Московский государственный университет печати

Шахкельдян Б.Н., Гудкова Т.И., Кравчина Н.А., Шумилова И.С.


         

Полиграфические материалы.Ч 2: Печатные краски

Лабораторные работы для специальностей:
1109 - "Технология полиграфического производства,
1712 - "Организация и планирование полиграфического производства",
0515 - "Полиграфические машины",
2220 - "Графика"


Шахкельдян Б.Н., Гудкова Т.И., Кравчина Н.А., Шумилова И.С.
Полиграфические материалы.Ч 2: Печатные краски
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
1.

ЗАДАНИЕ I. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВЯЗУЮЩИХ И ИХ КОМПОНЕНТОВ

1.1.

Работа 1. Определение вязкости связующих

1.2.

Работа 2. Изучение оптических свойств связующих

1.3.

Работа 3. Испытание отношения связующих к растворителям

1.4.

Работа 4. Определение температуры размягчения смолы

1.5.

Работа 5. Изучение влияния температуры размягчения смолы на твердость пленки

1.6.

Работа 6. Изучение растворимости смол

2.

ЗАДАНИЕ 2. ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВЯЗУЮЩИХ

2.1.

Работа 7. Определение кислотного числа

2.2.

Работа 8. Определение числа омыления и эфирного числа

2.3.

Работа 9. Определение йодного числа

3.

ЗАДАНИЕ 3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ КРАСКИ И ИЗУЧЕНИЕ ОБЩИХ СВОЙСТВ КРАСОК

3.1.

Работа 10. Определение маслоемкости пигмента

3.2.

Работа 11. Приготовление краски и образцов (накаток) для изучения ее оптических свойств

3.3.

Работа 12. Определение степени перетира пигмента в краске

3.4.

Работа 13. Определение плотности краски

4.

ЗАДАНИЕ 4. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КРАСКИ

4.1.

Работа 14. Изучение пленкообразования при испарении растворителя

4.2.

Работа 15. Изучение влияния сиккативов на скорость пленкообразования

4.3.

Работа 16. Изучение закрепления краски на бумаге

5.

ЗАДАНИЕ 5. ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРАСОК

5.1.

Работа 17. Изучение цветовых характеристик краски

5.2.

Работа 17. Изучение красящей силы

5.3.

Работа 18. Определение прозрачности краски

5.4.

Работа 19. Отношение краски к химическим реагентам, растворителям и воде

6.

ЗАДАНИЕ 6. ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРАСОК

6.1.

Работа 20. Изучение аномалии вязкости красок

6.2.

Работа 21. Определение предела текучести

6.3.

Работа 22. Изучение тиксотропии красок

6.4.

Работа 23. Условная характеристика реологических свойств печатных красок

6.5.

Работа 24. Изучение липкости печатных красок

7.

ЗАДАНИЕ 7. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КРАСОЧНЫХ ВАЛИКОВ

7.1.

Работа 24. Определение теплоустойчивости

7.2.

Работа 25. Исследование деформационных свойств материалов для красочных валиков

Указатели
22   указатель иллюстраций
Рис. 1.1. Вискозиметр ВЗ-4 Рис. 1.2. Схема ротационного вискозиметра Рис. 1.3. Ротационный вискозиметр РВ-8: а - общий вид; б - его схема Рис. 1.4. Схема наружного цилиндра ротационного вискозиметра Рис. 1.5. Схема рефрактора Рис. 1.7. Схема пенетрометра Рис. 1.8. Установка для определения растворимости смол

Цель и содержание задания

При выполнении работ данного задания студенты получают общее представление о связующих как о жидкой фазе печатных красок. При теоретической проработке надо уяснить назначение связующих, т.е. представить, какие свойства красок они обеспечивают. Важно также представлять, как различаются составы связующих в зависимости от спо­соба закрепления красок на оттисках.

Каждый студент изучает свойства одного из образцов связующего или его компонента.

Цель и содержание работы

Освоить методы испытания вязкости связующих и других жидких по­лиграфических материалов: растворителей, масел, клеев, маловязких красок (при теоретической проработке надо понять, что необходимая для печатных красок текучесть обеспечивается связующим, вязкость ко­торого является важнейшим фактором, определяющим вязкость красок).

