Làm khô bằng tia hồng ngoại (IR – Infrared)
Sự thấm hút mực in sẽ nhanh hơn nếu độ nhớt của mực thấp. Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng. Màng mực có thể được truyền với sự tăng gia nhiệt khi tiếp xúc với vật liệu in bởi nguồn phát IR. Hiệu ứng khô bằng IR trong in Offset (hình 2) được mô tả như sau:
Làm giảm độ nhớt của dầu trong mực nhờ nguồn nhiệt trong khi thấm hút nhanh
Quá trình oxy hoá làm diễn ra nhanh chóng trong mực (phần được thấm hút)
Quá trình oxy hoá diễn ra nhanh hơn nhờ tỷ lệ nước rất nhỏ trong lớp mực .
Quá trình khô hoá học (oxy hoá) tiếp ngay sau quá trình khô vật lý cũng nhanh hơn khi nhiệt độ tăng. Những quá trình trên có thể nhận thấy ở hầu hết loại mực in offset. Sự cân đối trong dãi sóng tương ứng với bức xạ IR và các thành phần của chất dẫn có tính thấm hút trong một khoảng tần số sẽ giúp gia tăng hiệu quả của bức xạ. Hiệu quả của nguồn bức xạ IR đạt được tối đa nếu năng lượng của nguồn bức xạ là lớn nhất và sự thấm hút của mực in lớn nhất (hay varnish) khi cả hai yếu tố diễn ra đồng thời.
Dãy quang phổ bức xạ điện từ dùng trong việc làm khô mực
Dãi bước sóng trong quang phổ IR với khoảng bức xạ điện từ được thể hiện trong hình 8.5, bức xạ hồng ngoại được dùng theo từng mức độ của các bước sóng:
Dãi các bước sóng ngắn (từ 0.8-2µm tương ứng với đèn dùng phát dây tóc hình xoán ốc có nhiệt độ từ 2700 - 15000C) nguồn bức xạ dùng cho loại mực thấm hút chủ yếu trên giấy.
Dãi các bước sóng trung bình (2-4µm tương ứng với nhiệt độ từ 1500 - 7500 C) không khí được gia nhiệt tác động chủ yếu lên lớp mực.
Kinh nghiệm cho thấy sự thấm hút của mực tốt nhất khi dùng nguồn bức xạ IR ở dãi sóng ngắn hoặc trung bình. Hơn nữa, nguồn bức xạ sóng ngắn có năng suất và hiệu quả cao hơn. Các thiết bị làm khô NIR (vùng gần tia hồng ngoại 0.8-1.2 µm) làm việc trong vùng có bước sóng thấp hơn dải sóng ngắn. Nguồn bức xạ sóng dài (4 µm -1mm) không phù hợp cho việc làm khô trong Offset.
Sự thấm hút có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cho việc làm khô mực nhanh chóng, làm khô bằng IR đạt hiệu quả tốt nhất chỉ khi có sự thấm hút trên bề mặt vật liệu được in. Biểu đồ trong hình 6 mô tả hiệu quả của bức xạ IR trên bề mặt có tính thấm hút.
Sự thấm hút mực in sẽ nhanh hơn nếu độ nhớt của mực thấp. Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng. Màng mực có thể được truyền với sự tăng gia nhiệt khi tiếp xúc với vật liệu in bởi nguồn phát IR. Hiệu ứng khô bằng IR trong in Offset (hình 2) được mô tả như sau:
Làm giảm độ nhớt của dầu trong mực nhờ nguồn nhiệt trong khi thấm hút nhanh
Quá trình oxy hoá làm diễn ra nhanh chóng trong mực (phần được thấm hút)
Quá trình oxy hoá diễn ra nhanh hơn nhờ tỷ lệ nước rất nhỏ trong lớp mực .
Quá trình khô hoá học (oxy hoá) tiếp ngay sau quá trình khô vật lý cũng nhanh hơn khi nhiệt độ tăng. Những quá trình trên có thể nhận thấy ở hầu hết loại mực in offset. Sự cân đối trong dãi sóng tương ứng với bức xạ IR và các thành phần của chất dẫn có tính thấm hút trong một khoảng tần số sẽ giúp gia tăng hiệu quả của bức xạ. Hiệu quả của nguồn bức xạ IR đạt được tối đa nếu năng lượng của nguồn bức xạ là lớn nhất và sự thấm hút của mực in lớn nhất (hay varnish) khi cả hai yếu tố diễn ra đồng thời.
