƣời ta phải tiến hành khuấy trộn đều

mực trong hộp.

b) Độ trong, độ đục

Phụ thuộc vào tính chất mực in. Tồn tại trong mực một số lƣợng các phần tử

pigment sẽ gây ra hiệu ứng khúc xạ nhiều lần trong lớp mực. Nếu nhƣ sự khúc xạ

trong quá trình xuyên qua của tia sáng lớn thì hệ số khúc xạ trên bề mặt pigment và

dầu liên kết rất khác với giá trị 1. Kết quả là ánh sáng bị tán xạ rất lớn trong suốt bề

dày lớp mực và đi ra khỏi lớp mực khi chƣa chạm đến lớp đế vật liệu in. Mực in lúc

này có tính phủ. Vì vậy, mắt ngƣời sẽ thấy tia phản xạ không bị ảnh hƣởng bởi màu

vật liệu in. Ngƣợc lại mực in sẽ có tính phủ.

Các tính chất về màu sắc và độ bóng của mực in bị ảnh hƣởng bởi các chất trong

thành phần của mực in. Màu sắc ảnh hƣởng bởi cƣờng độ màu và độ bền, các yếu tố

này lại phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của pigment nhƣ: nồng độ, loại pigment sử

dụng và kích cỡ của hạt pigment hay đôi khi là loại thuốc nhuộm sử dụng. Trong khi

đó độ bóng của mực lại chịu ảnh hƣởng chủ yếu của cả hai yếu tố pigment hay thuốc

nhuộm và loại chất liên kết sử dụng. Để tăng độ bóng ngƣời ta còn sử dụng thêm các

chất phụ gia khác cho mực.

CHƢƠNG 2

PHÂN TÁN CHẤT MÀU TRONG SẢN XUẤT MỰC IN OFFSET

Trong quá trình sản xuất mực in offset, một vấn đề quan trọng nhất là phân tán tỷ

lệ pigment trong hệ dung môi/varnish. Chất tạo màu mua về là các hạt kết tụ thứ cấp,

muốn sử dụng cần phải xử lý phân tán.

Xử lý phân tán là làm ƣớt bằng chất mang trƣớc tiên rồi nghiền bằng máy. Phân

tán chất tạo màu đƣợc định nghĩa là việc hòa các vi hạt chất tạo màu không hòa tan

vào trong chất mang tạo thành trạng thái các vi hạt đồng nhất, và giữ trạng thái đó

trong một thời gian dài.

2.1. Qui trình sản xuất mực in

Quá trình sản xuất mực in theo thứ tự là “Kết hợp → Nhào trộn → Điều chỉnh →

Rót đầy”

Hình 2.1: Quá trình chế tạo mực in

Quá trình phân tán pigment nằm ở khâu nguyên liệu kết hợp với chất mang rồi

nghiền bằng máy. Các nguyên liệu bao gồm nhựa, dung môi, các chất phụ gia, dầu

khô và pigment đƣợc cân tự động bằng hệ thống riêng lẻ, sau đó chuyển vào máy

trộn. Tại đây nguyên liệu đƣợc trộn kĩ trong khoảng thời gian định sẵn. Tiếp đó

nguyên liệu dạng sệt đƣợc cấp lên máy nghiền 3 trục.Trong công đoạn này hạt màu

pigment đƣợc nghiền và phân tán đều trong hệ chất mang. Sau quá trình nghiền ta thu

đƣợc hệ phân tán pigment có kích thƣớc và độ ổn định theo yêu cầu. Hệ này sẽ đƣợc

trộn bổ sung các phụ gia (nếu cần thiết) để tăng thêm những tính năng riêng biệt và

thu đƣợc sản phẩm cuối cùng là mực in. Mực sau khi hoàn thiện đƣợc đóng vào hộp có qui định về trọng lƣợng và bảo quản trong kho mực với nhiệt độ 20 ± 20C, độ ẩm

60 ± 5%.

Chất lƣợng mực in đƣợc quyết định bởi quá trình phân tán pigment. Rất nhiều

yếu tố, từ tỷ lệ các thành phần ban đầu đến những thông số công nghệ trong từng

công đoạn của quá trình sản xuất, ảnh hƣởng đến khả năng phân tán pigment và tính

chất lƣu biến của hệ. Các yếu tố này có tác động tƣơng hỗ lẫn nhau và do vậy việc

đánh giá quy luật ảnh hƣởng của chúng đến chất lƣợng mực là tƣơng đối phức tạp.

Hình 2.2: Quá trình phân tán chất tạo màu pigment

2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất mực

Mực cho in offset gồm rất nhiều loại với các công thức và đặc tính khác nhau. Sự

khác nhau về công thức và đặc tính của mực là cần thiết vì các loại vật liệu in có tính

chất bề mặt khác nhau, các đặc tính của từng loại máy in (cuộn hay tờ rời) và các yêu

cầu đòi hỏi trên từng sản phẩm in cũng khác nhau.

a) Ảnh hƣởng của hàm lƣợng pigment

Mực in là một thể gồm các hạt pigment đƣợc trộn đều trong chất dẫn hay chất

liên kết. Hàm lƣợng pigment trong mực in offset ít thì khi in màu sắc của mực dễ bị

mờ, loang màu, mực bị lỏng. Còn hàm lƣợng pigment quá nhiều thì chi phí sẽ cao do

giá thành pigment cao, mực đặc dẫn tới khó in. Do đó, hàm lƣợng pigment trong mực

in offset thƣờng có tỷ lệ từ 15-25% trong khối lƣợng mực.

b) Ảnh hƣởng của tỷ lệ pigment/varnish

Nhƣ đã nêu ở trên, chất liên kết (chất mang) là một thành phần cơ bản của mực

in. Hệ chất mang bao gồm chủ yếu là nhựa và dung môi hòa tan, có thể là nhiều loại

nhựa và dung môi khác nhau. Để sản xuất mực ta có thể lựa chọn từng chất riêng biệt.

Tuy nhiên thực tế trên thị trƣờng, hệ chất mang đƣợc cung cấp sẵn ở dạng varnish.

Các loại varnish khá đa dạng về thành phần và tính chất tùy thuộc hãng cung cấp.

