Коротко о полимерах в полиграфии

Окончание, начало в № 4’2007

Николай Дубина info@prodtp.ru

Синтетические полимеры

Пластические массы

Копировальные слои

Синтетические полимеры

В полиграфии применяются разнообразные синтетические полимерные материалы: пластомеры (синтетические смолы и пластические массы); эластомеры (синтетический каучук и резина); краски и клеи; синтетические волокна и ткани; «свободные» пленки; фотополимеры.

Синтетические полимеры получают методами полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Эти процессы рассматриваются в курсе органической химии. Свойства синтетических полимеров зависят от их строения и молекулярной массы. Полимерные материалы с большей молекулярной массой характеризуются более высокой механической прочностью (на разрыв, изгиб, скручивание и пр.) и худшей растворимостью.

Характерной особенностью синтетических полимеров является полидисперсность — молекулы одного и того же полимера могут иметь разную величину, включая разное число структурных звеньев. Поэтому молекулярная масса полимера обозначает не истинную массу каждой молекулы, а лишь некоторое среднее ее значение.

При нагревании синтетические полимеры плавятся, а при охлаждении обычно приобретают аморфную структуру из­за очень большой вязкости расплава перед его затвердеванием. Однако синтетические полимеры могут приобретать и кристаллическую структуру. В этом состоянии у них более высокая температура плавления и они становятся значительно более прочными.

Синтетические полимеры делятся на термопластические, способные многократно переплавляться без заметного изменения свойств, и термореактивные, необратимо затвердевающие при более или менее продолжительном нагревании в результате протекания термохимических реакций.

Синтетические полимерные материалы по многим свойствам существенно превосходят черные и цветные металлы, древесину, стекло, требуют меньших капитальных затрат на организацию их производства и обходятся значительно дешевле.

Полиэтилен

Полиэтилен — полупрозрачный бесцветный очень прочный термопластичный полимер с хорошими диэлектрическими и антикоррозионными свойствами. Высокая прочность полиэтилена обусловлена его кристаллическим строением.

Полиэтилен изготавливается полимеризацией этилена при высоком или низком давлении. В первом случае полимеризация этилена происходит при давлении 2000 атмосфер и температуре 500 °C, во втором — при давлении и температуре, близким к нормальным (за счет применения специального катализатора).

Строение и свойства полиэтиленов высокого и низкого давления различны. Полиэтилен низкого давления имеет линейное строение и более высокую температуру плавления. Он прочнее полиэтилена высокого давления, для которого характерно разветвленное строение молекулы.

Полиэтиленовые пленки применяются как упаковочный материал. Низкомолекулярный полиэтилен представляет собой воскообразное вещество и используется как добавка к краскам. Сополимер этилена с винилацетатом — прекрасный материал для изготовления термопластичных переплетных клеев.

Полипропилен

Полипропилен — пластичный бесцветный прозрачный полимер, нерастворимый при комнатной температуре в органических растворителях, устойчивый к кислотам и щелочам, а также морозостойкий. Температура плавления — 160­170 °C. По прочности и стойкости к истиранию полипропилен превосходит полиэтилен.

Поливинилхлорид (винипласт)

Поливинилхлорид (—СН₂—СНСl—)_n — термопластичный твердый полимер, который начинает размягчаться при температуре 92­94 °С и плавиться при 170 °С. При введении пластификаторов, например 30­35% дибутилфталата, поливинилхлорид становится упругоэластичным и гибким. Такой материал называется пластикатом. Поливинилхлорид выпускается в виде пластин и пленок и применяется для изготовления плоских и ротационных стереотипов, дубликатов клише, книжных переплетов, а также текстовинитовых декельных покрышек.

