Omgevingsomstandigheden en papier De wisselwerking tussen

Transcriptie

1 Omgevingsomstandigheden en papier De wisselwerking tussen omgevingsomstandigheden en de druktechnische verwerking van gestreken papieren sappi

2 Omgevingsomstandigheden en papier, de zevende publicatie in een reeks technische brochures, verzorgd door Sappi Idea Exchange sappi idea exchange Sappi heeft zich verplicht gesteld om drukkers en grafische ontwerpers te helpen papier op de beste wijze in te zetten. Wij doen dit door onze kennis te delen met onze klanten en hen te voorzien van monsters, specificaties, ideeën, technische informatie en een complete range van producten via Sappi Idea Exchange. U vindt meer informatie op onze website.

3 Omgevingsomstandigheden en papier De wisselwerking tussen omgevingsomstandigheden en de druktechnische verwerking van gestreken papieren Inhoud I Inleiding De situatie in de papier- en drukindustrie 2 De situatie bij drukken en afwerken 3 II Definitie van de begrippen Weer, weersgesteldheid en klimaat 4 Luchttemperatuur en luchtvochtigheid, 5 absolute en relatieve luchtvochtigheid Vochtgehalte van materialen, absoluut 6 vochtgehalte, evenwichtsvochtgehalte III De invloed van binnenklimaat op vlakliggendheid De invloed van luchtvochtigheid, 7 randgolving en schotelvorming De invloed van binnentemperatuur 8 De invloed van vocht op de neiging 8 tot opkrullen De invloed van vochtgehalte en 8 temperatuur van het papier op inktdroging VI Bijzonderheden bij de rotatie- 11 offsetdruk VII Problemen bij de rotatie-offsetdruk Blisteren 12 Breken in de vouw 13 Fluting 14 Uitdijen 15 VIII Meting van temperatuur en vochtigheid Meting van binnentemperatuur 16 en vochtigheid Meting van het vochtgehalte van papier 16 Meting van het evenwichtsvochtgehalte 16 van papier Elektronische meetapparatuur 17 lx Slotopmerkingen 18 IV De samenhang tussen omgevingsomstandigheden en druktechnische problemen Dimensievariaties 9 Statische lading 9 V Factoren die de drukker kan beïnvloeden Omgevingsomstandigheden in de drukkerij 10 Behandeling van het papier 10 1

4 l Inleiding De situatie in de papier- en drukindustrie Sinds het begin van de industriële productie van papier is het effect van omgevingsomstandigheden tijdens opslag, transport, bij het drukken en bij de verdere verwerking een terugkerend thema. Al generaties lang is er aandacht voor de meest geprononceerd negatieve omgevingsinvloeden en in de vakliteratuur zijn talloze publicaties te vinden over meting van vochtigheid en temperatuur. Er is dus bepaald geen gebrek aan kennis van en ervaring op dit gebied, maar desondanks zijn lang niet alle effecten en verbanden bevredigend verklaard. In sommige gevallen ontbreekt de verklaring zelfs totaal. Met name waar het gaat om de wisselwerking tussen omgevingsomstandigheden, papier en druk bestaan er in de praktijk nog talrijke misverstanden. In moderne papierfabrieken wordt bij de productie van papier voor vellen-offsetdruk een relatieve vochtigheid aangehouden van ca. 50%, met een tolerantie van 5% meer of minder. Bij papier dat bestemd is voor rotatie-offsetdruk zijn de relatievevochtigheidswaarden per kwaliteit vergelijkbaar of enigszins lager. Bij alle proces-stappen worden deze vochtigheidswaarden nauwlettend gecontroleerd en aansluitend op de productie wordt een verpakking gekozen die het papier optimaal beschermt tegen wisselingen in temperatuur en vochtigheid, om het op die manier in de best mogelijke conditie te houden voor het latere drukproces. Maar hoe het papier nauwkeuriger geformuleerd, de vezel reageert op omgevingsomstandigheden in drukkerij, boekbinderij of bij de eindconsument, dat is een kwestie waar de papierproducent maar in zeer beperkte mate invloed op heeft. Als internationaal producent van houtvrije gestreken papieren heeft Sappi in de westerse wereld een marktaandeel van 25%. Sappi Fine Paper Europe beschikt in Europa over zeven productielocaties, waar volgens de laatste technische stand overwegend houtvrije gestreken papieren worden gemaakt voor de drukindustrie. Innovatie en voortdurende ontwikkeling gelden bij Sappi als primaire prioriteit. In de Sappi papierfabriek in het Oostenrijkse Gratkorn staat de grootste en modernste papiermachine voor houtvrije gestreken papieren ter wereld. Maar niet alleen Gratkorn beschikt over een lange traditie van ervaring en knowhow ten aanzien van de papierproductie. Hetzelfde geldt in onverminderde mate voor alle andere zes Europese fabrieken. Met name de verschillende vestigingen die over een eigen, geïntegreerde pulpfabriek beschikken, hebben belangrijk werk verzet op het gebied van de papiertechnologie. Sappi Ehingen 2

