Nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng bóc sợi

Trong công nghệ in offset, tờ giấy tiếp xúc trực tiếp với bề mặt cao su của lô offset kết hợp với đặc tính dính của mực in tạo nên một ứng suất rất lớn trên bề mặt tờ giấy trong khe ép của quá trình in. Khi công nghệ in offset bốn màu được ứng dụng thì vấn đề bóc sợi càng trầm trọng hơn do đặc tính dính của mực in offset cao hơn nên hiện tượng bóc sợi xảy ra nhiều hơn so với các phương pháp in ống đồng (Rotogravure) hoặc phương pháp in tờ.

Hiện nay việc giải thích rõ cơ chế của hiện tượng bóc sợi vẫn chưa đầy đủ. Có nhiều loại bóc sợi khác nhau như: hiện tượng bóc sợi xảy ra trên vùng ảnh, hiện tượng bóc sợi xảy ra tại vùng không có ảnh, hiện tượng bụi, tại vùng có lực căng của băng giấy phát sinh từ những nguyên nhân khác nhau, các vấn đề này sẽ được thảo luận phần sau. Tóm lại, hiện tượng bóc sợi do một hoặc nhiều nguyên nhân sau đây:

• Chất lượng giấy
• Quá trình sản xuất giấy
• Điều kiện của quá trình in ấn.

Bề mặt tờ giấy có liên kết tốt và độ láng cao thì hiện tượng bóc sợi sẽ giảm. Tuy nhiên, dựa trên những mẫu thu nhận được từ những hiện tượng bóc sợi điển hình do bề mặt tờ giấy có liên kết kém các nhà phân tích đã đưa ra nhiều nguồn gốc của hiện tượng bóc sợi cũng như các phương pháp xử lý.

Cơ chế của hiện tượng bóc sợi được mô tả là kết hợp sự tác động của lực tách lớp màng mực của lô offset và năng lượng liên kết bên trong của xơ sợi ở bề mặt tờ giấy. Hiện tượng bóc sợi cũng liên quan đến dòng mực in trong khe nip đang chịu một tải ép của quá trình in. Tại đó có hai kiểu của dòng mực, một dòng sẽ thấm vào bề mặt tờ giấy và dòng tự do ở trên những điểm bảo hòa mực. Những dòng mực gây ra bóc sợi do chúng đẩy và dịch chuyển các xơ sợi tại những điểm có liên kết yếu trên bề mặt tờ giấy. Mỗi mức độ lực tác động lên bề mặt tờ giấy khác nhau thì cũng có hiện tượng bóc sợi khác nhau. Lực tác động thấp, những vật liệu không liên kết bị tách ra, chúng thường gây ra bụi (dust). Lực tác động trung bình, những vật liệu có liên kết yếu hoặc mất liên kết tách ra, chúng thường gây ra sổ lông (lint). Lực tác động lớn, những xơ sợi có liên kết tốt trên bề mặt tờ giấy bị tách ra và chúng thường gây ra hiện tượng nhổ sợi hoặc bong tróc bề mặt tờ giấy (picking).

Những hạt vật chất rơi ra do hiện tượng bóc sợi tại trống offset gồm những xơ sợi rất nhỏ, hạt chất độn, những phần tử dạng cánh sao (ray cells), những chùm sợi và những mảnh vụn khác. Điểm đặc trưng thường thấy ở những phần tử này là rất ngắn, cứng và có diện tích bề mặt riêng rất thấp, có nghĩa rằng khả năng liên kết của chúng trong tờ giấy là rất thấp. Những phần tử dạng cánh sao dễ dàng nhận thấy trong thành phần thu được là những mảnh xơ sợi bị vỡ, những xơ sợi không chổi hóa và hạt độn. Thành phần bóc sợi từ giấy in báo chủ yếu là các mảnh lớn của xơ sợi bột cơ, chúng mất kiên kết trong cấu trúc bề mặt tờ giấy.