В работе используются два способа определения вязкости: условная характеристика вязкости определяется временем истечения жидкости на вискозиметре ВЗ-4 и вязкость в абсолютных физических единицах -на ротационном вискозиметре. Каждый студент использует эти методы соот­ветственно полученному им индивидуальному заданию.

А. Определение условной вязкости по времени истечения определенного объема

Методика и порядок выполнения работы

За условную вязкость принимают время непрерывного истечения оп­ределенного объема испытуемого материала через калиброванное сопло вискозиметра типа ВЗ-4. Этот вискозиметр (рис. 1.1Рис. 1.1. Вискозиметр ВЗ-4) предназначен для испытания материалов с условной вязкостью от 12 до 200 с. Он ус­танавливается на штативе так, чтобы его верхний край был в строго горизонтальном положении.

Под сопло вискозиметра, имеющее диа­метр 4 мм, ставят сосуд вмести­мостью не менее 100 мл. Отверс­тие сопла снизу закрывают паль­цем и в вискозиметр с избытком наливают тщательно перемешанный испытуемый материал, чтобы обра­зовался выпуклый мениск над вер­хним краем вискозиметра. Избы­ток вещества и образовавшиеся пузырьки воздуха удаляют при по­мощи стеклянной палочки или пла­стинки, сдвигая их по верхнему краю вискозиметра в горизонталь­ном направлении. Затем открыва­ют отверстие сопла и одновременно с появлением испытуемого материа­ла включают секундомер. В момент первого прерывания струи испытуемого вещества секундомер останавливают и отсчитывают время истечения с погрешностью не более 0,2 с. Измерения производят не ме­нее трех раз.

Окончив испытания, вискозиметр тщательно протирают обтирочным ма­териалом, смоченным в смывочном веществе, а затем насухо.

Приборы, инструменты, материалы

Испытуемый материал, вискозиметр ВЗ-4, стеклянная палочка или пластинка, свободная емкость на 200 мл, секундомер, обтирочный и смывочный материалы.

Содержание отчёта

В отчете приводится схема вискозиметра, указывается название ис­пытуемого материала и даются результаты параллельных измерений вре­мени истечения.

Условная характеристика вязкости (в секундах) рассчитывается как среднее арифметическое трех параллельных измерений, отклонения меж­ду которыми не должны превышать <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
2.5%, и заносится в сводную табли­цу (см. табл. 1.2).

Б. Определение вязкости ротационным вискозиметром

Теоретическое обоснование

Устройство и принцип действия ротационного вискозиметра Воларовича схематически показаны на рис. 1.2.Рис. 1.2. Схема ротационного вискозиметра Вискозиметр состоит из двух соосных цилиндров. Внутренний цилиндр I может приводиться во вращение путем под­вешивания груза 2 к нити, навернутой на ось цилиндра 3. Зазор между цилиндрами заполняется исследуемым материалом 4. Метод основан на определении зависимос­ти скорости вращения от нагрузки. Опре­деление вязкости возможно благодаря то­му, что для случая течения в цилиндри­ческом зазоре удается интегрировать дифференциальное уравнение Ньютона:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
( 1.1)

    где

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- вязкость, Па*с;

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- градиент скорости, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
; p - напряжение <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

    В результате интегрирования получается следующие выражения:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
( 1.2)

    где

    F - груз;

    q - ускорение силы тяжести;

    R - радиус шкива;

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- радиус внешнего цилиндра;

    <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
- радиус внутреннего цилиндра;

    h - глубина погружения внутреннего цилиндра в жидкость;

    N - скорость вращения (число оборотов в секунду)

Учитывая, что <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, R, q, h, <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
суть константы, суть константы, это соотношение можно переписать так:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(1.3)

    или

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(1.4)

    где константа

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(1.5)

рассчитывается для данного вискозиметра, исходя из его параметров.

Фактически константа К зависит от глубины погружения h, кото­рую можно определить после разборки прибора по шкале на образующей внутреннего цилиндра. Однако, если соблюдать стандартные условия заполнения прибора, h оказывается постоянной и равной 7,8 см, и тогда К = 0,163.

Для определения вязкости (1.3) надо знать скорость вращения N, которая развивается при приложении груза F . Независимость резуль­татов измерения от условий опыта проявляется в том, что при наложе­нии различных грузов получаются одинаковые значения вязкости.