Текстовинит полиграфический представляет собой хлопчатобумажную ткань с нанесенным на нее упругоэластичным слоем из поливинилхлорида, пигментов, наполнителей и пластификатора — дибутил­фталата. Текстовинит полиграфический вырабатывается толщиной 0,65 мм (при допуске ± 0,05 мм). Покрытие должно быть гладким, ровным, упругоэластичным, нелипким и немарким, устойчивым к действию воды, керосина, бензина, машинного масла и не должно иметь неприятного запаха.

Полистирол

Полистирол — твердый прозрачный бесцветный термопластический полимер, размягчающийся при 80 °С и плавящийся при 170 °С. В виде сополимера с акрилонитрилом применялся для отливки типографских шрифтов и пробельного материала. Сополимер, выпускаемый под маркой СНАК­15, содержит 85% стирола и 15% акрилонитрила, отличается высокой прочностью и устойчивостью к действию органических растворителей.

Полиакриламид

Полиакриламид — бесцветный прозрачный полимер, хорошо растворимый при энергичном перемешивании в воде. Полиакриламид применяется для быстрого осаждения пигментов в процессе их синтеза, улучшая их структуру и облегчая процесс изготовления полиграфических красок методом отбивки воды. Этот полимер также используется при изготовлении переплетных клеев, в производстве бумаги и как добавка в увлажняющие растворы для офсетной печати.

Поливинилацетат

Поливинилацетат — термопластичный, бесцветный, прозрачный и твердый полимер. Так же как и поливинилхлорид, он приобретает упругоэластичные свойства при введении пластификатора, например дибутилфталата. В виде хорошо пластифицированной водной дисперсии (поливинилацетатная эмульсия — ПВА) применяется в качестве переплетного клея. Спиртовой раствор поливинилацетата — высокоэластичный лак для лакирования оттисков — используется при припрессовке прозрачных пленок. Поливинил­ацетат применяется и при получении поливинилового спирта.

Структура полиэтиленовой мембраны

Винипроз

Винипроз — прозрачный, слегка желтоватый сополимер винилхлорида и метилметакрилата с добавкой стабилизатора — стеарата алюминия. Выпускается в виде прочных прозрачных пластин, которые могут быть гладкими или зернеными. Винипроз используется в качестве матричного материала при изготовлении гальваностереотипов и как материал для монтажа диапозитивов и негативов.

Поливиниловый спирт

Поливиниловый спирт (—СН₂—СНОН—)_n — полимер, хорошо растворимый в воде и в высших спиртах (в этиловом спирте нерастворим). Получается омылением поливинил­ацетата, поскольку мономер — виниловый спирт (СН₂ = СНОН) не существует в свободном состоянии. Еще в 1885 году М.Г.Кучеров пытался получить виниловый спирт присоединением воды к ацетилену, но вместо него получил уксусный альдегид.

Бесцветные клейкие водные растворы поливинилового спирта, очувствленные бихроматом аммония, применялись в качестве копировальных растворов при фотомеханическом изготовлении форм высокой и офсетной печати.

Поликарбонат

Поликарбонат — термопластичный прозрачный бесцветный полимер кристаллического строения. Синтезируется поликонденсацией дифенилолпропана (бифенола А) и хлорангидрида угольной кислоты (фосгена).

Поликарбонат имеет очень высокую температуру плавления (выше 240 °C), а по механической прочности и устойчивости к истиранию превосходит многие металлы и сплавы. Поэтому этот материал используется как заменитель металлов и сплавов при изготовлении силовых деталей в машиностроении.

Феноло-альдегидные смолы

При взаимодействии фенолов с альдегидами, в зависимости от условий реакции, образуются спирто­ или маслорастворимые смолы. Спирторастворимые феноло­альдегидные смолы могут быть термопластичными или термореактивными — в зависимости от соотношения фенола и альдегида и от выбора катализатора.

Если на одну молекулу фенола приходится по одной молекуле альдегида (при кислом катализаторе), получаются термопластичные смолы линейного строения. При этом сначала образуются фенолоспирты, а затем, при их поликонденсации, — спирторастворимая смола линейного строения. Спирторастворимую феноло­альдегидную термопластичную смолу «Идитол» применяют для изготовления спиртовых лаков. Однако такие лаки не светопрочны и заметно темнеют со временем.