Nhìn chung, varnish là hỗn hợp nhựa nóng chảy cùng một số hóa chất giúp nâng

cao tính kết dính, độ bóng sáng và độ chảy.Varnish đóng vai trò nhƣ chất phân tán

pigment và ở một độ nhớt thích hợp, nó đóng vai trò tích cực trong quá trình thấm ƣớt

pigment. Sự lan truyền varnish bao quanh các hạt pigment sẽ khiến các hạt này bị đẩy

xa nhau và phân tách thành các hạt đơn phân tán. Quá trình phân tách này rõ ràng phụ

thuộc vào tính chất bề mặt của pigment (cấu trúc), nồng độ tới hạn (lƣợng varnish tối

thiểu để bao phủ hết bề mặt pigment). Tỷ lệ thành phần trong mực in offset nhƣ hạt

pigment (có cấu trúc tinh thể rắn), chất liên kết sẽ ảnh hƣởng đến độ nhớt và độ dính

của mực. Nếu hàm lƣợng varnish quá ít dẫn tới lƣợng pigment không hòa tan trong

khối lƣợng mực. Nếu hàm lƣợng varnish quá nhiều làm mực dính, đặc khó in.

Do đó cần có tỷ lệ pigment/varnish phù hợp để sản xuất mực in.

c) Ảnh hƣởng của máy nghiền 3 trục

Quan sát các chất tạo màu pigment ở dạng hiển vi sẽ thấy đó là sự hình thành các

hạt sơ cấp do các tinh thể tập hợp lại. Hình thù của hạt sơ cấp khác nhau tùy vào điều

kiện sắp xếp và kết hợpcủa các chất tạo màu pigment.

Sử dụng máy nghiền 3 trục là tạo lực cơ học để phá vỡ liên kết giữa các hạt

pigment, đƣa các hạt màu pigment về kích thƣớc hạt ban đầu nhỏ nhất.

Kiểu máy nghiền là yếu tố tƣơng đối quan trọng quyết định chất lƣợng nghiền.

Mỗi máy nghiền 3 trục đƣợc thiết kế với đƣờng kính trục, tốc độ quay các trục là

khác nhau. Mức điều chỉnh áp lực giữa các trục cũng khác nhau giữa các máy nghiền.

Ngoài ra, các chế độ làm lạnh, ổn nhiệt cũng có sự khác biệt. Do vậy, để xây dựng

công nghệ phân tán pigment ngƣời ta cần xác định thiết bị nghiền cụ thể.

d) Thông số nghiền

Số lần nghiền và thời gian nghiền, áp lực nghiền là những yếu tố vô cùng quan

trọng. Thời gian nghiền là thời gian hỗn hợp vật liệu chạy qua máy. Thời gian không

đủ sẽ khiến hệ có độ phân tán thô nhƣng nếu thời gian quá dài cũng không có tác

dụng tăng độ phân tán mà còn khiến mực trở nên kém bóng và có thể phát sinh những

hệ lụy không mong muốn nhƣ thay đổi đặc tính của vật liệu. Thời gian nghiền thích

hợp cần phải đƣợc xác định trong mối tƣơng quan với áp lực nghiền. Thời gian

nghiền có thể chia thành nhiều chu kỳ (số lần nghiền lặp đi lặp lại). Việc nghiền nhiều

lần cho phép tạo ra hỗn hợp có độ đồng đều và độ mịn cao hơn. Trong mỗi chu kỳ, áp

lực có thể điều chỉnh cho phù hợp. Tốc độ quay của lô nghiền là yếu tố có thể điều

chỉnh độc lập. Thông thƣờng các máy nghiền có tốc độ quay từ 200 – 600 rpm. Tuy

nhiên, tốc độ lô cùng với áp lực là yếu tố quyết định năng lƣợng cơ học tạo ra để phân

tách nghiền nhỏ hỗn hợp vật liệu. Do vậy, thông thƣờng ngƣời ta chọn tốc độ tối đa

của thiết bị.

Để tạo ra hệ phân tán tối ƣu, một yêu tố cần kiểm soát là nhiệt độ. Hầu hết các

máy nghiền hiện đại đều có hệ thống làm lạnh tuyệt vời. Dù vậy, nhiệt độ vẫn cần

đƣợc quan tâm chú ý.

CHƢƠNG 3

MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Mục đích

Tối ƣu hóa các thông số công nghệ trong quá trình chế tạo hệ phân tán pigment để

sản xuất mực in offset.

Yêu cầu chất lƣợng hệ phân tán pigment trong dầu:

- Kích thƣớc hạt pigment trung bình nằm trong khoảng từ 1 - 5 µm

- Độ ổn định phân tán: không xảy ra hiện tƣợng đông tụ, phân lớp trong thời gian 1

tháng ở điều kiện lƣu trữ thƣờng.

- Độ nhớt của mực:giá trị độ nhớt dao động trong khoảng 42 - 72(Pa.s)

- Độ dính của mực:giá trị độ dính từ 150 - 210(T.U).

3.2. Phƣơng pháp tối ƣu hóa thực nghiệm

3.2.1. Cơ sở lý thuyết

Dựa trên tài liệu tham khảo [1,2]. Xây dựng mô hình thống kê bậc một hai mức

tối ƣu.

Mục đích của việc xây dựng mô hình thực nghiệm thống kê cho phép tối thiểu

hóa số thực nghiệm cần thiết, đồng thời tìm đƣợc giá trị tối ƣu của hàm cần tìm.

Khi kế hoạch hóa thực nghiệm, các điều kiện thí nghiệm là số các mức xác định

đối với mỗi yếu tố. Nếu các thực nghiệm tiến hành ở 2 mức ứng với 2 giá trị của các

yếu tố và trong quá trình thực nghiệm thực hiện tất cả các tổ hợp từ 2 mức của k yếu

tố thì việc tổ chức thực nghiệm theo kế họach này gọi là kế hoạch thực nghiệm toàn

phần hay kế hoạch 2k.

Mức của yếu tố là giới hạn của vùng đƣợc nghiên cứu theo các thông số công

nghệ đã cho.