Из формулы (1.4) видно, что для Ньютоновской жидкости скорость вращения пропорциональна нагрузке. Однако это нарушается вследст­вие собственного трения прибора так, что линейная зависимость сме­щается по оси F на величину, равную трению подшипников прибора <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
. Поэтому для расчета вязкости следует взять нагрузку с вычетом из нее <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, значение которого определяется на графике N=f(F), построенном по результатам испытаний (см. табл. I.I). Вязкость в этом случае рассчитывается по формуле:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(1.6)

Методика и порядок выполнения работы

Внутренний цилиндр вискозиметра вращается в подшипниках, вмонти­рованных в текстолитовую плиту, которая может перемещаться по вер­тикальной стойке (рис. 1.3Рис. 1.3. Ротационный вискозиметр РВ-8: а - общий вид; б - его схема). Для подготовки прибора к работе плиту поднимают, закрепляют винтом на стойке и наружный цилиндр снимают с места.

Для удобства работы наружный цилиндр состоит из двух частей, на­винчивающихся друг на друга (рис. 1.4Рис. 1.4. Схема наружного цилиндра ротационного вискозиметра). Нижнюю часть отвинчивают и в нее заливают исследуемый материал вровень с краями. Это обеспечи­вает примерно постоянную глубину погружения (7-8 см). Точное значе­ние глубины погружения определяют после проведения испытания, как описано на с.6 После заполнения наружный цилиндр свертывают, встав­ляют на место (верхней частью в выточку переходной муфты на плите) и закрепляют поворотом цилиндра вправо. Плиту опускают и прибор ос­тавляют на 20 мин для термостатирования.

Для определения вязкости к крючкам на конце нитей подвешивают груз и, опустив тормоз» который удерживает шкив, определяют при помощи секундомера время пяти оборотов, пользуясь стрелкой, укреплен­ной на роторе. Произведя три-четыре повторных измерения с одним гру­зом, вычисляют среднее значение числа оборотов в секунду. Затем по­следовательно подвешивают еще четыре-пять грузов и для каждого оп­ределяют число оборотов в секунду.

Закончить измерения и приступить к разборке прибора можно лишь после того, как будет построен график N = f(F) и показан препо­давателю (см. содержание отчета). После окончания работы прибор раз­бирается и тщательно очищается.

Приборы, инструменты и материалы

Вискозиметр РВ-8, секундомер, испытуемые материалы, смывочный и обтирочный материалы.

Содержание отчета

В отчете приводится схема прибора, указывается название испытуе­мого вещества. Результаты испытаний (значения F и t ) вносят в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Результаты экспериментальной работы на ротационном вискозиметре

Груз F, гс Время пяти оборотов t, c Число оборотов N, c
     

Затем рассчитывают значения N и строят график N = f(F) . Оп­ределив по формуле (1,6) вязкость, величину ее вносят в сводную таблицу (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Физические свойства связующих

Связующее Вязкость Цвет Коэффициент преломления
С : Па, с МгУ/гКУ    
     

Цель и содержание работы

Ознакомиться c методами, характеризующими основные оптические свойства связующих, и получить оптические характеристики какого-либо связующего или его компонент.

Определяются цвет и коэффициент преломления связующего или его компонента.

Теоретическое обоснование

Связующие влияют на оптические свойства красок, хотя эти свойст­ва зависят от пигментов. Например, темноокрашенное связующее может исказить цвет светлых красок» а прозрачность, и кроющая способность краски зависит от соотношения показателей коэффициентов преломления пигмента и связующего. Коэффициент преломления есть отношение сину­са угла падения к синусу угла преломления при прохождении света из воздуха в испытуемую среду. Он зависит от молекулярной структуры вещества. Поэтому, помимо того, что он связан с прозрачностью и кроющей способностью краски, коэффициент преломления может служить для идентификации и характеристики чистоты индивидуальных химичес­ких веществ и некоторых, сложных по составу полиграфических материа­лов.

А. Определение цвета

Методика и порядок выполнения работы

Цвет определяют сравнением цвета испытуемого материала с цве­том растворов йода в йодистом калии.

Йодометрическая шкала состоит из 26 пробирок с растворами йода в йодистом калии разной концентрации и поэтому разного цвета. Эта­лон № I - самый концентрированный и самый темный. Каждый последующий эталон содержит йода в 1,3 раза меньше, чем предыдущий (см. табл. 1.3). Для определения цвета находят исследуемое вещество, предварительно налитое в пробирку такого же размера и такого же стекла, что и у пробирок йодометрической шкалы, а затем путем сравне­ния подбирают эталон (пробирку шкалы), подходящий по цвету.