Если на одну молекулу фенола приходится две и более молекул альдегида (при щелочном катализаторе), то получаются спирторастворимые термореактивные смолы. В этом случае при реакции сперва образуются двухатомные фенолоспирты (метилольные группы находятся в орто­ и пара­положениях по отношению к фенольному гидроксилу), а затем — молекулярные цепи смолы пространственного строения. Термореактивные смолы применяются для изготовления термореактивных пластических масс, например прессовочных порошков, текстолита, гетинакса, а также бакелитового лака.

Маслорастворимые феноло­альдегидные смолы используются в производстве печатных красок.

Полиамиды

Полиамиды — это чрезвычайно прочные, упругоэластичные бесцветные прозрачные полимеры, которые по своему химическому строению наиболее близки к белкам, в частности к натуральному шелку. Полиамиды применяются для изготовления синтетических волокон: анида (нейлона) и капрона (перлона), а также для прессования многих деталей в машиностроении. Температура плавления капрона около 300 °C, нейлона — 325 °C, при этом нейлон прочнее капрона.

Капрон получается полимеризацией капролактама. Использование капрона в быту общеизвестно. В полиграфии капроновое волокно применяется для сшивания книг и брошюр. Специальным капроновым полотном из моноволокна затягивают декели ротационных печатных машин для устранения отмарывания краски при двусторонней печати.

Некоторые виды спирто­ и водорастворимых полиамидов отвердевают (задубливаются) под действием ультрафиолетового излучения. Они используются при изготовлении фотополимерных печатных форм.

Спирторастворимый смешанный полиамид синтезируется из гексаметилендиамина, капролактама, себациновой и адипиновой дикарбоновых кислот. Водорастворимый сополиамид синтезируется из пиперазина, этилендигликолевой и адипиновой кислот или из пиперазина, гексаметилендиамина, этиленгликолевой и адипиновой дикарбоновых кислот. Оба эти сополиамида также применяются для изготовления фотополимерных печатных форм.

Полиуретаны

Полиуретаны — полимеры, строение которых напоминает полиамиды. В полиграфии используются при изготовлении красочных валиков.

Алкидные полимеры

Алкидные полимеры, получаемые из многоатомных спиртов и декарбоновых кислот, применяются главным образом как связующие полиграфических красок.

Особым видом алкидных полимеров является полиэтилентерефталат (терилен) — очень прочный, прозрачный, упругоэластичный, термопластичный полимер, получаемый из гликоля и терефталевой кислоты. Этот материал используется при изготовлении синтетического волокна лавсана. Лавсан, как заменитель шерсти, применяется не только для получения высокосортных тканей, но и как волокнистый полуфабрикат в производстве бумаги.

Полиэтилентерефталатные прозрачные пленки толщиной 12­20 мкм служат для изготовления подложек формных и фотоматериалов, а также для ламинирования обложек и переплетных крышек.

Фотополимеры

Фотополимеры — высокомолекулярные органические вещества, например водо­ и спирторастворимые смешанные полиамиды, сложные кислые эфиры целлюлозы (ацето­фталаты или ацетосукцинаты), молекулярные цепи которых при действии ультрафиолетового облучения сшиваются между собой специально подобранными непредельными мономерами в присутствии инициатора полимеризации — бензоина или его производных.

Фотополимерные композиции после их нанесения на подложку и высыхания становятся пригодными для негативного копирования при ультрафиолетовом облучении и последующего получения рельефа путем вымывания спиртами или щелочными водными растворами.

Полиамидные и эфироцеллюлозные фотополимерные формы высокой печати отличаются высокой разрешающей способностью и большой тиражестойкостью, доходящей до миллиона оттисков. Они почти не требуют приправки из­за высоких упругоэластических свойств.