5 De situatie bij drukken en afwerken Onder normale omstandigheden doen zich bij drukken en afwerken weinig problemen voor die direct te maken hebben met omgevingsomstandigheden. Dat wil dus ook zeggen dat er pas naar de invloed van omgevingsomstandigheden wordt gekeken op het moment dat er sprake is van druktechnische problemen, zoals doubleren, registerafwijkingen (pasverschillen), plooivorming of neiging tot krullen. Logischerwijze komen dergelijke problemen het meest voor in jaargetijden met extreme klimaatomstandigheden (warme zomers of koude winters). Onder die omstandigheden kan incorrect behandelen van het papier te vroeg uitpakken of gebruik van het papier wanneer het nog te koud is of een ongunstige omgevingsgesteldheid in de drukkerij of boekbinderij fatale gevolgen hebben voor de vlakligging van het papier en de algemene loopeigenschappen. Opzet van deze brochure is enig licht te werpen op de meest ongewenste wisselwerkingen en aanwijzingen te geven voor een oordeelkundige behandeling van gestreken papier om op die manier een optimale beheersing van het drukproces mogelijk te maken. 3

6 ll Definitie van de begrippen Weer, weersgesteldheid en klimaat Als we van het weer spreken, bedoelen we in feite de atmosferische omstandigheden op een bepaald tijdstip op een bepaalde plaats. Hebben we het over het weer gedurende een periode van dagen of weken, dan spreken we van weersgesteldheid. Het begrip klimaat is iets complexer. Klimaat heeft betrekking op de weersomstandigheden over langere termijn, bijvoorbeeld de weersgesteldheid in een bepaald geografisch gebied, in termen van een aantal afzonderlijke factoren: temperatuur, luchtvochtigheid, luchtdruk, neerslag, windrichting en windkracht, bewolking en het aantal uren zon. Binnenklimaat heeft betrekking op de omstandigheden in afgesloten ruimten, waar mensen en materiaal geheel of gedeeltelijk zijn afgeschermd van de invloeden van de weersomstandigheden in de open lucht. We spreken in dit verband ook wel van omgevingsomstandigheden. Het zijn deze omgevingsomstandigheden die bepalend zijn voor menselijk comfort, voor het verloop van productieprocessen en voor de opslag van temperatuur- en vochtgevoelige materialen. het binnenklimaat in sterke mate afhankelijk van de weersomstandigheden buiten. In een ruimte die in de koude seizoenen wordt verwarmd maar waar geen airconditioning wordt gebruikt, is de relatieve luchtvochtigheid het tegenovergestelde van de relatieve luchtvochtigheid buiten. Als het buiten koud is en binnen de verwarming aanstaat, is de relatieve luchtvochtigheid binnen zeer laag. Gedurende de warme zomermaanden zijn de luchtvochtigheidswaarden binnen het hoogst. Daarnaast zijn er de luchtomstandigheden in de onmiddellijke omgeving van een bepaald object, bijvoorbeeld een rol of stapel papier. In dit verband spreken we van directeomgevingsomstandigheden. Een datalogger, een apparaat dat gedurende max. 1 jaar met programmeerbare intervallen van 15 seconden tot 120 minuten temperatuur- en luchtvochtigheidsgegevens registreert. Daarbij speelt het verschil tussen geconditioneerde en niet-geconditioneerde ruimten vanzelfsprekend een grote rol. In een geconditioneerde ruimte wordt het binnenklimaat op kunstmatige wijze binnen bepaalde grenzen gehouden, bijvoorbeeld door middel van verwarming, beluchting en ontluchting. In een niet (volledig) geconditioneerde ruimte is Datalogger HygroLog-D 4