Dãy quang phổ bức xạ điện từ dùng trong việc làm khô mực
Dãi bước sóng trong quang phổ IR với khoảng bức xạ điện từ được thể hiện trong hình 8.5, bức xạ hồng ngoại được dùng theo từng mức độ của các bước sóng:
Dãi các bước sóng ngắn (từ 0.8-2µm tương ứng với đèn dùng phát dây tóc hình xoán ốc có nhiệt độ từ 2700 - 15000C) nguồn bức xạ dùng cho loại mực thấm hút chủ yếu trên giấy.
Dãi các bước sóng trung bình (2-4µm tương ứng với nhiệt độ từ 1500 - 7500 C) không khí được gia nhiệt tác động chủ yếu lên lớp mực.
Kinh nghiệm cho thấy sự thấm hút của mực tốt nhất khi dùng nguồn bức xạ IR ở dãi sóng ngắn hoặc trung bình. Hơn nữa, nguồn bức xạ sóng ngắn có năng suất và hiệu quả cao hơn. Các thiết bị làm khô NIR (vùng gần tia hồng ngoại 0.8-1.2 µm) làm việc trong vùng có bước sóng thấp hơn dải sóng ngắn. Nguồn bức xạ sóng dài (4 µm -1mm) không phù hợp cho việc làm khô trong Offset.
Sự thấm hút có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cho việc làm khô mực nhanh chóng, làm khô bằng IR đạt hiệu quả tốt nhất chỉ khi có sự thấm hút trên bề mặt vật liệu được in. Biểu đồ trong hình 6 mô tả hiệu quả của bức xạ IR trên bề mặt có tính thấm hút.
Bức xạ nhiệt IR cũng gây tác động nhiệt lên tất cả các vùng trên giấy, nó làm tăng nhiệt độ trong các mao quản (hơn 4000 C) và giúp đẩy nhanh quá trình polyme hoá trong mực. Những thuận lợi và hạn chế của việc dùng nguồn bức xạ IR trong quá trình làm khô mực được trình bày như trong bảng.
Ưu điểm
Sự thấm hút mực in nhanh chóng dẫn đến những thuận lợi khi xếp giấy thành chồng.
Mực bám chắc trên vật liệu
Mực khô nhanh và khô hoàn toàn
Sự dụng bột ít hơn khi giấy di chuyển ở bộ phận dẫn giấy ra và xếp thành chồng. Tờ in có chất lượng tốt hơn và giảm bớt lượng bụi do trong máy
Công đoạn thành phẩm sẽ dễ dàng hơn do có rất ít bột bám trên bề mặt lớp mực in.
Nhược điểm
Mức đầu tư cao, chi phí làm việc tính theo giờ cũng rất cao trong các máy in có gắn hệ thống sấy IR.
Mức tiêu thụ năng lượng cao làm tăng nhiệt độ trong máy in và trong xưởng sản xuất
b) Khô nhờ quá trình bay hơi
Trong mực in gồm có nhiều thành phần như: Các loại nhựa, pigment, dung môi. Phương pháp làm khô này ở một mức độ nhất định làm bay hơi các chất trong thành phần mực. Quá trình này như sau :
Sự chuyển biến từ chất lỏng (dung môi) sang trạng thái hơi.
Sự thoát ra của dòng khí hoặc dòng khí thổi dung môi bay đi
Như là một quy tắc, hệ thống làm khô chỉ cung cấp một nguồn nhiệt chung được thổi thành một dòng khí, không cần quan tâm đến loại nhiệt năng, hiệu suất kinh tế và phải cẩn thận trong cách xử lý sản phẩm được làm khô. Quy tắc này mang tính riêng biệt khi thiết kế cho các loại máy in vì vật liệu in sẽ bị nóng lên một chút dẫn đến những khó khăn khi in như chồng màu không chính xác, tính co giãn của vật liệu và bị cong. Dung môi bay hơi khi mực in được làm khô bằng cách bay hơi. Quá trình khô được quyết định bởi nhiệt và vật liệu truyền nhiệt (cách truyền nhiệt) trong giới hạn của lớp màng trên bề mặt dung dịch (mực in) Nhiệt độ bề mặt, tốc độ không khí thổi dọc trên toàn bộ bề mặt vật liệu sẽ tốt hơn áp lực thổi cục bộ khác nhau tại từng vùng, đây là thông số chính quyết định tốc độ khô.