Các bƣớc tiến hành bao gồm:

a) Xác định hệ

Số các yếu tố độc lập tối đa ảnh hƣởng lên hệ, tùy theo yêu cầu của ngƣời nghiên

cứu ta chỉ cần chọn k yếu tố ảnh hƣởng lên hàm mục tiêu y nào đó.

b) Xác định cấu trúc của hệ

Hệ chỉ là một hộp đen (một phần tử mà chủ thể không biết rõ cấu trúc và tính chất

bên trong) đƣợc mô tả nhƣ sau:

y1

x1

y2

x2

Hộp đen

xk

yn

Hình 3.1: Cấu trúc của hệ

c) Xác định các hàm toán mô tả hệ

Trong trƣờng hợp cấu trúc hộp đen, các hàm toán mô tả là các hàm nhiều biến

y = f(x1, x2, ... xk) đƣợc phân tích thành dãy Taylor tức là hàm hồi quy lý thuyết:

+ + … + b = b0 + x1x2x3…xk

(3.1)

d) Xác định các thông số của mô hình

Xác định các hệ số hồi quy từ N thực nghiệm theo công thức:

( = ) (N: số thí nghiệm) (3.2) bi =

( = ) (N: số thí nghiệm) (3.3) bju =

Kiểm tra tính tƣơng hợp của các hệ số bj theo công thức: tbj ≥ tp,f2

Trong đó:

- tp,f2: giá trị tra bảng của số chuẩn Student ở mức có nghĩa p và bậc lặp tự do lặp

f2 = m -1

- tbj: chuẩn số Student của hệ số bi đƣợc xác định theo công thức:

tbj = giá trị của độ lệch tiêu chuẩn Sbj của phân bố bj đƣợc xác định theo

(3.4) công thức sau: Sbj =

Trong đó: là phƣơng sai lặp xác định theo công thức sau:

= (3.5)

- m: là số thực nghiệm tại tâm kế hoạch

- y : là giá trị hàm mục tiêu ở thực nghiệm thứ a tại tâm kế hoạch

: là giá trị trung bình của m thực nghiệm tại tâm kế hoạch

-

Ta có: = (3.6)

Các chỉ số bi có nghĩa khi: > t0.05jSbj

Vì các kế họach bậc 1 đã dùng đều là kế hoạch có tính trực giao nên ta có thể loại

bỏ các hệ số hồi quy vô nghĩa và viết lại phƣơng trình hồi quy tuyến tính chỉ gồm các

hệ số có nghĩa.

e) Kiểm tra tính tƣơng hợp của mô hình và cải tiến mô hình

Tính tƣơng hợp của mô hình với thực nghiệm đƣợc kiểm tra theo công thức sau:

F ≤ Fp,f1,f2 với F - chuẩn số Fisher đƣợc xác định theo công thức: F =

Trong đó:

: phƣơng sai lặp -

:phƣơng sai dƣ xác định theo công thức -

S = (3.7)

- Fp,f1,f2: giá trị tra bảng của chuẩn số Fisher ở mức có nghĩa p và bậc tự do lặp f2 và

bậc tự do dƣ : f1 = N – l

Trong đó:

- l: hệ số có nghĩa trong phƣơng trình hồi quy

- N: số thực nghiệm trong kế hoạch

3.2.2. Phƣơng pháp tiến hành

3.2.2.1. Nguyên vật liệu

- Naphtol Carmine FBB(PR146): là pigment màu đỏ, dạng bột

- High density Varnish DIC: là nhựa phenol hóa/dung môi

- Solvent DIC: là dung môi có nguồn gốc từ dầu mỏ, hợp chất không phân cực

Tất cả các nguyên vật liệu đều nhập khẩu của công ty DIC, Nhật Bản.

3.2.2.2. Quá trình khảo sát thực nghiệm

Hệ khảo sát gồm có 3 thành phần: pigment, varnish và dung môi. Các thành phần

Máy nghiền 3

Cho toàn bộ lƣợng

Đo độ nhớt,

varnish, pigment,

độ dính, kích

Đóng

đƣợc trộn thành hệ phân tán đồng đều, ổn định theo qui trình:

trục: nghiền 4

lần, 15 phút/lần,

dung môi (một phần)

thƣớc hạt

hộp

mỗi lần đều tăng

đƣợc trộn sơ bộ trên

mức áp lực

máy khuấy hành tinh

Hình 3.2: Qui trình phân tán pigment

Các thông số khảo sát, tối ƣu hóa bao gồm: hàm lƣợng varnish, hàm lƣợng

pigment và mức tăng áp lực nghiền sau mỗi lần nghiền.

Các thông số cố định:

- Thời gian mỗi lần nghiền: 15 phút/lần

- Số lần nghiền: 4 - Nhiệt độ trong phòng: 250C

- Độ ẩm: 60%

Quá trình khảo sát đƣợc thực hiện theo mô hình thống kê bậc một hai mức tối ƣu

nhƣ trình bày ở phần trên với 3 bƣớc:

Bƣớc 1: Khảo sát sơ bộ để xác định giá trị cận biên của các yếu tố khảo sát

Trên cơ sở khảo sát sơ bộ các loại mực đang sử dụng tại Nhà máy, giá trị độ nhớt

dao động trong khoảng 42–72(Pa.s). Độ dính:giá trị độ dính từ 150 – 210 (T.U). Đây

là các loại mực đã đƣợc sử dụng từ lâu có các đặc tính ổn định nên tôi đã chọn các giá

trị độ nhớt và độ dính để pha chế mực offset có các thông số phù hợp nêu trên.

Bƣớc 2: Thực hiện thí nghiệm theo mô hình thực nghiệm.

- Hàm mục tiêu là kích thƣớc hạt pigment phân tán

- Biến khảo sát là: hàm lƣợng varnish, hàm lƣợng pigment và mức tăng áp lực nghiền

sau mỗi lần nghiền

- Trong mỗi thí nghiệm, mẫu mực có tỷ lệ thành phần xác định, đƣợc nghiền qua

máy nghiền theo quy trình tạo mẫu (mục 3.2.3). Kết thúc quá trình nghiền, mẫu mực

đƣợc đo kích thƣớc hạt.

- Từ phƣơng trình hồi qui, dựng đồ thị Matlap mô tả mối liên hệ giữa các thông số,

ảnh hƣởng đến kích thƣớc hạt phân tán và xác định các giá trị thông số cho phép tạo

ra kích thƣớc hạt nhỏ nhất.

Bƣớc 3: Kiểm tra đánh giá kết quả thực nghiệm thu đƣợc bằng cách tạo mẫu mực

theo đúng các thông số công nghệ và điều kiện chế tạo đƣợc xác lập. Đo các thông số

kích thƣớc hạt, độ nhớt, độ dính và kiểm tra độ bền phân tán của hệ.

3.2.3. Tạo mẫu mực

 Quy trình tạo mẫu mực:

Cân chính xác lƣợng pigment đỏ(g); varnish(g); dung môi(g) theo một bảng công

thức cho sẵn. Khi cân pigment sử dụng máy hút bụi để tránh hít phải bụi pigment.