Приборы, инструменты, материалы

Исследуемое вещество (находится в заранее подготовленной пробир­ке), йодометрическая шкала.

Содержание отчета

Результат определения цвета, выражают концентрацией йода (коли­чеством миллиграмм йода на 100 мл раствора) в соответствующем по цвету эталоне, используя для этого табл. 1.3.

Таблица 1.3

Концентрация йода в эталонах йодометрической шкалы

№ эталона Количество мг в 100 мл раствора № эталона Количество мг в 100 мл раствора
I 4000 14 130
2 3076 15 100
3 2366 16 76
4 1820 17 58
5 1400 18 45
6 1076 19 33
7 827 20 27
8 636 21 21
9 489 22 16
10 378 23 12
11 289 24 9
12 222 25 7
13 170 26 0

Результаты испытаний по определению цвета заносят в сводную таблицу (см. табл. 1.2).

Б. Определение коэффициента преломления

Методика и порядок выполнения работы

Показатель преломления определяют при помощи рефрактометра - прибора, основанного на измерении угла полного внутреннего отраже­ния.

Устройство рефрактометра показано на рис. 1.5.Рис. 1.5. Схема рефрактора

Каплю испытуемой жидкости 1 стеклянной па­лочкой наносят на поверх­ность нижней неподвижной призмы 2, накрывают ее верхней призмой 3 и при по­мощи зеркала 4 освещают од­но из двух окон, имеющихся в оправах призм: верхнее, если жидкость светлая, и нижнее, если жидкость темная. Неосвещаемое окно закрывают специальной заслонкой. При помощи рукоятки 5 окуляр передвигают так, чтобы граница темного и свет­лого полей совместилась с визирной линией 6. На пересечении линии раздела полей отсчитывают по шкале значение показателя преломления. По окончании определения призмы тщательно протирают обтирочным мате­риалом, смоченным смывочным веществом, а затем насухо.

Приборы, инструменты, материалы

Испытуемые вещества, рефрактометр, стеклянная палочка, обтироч­ный материал, смывочное вещество (эфир ели бензол).

Содержание отчета

В отчете приводится показатель коэффициента преломления исследо­ванного связующего (заносится в табл. 1.2), дается схема прибора и указывается название испытуемого вещества.

Цель и содержание работы

Получить практическое представление о растворимости связующих в растворителях, разных по. химической природе.

Определяется растворимость испытуемого связующего в нескольких растворителях, например: толуоле, уайт-спирите, спирте, РПК-280 и др.

Теоретическое обоснование

Растворимость или совместимость разных смол, минеральных и рас­тительных масел и других компонентов, входящих в состав связующих, является необходимым условием создания стабильных многокомпонентных связующих и одной из предпосылок нормальной работы с печатными крас­ками.

Методика и порядок выполнения работы

В чистые пробирки, число которых соответствует числу предложен­ных для испытаний растворителей, наливают примерно по I мл-раство­рителя и добавляют столько же испытуемого вещества. Пробирки встря­хивают. Образование однородной и прозрачной смеси свидетельствует о растворении. Если исследуемое вещество не растворяется, то обра­зуется мутная, расслаивающаяся смесь.

Приборы, инструменты, материалы

Испытуемые материалы (олифы, масла и др.), растворители, чистые пробирки.

Содержание отчета

Отношение испытуемого вещества к растворителям оценивается за­ключением о растворимости или нерастворимости данного материала в каждом растворителе. Результаты наблюдений заносятся в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Растворимость испытуемого вещества в различных растворителях

Вещество Растворимость
  в толуоле в спирте в уайт-спирите в РПК-280 и в др.

Цель и содержание работы

Изучить особенности агрегатных превращений смол как аморфных тел, заключающихся в размягчении смолы при нагревании и затвердева­нии при охлаждении без фазовых переходов, свойственных кристаллизую­щимся материалам.

Осваивается метод определения температуры размягчения смолы на приборе с кольцом и шаром. Определяется температура размягчения од­ного из видов смолы.