7 Luchttemperatuur Luchttemperatuur is een maateenheid voor de temperatuur van de lucht, met andere woorden, een maateenheid voor de energietoestand van gasmoleculen, voornamelijk die van stikstof en zuurstof. Als deze moleculen warmte-energie opnemen, stijgt de luchttemperatuur. De bewegingssnelheid van de moleculen neemt toe en het luchtvolume wordt groter. Bij temperatuur is sprake van twee vaste punten: 0 C = het smeltpunt van ijs, en 100 C = het kookpunt van water (op zeeniveau). Luchtvochtigheid In de lucht is altijd een zekere mate van vocht aanwezig in de vorm van waterdamp. Luchtvochtigheid wordt aangegeven in absolute waarden het absolute wateraandeel of als relatieve vochtigheid. Deze begrippen worden hieronder gedefinieerd. Absolute luchtvochtigheid De verhouding tussen de massa van de in de lucht aanwezige waterdamp en het totale luchtvolume, dat wil zeggen, het wateraandeel, gemeten in grammen, van 1 kubieke meter lucht. In de praktijk is de absolute luchtvochtigheid van ondergeschikt belang, omdat daarbij geen rekening wordt gehouden met een factor die voor de klimatologische omstandigheden van groot belang is, namelijk de temperatuur. Relatieve luchtvochtigheid Lucht kan bij een bepaalde temperatuur maar een bepaalde hoeveelheid water in de vorm van waterdamp opnemen. Hoe hoger de luchttemperatuur, hoe meer waterdamp kan worden opgenomen. We spreken van verzadiging als de lucht de bij een bepaalde temperatuur maximaal mogelijke hoeveelheid waterdamp heeft opgenomen. Brengen we nu de absolute luchtvochtigheid in verhouding tot de bij een bepaalde temperatuur hoogst mogelijke luchtvochtigheid, dan is het resultaat de relatieve luchtvochtigheid. rel. luchtvochtigheid = absolute luchtvochtigheid max. absolute luchtvochtigheid x 100 (%) Aangezien de hoogst mogelijke luchtvochtigheid dus direct afhankelijk is van de temperatuur, geldt hetzelfde in tegenstelling tot de absolute luchtvochtigheid voor de relatieve luchtvochtigheid. De afbeelding op pagina 6 laat de onderlinge samenhang zien. Op die manier kan de relatieve luchtvochtigheid worden berekend op basis van de absolute luchtvochtigheid en de heersende temperatuur. Omgekeerd kan de absolute luchtvochtigheid worden berekend op basis van de op dat moment heersende relatieve luchtvochtigheid. Een thermo-hygrograaf, een apparaat dat over een periode van 24 uur of 7 dagen temperatuur en luchtvochtigheid registreert. Condensatiepunttemperatuur Als vochtige lucht afkoelt, treden bij een bepaalde temperatuur het dauw- of condensatiepunt condensverschijnselen op. De in de lucht aanwezige waterdamp condenseert. Dit condenseren van waterdamp door afkoeling tot het condensatiepunt is de basis voor meting van de relatieve luchtvochtigheid. Thermo-hygograaf 5

8 Vochtgehalte van materialen Poreuze stoffen als papier bevatten water in de grotere poriën in de vorm van waterdamp en in de haarvaten van de structuur in vloeibare vorm. Zoals we eerder hebben gezien bij luchtvochtigheid, zijn er ook in het geval van het vochtgehalte van vaste stoffen verschillende definities. Absoluut vochtgehalte Vochtgehalte in percentage is het aandeel water in massa in verhouding tot de massa van het materiaal, in ons geval papier. Dit absoluut vochtgehalte wordt bij de productie van papier als meet- en regeleenheid gebruikt, maar speelt bij drukken en verdere verwerking geen rol van betekenis. Evenwichtsvochtgehalte Poreuze stoffen als papier streven naar een balans in vochtgehalte met de omgevingslucht. Dat betekent dat er altijd sprake zal zijn van een evenwicht in vochtgehalte van de lucht tussen de afzonderlijke vellen van een stapel papier en het vochtgehalte van het papier zelf. Het evenwichtsvochtgehalte is, met andere woorden, de uitdrukking van de verhouding tussen vochtgehalte in het materiaal en vochtgehalte van de omgevingslucht. Zijn beide min of meer gelijk, dan neemt het papier geen vocht op en staat het ook geen vocht af. Als er echter een verschil bestaat tussen het vochtgehalte van het papier en dat van de omgevingslucht, dan zal het papier zich aan de omgevingslucht aanpassen door vocht op te nemen of af te staan. gh 2 O/m 3 lucht Waterdampdruk in mm Hg Verzadigingsdruk waterdamp 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Relatieve luchtvochtigheid % 10% Luchttemperatuur in C Samenhang van relatieve luchtvochtigheid en temperatuur 6