Toàn bộ lƣợng varnish, pigment, dung môi (một phần) đƣợc trộn sơ bộ trên máy

khuấy hành tinh ở mức độ 4 ( 29 r/min) trong khoảng 10 phút.

Bật máy nghiền 3 trục, bật hệ thống nƣớc làm mát. Điều chỉnh áp lực hai đầu của

máy nghiền 3 trục. Cho toàn bộ hỗn hợp trộn sơ bộ trên máy khuấy hành tinh lên máy

nghiền 3 trục. Bắt đầu nghiền lần 1, cho thêm một ít dung môi. Dùng dao xúc mực

vét mực lại lô cung cấp (1), đảo kĩ lƣợng dung môi vừa cho, sau đó cho mực ra máng

mực. Sau khi nghiền xong lần 1 thì vét má đồng, vét những pigment, varnish còn sót

lại của lần 1 nghiền lại với một ít mực. Tiếp tục vét mực của lần 2 lại lô cung cấp (1),

tăng áp lực sau mỗi lần nghiền, thêm dung môi và làm nhƣ thế đến lần nghiền 4. Sau

khi nghiền lần 4 xong thì nới áp lực, cho nốt lƣợng dung môi vào để hoàn thiện mực.

Mực sau khi hoàn thiện cho vào hộp, bọc lớp nilon, đậy nắp kín.

Nguyên liệu mực khi đi qua khe hở của hai trục đƣợc ép thành màng mỏng, có

tác dụng mài nghiền. Do tốc độ quay của các trục khác nhau, hỗn hợp mực bám trên

trục giữa quay nhanh hơn đƣợc chuyển đến trục ép chuyển động nhanh hơn, nhƣ vậy

qua hai lần mài nghiền hỗn hợp mực tinh hơn. Trục ép có lắp một dao nạo để quét

mực xuống khay đựng. Tốc độ quay của trục ép vào khoảng 120-300 vòng/phút, tốc

độ nhanh hiệu quả mài nghiền cao.

 Cấu tạo máy nghiền 3 trục

Máy nghiền sử dụng trong công trình này là Máy Buhler do Đức sản xuất năm

1982. Máy nghiền 3 trục là máy có cấu tạo 3 trục quay. Trục giữa cố định, hai trục

trƣớc và sau có thể điều chỉnh khoảng cách giữa hai trục trƣớc, sau với trục giữa. Tỉ

số tốc độ quay của chúng là 1:3:9. Phƣơng quay của ba trục ngƣợc nhau (xem hình

3.3).

Hình 3.3: Cấu tạo máy nghiền 3 trục

3.2.4. Phƣơng pháp và dụng cụ đo

a) Dụng cụ đo độ nhớt:

+ Sử dụng máy THERMOSCIENTIFIC: HaakeRotoVisco 1 để đo độ nhớt của mực

vừa pha chế.

+ Thiết bị tự động: Chế độ chuẩn, chế độ đo thiết lập sẵn (phụ thuộc tốc độ trƣợt, nhiệt độ 300C), bộ điều nhiệt.

Hình 3.4: Máy đo độ nhớt THERMOSCIENTIFIC: HaakeRotoVisco 1

b) Dụng cụ đo độ dính:

+ Sử dụng máy TACK O SCOPE: IGT testing systemsđể đo độ dính của mực vừa

pha chế. Máy gồmhệ thống lô đo, lô phân phối, lô cấp mực. + Độ dính phụ thuộc vào phƣơng pháp đo: nhiệt độ 250C; vận tốc quay 100

vòng/phút; máy đo). Thiết bị đƣợc lập trình sẵn.

Đơn vị độ dính là Tack.unit (T.U)

Hình 3.5: Máy đo độ dính TACK O SCOPE

c) Dụng cụ đo kích thƣớc hạt: của Nhật Bản

Thƣớc đo độ mịn hay kích thƣớc hạt dùng để đo chất lƣợng vật liệu pigment

trong mực in - rất cần thiết cho sự phân tán tối ƣu. Bộ thƣớc đo kích thƣớc hạt đƣợc

chế tạo từ thép không gỉ, cứng, có độ bền lâu dài và độ chính xác cao.

Thƣớc đo độ mịn gồm 2 kênh với các thƣớc đo khác nhau khoảng cách trên thƣớc

từ 0 - 25 µm.

Cách đo:

Phƣơng pháp thực hiện phép đo độ mịn khi dùng thƣớc đo độ mịn là đặt một

lƣợng mẫu mực nhỏ vừa đủ vào đầu thƣớc và kéo nó bằng thanh gạt cầm tay vuông

góc với thƣớc đo về phía cuối thƣớc. Các vị trí trên thang đo mà các hạt pigment có

kích thƣớc to, nhỏ sẽ xuất hiện trên thƣớc giúp ta đánh giá đƣợc kích thƣớc hạt

pigment sau mỗi lần nghiền.

Dựa vào tài liệu tham khảo [9]

Hình 3.6: Thước đo kích thước hạt

Thông số kỹ thuật của thƣớc đo kích thƣớc hạt:

W12mm, L130mm, 2lines Kích thƣớc rãnh

0 ~ 25μm Chiều sâu rãnh

Scraper · · · 1pc Phụ kiện

W63xD180xH15mm -1.5kg Kích thƣớc / Trọng lƣợng

CHƢƠNG 4

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

4.1. Khoảng giá trị khảo sát của các thông số

Nhƣ đã phân tích trong chƣơng 3, để xác định giá trị cận biên của các thông số

khảo sát, quá trình đánh giá sơ bộ sự thay đổi hàm lƣợng pigment, varnish và mức

tăng áp lực nghiền ảnh hƣởng đến độ nhớt và độ dính của mực đã đƣợc thực hiện.Yêu

cầu đặt ra là các thông số phải nằm trong khoảng giá trị đảm bảo cho độ nhớt và độ

dính phù hợp với công nghệ in offset tờ rời nói chung và hệ thống in offset tại Nhà

máy nói riêng. Do đó, trƣớc tiên, chúng tôi đã kiểm tra các loại mực đang đƣợc sử

dụng tại Nhà máy. Kết quả đƣợc báo cáo trong bảng 4.1

Bảng 4.1: Số liệu tham khảo độ nhớt, độ dính của một số loại mực in offset đang

sử dụng tại Nhà máy

Màu mực tại nhà máy

Độ dính ( TU) Tốc độ: 100 m/s; T0: 250C

Độ nhớt ( Pa.s) T0: 300C

Mực Đỏ nhạt

200

Mực Đỏ cờ

160

Mực Đỏ đậm

185

Mực Đỏ ánh tím

166

Mực Đỏ ánh vàng

170

Màu mực tại nhà máy

Độ dính ( TU) Tốc độ: 100 m/s; T0: 250C

Độ nhớt ( Pa.s) T0: 300C

Mực Đỏ nhạt

200

Mực Đỏ cờ

160

Mực Đỏ đậm

185

Mực Đỏ ánh tím

166

Mực Đỏ ánh vàng

170

Có thể thấy rằng với các loại mực đang sử dụng tại Nhà máy, độ nhớt dao động

trong khoảng 42-72(Pa.s) và độ dính từ 150 - 210(T.U).