Методика и порядок выполнения работы

Испытание проводится на приборе с кольцом и шаром. Находят температуру, при которой образец смолы, нагреваемый в опре­деленных условиях, размягчается настолько, что под давлением шарика коснется нижней пластинки прибора. Прибор состоит из стойки 1, имею­щей три скрепленных металлических кружка. В среднем кружке имеются три отверстия. В крайние отверстия 2 вставляют латунные кольца 3, заполненные испытуемым материалом, а в среднее - термометр 4. Cмолу осторожно расплавляют в фарфо­ровой чашке и заливают с неко­торым избытком в латунные коль­ца, помещенные на металлическую пластинку, смоченную предвари­тельно водой или глицерином. После охлаждения избыток смолы гладко срезают нагретым ножом или шпателем вровень с краями колец. Кольца устанавливают в отверстия средней пластинки стойки. Устанавливают термометр так, чтобы нижняя точка ртутно­го резервуара была на одном уровне с нижней поверхностью смолы в кольцах. Затем прибор ставится на 15 мин в стакан с глицерином и выдерживается при комнатной температуре (глицерин предварительно наливают в стакан до метки 5 на стержне стойки). Через 15 мин прибор вынимают из ста­кана, на каждое кольцо точно в центр кладут стальной шарик, после чего прибор опускают вновь в стакан с глицерином. Устанавливают стакан на нагревательном приборе таким образом, чтобы плоскость ко­лец была горизонтальной. Нагревание ведут так, чтобы температура поднималась со скоростью 5-6° в минуту. Температура, при которой размягчающийся образец коснется нижнего кружка, принимается за тем­пературу размягчения. Расхождения между полученными величинами па­раллельных определений не должны превышать <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
0,5°.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>

Рис. 1.6. Схема прибора для определения температуры раз­мягчения смолы

Приборы, инструменты, материалы

Испытуемая смола, ступка с пестиком, фарфоровая чашечка, газо­вая горелка, штатив с асбестовой сеткой, стакан с глицерином емкос­тью 1,0 литр, металлическая пластинка, прибор с двумя латунными кольцами и стальными шариками, термометр на 200<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
, щипцы.

Указания по технике безопасности

Необходимо правильно обращаться с газовыми горелками; расплав­лять смолу на малом огне без перегрева. Во избежание ожогов чашеч­ку с расплавленной смолой снимают с сетки горелки щипцами, смолу заливают в кольца, не допуская попадания ее на пластинку вне колец. Стакан с глицерином и прибором должен быть установлен на асбестовой сетке устойчиво. По окончании исследований газ выключается, прибор вынимается из стакана, охлаждается, кольца очищаются от смолы.

Содержание отчета

В отчете приводится схема прибора, указывается наименование ис­пытуемой смолы, даются ее формула и температура размягчения (два

параллельных измерения и среднее значение). Затем эти данные вносят­ся в сводную табл. 1.5.

Таблица 1.5

Средняя температура размягчения смолы

Смола Температура, Величина пенетрации, мм
     

Цель и содержание работы

Изучить роль твердых смол как компонентов, обеспечивающих пленкообразование при отделении растворителей по механизму впитывания или испарения. Уяснить значение температуры размягчения смолы как фактора, влияющего на скорость пленкообразования.

Для ряда смол, различающихся температурой размягчения, готовятся сплавы с небольшим количеством машинного масла и определяется их твердость при комнатной температуре.

При теоретической проработке изучается механизм пленкообразова­ния и обращается внимание на значение физических свойств смол.

Теоретическое обоснование

Связующие, содержащие растворы твердых смол, закрепляются в ре­зультате загустевания, по мере повышения концентрации смолы вслед­ствие отделения растворителей. Приготовлением растворов-сплавов смол с небольшим содержанием масла воспроизводятся составы пленок, образующихся на оттиске. При малом содержании остаточного раствори­теля смолы образуют высоковязкие или практически твердые растворы. Поэтому их приготовление производится при повышенной температуре, а испытания - при комнатной.

Интенсивность пленкообразования в зависимости от физических свойств смол условно характеризуется твердостью растворов-сплавов при условии одинаковой концентрации. Можно ожидать, что смолы с вы­сокой температурой размягчения образуют более твердые растворы,и поэтому они будут практически затвердевать при меньшем удалении растворителя и, следовательно, быстрее. Этим обосновывается необхо­димость использования смол с высокой температурой размягчения.

