تاثیر دما و رطوبت بر رفتار کاغذ گلاسه در چاپ و صحافی

 چندین نسل از متخصصان از همان ابتدا مجبور بودند با تاثیرات زیانبار عوامل محیطی دست و پنجه نرم کنند. چندین نشریه تخصصی نیز در زمینه اندازگیری رطوبت و دما منتشر می شدند، به همین خاطر در این زمینه تجربه کافی وجود دارد. با این حال بسیاری از این تاثیرات هنوز به خوبی توضیح داده نشده و در برخی موارد علت و معلول به هیچ وجه روشن نیست. در عملیات کاغذسازی توهمات و کژفهمی ها به ویژه در رابطه با کنش متقابل بین دما و رطوبت محیط و کاغذ و چاپ وجود دارد.

امروزه به طور معمول، کاغذ مورد استفاده در چاپ افست ورقی در رطوبتی حدود 50 درصد تهیه می شود (با تلرانس 5 درصد). کاغذهای مورد استفاده در چاپ افست رول بسته به کیفیت شان رطوبتی مشابه یا اندکی کمتر از کاغذهای ورقی دارند.

این مشخصات رطوبتی در تمام مراحل تولید مورد کنترل و نظارت بی وقفه قرار می گیرد.

 

 

وضعیت موجود در صنعت چاپ و عملیات تکمیلی

به طور معمول، مسایل اندکی در چاپ و عملیات تکمیلی به شرایط دما و رطوبت مربوط می شود. در نتیجه دما و رطوبت زمانی مطرح می شوند که مشکلات چاپی مانند سایه دادن، روی هم نخوردن رنگ ها، لول شدن یا چروک شدن اتفاق بیفتد. بدیهی است مواردی از این قبیل بیشتر در فصولی با شرایط شدید آب و هوایی – تابستان های گرم، زمستان های سرد- ایجاد می شوند. در این مواقع، رسیدگی نامناسب- باز کردن پیش از موقع بسته ها، استفاده از کاغذ با دمای پایین – یا شرایط نا مطلوب در فضای چاپخانه یا عملیات تکمیلی میتواند پیامدهای دردسر سازی در قابلیت چاپ پذیری و سطح کاغذ ایجاد کند.

 

دستگاه رطوبت دهی هوا 

 

تعریف اصطلاحات

 

دما و رطوبت محیط داخلی

این عبارت برای شرایط هوای داخل فضاهایی به کار می رود که افراد و تجهیزات را به طور کامل یا تا حدی از تاثیر مستقیم دما و رطوبت بیرون، جدا می سازند. به بیان دیگر دما و رطوبت محیط اطراف، نه تنها در آسایش فرد نقش تعیین کننده دارد، بلکه در فرآیندهای تولیدی و انبار داری کالاهای حساس به دما و رطوبت نیز اثر گذار است. در این خصوص تفاوت فاحشی میان فضاهای تنظیم شده و تنظیم نشده کارگاه یا اتاقی است که شرایط دما و رطوبت محیط در آن به طور مصنوعی کنترل نمی شود و تاثیر زیادی از شرایط محیط بیرون می گیرد. در فضاهای تنظیم شده، شرایط دما و رطوبت توسط امکانات حرارتی، رطوبت ده یا جذب کننده رطوبت کنترل می شود. در فضاهای تنظیم شده که دارای گرمایش در طول زمستان، اما بدون تهویه مطبوع هستند، رطوبت نسبی هوای بیرون است. هنگامی که در طول زمستان سیستم گرمایشی فعال است رطوبت هوای داخل به حداقل می رسد و در طی تابستان به حداکثر سطوح خود می رسد. و بلاخره شرایط دما و رطوبتی هم در پیرامون نزدیک شی وجود دارد که در مورد بحث ما می تواند یک رول کاغذ یا یک دسته ورق باشد. در این مورد اغلب از عبارت شرایط دما و محیط پیرامونی استفاده می شود.

 

تاثیر شرایط دما و رطوبت محیط داخلی بر صافی سطح کاغذ

 

تاثیر رطوبت هوا

اگر کاغذ مورد استفاده در چاپ افست دچار تغییر شکل – چه در حالت لبه های موج دار و چه در حالت لبه های جمع شده- شده باشد مشکلات پر دردسری ایجاد خواهد کرد. دلیل مشکل ساز شدن این مورد، تماس کامل سیلندر فشار در محدوده چاپ است و ممکن است این تغییر شکل ها در کاغذ منجر به سایه دادن، روی هم نخوردن رنگ ها و چروک شدن می شوند.