4.1.1.Khảo sát tỷ lệ varnish

Sản xuất 500g mực màu đỏ (khối lƣợng pigment giữ nguyên 100g, thay đổi tỷ lệ

varnish từ 300 - 370g tƣơng ứng 60 - 74%, lƣợng dung môi thêm vào cho đủ 500g

mực). Số lần nghiền: 4 lần, thời gian nghiền: 15 phút/lần.

Bảng 4.2: Ảnh hưởng của hàm lượng varnish đến độ nhớt, dộ dính của mực

Khối

Khối lƣợng

lƣợng

Tỷ lệ

Độ nhớt

Độ dính

dung môi

pigment

varnish

(Pa.s)

(TU)

(g)

100

370

74%

230

100

360

72%

218

100

350

70%

210

100

340

68%

192

100

330

66%

179

100

320

64%

169

100

310

62%

150

100

300

100

60%

145

Theo bảng 4.2, để có đƣợc độ nhớt và độ dính theo yêu cầu, tỷ lệ varnish phù hợp

là từ 62-70% khối lƣợng mực.

4.1.2.Khảo sát tỷ lệ pigment

Sản xuất 500 g mực màu đỏ (giữ nguyên khối lƣợng varnish 350g, thay đổi lƣợng

pigment từ 70-137g tƣơng ứng 15-27%, lƣợng dung môi thêm vào cho đủ 500g mực).

Số lần nghiền: 4 lần, thời gian nghiền: 15 phút/lần.

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của hàm lượng pigment đến độ nhớt, dộ dính của mực

Khối lƣợng

Tỷ lệ

Độ nhớt

Độ dính

dung môi

pigment (g)

varnish (g)

pigment

(Pa.S)

(TU)

(g)

350

14%

139

350

15%

150

350

16%

179

350

100

20%

190

350

119

24%

199

350

123

25%

212

350

137

27%

240

Nhƣ vậy, đề có đƣợc độ nhớt và độ dính theo yêu cầu tỷ lệ pigment chiếm từ 15-

25% khối lƣợng mực. Tỷ lệ này là phù hợp với thực tế sản xuất mực nếu xét theo yếu

tố cƣờng độ màu,và giá cả. Hầu hết các loại mực hiện nay đều có hàm lƣợng pigment

trong khoảng 15 –25%.

4.1.3. Khảo sát mức thay đổi áp lực nghiền

Áp lực nghiền thay đổi sau nghiền lần 1 đến 4, mỗi lần tăng 1 chút giúp kích

thƣớc hạt pigment nhỏ dần đến khi đạt kích thƣớc yêu cầu. Không giữ mức áp lực cố

định vì còn phải phụ thuộc loại pigment có độ cứng khác nhau cần sản xuất.

4.1.3.1. Thay đổi áp lực 6 bar- mỗi lần nghiền tăng thêm 6 bar. Mức nghiền đầu tiên

từ 90/80 bar, sau mỗi lần nghiền tăng thêm 6 bar

Bảng 4.4: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 6 bar

STT

Hiện tƣợng

Nghiền lần

Áp lực nghiền (bar)

Kích thƣớc hạt µm

Độ nhớt (Pa.s)

Độ dính (TU)

90/80

>25

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô rất nhiều

96/86

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô

102/92

Hạt pigment trộn đều trong nhựa và dung môi

108/98

220

4.1.3.2. Thay đổi áp lực 10 bar- mỗi lần nghiền tăng thêm 10 bar. Mức nghiền đầu

tiên từ 90/80 bar, sau mỗi lần nghiền tăng thêm 10 bar

Bảng 4.5: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 10 bar

Hiện tƣợng

STT

Nghiền lần

Áp lực nghiền (bar)

Kích thƣớc hạt µm

Độ nhớt (Pa.s)

Độ dính (TU)

90/80

>25

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô rất nhiều

100/90

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô

110/100

Hạt pigment trộn đều trong nhựa và dung môi

120/110

200

4.1.3.3.Thay đổi áp lực 15 bar - mỗi lần nghiền tăng thêm 15 bar. Mức nghiền đầu

tiên từ 90/80 bar, sau mỗi lần nghiền tăng thêm 15 bar

Bảng 4.6: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 15 bar

STT

Hiện tƣợng

Nghiền lần

Áp lực nghiền (bar)

Kích thƣớc hạt µm

Độ nhớt (Pa.s)

Độ dính (TU)

90/80

>25

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô rất nhiều

105/95

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô

120/110

Hạt pigment trộn đều trong nhựa và dung môi

nt 135/125 4 60 195 4 4

4.1.3.4. Thay đổi áp lực 20 bar- mỗi lần nghiền tăng thêm 20 bar. Mức nghiền đầu

tiên từ 90/80 bar, sau mỗi lần nghiền tăng thêm 20 bar

Bảng 4.7: Khảo sát áp lực nghiền - Thay đổi áp lực 20 bar

STT

Hiện tƣợng

Nghiền lần

Áp lực nghiền (bar)

Kích thƣớc hạt µm

Độ nhớt (Pa.s)

Độ dính (TU)

90/80

>25

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô rất nhiều.

110/100

Hạt pigment không tan hết, nhựa và dung môi còn trên lô

130/120

Hạt pigment trộn đều trong nhựa và dung môi

187

150/140

4.1.3.5.Thay đổi áp lực 25 bar- mỗi lần nghiền tăng thêm 25 bar. Mức nghiền đầu

tiên từ 90/80 bar, sau mỗi lần nghiền tăng thêm 25 bar

Bảng 4.8: Khảo sát áp lực nghiền -Thay đổi áp lực 25 bar

STT

Hiện tƣợng

Nghiền lần

Áp lực nghiền (bar)

Kích thƣớc hạt µm

Độ nhớt (Pa.s)

Độ dính (TU)

90/80

>25

Hạt pigment không tan, nhựa và dung môi còn trên lô rất nhiều.