9 lll De invloed van binnenklimaat op vlakliggendheid De invloed van luchtvochtigheid Randgolving en kromtrekken van het papier, de zogenaamde schotelvorming, leveren met name in de offsetdruk problemen op. Bij het contact tussen rubberdoekcilinder en tegendrukcilinder waarvan in de drukzone sprake is, treedt hier namelijk een vervorming van het papier op die tot doubleren, registerafwijkingen of plooivorming kan leiden. Randgolving is het gevolg van omstandigheden waarin het vochtgehalte van de stapel papier lager is dan de luchtvochtigheid van de omgeving, met andere woorden, als te droog papier wordt blootgesteld aan normale (en dus hogere) luchtvochtigheid of als papier met een normaal vochtgehalte wordt blootgesteld aan overmatig vochtige lucht. In nietgeconditioneerde magazijnen of drukruimten kan dit vooral in de warme, vochtige zomermaanden gemakkelijk voorkomen. Het probleem kan zich ook voordoen tijdens transport of opslag in een vochtige omgeving, als het papier niet Wederzijdse invloed van relatieve omgevingsluchtvochtigheid en vochtgehalte van het papier. De pijlen geven aan in welke richting vocht wordt onttrokken resp. opgenomen. Vochtmeting met behulp van een zwaardmeter waterdampdicht is verpakt. Maar ook in de wintermaanden moet rekening worden gehouden met het risico van randgolving. Als koud en al uitgepakt papier in de warme omgevingslucht van de drukkerij wordt neergezet, koelt daardoor de omgevingslucht sterk af, wat weer leidt tot een sterke verhoging van de relatieve luchtvochtigheid. De vellen papier nemen dan aan de randen vocht op, waardoor op die plaatsen randgolving optreedt de randen van het papier verbuigen ten opzichte van het midden van het vel. Schotelvorming is het gevolg van omstandigheden waarin een stapel papier met normaal vochtgehalte wordt blootgesteld aan droge omgevingslucht. Er wordt dan water onttrokken aan de randen van het papier, waardoor deze gaan krimpen in verhouding tot het midden van het vel. Dit probleem doet zich vooral in koude perioden voor, wanneer in verwarmde, niet-geconditioneerde of niet-bevochtigde ruimten de relatieve luchtvochtigheid kan teruglopen tot minder dan 20 procent. Een verpakking van waterdampdicht materiaal biedt in principe goede bescherming tegen vochtinvloeden, maar vanzelfsprekend alleen als die verpakking niet beschadigd is. Schotelvorming Bij afwijkingen van de evenwichtsvochtigheid tot zo'n 5 procent relatieve vochtigheid is het risico van randgolving of schotelvorming te verwaarlozen. De situatie wordt pas kritiek bij een afwijking van 8 tot 10 procent relatieve vochtigheid. Randgolving Vochtuitwisseling bij een stapel papier 7

10 De invloed van binnentemperatuur Temperatuur is slechts in geringe mate van invloed op het vochtgehalte van een stapel papier. Dat wil echter niet zeggen dat er geen rekening mee hoeft te worden gehouden. Temperatuur is namelijk een van de bepalende factoren in de relatieve luchtvochtigheid. In de praktijk betekent dit dat bij een geconstateerd verschil in papiertemperatuur en omgevingstemperatuur, het papier in de waterdampdichte verpakking dient te worden gehouden totdat papier en omgeving ongeveer op dezelfde temperatuur zijn gekomen. Hoe lang dat in individuele gevallen duurt, is afhankelijk van het temperatuurverschil en de hoeveelheid papier. De afbeelding rechts geeft een aantal algemene richtlijnen. Daarbij moet wel worden bedacht dat warmtegeleidingseigenschappen per papiersoort kunnen verschillen, waardoor ook de tijd die het papier nodig heeft om op omgevingstemperatuur te komen, per papiersoort varieert. De invloed van vocht op de neiging tot opkrullen De neiging van het papier tot opkrullen, heeft voor een groot gedeelte te maken met fluctuaties in de vochtomstandigheden. Looprichting van de vezels Benodigde tijd (in uren) Dagen 6 Dagen 5 Dagen 4 Dagen 3 Dagen 2 Dagen 1 Dag 0,15 0,35 0,70 1,5 2,5 m Temperatuurverschil ( C) Relatie tussen de tijd die het papier nodig heeft om op binnentemperatuur te komen en het temperatuurverschil / de hoeveelheid papier Dit opkrullen wordt veroorzaakt door uitzetten en krimpen van de papiervezels in de dwarsrichting. (Zie afbeelding.) Als papier eenzijdig wordt bevochtigd, zetten de vezels in één richting uit, waardoor het papier in de richting van de droge zijde opkrult. Tenzij er sprake is van een ongelijkmatige verdeling van de vezels, herstelt dit zich zodra het vochtgehalte in de innerlijke papierstructuur weer in evenwicht is gekomen. De invloed van vochtgehalte en temperatuur van het papier op inktdroging Een te hoog evenwichtsvochtgehalte van het papier kan de tijd die nodig is om de inkt te laten drogen, aanzienlijk verlengen. De ervaring leert dat bij een vochtgehalte tot 60 procent nog geen significante verschillen optreden. Heeft het papier echter een hoger vochtgehalte, dan wordt de droogtijd beduidend langer in sommige gevallen zelfs drie keer de normale droogtijd. Ook als het bedrukte papier te koud is, moet rekening worden gehouden met sterke invloed op de droogtijd. Zo kan tussentijdse opslag in een koude ruimte (met een temperatuur van 25 tot 5 C) de inktdroging met 10 tot 50 uur vertragen. Uitzetrichting van de vezels Uitzetten van papiervezels 8