Синтетический каучук

В настоящее время выпускается широкий ассортимент синтетического каучука общего и специального назначения. Из каучуков общего назначения получают резину для обуви, грелок, губок, игрушек и деталей машин, эксплуатируемых в обычных условиях. К таким каучукам относятся бутадиеновый, изопреновый, бутадиен­стирольный и некоторые другие виды каучука. Каучуки специального назначения обладают специальными свойствами, например стойкостью к воздействию нефтяных масел и бензина или кислот и щелочей, морозостойкостью, повышенной механической прочностью и т.п. К специальным видам каучуков относятся: хлоропреновый, нитрильный, силиконовый, фторкаучук и др.

Пластические массы

Пластические массы — материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться и затем устойчиво сохранять (после охлаждения или отвердевания при нагреве) приданную им форму. Изделия из пластических масс получают прессованием или литьем под давлением в стальных пресс­формах.

Для получения пластической массы свойства полимера, как правило, корректируют в нужном направлении. Для повышения прочности и снижения стоимости пластической массы вводится наполнитель (древесная мука, хлопковые очесы, стеклянное волокно, асбестовый порошок, двуокись кремния — аэросил и др.), для устранения хрупкости — пластификаторы, например дибутилфталат, трикрезилфосфат и др., для придания цвета — пигменты, для облегчения заполнения гнезда пресс­формы и извлечения из него изделия — смазки и т.д.

Термопластические пластмассы делают из полимеров линейного строения, не имеющих химически активных функциональных групп. Термореактивные пластические массы обязательно содержат полимеры, имеющие функциональные группы, проявляющие свою химическую активность при более или менее продолжительном нагревании, в результате протекания химической реакции поликонденсации. Изделия из термопластических масс могут многократно переплавляться, а из термореактивных – нет.

Пластические массы имеют ряд ценных свойств:

• низкую плотность (в 5­8 раз легче стали);
• достаточную механическую прочность;
• хорошие диэлектрические свойства;
• высокую химическую стойкость (в том числе антикоррозийность);
• меньшую стоимость, чем аналогичные по свойствам металлы и сплавы.

В полиграфии пластические массы нашли широкое применение для изготовления красочных валиков, книжных переплетов, стереотипов и т.п.

Копировальные слои

Копировальные слои — это светочувствительные полимерные слои, применяемые при копировании негативного или позитивного изображения на формные пластины. Широкое применение нашли поливинилспиртовые и ортохинондиазидные копировальные слои.

Поливинилспиртовые копировальные слои представляют собой 7­процентные водные растворы поливинилового спирта, очувствленные 3% бихромата аммония (рассчитывая на абсолютно сухую массу поливинилового спирта). В процессе негативного копирования под действием интенсивного облучения ксеноновыми лампами молекулярные цепи поливинилового спирта сшиваются между собой (задубливаются) атомами трехвалентного хрома и вследствие этого теряют способность растворяться в воде. После экспозиции незадубленные участки поливинил­спиртового копировального слоя вымываются водой. Получившееся изображение закрепляют путем химической и термической обработки.

Ортохинондиазиды и феноло­альдегидные смолы, растворенные в органическом растворителе, наносятся на поверхность металлических пластин при изготовлении формных материалов для офсетной и высокой печати. Позитивное копирование изображения осуществляется под действием УФ­излучения. Ультрафиолетовые лучи разрушают ортохинондиазиды, а продукты разрушения вымываются щелочным проявителем. Те участки ортохинондиазидного копировального слоя, на которые не действовали ультрафиолетовые лучи, остаются нерастворимыми в щелочном проявителе.

* * *

Конечно, перечисленными примерами применение полимерных материалов полиграфии не исчерпывается. Более того, можно утверждать, что в полиграфии в той или иной мере используются практически все существующие в настоящее время полимеры.

КомпьюАрт 5'2007