115/105

Hạt pigment không tan hết, nhựa và dung môi còn trên lô.

140/130

Hạt pigment trộn đều trong nhựa và dung môi.

165/155

170

Lô máy nghiền bị nóng,máy kêu to,dễ hỏng bề mặt lô

Từ kết quả khảo sát mức tăng áp lực, có thể thấy rằng áp lực có ảnh hƣởng đến độ

nhớt nhƣng không làm thay đổi đáng kể độ dính (trừ trƣờng hợp mức thay đổi 25 bar,

khiến áp lực tối đa ở lần nghiền thứ tƣ đạt trên 150 bar). Từ mức 6 bar đến 20 bar, độ

nhớt và độ dính của mực thỏa mãn yêu cầu và đây chính là khoảng giới hạn của áp

lƣc nghiền đƣợc lựa chọn trong nghiên cứu này.

4.2 . Kết quả tối ƣu hóa các thông số công nghệ

Ta thực hiện mô tả thống kê trong hóa học nhằm xác định các hàm toán mô tả hệ.

Hệ ở đây bao gồm các yếu tố tham gia vào trong quá trình phân tán pigment trong tỷ

lệ dung môi/varnish

Tỷ lệ varnish

Tỷ lệ pigment

Hệ

Mức tăng áp lực sau mỗi lần nghiền

Hình 4.1: Cấu trúc của hệ

Trong đó: Z1: là hàm thực hiện của tỷ lệ varnish

Z2: là hàm thực hiện của tỷ lệ pigment

Z3: là hàm thực hiện của mức tăng áp lực sau mỗi lần nghiền

Bảng 4.9: Các giá trị z1-z3 min và max

Z1: tỷ lệ varnish z1 max 70 z1 min 62 z 1 tb 66

Z2: tỷ lệ pigment z2 max 25 z2 min 15 z 2 tb 20

z3 max Z3: mức tăng áp lực z3 min z 3 tb

20 6 13 sau mỗi lần nghiền

4.2.1. Thí nghiệm trung tâm: aTB , bTB , cTB ( Lần 1)

Bảng 4.10: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 1

Thí nghiệm trung tâm: aTB , bTB , cTB ( Lần 2)

Bảng 4.11: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 2

Thí nghiệm trung tâm: aTB , bTB , cTB ( Lần 3)

Bảng 4.12: Thông số thí nghiệm trung tâm lần 3

Bảng 4.13: Thông số 8 thí nghiệm

Từ hệ tọa độ động Z1, Z2, Z3, ta chuyển sang hệ tọa độ mới không thứ nguyên: x1,

x2, x3 theo công thức:

0)/ΔZi ;

= Xi = (Zi – Zi

Theo bảng 4.9 ta tính đƣợc:

ΔZ1 = (Z1max – Z1min)/2 = (70 – 62)/2= 4

ΔZ2 = (Z2max – Z2min)/2= (25 – 15)/2 = 5

ΔZ3 = (Z3max – Z3min)/2= (20 – 6)/2 = 7

X1 = = (Z1 – 66)/4

X2 = = (Z2 - 20)/5

X3 = = (Z3 - 13)/7

Trong đó : -x1 : là biến mã hóa tỷ lệvarnish

-x2 : là biến mã hóa tỷ lệ pigment

-x3: là biến mã hóa mức tăng áp lực sau mỗi lần nghiền

- y: là hàm toán mô tả hàm mục tiêu – kích thƣớc hạt pigment sau

nghiền đạt giá trị tối thiểu.

Bảng 4.14: Ma trận thí nghiệm

Giá trị các yếu tố trong

Giá trị các yếu tố trong quy mô

Lƣợng

hệ tọa độ không thứ

tự nhiên

ra

nguyên

Số thứ tự

y

x2

x3

Z1

Z2

x1

Z3

thí nghiệm

- 1

Bảng 4.15: Ma trận thí nghiệm

y

Số thứ tự

x3

x0

x2

x1

Bảng 4.16: Ma trận thí nghiệm

y N0 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 x0 x1 x2 x3

1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 3

2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 9

3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 7

4 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 10

5 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 2

6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 6

7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 6

8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 5

Hàm toán mô tả hệ sẽ là hàm hồi quy thực nghiệm nhƣ sau:

= b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2x3 (3.8)

Ta tính các hệ số b0, b1, b2, b3 … của phƣơng trình hồi quy (3.8):

b0 = (x0y1+x0y2+x0y3+…+x0y8)

( 1.3 + 1.9 + 1.7 + 1.10 + 1.2 + 1.6 + 1.6 + 1.5 ) = 6 =

b1 = (x1y1 + x2y2 + x3y3 + x4y4+ x5y5 + x6y6 + x7y7 + x8y8)

= ( - 3+ 9 – 7 + 10 – 2 + 6 – 6 + 5 ) = 1,5

Tính tƣơng tự, ta có:

(- 3 – 9 + 7 + 10 – 2 – 6 + 6 + 5 ) = 1

b2=

( - 3 – 9 – 7 – 10 + 2 + 6 + 6 + 5 ) = - 1,25

b3=

( 3 – 9 – 7 + 10 + 2 – 6 – 6 + 5 ) = - 1 b12=

( 3 – 9 + 7 – 10 – 2 + 6 – 6 + 5 ) = - 0,75

b13 =

( 3 + 9 – 7 – 10 – 2 – 6 + 6 + 5 ) = - 0,25

b23=

( - 3 + 9 + 7 – 10 + 2 – 6 – 6 + 5 ) = - 0,25

b123 =

Tiến hành 3 thực nghiệm ở tâm của kế hoạch thực nghiệm:

0 = (i=

0= 13

) ) x1 = 0; x2 = 0; x3 = 0; nghĩa là (các tâm kế hoạch: Zi

0 = (Z1min + Z1max)/2 = 66; tƣơng tự tính đƣợc: Z2

0=20; Z3

Ta có: Zi

Vậy có các giá trị sau:

y y y

5 5 6

Ta có: = 16/3 = 5,333

Kiểm tra tính tƣơng hợp của các hệ số bi theo công thức: tbi ≥ tp,f2 = { (5 – 5,333)2 + (5 - 5,333)2 + (6 – 5,333)2 } / (3 -1) = 0,333