Những nhà sản xuất giấy đã dành nhiều thời gian và nổ lực tìm hiểu để ngăn ngừa hiện tượng bóc sợi của giấy, hiện tượng bóc sợi không chỉ từ bản thân tờ giấy mà nó còn xuất hiện từ những tương tác phức tạp giữa tính chất tờ giấy và các tham số công nghệ trong quá trình in ép. Trong vài nghiên cứu đã nói rằng mỗi công nghệ in ép khác nhau sẽ gây ảnh hưởng đến xu hướng bóc sợi nhiều hơn là tự bản thân tờ giấy gây ra. Một số tham số trong quá trình in ép liên quan đến hiện tượng bóc sợi:

• Vận tốc máy in
• Áp lực ép
• Nhiệt độ và hàm ẩm
• Khỗ giấy in
• Cấu trúc Nip, trống in và trống Offset
• Sự bố trí việc dẫn giấy trong máy in
• Tần suất thay lớp cao su của trống Offset
• Dung môi làm sạch
• Khả năng đàn hồi của lớp cao su
• Nội dung và mật độ của hình ảnh
• Độ dày của lớp mực in
• Đặc tính dính và tính lưu biến của mực in
• Tác nhân làm ướt
• Sự hiệu chỉnh tính hút nước

Các hiện tượng của vấn đề bóc sợi không giống nhau, khá phức tạp vì quá nhiều biến số. Riêng bóc sợi do sự tích tụ trên trống Offset (lô cao su) có thể được chia ra các loại:

• Bóc sợi trên vùng hình ảnh
• Bóc sợi trên vùng không có hình ảnh
• Bóc sợi trên vùng kéo căng (Tension band lint)

Những thành phần vật chất nào đã tạo ra các kiểu bóc sợi khác nhau trên, các nhà phân tích đã phân loại như sau:

Bóc sợi trên vùng hình ảnh: Ảnh hưởng trực tiếp đến hình ảnh in trên tờ giấy và cần quan tâm đặc biệt, thành phần này chủ yếu là những xơ sợi vô định hình và có chiều dài khác nhau. Thành phần bột Kraft đã nghiền không tìm thấy trong loại sợi bị bóc này, ngược lại một lượng các mảnh nhỏ của thành phần bột TMP và RMP được nghiền trong máy nghiền hướng trục thì tăng lên. Đa số những mảnh nhỏ là những phần tử có dạng cánh sao. Điều này thể hiện mức độ nghiền bột cơ học quá cao so với bột mài (SGW hoặc PGW). Quá trình mài thì tận dụng năng lượng hiệu quả tốt hơn khi xử lý quá trình nghiền và nó phát triển tính chất xơ sợi tốt hơn. Chiều dài của tất cả những mảnh vật chất tìm thấy trong kiểu bóc sợi này đều nhỏ hơn 1mm và có hơn 90% nhỏ hơn 0,3mm.

Xử lý hiện tượng bóc sợi trong công nghệ in bốn màu có sự khác nhau giữa mỗi loại màu, từ màu đầu tiên cho đến màu cuối cùng. Thành phần gây ra bóc sợi cũng thay đổi, ban đầu là phần lớn các mảnh hình cánh sao kế đến là mảnh xơ sợi ngắn đến mảnh xơ sợi dày và chùm xơ sợi ngắn.

Bóc sợi trên vùng không có hình ảnh: Trong một số trường hợp biểu hiện rõ ràng hơn ở vùng có hình ảnh. Nó thường xuất hiện với liên quan giữa giấy và dung môi sử dụng trong công nghệ in. Một lượng mảnh vật chất tìm thấy do hiện tượng bóc sợi trong vùng không có ảnh trên cùng một loại giấy tại các xưởng in khác nhau cũng có sự khác nhau. Những vật liệu tích tụ trên vùng không có ảnh hầu hết là những phần tử rất nhỏ và lượng này có thể tăng dần lên trong khe nip và gây nguy hiểm cho trống Offset (lô cao su), chúng cũng có thể rơi vào vùng ảnh và tham gia vào việc bóc sợi trên vùng có ảnh.