11 lv De samenhang tussen omgevingsomstandigheden en druktechnische problemen De plantaardige vezels die het hoofdbestanddeel van papier vormen, zijn watergevoelig, dat wil zeggen, afhankelijk van het vochtgehalte van de omgevingslucht nemen ze water op of staan ze water af. Het vochtgehalte van een papier wordt in sterke mate bepaald door de gebruikte grondstoffen, maar ook door de wijze waarop die grondstoffen zijn verwerkt. Intensieve maling van de vezels leidt, voornamelijk als gevolg van de oppervlaktevergroting die daardoor ontstaat, tot een hogere wateropname. Minerale vulstoffen, zoals calciumcarbonaat en kaolien, spelen geen rol in vochtuitwisselingsprocessen. Papieren met een hoog percentage vulstoffen bevatten dan ook minder vocht dan papieren zonder of met een laag percentage vulstoffen. Lijmlagen zijn slechts in zeer geringe mate van invloed op het vochtgehalte. Afhankelijk van de kwaliteit van het papier, kan het vochtgehalte invloed hebben op de papiereigenschappen. Zo zijn er samenhangen met doorscheurweerstand, vouwbestendigheid en oppervlaktegladheid. De tot dusver genoemde factoren leiden eigenlijk alleen onder zeer ongunstige omstandigheden tot moeilijkheden bij de verwerking. Heel anders is de situatie bij statische lading en dimensievariaties, twee verschijnselen die in de praktijk geregeld problemen veroorzaken. Ook registerafwijkingen zijn in sommige gevallen terug te voeren op gebrekkige loopeigenschappen van het papier Dimensievariaties Afhankelijk van de relatieve luchtvochtigheid kunnen de houtvezels in het papier vocht opnemen of afstaan. Dat betekent dat de vezels uitzetten of krimpen, en deze vormveranderingen doen zich veel sterker gelden in de doorsnee de dwarsrichting van de vezels dan in de lengterichting. Tijdens de productie van het papier oriënteren de vezels zich bovendien parallel aan de looprichting van het zeefdoek. Deze combinatie van factoren heeft als resultaat dat er in de dwarsrichting van het papier een veel sterker effect van dimensievariatie optreedt dan in de loop- of lengterichting. Bij verschillende papieren kunnen vochtuitzettingswaarden voorkomen van 0,1 tot 0,3 procent in de looprichting, tegenover 0,3 tot 0,7 procent in de dwarsrichting. Zulke waarden, die in de praktijk overigens nooit worden bereikt, kunnen worden gemeten bij vochtuitzettingstests volgens DIN / ISO Bij een wijziging van de relatieve luchtvochtigheid van 10 procent is sprake van een dimensievariatie van 0,1 procent in de lengterichting tot 0,2 procent in de dwarsrichting. Bij papier van 100 cm breed, betekent dat dus een variatie van 1 tot 2 mm. En dat zijn verschillen die wel degelijk gevolgen hebben, bijvoorbeeld in de vorm van registerafwijkingen. Gelukkig zijn de meeste drukkers zich van deze problematiek bewust, zodat ze er bij de prepress en tijdens de eigenlijke drukgang rekening mee kunnen houden. Daar komt bij dat door de hedendaagse druktechnieken het probleem van registerafwijkingen als gevolg van vochtopname grotendeels is opgelost door een combinatie van moderne bevochtigingsinstallaties, water-arme offset-platen, de toevoeging van alcohol aan het vochtwater en, niet in de laatste plaats, de hogere machinesnelheden, waardoor het papier veel korter in de drukpers verblijft. Statische lading Een ander probleem dat tijdens het drukproces af en toe optreedt, is dat de vellen aan elkaar kleven. In veel gevallen is dit het gevolg van statische lading. Statische elektriciteit wordt primair veroorzaakt door wrijving, nauw contact met andere materialen en plotselinge scheiding. Het probleem doet zich vooral voor wanneer te droog papier verwerkt wordt bij geringe luchtvochtigheid. Als kritieke benedengrens geldt zowel voor het papier als voor de werkruimte een relatieve luchtvochtigheid van 40 tot 42 procent. Bij lagere waarden kan statische lading ontstaan, waardoor de vellen elkaar gaan aantrekken. Dat kan ertoe leiden dat bij de papierinvoer meerdere vellen tegelijk worden aangezogen of dat de luchtlaag die de bedrukte vellen in de uitleg van elkaar scheidt, te snel verdwijnt, waardoor de verse drukinkt overzet van het ene vel op de onderzijde van het volgende vel. 9