Việc khô nhờ sự bay hơi sẽ nhanh chóng hơn khi thêm vào đó có sự đối lưu. Bởi vậy sự nóng lên thông qua nguồn bức xạ nhiệt hoặc hỗn hợp khí nóng luôn được kết hợp với điều kiện dẫn không khí thuận lợi nhất. Hình 7 dưới đây mô tả hệ thống thổi khí đứng dùng trong in ống đồng.
Phương pháp làm khô này rất quan tâm đến khí động học. Như cách làm khô bằng luồng hơi thẳng đứng dùng cho các loại mực in có thành phần dung môi ở nhiệt độ sôi thấp, đây là các loại dung môi chủ yếu trong mực in ống đồng và Flexo. Hơi nước và các chất hữu cơ tạo ra được hấp thụ bởi than (Carbon) hoạt tính trong hệ thống có thể thu hồi dung môi.
Mực bám chắc trên vật liệu
Mực khô nhanh và khô hoàn toàn
Sự dụng bột ít hơn khi giấy di chuyển ở bộ phận dẫn giấy ra và xếp thành chồng. Tờ in có chất lượng tốt hơn và giảm bớt lượng bụi do trong máy
Công đoạn thành phẩm sẽ dễ dàng hơn do có rất ít bột bám trên bề mặt lớp mực in.
Nhược điểm
Mức đầu tư cao, chi phí làm việc tính theo giờ cũng rất cao trong các máy in có gắn hệ thống sấy IR.
Mức tiêu thụ năng lượng cao làm tăng nhiệt độ trong máy in và trong xưởng sản xuất
b) Khô nhờ quá trình bay hơi
Trong mực in gồm có nhiều thành phần như: Các loại nhựa, pigment, dung môi. Phương pháp làm khô này ở một mức độ nhất định làm bay hơi các chất trong thành phần mực. Quá trình này như sau :
Sự chuyển biến từ chất lỏng (dung môi) sang trạng thái hơi.
Sự thoát ra của dòng khí hoặc dòng khí thổi dung môi bay đi
Như là một quy tắc, hệ thống làm khô chỉ cung cấp một nguồn nhiệt chung được thổi thành một dòng khí, không cần quan tâm đến loại nhiệt năng, hiệu suất kinh tế và phải cẩn thận trong cách xử lý sản phẩm được làm khô. Quy tắc này mang tính riêng biệt khi thiết kế cho các loại máy in vì vật liệu in sẽ bị nóng lên một chút dẫn đến những khó khăn khi in như chồng màu không chính xác, tính co giãn của vật liệu và bị cong. Dung môi bay hơi khi mực in được làm khô bằng cách bay hơi. Quá trình khô được quyết định bởi nhiệt và vật liệu truyền nhiệt (cách truyền nhiệt) trong giới hạn của lớp màng trên bề mặt dung dịch (mực in) Nhiệt độ bề mặt, tốc độ không khí thổi dọc trên toàn bộ bề mặt vật liệu sẽ tốt hơn áp lực thổi cục bộ khác nhau tại từng vùng, đây là thông số chính quyết định tốc độ khô.
Việc khô nhờ sự bay hơi sẽ nhanh chóng hơn khi thêm vào đó có sự đối lưu. Bởi vậy sự nóng lên thông qua nguồn bức xạ nhiệt hoặc hỗn hợp khí nóng luôn được kết hợp với điều kiện dẫn không khí thuận lợi nhất. Hình 7 dưới đây mô tả hệ thống thổi khí đứng dùng trong in ống đồng.
Phương pháp làm khô này rất quan tâm đến khí động học. Như cách làm khô bằng luồng hơi thẳng đứng dùng cho các loại mực in có thành phần dung môi ở nhiệt độ sôi thấp, đây là các loại dung môi chủ yếu trong mực in ống đồng và Flexo. Hơi nước và các chất hữu cơ tạo ra được hấp thụ bởi than (Carbon) hoạt tính trong hệ thống có thể thu hồi dung môi.