Методика и порядок выполнения работы

Работа выполняется группой студентов, каждый из которых исследу­ет тот вид смолы, температуру размягчения которой он определял в четвертой работе. Результаты работы группы объединяются.

Образец для исследования готовится сплавлением смолы (75%) с ма­шинным маслом (МП-1 - 25%) в количестве 20г. Для этого в фарфоро­вой чашке отвешивают на технических весах 15г смолы и 5г МП-1. Осторожно нагревают чашку на газовой горелке, расплавляют смолу и, помешивая стеклянной палочкой, тщательно размешивают смесь. Сплав слегка охлаждают и заливают в форму - металлическое кольцо, постав­ленное на металлическую пластинку, так же как при испытании темпера­туры размягчения смолы (четвертая работа). После затвердевания мас­сы образец охлаждают, погружая на 5 мин в стакан с водой, имеющей комнатную температуру. Для определения твердости методом пенетрации измеряется глубина пенетрации (проникновения) конического тела в исследуемый материал под действием заданной нагрузки. Для этого подготовленный образец I устанавливают на столик 2 пенетрометра (рис. 1.7Рис. 1.7. Схема пенетрометра). Столик затем поднимают так, чтобы поверхность образца коснулась конуса 3. Затем рейку 7 опускают так, чтобы она коснулась верхнего конца стержня 4, держащего конус. Стрелку шкалы 6 устанав­ливают на ноль. Зажимают стопорный винт во избежание преждевремен­ного сдвига. На нагрузочную площадку 7 накладывают груз (от 100г до 2 кг в зависимости от задания). Освобождают стопорный винт и тут же нажимают кнопку 5, одновременно пуская секундомер. При этом стержень освобождается, и начинается погружение. Через 5 с кнопку опускают и, прекратив тем самым давление, определяют по шкале глу­бину погружения. Ее выражают в миллиметрах, учитывая, что одно де­ление круговой шкалы соответствует 0,1 мм. Определение повторяют три раза в разных точках, отстоящих не менее, чем на 10 мм от кра­ев образца и друг от друга. Величина пенетрации характеризуется средним арифметическим из трех определений. После каждого опреде­ления конус отмывают растворителем и насухо вытирают.

Приборы, инструменты, материалы

Смолы с различной температурой размягчения, фарфоровая чашка, стеклянная палочка, нож или шпатель, газовая горелка, штатив и ас­бестовая сетка, пенетрометр, секундомер или часы с секундной стрел­кой.

Указания по технике безопасности

Необходимо осторожное нагревание при расплавлении смолы, чтобы уберечься от ожогов.

Содержание отчета

В отчете приводится схема устройства пенетрометра, указывается наименование смолы, состав раствора-сплава и результат определения пенетрации. Результаты работы группы студентов объединяются в свод­ную таблицу (табл. 1.5), по данным которой строится график зависи­мости показателя твердости пленки от температуры размягчения смолы и делается вывод о влиянии температуры размягчения смолы на пленкообразование.

Цель и содержание работы

Получить представление о растворимости (в зависимости от соответ­ствия молекулярной природы смол и растворителей). Изучить раствори­мость смол в растворителях с различной химической природой. Освоить характеристику растворимости смолы и растворяющей способности раст­ворителей методом определения температуры осаждения. Освоить метод определения числа осаждения и научиться по числу осаждения судить о стабильности растворов и предположительно о структуре растворов смол в комбинированных растворителях.

Изучается стабильность растворов в зависимости от концентрации смолы и качества растворителя.

Каждый студент получает индивидуальное задание, в соответствии с которым выполняет следующие работы.

Для одного из видов смол производится испытание растворимости ее в различных растворителях вначале при комнатной температуре, а если растворения не произошло, то при нагревании; в этом случае после полного растворения (образования однородного прозрачного раст­вора) при постепенном охлаждении определяется температура осаждения смолы (А).

Определяется число осаждения раствора смолы заданной концентра­ции в индивидуальном растворителе и в комбинированном (хорошем и плохом) растворителе (Б).