= = 0,204 Sbj =

với f2 = m - 1 = 3 – 1 = 2 và mức có nghĩa p = 0.05 thì ta có:

t0.05;2 = 4,303 t0.05;2Sbj = 4,303 x 0,204 = 0,878

Các chỉ số bj có nghĩa khi : t0.05;2Sbj

Vậy b0 = 6; b1 = 1,5; b2 = 1; b3 = -1,25; b12 = - 1

Nhƣ vậy các hệ số có nghĩa là: b0, b1, b2, b3, b12. Thay kết quả vào:

(3.9) = 6 + 1,5 x1 + x2 – 1,25 x3 - x1x2

Kiểm tra tính tƣơng hợp của mô hình và cải tiến mô hình

Ta có f1 = 8 – 5 = 3. Tra bảng ta có F 0,05;3,2 = 19,2

Các giá trị theo phƣơng trình hồi quy đã tìm là:

 = 6 + 1,5(- 1) +1 ( -1) – 1,25(-1) – 1.1 = 3,75

 = 6 + 1,5.1 + 1 ( -1) – 1,25(-1) - 1( -1) = 8,75

 = 6 + 1,5 (- 1) + 1 .1 – 1,25(-1) - 1( -1) = 7,75

 = 6 + 1,5.1 + 1.1 –1,25 (-1) – 1.1 = 8,75

 = 6 + 1,5 (- 1) + 1( -1) – 1,25.1 – 1.1 = 1,25

 = 6 + 1,5.1 + 1( -1) – 1,25.1 – 1( -1) = 6,25

 = 6 + 1,5 (- 1) + 1.1 – 1,25.1 – 1( -1) = 5,25

 = 6 + 1,5.1 + 1.1 – 1,25.1 – 1.1 = 6,25

Ta có: S =

= [(3,75 - 3)2 + (8,75 - 9)2 + (7,75 - 7)2 + (8,75 - 10)2 + (1,25 - 2)2+ (6,25 - 6)2 +(5,25- 6)2 +(6,25 - 5)2] / (8 - 5) = 5,5/3 = 1,833

F = S /S = 1,833 / 0,333 = 5,505

Nhƣ vậy: F = 5,505< F0.05,3,2 = 19,2 nên mô hình thực nghiệm nhƣ trên là tƣơng

hợp.

4.2.2. Tối ƣu hóa mô hình

Từ phƣơng trình toán học mô tả thống kê xây dựng đƣợc (3.9) biểu diễn quan hệ

của kích thƣớc hạt với các biến mã hóa.

Để khảo sát ảnh hƣởng của các biến thực ta phải chuyển đổi các biến mã hóa xi

thành các biến thực zi theo công thức:

X1 = = (Z1 – 66)/4

X2 = = (Z2 - 20)/5

X3 = = (Z3 - 13)/7

Ta có : = 6 + 1,5 x1 + x2 – 1,25 x3 - x1x2

= 6 + 1,5 + 1 - 1,25 - x

= 1,38 Z1 + 3,5Z2 – 0,18 Z3 – 0,05 Z1Z2 – 86,43

Vậy (3.10) =1,38 Z1 + 3,5 Z2 – 0,18 Z3 – 0,05 Z1Z2– 86,43

4.3. Phần xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlap

Để tối ƣu hóa ta tiến hành tìm giá trị nhỏ nhất của y theo các giá trị z1, z2, z3,

thông qua sử dụng chƣơng trình MatLap.

% Tinh cuc tieu

function y = f5(z1,z2,z3)

% Mo ta ham can tim cuc tieu

y = y = 1.38*z1 + 3.5*z2 –0.18*z3 - 0.05*z1*z2 –86.43;

z10 = 62; z11 = 70; n1 = 30; dz1= (z11-z10)/n1;

z20 = 15; z21 = 25; n2 = 30; dz2= (z21-z20)/n2;

z30 = 6; z31 = 20; n3 = 30; dz3= (z31-z30)/n3;

m = f5(z10,z20,z30);

for n1 = 1:30

for n2 = 1:30

for n3 = 1:30

if f5(z10+n1*dz1,z20+n2*dz2,z30+n3*dz3)<= m

m =f5(z10+n1*dz1,z20+n2*dz2,z30+n3*dz3);

end

for n1 = 1:10

for n2 = 1:20

for n3 = 1:30

if f5(z10+n1*dz1,z20+n2*dz2,z30+n3*dz3) == m

z1m = z10+n1*dz1; z2m = z20+n2*dz2;

z3m = z30+n3*dz3;

end

fprintf(' Gia tri cuc tieu cua ham so la ymin = %f\n',m)

fprintf(' Vi tri dat cuc tieu la z1m = %f\n',z1m)

fprintf(' z2m = %f\n',z2m)

fprintf(' z3m = %f\n',z3m)

Gia tri cuc tieu cua ham so la y = 1.97

Vi tri dat cuc tieu la z1 = 62.40

z2 = 15.50

z3 = 20.0

Bằng cách dựng đồ thị biểu diễn quan hệ giữa từng cặp thông số (giữ nguyên

thông số còn lại), chúng ta có thể mô tả đƣợc tác động giữa các thông số.

4.4. Đánh giá kết quả

Nhìn vào phƣơng trình (3.10) ta thấy đƣợc hàm lƣợng pigment có ảnh hƣởng lớn

nhất đến kích thƣớc hạt pigment phân tán. Trong khoảng giá trị các yếu tố khảo sát,

kích thƣớc hạt tăng lên cùng với việc tăng nồng độ pigment. Kết quả này có thể đƣợc

giải thích bởi mức độ tập hợp của pigment. Khi nồng độ pigment cao, mức độ tập hợp

cao dẫn tới việc cần có năng lƣợng cơ học (nghiền) và lƣợng varnish đủ lớn để phân

tách các hạt. Do đó, nồng độ pigment càng cao thì kích thƣớc hạt càng lớn. Một số

công trình nghiên cứu khác [6, 8] cũng đƣa ra kết quả tƣơng tự. Tuy nhiên ảnh hƣởng

của pigment cần phải đƣợc xem xét trong mối tƣơng quan với nồng độ varnish và dung

môi. Sự tác động lẫn nhau của các yếu tố này thể hiện qua số hạng thứ tƣ trong phƣơng

trình (3.10) và đồ thị biểu diễn quan hệ của chúng trong hình 4.2. Độ cong của mặt

phẳng 4.2 khẳng định tƣơng tác giữa nồng độ pigment và varnish. Do vậy, để có thể tạo

ra hệ phân tán pigment theo yêu cầu, cần phải xem xét lựa chọn tỷ lệ pigment/varnish

cho phù hợp.