Dẫn truyền dung môi (dẫn qua buồng thấm hút): Luồng khí thải có thành phần là dung môi được hút bằng quạt hút tại điểm bay hơi (Vd: trong máy in ống đồng, làm khô bằng các vòi khí đứng) và được vận chuyển từ dưới đi lên bởi nhiều bộ lọc hút được làm từ Cacbon (C) hoạt tính. Dung môi bị hút vào than hoạt tính. Không khí đã được làm sạch dung môi bốc lên trên ra khỏi hệ thống. Dung môi và hơi nước tiếp tục được đưa vào, sức chứa của các miếng thấm hút có thể bị quá tải. Khi đó khí thải sẽ theo các ống thu trong buồng lọc chảy xuống bộ ngưng tụ
Thu hồi dung môi : Chiết xuất lại than C hoạt tính là cách tái sinh trực tiếp bằng cách đảo ngược lại quá trình bay hơi của hơi nước (ngưng tụ lại). Than hoạt tính khi làm việc có nhiệt độ khoảng 1000C, dung môi bao gồm dung môi có điểm sôi cao – là dung môi thoát ra từ mực dưới dạng hơi. Chúng ngưng tụ lại trong nước của bình ngưng tụ và được tách ra. Dung môi thu được lúc này hoàn toàn có thể tái sử dụng
c) Sấy nhiệt (Heatset)
Khác với in ống đồng, các loại mực in dùng cho in offset cuộn trong thành phần bao gồm phần lớn là dầu vô cơ có điểm sôi cao. Các loại dầu có điểm sôi thấp không thể dùng cho mực này vì nó bị khô trên hệ thống lô mực ngay trong khi truyền mực. Mực heatset dùng cho in offset cuộn trong thành phần loại dầu vô cơ có điểm sôi cao chiếm tỷ lệ 20%-40%. Đương nhiên nó phải được pha vào một cách thích hợp cho phương pháp khô nhờ bay hơi được dùng phổ biến trong offset cuộn.
“Khô theo sự chỉ định“ - tức là dùng hệ thống sấy với một nhiệt độ phù hợp để mực phải khô theo tốc độ
chạy của máy in - chủ yếu được dùng như là một đơn vị làm khô chủ yếu trong máy in offset cuộn, Băng giấy được di chuyển tiếp xúc tự do với hơi nhiệt trong suốt quá trình làm khô mà không cần tiếp xúc với các phần tử (lô) dẫn giấy. Điều này đạt được nhờ quạt gió thổi dòng không khí nóng trực tiếp. Sự luân chuyển dòng khí nóng đã phân chia cho phép thổi khí ở cả hai mặt của băng vật liệu. Chúng rất phổ biến với các loại máy in Offset cuộn tốc độ cao, trong suốt quá trình khô, không có bất cứ sự tiếp xúc nào lên bề mặt vật liệu. Hệ thống sấy khô đang thay đổi mạnh mẽ được phân loại theo cơ cấu ứng dụng loại dòng không khí tới bề mặt của giấy. In cuộn cần có tiêu chuẩn cao đối với cách vận chuẩn giấy, thiết bị máy móc và kỹ thuật điều khiển để đạt được điều kiện khô tốt nhất, kinh tế nhất trong chu trình sản xuất. Không khí được thải trực tiếp sau khi đốt cháy, nhiệt độ phát sinh trong quá trình cháy này được dùng trở lại để gia nhiệt cho quá trình làm khô.
d) Các vấn đề trong thực tế sản xuất
Nhìn chung, Phương pháp khô vật lý bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số khác nhau.
Một vài dẫn chứng như sau :
Khác với in ống đồng, các loại mực in dùng cho in offset cuộn trong thành phần bao gồm phần lớn là dầu vô cơ có điểm sôi cao. Các loại dầu có điểm sôi thấp không thể dùng cho mực này vì nó bị khô trên hệ thống lô mực ngay trong khi truyền mực. Mực heatset dùng cho in offset cuộn trong thành phần loại dầu vô cơ có điểm sôi cao chiếm tỷ lệ 20%-40%. Đương nhiên nó phải được pha vào một cách thích hợp cho phương pháp khô nhờ bay hơi được dùng phổ biến trong offset cuộn.
“Khô theo sự chỉ định“ - tức là dùng hệ thống sấy với một nhiệt độ phù hợp để mực phải khô theo tốc độ
chạy của máy in - chủ yếu được dùng như là một đơn vị làm khô chủ yếu trong máy in offset cuộn, Băng giấy được di chuyển tiếp xúc tự do với hơi nhiệt trong suốt quá trình làm khô mà không cần tiếp xúc với các phần tử (lô) dẫn giấy. Điều này đạt được nhờ quạt gió thổi dòng không khí nóng trực tiếp. Sự luân chuyển dòng khí nóng đã phân chia cho phép thổi khí ở cả hai mặt của băng vật liệu. Chúng rất phổ biến với các loại máy in Offset cuộn tốc độ cao, trong suốt quá trình khô, không có bất cứ sự tiếp xúc nào lên bề mặt vật liệu. Hệ thống sấy khô đang thay đổi mạnh mẽ được phân loại theo cơ cấu ứng dụng loại dòng không khí tới bề mặt của giấy. In cuộn cần có tiêu chuẩn cao đối với cách vận chuẩn giấy, thiết bị máy móc và kỹ thuật điều khiển để đạt được điều kiện khô tốt nhất, kinh tế nhất trong chu trình sản xuất. Không khí được thải trực tiếp sau khi đốt cháy, nhiệt độ phát sinh trong quá trình cháy này được dùng trở lại để gia nhiệt cho quá trình làm khô.