12 V Factoren die de drukker kan beïnvloeden Omgevingsomstandigheden in de drukkerij In vrijwel alle ruimten waarin papier wordt verwerkt, zijn tegenwoordig luchtbevochtigingsinstallaties aanwezig. Moderne luchtbevochtigingsinstallaties (zie de afbeelding hieronder) werken volkomen automatisch en zijn nagenoeg onderhoudsvrij. Met name in de koude wintermaanden, als de luchtvochtigheid bijzonder laag is, zorgen deze installaties in opslag- en verwerkingsruimten voor verbeterde omgevingsomstandigheden. Sproeikoppen verspreiden door middel van druklucht een dunne waternevel, waardoor de luchtvochtigheid volgens vooraf vastgelegde instellingen automatisch op peil wordt gehouden. Behandeling van het papier Waar het gaat om behandeling van het papier dient in de drukkerij, met name in de kritieke jaargetijden, rekening te worden gehouden met het volgende: Papier is een slechte warmtegeleider. Het moet dus ruim de tijd krijgen om op kamertemperatuur te komen. De verpakking beschermt het papier tegen temperatuur- en vochtigheidsschommelingen. Het papier moet daarom altijd pas vlak vóór het drukken uit de verpakking worden genomen. Met het gebruik van infrarood-droging moet terughoudend worden omgegaan, om te voorkomen dat het relatieve vochtgehalte van het papier te drastisch wordt teruggebracht. Tijdens de droging moet het papier niet aan extreem lage temperaturen worden blootgesteld. Dit zou de droogtijd namelijk aanzienlijk verlengen. Beschadigingen van de palletverpakking dienen te worden vermeden en restpapier moet weer zorgvuldig worden ingepakt. Luchtbevochtigingsinstallatie EuroFog 10

13 Vl Bijzonderheden bij de rotatie-offsetdruk De techniek van heatset rotatie-offsetdruk, met het speciale droogproces dat daarbij wordt gebruikt, stelt geheel eigen eisen aan het vochtgehalte van het papier. Bij meerkleuren rotatie-offsetdruk op gestreken papier wordt de tweezijdig bedrukt papierbaan na de laatste drukunit thermisch gedroogd. Niet-gefixeerde drukinkt zou daarbij gaan afgeven op de keerstangen, de leidwalsen en de vouwtrechter, wat tot smeren in het drukwerk zou leiden en problemen op zou leveren bij het vouwen van het papier in het vouwapparaat. Daarom worden heatset inkten gefixeerd door de dunvloeibare bindmiddelen te laten verdampen. Dit wordt bereikt door verhitting van de bedrukte papierbaan in een droogoven die uit verschillende secties bestaat, elk met een eigen temperatuur. Meestal is de temperatuur in de eerste sectie het hoogst, waarna de temperatuur in de volgende secties geleidelijk terug wordt gebracht. Druk-unit voor tweezijdig drukken hoog. Bij het verlaten van de droogoven heeft de papierbaan in de meeste gevallen een temperatuur van 100 tot 130 C, afhankelijk van papierkwaliteit, gramgewicht en inktdekking. Omdat bij deze techniek op hoge snelheid wordt gedrukt en het papier ook slechts korte tijd in de droogoven aanwezig is, zijn de luchttemperaturen in de gehele droogoven relatief Schematische voorstelling van een rotatie-offsetpers 11