لبه های موج دار زمانی پدید می آیند که رطوبت ورق های کاغذ در دسته، کمتر از رطوبت هوای پیرامون باشد، به بیان دیگر زمانی که کاغذ بسیار خشک در مجاورت هوای با رطوبت متوسط یا الزاماً بیشتر قرار گیرد، یا زمانی که کاغذی با رطوبت معمولی در مجاورت هوای بیشتر از اندازه مرطوب قرار گیرد. این مورد به طور عمده در طول ماه های گرم و مرطوب تابستان در انبارها و چاپخانه ها بدون امکانات تنظیم شرایط دما و رطوبت، یا زمانی که از لفاف محافظ در برابر رطوبت طی حمل و نقل و انبارش در شرایط مرطوب استفاده نشود پدید می آید. چنانچه در زمستان، کاغذ بسیار سرد یا بسته از پیش باز شده در مجاورت هوای گرم چاپخانه قرار گیرد، دمای هوای پیرامون به سرعت کاهش خواهد یافت و در نتیجه موجب افزایش ناگهانی رطوبت هوا خواهد شد.

لبه های جمع شده زمانی ایجاد می شوند که کاغذ با رطوبت معمولی در هوای بسیار خشک قرار گیرد. در این شرایط، لبه های ورق ها رطوبت را دفع می کنند که در نهایت موجب جمع شدن آنها به سمت مرکز سطح ورق ها می شود. این مورد به طور عمده در زمستان پدید می آید. نوسانات رطوبتی تا 5% (چه بیشتر و چه کمتر) موجب جمع شدن یا موج دار شدن لبه ها نخواهد شد. اما تفاوت در رطوبت نسبی از 8 تا 10 درصد سریعاً منجر به شرایط بحرانی می شود.

 

 

تاثیرات دمای محیط داخلی

دما تنها تاثیرات جزیی در رطوبت بسته های کاغذ دارد. با این وجود از آنجایی که دما یکی از عوامل تعیین کننده در رطوبت نسبی هواست به عنوان یک مورد جدی باقی می مانند. این بدان معناست که اگر تفاوت محسوسی در دمای بسته ها و دمای محیط وجود داشته باشد، کاغذ باید در لفاف محافظ در برابر رطوبت باقی بماند تا تفاوت دمایی از بین برود. زمان صرف شده برای ایجاد این تعادل بسته به میزان تفاوت دمایی و ابعاد بسته کاغذ فرق می کند. نکته حائز اهمیت این است که انواع مختلف کاغذ مشخصات متفاوتی به لحاظ رسانایی حرارتی دارند. بنابراین زمان های صرف شده برای ایجاد تعادل دمایی در انواع کاغذها متفاوت است.

 

 

رطوبت و تمایل کاغذ به خمیدگی

تمایل به خمیدگی رابطه نزدیکی با نوسانات رطوبتی دارد . خمیدگی در اثر جمع شدن یا عریض شدن فیبرهای کاغذ در جهت بیراه ایجاد می شود. زمانی که یک روی کاغذ رطوبت جذب کند، فیبرها در یک جهت عریض شده و باعث می شوند که کاغذ به سمت سطح خشک خود خمیده می شود. به محض برقرار شدن مجدد تعادل در رطوبت موجود در ساختار کاغذ، این حالت از بین می رود، مگر این که به دلیل توزیع غیر یکنواخت این فیبرها باقی بماند.

 

تاثیر رطوبت و دمای دسته کاغذ در خشک شدن مرکب

رطوبت بیش از اندازه دسته کاغذ می تواند موجب افزایش قابل ملاحظه ای در زمان خشک شدن مرکب شود. تجربه نشان داده است که رطوبت دسته کاغذ تا 60 درصد هم باعث افزایش قابل ملاحظه زمان خشک شدن نخواهد شد، اما بالاتر از 60 درصد اثر به شدت واضح خواهد بود و در برخی موارد باعث می شود زمان خشک شدن سه برابر حد معمولی طول بکشد. البته طولانی شدن زمان خشک شدن ممکن است در صورت سرد بودن بیش از اندازه دسته کاغذهای چاپ شده به طور موقت در یک اتاق سرد نگهداری شود (افت دما از 25 تا 5 درجه سانتی گراد) مرکب به 10 تا 15 ساعت بیشتر برای خشک شدن نیاز خواهد داشت.