Khác với 2 yếu tố trên, mức độ tăng áp lực sau mỗi lần nghiền dƣờng nhƣ ảnh

hƣởng độc lập tới mục tiêu kích thƣớc hạt phân tán. Mức tăng càng nhiều, pigment

phân tán càng tốt. Tuy nhiên giới hạn áp lực phụ thuộc vào thiết bị và số lần nghiền.

Hình 4.2: Quan hệ giữa nồng độ pigment và nồng độ varnish (tại giá trị mức

tăng áp lực nghiền 20 bar)

Hình 4.3: Đồ thị thể hiện điều kiện tối ưu

Kết quả xử lý số liệu bằng phần mềm Matlap tìm thấy giá trị nhỏ nhất của hàm

mục tiêu kích thƣớc hạt là khoảng 2µm khi hàm lƣợng varnish đạt giá trị 62,4%, hàm

lƣợng pigment là 15,5% và mức tăng áp lực sau mỗi lần nghiền đạt 20 bar.

Nhƣ vậy điều kiện tối ƣu hoàn toàn nằm trong vùng khảo sát. Xét theo yêu cầu

công nghệ in offset cũng nhƣ mục tiêu nghiên cứu thì kết quả thu đƣợc là rất tốt. Tuy

nhiên, nếu so với giá trị kích thƣớc ban đầu của pigment khi đƣợc sản xuất (0.5 µm)

thì kích thƣớc khoảng 2 µm đạt đƣợc là khá lớn. Do đó, với những hệ mực đòi hỏi

kích thƣớc siêu nhỏ thì những nghiên cứu ở đây cần phải tiếp tục phát triển mở rộng

cho các loại varnish khác nhau.

4.4.1. Chế tạo mẫu mực theo kết quả tối ƣu

Bảng 4.17: Công thức mực với các giá trị tối ưu

4.4.2. Đánh giá các thông số đặc trƣng

Trên kết quả pha mực tối ƣu, tiến hành đo các đặc tính của mực:

- Độ dính mực tối ƣu: 150 (TU)

- Độ nhớt mực tối ƣu: 40 (Pa.s)

- Kích thƣớc hạt: 2µm

- Độ bền phân tán của mực

Khi sản xuất xong, mực đƣợc cho vào hộp, dán lớp nilon lên trên bề mặt

mực để mực không bị khô bề mặt, đậy nắp kín, để trong phòng có nhiệt độ là 200C, độ ẩm 60% để bảo quản. Theo dõi một thời gian sau khi sản xuất, thấy mực

trong hộp không bị phân tách lớp, không thấy tình trạng sa lắng hạt pigment, bề

mặt mực mềm, không thay đổi màu sắc. Điều này chứng tỏ, hàm lƣợng pigment

phân tán đều trong hệ dung môi/varnish. Đo các đặc tính của mực có giá trị nhƣ

lúc sản xuất.

Nhƣ vậy, có thể khẳng định rằng hệ phân tán pigment chế tạo ở điều kiện tối ƣu

đáp ứng mục tiêu đặt ra của luận văn và hoàn toàn phù hợp để sản xuất mực in offset.

KẾT LUẬN

Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài đã đi sâu vào tìm hiểu các thông số công nghệ

quan trọng của quá trình nghiền mực có ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng của mực

in offset. Trên cơ sở xây dựng mô hình thống kê và mô hình vật lý, đề tài đã thành

công trong việc:

- Xây dựng bộ thông số công nghệ Tối ưu hóa quá trình phân tán pigment trong

chế tạo mực in offset. Cụ thể: giá trị kích thƣớc trung bình của hạt pigment đƣợc

nghiền nhỏ nhất là 2 µm khi hàm lƣợng varnish là 62,4% ; hàm lƣợng pigment là

15,5% ; mức tăng áp lực sau mỗi lần nghiền đạt 20 bar.

- Kết quả đo trên các mẫu thực nghiệm đã chỉ ra việc lựa chọn các thông số này sẽ

cho chúng ta mực thành phẩm có kích thƣớc trung bình của hạt pigment nhỏ nhất.

Ngoài ra, hạt pigment phân tán trong chất liên kết tƣơng đối đồng đều, ổn định.

- Lập phƣơng trình mô tả đƣợc quan hệ của kích thƣớc các hạt pigment trong quá

trình nghiền mực. Đây là cơ sở để triển khai ra thực tế công nghệ nghiền mực in

offset bằng máy nghiền 3 trục.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc sản xuất mực in offset phục vụ nhu

cầu của ngành in trong nƣớc, nhà máy thay thế cho việc nhập khẩu loại mực này nhƣ

hiện nay.

Do vốn kiến thức của em, điều kiện trang thiết bị thí nghiệm, đo đạc còn nhiều

hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận đƣợc nhiều ý

kiến đóng góp quý báu để đề tài nghiên cứu đƣợc hoàn thiện hơn./.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất bản Khoa học

và kỹ thuật, Hà Nội.

2. GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển, PGS.TS Phạm Văn Thiêm (2001), Kỹ thuật hệ

thống công nghệ hóa học, tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

3. Bob Thompson, Printing Materials: Science and Technology - Pira printing

guide series,1998.

4. Gravue Association of America, Gravue: Process and Technology - Gravue

EducationFoundation

5. Helmut Kipphan, Hand book of Print Media - Heidelberg,2000

6. Lokendra Pal, Paul D. Fleming III (2006), The Study of Ink Pigment Dispersion

Parameters,The Hilltop Review: Vol. 2: Iss. 1.

7. R.H.Leach, R.J.Pierce, E.P.Hickman, M.J.Mackenzie and H.G.Smith (1999), The

Printing Ink Manual, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands.

8. S. Bastani, M. Pishvaei, M. Jalili, Sh.Sorooshnia (2010), “The Effect of Pigment

Concentration and Particle Size Distribution on the Rheological Behavior of

Lithography Inks”, Journal of Color scienceand Technology

9. Website:

www.kythuatin.com

www.netzsch-grinding.com

www.hydramotion.com

Và một số tài liệu khác