14 Vll Problemen bij de rotatie-offsetdruk Blisteren Tijdens het drogen van de drukinkt droogt ook het papier. Daarbij kan sprake zijn van blisteren, als het papier daar gevoelig voor is of als de droogtemperatuur te hoog is: in intensief bedrukte gebieden vormen zich luchtblaasjes. In de droogoven wordt de papierbaan plotseling sterk verhit en daardoor ontstaat waterdamp in de papierstructuur. Als het papier tweezijdig is bedrukt, vooral wanneer daarbij relatief grote hoeveelheden inkt zijn gebruikt, kan deze waterdamp niet ontsnappen. In de papierstructuur ontstaan daardoor scheurtjes en aan het oppervlak vormen zich blaasjes in de bedrukte gebieden. (Zie afbeeldingen.) Daarnaast zijn er eigenschappen van het papier zelf die invloed hebben op blisteren, zoals de gebruikte bindmiddelen en coatingpigmenten, het bindmiddelaandeel, de hoeveelheid coating en het als gevolg van satinage meer gesloten papieroppervlak. Vanzelfsprekend is ook het vochtgehalte van het papier van invloed. Bij gestreken rotatie-offsetpapieren zijn de evenwichtsvochtigheidswaarden vaak lager dan bij papieren voor vellen-offsetdruk. Voor houtvrije papieren geldt dit in sterkere mate dan voor houthoudende papiersoorten. Druktechnisch gesproken heeft blisteren primair te maken met de dikte van de opgebrachte inktlaag en de hete-luchttemperatuur in de droogoven. Dikke inktlagen maken het papier steeds minder luchten dampdoorlatend. Als vervolgens de temperatuur wordt opgevoerd, ontstaat er in de papierstructuur steeds meer waterdamp die ook steeds meer onder druk komt te staan. De beste en eenvoudigste methode om blisteren te voorkomen, is dan ook het gebruik van lagere droogluchttemperaturen. Dat betekent automatisch dat dan ook de druksnelheid moet worden teruggebracht om de drukinkt de kans te geven volledig te fixeren. Blisteren Aangezien blisteren met name voorkomt in tegenover elkaar liggende vlakken met zware inktbezetting kan ook het reduceren van de inktlaagdikte bijvoorbeeld door toepassing van unbunt of UCR (UnderColour Removal) een positieve uitwerking hebben. Blisteren 12

15 Breken in de vouw Breken in de vouw is een veelvuldig voorkomend probleem bij rotatie-offsetdruk, met name wanneer daarbij gebruik wordt gemaakt van houthoudend papier. Gebroken of sterk verzwakte vouwen kunnen machinestops veroorzaken en het eindproduct onbruikbaar maken. (Zie afbeelding rechts.) De belangrijkste oorzaak van het verschijnsel is de intensieve hittebelasting die het papier in de droogoven te verduren krijgt en/of een overmatige drukbelasting in de vouwinstallatie van een rotatie-offsetpers. Breken in de vouw Bij de vouwinstallatie is het belangrijk de druk van de vouwrollen zorgvuldig in ter stellen en aan te passen aan de dikte van het papier. Bij de afstelling van de hete-luchttemperatuur in de droogoven gaat het er dan ook om de juiste middenweg te vinden tussen het bereiken van voldoende droging van de drukinkt en het vermijden van overmatige uitdroging van het papier. Het papier moet over een zekere reststerkte beschikken. De FOGRA-methode geeft hiervoor de volgende suggesties: Papieren met gramgewicht > 72 g/m 2 Kritiek gebied < 10 N/15 mm (Breken in de vouw is het gevolg van papiereigenschappen) Middengebied 10 N/15 mm tot 15 N/15 mm (Hier kunnen zowel papiereigenschappen als procesfactoren de oorzaak zijn van breken in de vouw) Neutraal gebied > 15 N/15 mm (Breken in de vouw heeft niet te maken met papiereigenschappen) Papieren met gramgewicht < 72 g/m 2 Kritiek gebied < 10 N/15 mm (Breken in de vouw is het gevolg van papiereigenschappen) Middengebied 10 N/15 mm tot 12,5 N/15 mm (Hier kunnen zowel papiereigenschappen als procesfactoren de oorzaak zijn van breken in de vouw) Neutraal gebied > 12,5 N/15 mm (Breken in de vouw heeft niet te maken met papiereigenschappen) Deze reststerktewaarden gelden zowel voor de lengterichting als voor de dwarsrichting van het papier. 13