 

رابطه میان دما و رطوبت محیط و مشکلات فنی در چاپ

میزان رطوبت، بسته به نوع کاغذ می تواند بر مشخصات کلی کاغذ اثر گذار باشد. برای مثال در مواردی قبیل مقاومت کششی، مقاومت در برابر تا شدگی و صافی سطح کاغذ. اگر چه به طور کلی، موارد ذکر شده تنها در شرایط بسیار نامطلوب منجر به مشکلات فنی می شوند. این مسئله در رابطه با دو مورد مشکل ساز دیگر یعنی الکتریسیته ساکن و تغییر ابعادی بسیار متفاوت است. هر دو مورد در قابلیت حرکت کاغد تاثیر منفی دارند که موجب عدم تطابق و دیگر مشکلات چاپی می شود.

 

data logger ابزاری برای اندازه گیری 

دما و رطوبت هوا در مدت زمان معین 

 

تغییرات ابعاد کاغذ

فیبرهای تشکیل دهنده کاغذ، بسته به رطوبت نسبی موجود، رطوبت را جذب یا دفع می کنند و در پی آن دچار افزایش یا کاهش حجم می شوند. به بیانی دیگر شکل فیبرها تغییر می کند و این تغییر در جهت بیراه کاغذ بسیار فاحش تر از جهت راه کاغذ است. انواع مختلف کاغذ می توانند به میزان 1/0 تا 3/0 درصد در جهت راه کاغذ و 3/0 تا 7/0 درصد در جهت بیراه کاغذ افزایش حجم پیدا کنند. البته دستیابی به این مقادیر در عملیات چاپ مقدور نیست، اما در آزمایش های افزایش حجم ناشی از رطوبت بر طبق استاندارد DIN/ISO 8226-1 قابل اندازه گیری هستند. این آزمایش ها نشان می دهند تغییر ده درصدی رطوبت نسبی موجب افزایش سطح کاغذ در عرض با تناسب 1/0 تا 2/0 درصد می شود. این بدان معناست که یک کاغذ با عرض 100 سانتی متر، 1 تا 2 میلیمتر پهن تر خواهد شد؛ تغییر ابعادی که به یقین منجر به مشکلات فنی مانند روی هم نخوردن رنگ ها می شود. خوشبختانه این مشکل ناشی از جذب رطوبت تا حد زیادی با ابداعات فنی برطرف شده است. راهکارهایی از قبیل دستگاه های رطوبت دهی، پلیت های افست با نیاز کمتر به رطوبت دهی، سرعت چاپ را افزایش و زمان خواب ماشین چاپ را به شدت کاهش داده اند.

 

الکتریسیته ساکن

مشکل دیگری که اغلب پیش می آید، چسبیدن کاغذها به یکدیگر است که در بسیاری موارد به دلیل الکتریسیته ساکن اتفاق می افتد. الکتریسیته ساکن به طور عمده در اثر اصطحکاک، تماس مستقیم با موارد دیگر و سرعت بالا در جداسازی کاغذها ایجاد می شود. به طور معمول هنگامی که کاغذ بسیار خشک در معرض هوای با رطوبت پایین قرار می گیرد، الکتریسیته ساکن ایجاد کی شود. پایین حد رطوبت نسبی هوای کارگاه، 40 تا 32 درصد است. چسبیدن کاغذها به هم در اثر الکتریسیته ساکن منجر به تغذیه چندتایی ورق ها به ماشین چاپ به طور همزمان می شود. الکتریسیته ساکن همچنین باعث حبس هوا بین ورق ها در خروجی دستگاه و سپس خروج سریع آن می شود که نتیجه آن پشت زدن کاغذ (set-off) است.

 

شرایط امکانات کنترل برای چاپخانه ها

 

شرایط کارگاه

امروزه دستگاه های رطوبت دهی در اغلب محیط های تولید کاغذ استفاده می شوند. بسیاری از این دستگاه ها تمام اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک هستند و به هیچ و یا میزان کمی نگهداری و تعمیر نیاز دارند. این دستگاه ها به ویژه در زمستان، که رطوبت نسبی هوا تا سطوح بسیار پایین کاهش می یابد، شرایط بهینه ای در فضاهای انبار و کارگاه ایجاد می کنند. طراحی پایه این دستگاه ها در مواردی یکسان است: تعدادی نازل افشان که هوای فشرده و باریکه ای از آب  را اسپری می کنند و به طور اتوماتیک رطوبت لازم را بر طبق مقادیر تنظیم شده تامین و حفظ می کنند.