d) Các vấn đề trong thực tế sản xuất
Nhìn chung, Phương pháp khô vật lý bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số khác nhau.
Một vài dẫn chứng như sau :
Việc làm khô trở nên khó khăn nhiều hơn nếu tốc độ thấm hút giảm, hoặc độ che phủ mực tăng lên trên vùng có hình ảnh, hoặc khi số lượng các lỗ mao quản của vật liệu tăng lên.
Sự phồng giộp giấy có thể xảy ra với giấy có mao quản cao, tráng phủ hai mặt và giấy cán láng có định lượng cao. Thể tích thấm hút hơi nước làm giảm đến mức nhỏ nhất mật độ (độ chặt) của bề mặt. Mực bám dính cao có thể là nguyên nhân khiến nhiệt độ tăng quá cao – đặc biệt là thời gian làm khô ngắn – hơi ẩm phát sinh gây ra sự không đồng nhất của giấy, hậu quả là giấy bị phồng giộp lên và làm tăng lượng giấy hư. Nhiệt độ của hệ thống làm khô và tốc độ in khi đó cần giảm xuống.
Việc làm khô phụ thuộc vào tốc độ của băng giấy khi nó đi qua thiết bị sấy. Nhiệt độ của nguồn sấy cần phải tương ứng với số lượng mao quản của giấy. Khi số lượng mao quản nhiều, nhiệt độ cũng phải cao. Để đủ cho mực khô hoàn toàn, băng giấy cần giữ trong khu vực làm khô từ 0.8-1s. Nếu tờ giấy được dẫn truyền với tốc độ 8m/s, hệ thống sấy cần có độ dài tối thiểu 8m.
Hệ thống làm khô vì thế cần một khoảng không rộng. Suốt quá trình khô giấy bị khử ẩm làm cho tờ giấy có thể trở nên dễ gãy, gợn sóng và bắt đầu co lại. Vì vậy việc thành phẩm (gấp, cấn...) sẽ trở nên khó khăn. Vì lý do này, phủ ẩm trở lại cho giấy được dùng trong các máy in Offset cuộn. Nước được phủ lên băng giấy bằng vòi phun hay bằng các lô lạnh.
Sự phồng giộp giấy có thể xảy ra với giấy có mao quản cao, tráng phủ hai mặt và giấy cán láng có định lượng cao. Thể tích thấm hút hơi nước làm giảm đến mức nhỏ nhất mật độ (độ chặt) của bề mặt. Mực bám dính cao có thể là nguyên nhân khiến nhiệt độ tăng quá cao – đặc biệt là thời gian làm khô ngắn – hơi ẩm phát sinh gây ra sự không đồng nhất của giấy, hậu quả là giấy bị phồng giộp lên và làm tăng lượng giấy hư. Nhiệt độ của hệ thống làm khô và tốc độ in khi đó cần giảm xuống.
Việc làm khô phụ thuộc vào tốc độ của băng giấy khi nó đi qua thiết bị sấy. Nhiệt độ của nguồn sấy cần phải tương ứng với số lượng mao quản của giấy. Khi số lượng mao quản nhiều, nhiệt độ cũng phải cao. Để đủ cho mực khô hoàn toàn, băng giấy cần giữ trong khu vực làm khô từ 0.8-1s. Nếu tờ giấy được dẫn truyền với tốc độ 8m/s, hệ thống sấy cần có độ dài tối thiểu 8m.
Hệ thống làm khô vì thế cần một khoảng không rộng. Suốt quá trình khô giấy bị khử ẩm làm cho tờ giấy có thể trở nên dễ gãy, gợn sóng và bắt đầu co lại. Vì vậy việc thành phẩm (gấp, cấn...) sẽ trở nên khó khăn. Vì lý do này, phủ ẩm trở lại cho giấy được dùng trong các máy in Offset cuộn. Nước được phủ lên băng giấy bằng vòi phun hay bằng các lô lạnh.