Теоретическое обоснование

В зависимости от молекулярной природы смол и растворителей про­цесс растворения может происходить при комнатной температуре или чаще всего при нагревании. Большинство современных связующих кра­сок высокой и офсетной печати представляют собой растворы смол в смеси хорошего и плохого растворителей. Хорошим считают раствори­тель, который образует прозрачные, стабильные при охлаждении до комнатной температуры растворы, остающиеся такими бесконечно долгое время. Плохой растворитель не растворяет смолу даже при достаточно высокой температуре. В смеси хорошего и плохого растворителей раст­ворение смол происходит обычно при нагревании и образуется однород­ный, прозрачный раствор, но при постепенном охлаждении в естествен­ных условиях при определенной температуре начинается помутнение- рас­твора из-за осаждения смолы. Температура осаждения смолы и является характеристикой качества растворителя: чем ниже температура осажде­ния, тем лучше растворяющая способность данного растворителя.

В смеси хорошего и плохого растворителей образуются растворы различной надмолекулярной структуры с разной степенью ассоциации молекул смолы. По мере повышения степени ассоциации молекул смолы при неизменном ее содержании растет вязкость раствора (связующего). Это обеспечивает более быстрое закрепление красок. Однако избыток плохого растворителя может нарушить стабильность и вызвать осажде­ние смолы, т.е. необратимую порчу краски. Для контроля за стабиль­ностью служит число осаждения. Число осаждения R определяется от­ношением количества плохого растворителя А, которое необходимо до­бавить для начала осаждения смолы из исследуемого раствора (появле­ние первого признака помутнения ), к количеству растворителя М или смеси растворителей в исходном растворе:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(1.7)

А. Качественное испытание растворимости и определение температуры осаждения

Методика и порядок выполнения работы

Для растворения смол при заданной температуре (несколько выше температуры ее размягчения) применяется установка, показанная на рис. 1.8Рис. 1.8. Установка для определения растворимости смол. Она состоит из бани 1, заполненной жидкостью с высокой температурой кипения 2, которая нагревается электрообогревателями, вмонтированными в ее корпус. Баня закрыта крышкой 3, в которую ус­тановлен термометр 4. В крышке сделано восемь гнезд 5 для пробирок с растворами. Баня последовательно соединена с трансформатором 6, имеющим шкалу напряжений 7 и рукоятку 8, при помощи которой можно менять величину напряжения, а следовательно, и силу тока, обеспечи­вающую нагрев бани.

Подготовка установки к работе осуществляется следующим образом. Трансформатор 6 включается в электросеть. Стрелка на шкале трансформатора 7 при помощи рукоятки 8 переводится на напряжение 220 вольт, что обеспечивает наиболее быстрый нагрев бани. После достижения тем­пературы 180°С напряжение уменьшается. В процессе дальнейшей рабо­ты температура бани периодически контролируется по термометру и ре­гулируется увеличением или уменьшением напряжения и постоянно под­держивается равной 180°С.

Для определения растворимости готовят 10 г 30%-го раствора смо­лы. Для этого на технических весах (на листочке бумаги) отвешивают Зг предварительно измельченной смолы, а в пробирке, которую для удобства взвешивания устанавливают в стакан, отвешивают 7г раство­рителя. Смолу постепенно всыпают в растворитель, постоянно встряхи­вая пробирку. Затем вставляют термометр на 200°С. Пробирку с раст­вором и термометром помещают с помощью держателя в одно из гнезд крышки бани, постоянно производя перемешивание термометром. Процесс растворения в бане продолжают до образования однородного, прозрач­ного раствора.

После полного растворения смолы пробирку с раствором и термомет­ром вынимают из бани, помещают в штатив и непрерывно наблюдают за состоянием раствора в процессе охлаждения его в естественных усло­виях. Раствор смолы в хорошем растворителе остается прозрачным при охлаждении вплоть до комнатной температуры и остается таким практи­чески бесконечно долгое время. В растворе с плохим растворителем по отношению к исследуемой смоле по мере охлаждения происходит осаждение смолы, в результате чего раствор мутнеет. Необходимо за­фиксировать температуру, при которой появляются первые признаки помутнения. Эта температура и есть температура осаждения, которая являемся количественной характеристикой оценки растворимости смол.

Приборы, инструменты, материалы

Ассортимент смол и растворителей (гептан, веретенное масло - ВМ, масло печатное - МП-1, МП-12, толуол и др.), водяная баня, технические весы с разновесами, штатив с пробирками, термометр на 200° C , ступка с пестиком, стеклянные стаканы на 200 мл.

Указания по технике безопасности

Необходимо быть очень внимательным при работе с горячей баней (остерегаться ожогов) и очень осторожно производить перемешивание раствора термометром. Работа с растворителями не допускается вблизи открытого огня.