 

نگهداری کاغذ      

چاپخانه ها می بایست این دستورالعمل ها را به ویژه در مناطقی با شرایط آب و هوایی نامساعد مدنظر قرار دهند:

مشکلات فنی در چاپ افست رول

 

 

ور آمدگی Blistering

همزمان با خشک شدن مرکب ، کاغذ هم خشک می شود. در ناحیه ای که چاپ تراکم بیشتری دارد، یعنی مرکب بیشتری روی کار نشسته باشد، اگر دمای خشک کن بیش از حد بالا باشد، منجر به ورآمدگی کاغذ می شود. افزایش ناگهانی و شدید دما موجب ایجاد بخار آب در ساختار داخلی کاغذ می شود و چون کاغذ علاوه بر پوشش کوتینگ، حاوی چاپ دورو – در برخی نواحی با لایه ضخیم تر مرکب – هم هست، این بخار جایی برای خروج ندارد. این مسئله منجر به پارگی در ساختار داخلی کاغذ و ورآمدگی در نواحی چاپ شده می شود. به لحاظ فنی، ورآمدگی کاغذ نتیجه مستقیم ضخامت لایه مرکب و دمای بالای خشک کن است. لایه های ضخیم مرکب موجب کاهش نفوذپذیری سطح کاغذ (هوا یا بخار) و دمای بالا موجب افزایش میزان – یا فشار – تشکیل بخار در ساختار داخلی می شوند. آسانترین و مناسب ترین راه جلوگیری از ورامدگی، کاهش دمای خشک کن است. این بدان معناست که سرعت چاپ هم تا حدی کاهش خواهد یافت، زیرا مرکب به زمان بیشتری برای خنک شدن در دمای پایین تر نیاز خواهد داشت.

از آنجاییکه ورآمدگی تنها در نواحی با پوشش ضخیم مرکب بر دو روی کاغذ، ایجاد می شود، کاهش ضخامت لایه مرکب – برای مثال با استفاده از سیستم UCR (تفکیک رنگ) – می تواند موثر باشد. جدای از این، مواد تشکیل دهنده کاغذ نیز می تواند موجب ورآمدگی شوند، مانند نوع و مقدار چسب و پیگمنت های کوتینگ مورد استفاده در کاغذ و در درجه بسته شدن سطح کاغذ پس از اتو شدن. البته بدیهی است که رطوبت کاغذ هم یک فاکتور بسیار مهم است. به طور معمول، کاغذهای مورد استفاده در چاپ افست رول به ویژه انواع کاغذ با خمیر شیمیایی، سطح رطوبت پایین تری نسبت به کاغذهای چاپ افست ورقی دارند.

 

شکستگی در تای کاغذ   Breaking in the fold

 شکستگی در تای کاغذ مشکلی عمومی در چاپ افست رول است، به ویژه به هنگام استفاده از کاغذهای مکانیکی. تاهای بسیار ضعیف یا پاره شده می توانند موجب توقف ماشین چاپ و غیر قابل استفاده شدن محصول شوند. دلایل اصلی شکستگی در تای کاغذ، در معرض حرارت زیاد قرارگرفتن آن در خشک کن و فشار شدید در واحد تازنی است. در اینجا تنها مورد حائز اهمیت یافتندرجه بینابین برای خشک شدن مناسب مرکب بدون از دست رفتن رطوبت کاغذ است. در مورد تازنی هم فشار اعمال شده توسط غلتک های تازنی باید با دقت زیاد با ضخامت کاغذ مورد استفاده مطابق گردد.

 

موج دار شدن Fluting

   موج دار شدن با وضوح بیشتر یا کمتر، از مشکلات عمده چاپ افست رول بر کاغذهای پوشش دار است. این موج ها به طور موازی در جهت چاپ که در مورد چاپ رول همان راه کاغذ است تشکیل می شوند. یکی از مشخصات اصلی کاغذ که در شدت موج دار شدن آن موثر است ضریب مقاومت راه و بیراه کاغذ (MD/CD) است. قرارگیری فشرده فیبر در جهت طولی موجب افزایش حساسیت کاغذ به موج دار شدن می شود. جالب است که این مشکل بیشتر در کاغذهایی با محتویات کمتر اتفاق می افتد. البته فرم چاپی هم عامل تعیین کننده است. قرارگرفتن صفحات حاوی نواحی متراکم چاپی در کنار نواحی با مقدار کم یا عاری از مرکب، فرم را نسبت به موج دار شدن بسیار حساس می کند. زمانی که این مشکل به وجود می آید هیچ تمهیدی برای اجتناب از آن در چاپ نمی توان انجام داد.