Bụi: tiêu biểu cho những vật liệu bị bong ra trong quá trình công nghệ sản xuất giấy những bụi này có thể bay vào giấy quá trình cắt cuộn hoặc do dao cắt kém hoặc do vấn đề lưu kho bảo quản kém.

Bóc sợi trên vùng kéo căng: là một dạng trong vùng có ảnh. Dạng này thường xuất hiện trong những xưởng in có sử dụng bản kẽm.

Khi nào thì vấn đề bóc sợi xuất hiện ?

Một vài yếu tố gây ra vấn đề này đã được đề cập ở trên, nhưng chúng ta cũng cần tổng hợp lại như sau:

• Bóc sợi xảy ra chủ yếu với các loại giấy có sử dụng bột cơ học
• Bóc sợi trên vùng có hình ảnh thì ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bản in và những loại bột cơ nghiền có khuynh hướng bóc sợi cao hơn bột mài.
• Bóc sợi liên quan rõ ràng đến diễn tiến của xơ sợi, ảnh hưởng từ nguyên liệu gỗ (loại gỗ, chất lượng, tuổi gỗ, hàm ẩm, tình trạng mục của gỗ…)
• Sự hấp thụ những liên lết yếu hoặc mất liên kết trên bề mặt xơ sợi cũng là những tiềm ẩn cho vấn đề bóc sợi (các hóa chất chức năng sử dụng trong quá trình công nghệ như: chất hoạt động bề mặt ở phân xưởng xử lý giấy vụn, chất phá bọt, nhựa..v.v…có ảnh hưởng đến vấn đề này).
• Cấu trúc phần lưới máy giấy ảnh hưởng đến sự phân bố xơ sợi mịn và chất độn. Bóc sợi thường xảy ra trầm trọng hơn đối với các máy giấy có hiện tượng sai lệch tính chất hai mặt tờ giấy cao. Như vậy giấy sản xuất tại máy xeo lưới dài có mặt trên tờ giấy (Top side) do tác động của cơ chế lọc trong quá trình thoát nước sẽ dễ dàng bị bóc sợi hơn mặt dưới (Bottom side).
• Vấn đề bóc sợi ít xảy ra đối với các loại giấy được sản xuất trên những máy giấy nhiều lưới (có lưới trên/Top formers và những lưới đôi/Gap formers).
• Mức độ nghiêm trọng của vấn đề bóc sợi còn tùy thuộc rất nhiều vào xưởng in và các biến công nghệ trong quá trình in. Chúng cũng rất khác nhau do điều kiện mỗi xưởng in cũng rất khác nhau. Những yếu tố trong quá trình in tác động nghiêm trọng đến vấn đề bóc sợi:

-        Dung môi- lượng nước trên bề mặt lớp cao su của trống offset và thành phần hóa chất của dung môi

-        Các tương tác ở bề mặt lớp cao su của trống Offset với bề mặt tờ giấy (diện tích bề mặt và lực tác động) và sự thay đổi đặc tính lớp cao su trong quá trình in.

-        Cấu trúc ép- Kích thước của các trống in và trống Offset, góc tách, tốc độ tách… Chúng xác lập áp lực tuyến ép và việc tách màng mực khi đi ra khỏi khe ép.

-        Đặc tính mực in- cơ chế của mực in (đặc tính dính), nhiệt độ của các đơn vị in (ảnh hưởng đến tính dính của mực in) và lượng nước nhủ hóa (xem hình).

-        Ngoài ra, lực tác động trên bề mặt tờ giấy trong khe ép tùy thuộc vào độ dính của mực, tốc độ và việc vận hành hệ thống ép của máy in.