Содержание отчета

Результаты работы заносят в сводную табл. 1.6.

Таблица 1.6

Растворимость смолы в различных растворителях, выраженная температурой осаждения

Название смолы или ее заводское обозначение Формула или химический состав Температура осаждения, °С
( названия растворителей)
 

По результатам работы, выполненной всей группой студентов, про­водится анализ и делается вывод о растворимости смол в различных растворителях. Для каждой смолы приводится перечень хороших и пло­хих растворителей. Даются рекомендации о возможности использования комбинированных растворителей для создания связующих красок высокой и офсетной печати.

Б. Определение числа осаждения

Методика и порядок выполнения работы

Согласно полученному заданию студент находит нужный раствор смо­лы и отливает его в пробирку (около 3/4 ее объема), которую уста­навливает в штатив на своем рабочем месте. Затем на обе чашки весов помещают стеклянные стаканчики, и весы уравновешивают. На левую чаш­ку весов в стаканчик ставят чистую пробирку со стеклянной палочкой и взвешивают ее. В пробирку с палочкой отвешивают 3г исследуемого раствора. Затем в пробирку с исследуемым раствором добавляют из бю­ретки каплями плохой растворитель (осадитель) до тех пор, пока не появятся первые признаки помутнения раствора, что соответствует по­явлению твердой фазы - смолы. При добавлении каждой порции плохого растворителя раствор следует тщательно перемешивать палочкой. (Для более четкого фиксирования момента появления помутнения раствора прозрачность его постоянно сравнивается с остатком исходного раст­вора, оставшегося в пробирке, стоящей в штативе.) После появления помутнения раствора пробирку с раствором и палочкой снова взвешива­ют и по разности рассчитывают вес добавленного плохого растворите­ля А. По формуле (1.7) рассчитывают число осаждения.

Приборы, инструменты, материалы

Технические весы с разновесами, стеклянные стаканчики на 200 мл, пробирки и стеклянные палочки, бюретки с плохим растворителем, за­ранее приготовленные емкости с растворами разных концентраций смол в различных растворителях.

Содержание отчета

Результаты работы заносят в сводные таблицы (табл. 1.7 и 1.8). В табл. 1.7 обобщаются результаты по изучению влияния вида смолы и ее концентрации на стабильность раствора в льняном масле (ЛМ), о ко­торой судят по величине числа осаждения.

Таблица 1.7

Стабильность растворов смол в льняном масле в зависимости от концентраций смолы

Название смолы или ее заводское обозначение R при концентрации смолы, %
  10 20 30

В табл. 1.8 обобщают результаты изучения вида и состава раство­рителей на стабильность раствора.

Таблица 1.8

Стабильность растворов смол в различных растворителях при 20%-й концентрация смолы

Название смолы или ее заводское назначение R растворов смол в растворителях
индивидуальный растворитель комбинированные растворители, %
ЛМ МП-1 ЛМ-50 ВМ-50 ЛМ-60 ВМ-40 ЛМ-70 ВМ-ЗО ЛМ-80 ВМ-20

Примечания.

  1. В качестве комбинированного растворителя может быть смесь льняного масла с керосиновой фракцией РПК-280 в тех же соотношениях, что указывается в индивидуальном задании.

  2. В учебных задачах при определении числа осаждения растворов на комбинированных растворителях служит соответственно плохой растворитель, например, в системе ЛМ+ВМ - осадитель ВМ, в системе ЛМ+РПК-280 - осадитель РПК-280.

  3. Стандартным осадителем для всех систем является гептан.

Литература

Для ФТП (специальность 1109)

Загаринская Л.А. , Шахкельдян Б.Н. Полиграфические материалы. -М.: Книга, 1975, с. 203, 207, 225-227.

Шаккельдян Б.Н. Полимеры в изготовлении основных полиграфических материалов. - М.: Моск. полигр. ин-т, 1978, с, 29-31, 40-54.

Для ИЭФ (специальность 1712)

Гудкова Т.Н., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы. - М.: Книга, 1982, с. 75-95.

Для ХТОПП (специальность 2220)

Татиев Д.П. Художественно-живописные и печатные краски. - М.: Книга, 1969, с. 5-Ю.

© Центр дистанционного образования МГУП