باید در نظر داشت که موج داشتن کاغذ پیش از تغذیه به ماشین افست رول، مورد بسیار متفاوتی است. یک روش برای جلوگیری از این مورد که "امواج کششی" نامیده می شود، کاهش کشش رول است. این مسئله را هیچ گاه نمی توان حذف کرد زیرا همیشه میزان معینی از کشش رول برای جلوگیری از چین خوردگی و روی هم نخوردن رنگ ها لازم است. رطوبت سنجی های کاغذ چاپ شده نشان می دهد که در عمل همه رطوبت کاغذ در خشک کن از آن خارج می  شود و در این مورد میزان تعادل 10 درصدی رطوبت عمومیت دارد.

 

افزایش سطح کاغذ Expanding

علت افزایش ابعاد فرم های چاپ شده با افست رول پس از جلدگذاری، خشک شدن سریع آنها هنگام عبور از خشک کن و جذب رطوبت پس از صحافی است. هنگام عبور کاغذ از خشک کن میزان زیادی از رطوبت آن کاهش یافته که ناگریز تا حدی موجب جمع شدن کاغذ از 3/0 تا 7/0 درصد می شود. زمانی که صفحات ترتیب، دوخت و برش می شوند، کاغذ بار دیگر شروع به تطابق با رطوبت هوای پیرامون خود کرده و افزایش سطح می یابد، این مساله موجب پهن تر شدن صفحات داخلی از ابعاد جلد می شود. بهترین روش برای مقابله یا رفع کامل این مشکل، رطوبت دهی مجدد است. دستگاه های رطوبت دهی مجدد برای رطوبت رسانی یکپارچه کل کاغذ رول پس از خروج از خشک کن به کار گرفته می شود. این مورد همچنین موجب بهبود صافی سطح کاغذ و حذف کامل خطر الکتریسیته ساکن می شود. این تجهیزات را می توان به راحتی در چاپخانه ها نصب کرد. در دستگاه های رطوبت دهی مجدد، از سنسورهای دیجیتالی غلتکی برای کنترل رطوبت و دما استفاده می شود. این تجهیزات به طور مستقیم در بالای رول کاغذ اما بدون تماس با نصب می شوند. بنابراین یک فضای محدودی با دما و رطوبت مصنوعی قابل اندازگیری و مشخص ایجاد می شود که در پی آن می توان تاثیرات بیرونی را به آسانی خنثی کرد. از طریق کیفیت کاغذ به طور دائم نظارت می شود و علاوه بر آن این سنجش ها مقادیر زیادی داده فراهم می کنند که برای بهبود پایه ای فرایندها مفید است.

 

سنجش دما و رطوبت

 

اندازه گیری دمای داخلی و رطوبت اتاق

  کاربردی بودن مقادیر موجود در دیاگرام (که نشان دهنده افزایش رطوبت نسبی با تغییرات دمایی است) به طور کامل به دقت سنجش های انجام شده بستگی دارد. منحنی در چنین دیاگرامی نشان می دهد که اندازگیری دما باید بسیار دقیق باشد. بنابراین می بایست از ترمومترهایی استفاده شود که تا حد نیم درجه و (تقریباً) یک دهم درجه را هم نشان می دهند. اندازگیری دقیق دما به نسبت آسان و ساده است، اما در مورد سنجش میزان رطوبت مطلق و رطوبت نسبی این گونه نیست. مشکل عملی در این اندازه گیری ها این است که باید مقدار بسیار کوچکی از رطوبت با دقت بسیار بالا اندازه گیری شود. برای مثال در دمای تقریبی 20 درجه سانتی گراد، افزایش میزان رطوبت تا 2 گرم بر متر مکعب باعث افزایش رطوبت نسبی 100% می شود.

 

اندازگیری میزان رطوبت کاغذ

اندازه گیری میزان رطوبت در صنایع چاپ و عملیات تکمیلی بسیار غیر متداول است. می توانید برای شناخت روش های مختلف اندازگیری به دستورالعمل FOGRA 50 مراجعه کنید.