16 Fluting Nog steeds is een meer of minder sterke golving van het papieroppervlak fluting een van de karakteristieke eigenschappen van rotatie-offsetdrukwerk op gestreken papier. De golven lopen parallel aan de richting waarin het papier is bedrukt, met andere woorden, parallel aan de looprichting van de papierbaan. De papiereigenschap die het meest van invloed is op fluting is de langs-dwarsverhouding, de verhouding tussen de sterkte van het papier in loop- en dwarsrichting. Papieren waarbij de vezeloriëntatie nadrukkelijk in de lengterichting ligt, zijn extra gevoelig voor fluting. Verder hebben papieren van laag gramgewicht meer last van fluting dan papieren van hoog gramgewicht. Maar uiteindelijk is het de drukvorm die van beslissende invloed is op het al dan niet optreden van fluting. Vooral waar inktintensieve afbeeldingen worden afgewisseld met onbedrukte gebieden kan het verschijnsel versterkt optreden. In dat geval is daar tijdens het drukproces ook niets meer aan te verhelpen. Fluting Anders ligt het bij golving die al optreedt voordat het papier in de rotatie-offsetpers wordt ingevoerd. Het ontstaan van deze zogenaamde trekgolven kan door vermindering van de baanspanning enigszins worden tegengegaan. Helemaal te vermijden is het niet, omdat de papierbaan nu eenmaal altijd op een bepaalde spanning moet worden getransporteerd om plooien en registerafwijkingen te voorkomen. Metingen van het vochtgehalte van bedrukte stapels papier laten zien dat het in de papierstructuur aanwezige water tijdens de hete-luchtdroging vrijwel geheel aan het papier wordt onttrokken. In de regel worden hier waarden gevonden van ca. 10 procent evenwichtsvochtigheid. Fluting 14

17 Uitdijen Het probleem van uitdijen van drukwerk wanneer pagina's voor het binnenwerk die in rotatie-offsetdruk zijn gemaakt, worden gecombineerd met een omslag die in vellen-offsetdruk is geproduceerd, is het gevolg van sterk uitdrogen van het papier na de hete-luchtdroging. Het papier verliest hier zoveel vocht dat een zeker krimpeffect, van 0,3 tot 0,7 procent, onvermijdelijk is. Na het brocheren het stapelen, hechten en bijsnijden van de katernen past het papier zich echter meer en meer aan de omgevingsvochtigheid aan en dus zet het weer uit. Dit kan tot gevolg hebben dat de pagina's van het binnenwerk buiten de omslag uitsteken. Men spreekt in dit verband ook wel van groeien. Herbevochtiging Optimale herbevochtiging is de beste methode om uitdijen bij rotatie-offsetdrukwerk te verminderen of te vermijden. Herbevochtigingsinstallaties zorgen ervoor dat het papier na het verlaten van de droogoven weer wordt bevochtigd, zodat het vochtgehalte van de totale papierbaan weer op gelijkmatige wijze op peil wordt gebracht. Het op die manier verhoogde vochtgehalte heeft een positieve invloed op de vlakliggendheid en daarnaast wordt het risico van statische lading sterk verminderd of zelfs geheel geëlimineerd. BFC-DIO baansensor Hygroflex meet-omvormer Analooguitgang BFC-DIO baansensor Ook oudere rotatie-offsetpersen kunnen in de meeste gevallen probleemloos worden uitgebreid met herbevochtigingsinstallaties. Baansensor Digitale baansensor voor meting van evenwichtsvochtigheid en temperatuur op de lopende papierbaan Bevochtiging en temperatuur worden bij deze installaties automatisch geregeld met behulp van een digitale baansensor. Herbevochtigingsinstallaties worden direct boven de papierbaan aangebracht, zonder dat er echter sprake is van fysiek contact. Vocht en temperatuur creëren vervolgens in het beperkte gebied rondom de sensor een exact meetbaar en beheersbaar klimaat waarin invloeden van omgevingslucht makkelijk kunnen worden gecorrigeerd. De kwaliteit van het papier wordt continu, zonder enige onderbreking, bewaakt en bovendien wordt er een schat aan gegevens verzameld die kunnen worden gebruikt voor verbeteringen in het productieproces. 15

18 Vlll Meting van temperatuur en vochtigheid Meting van binnentemperatuur en -vochtigheid De betrouwbaarheid van waarden in een diagram, bijvoorbeeld met betrekking tot relatieve luchtvochtigheid bij wisselende temperatuur, is afhankelijk van de nauwkeurigheid van de metingen. De manier waarop de curven in een dergelijk diagram tot stand komen, laat zien dat met name het bepalen van de temperatuur uiterst nauwkeurig dient te gebeuren. De gebruikte thermometer moet dus een schaalverdeling hebben met halve en tiende graden. Een nauwkeurige temperatuurmeting is eenvoudig en zonder al te grote moeite uit te voeren, maar bij het bepalen van de absolute resp. relatieve luchtvochtigheid ligt het iets ingewikkelder. Dat heeft te maken met de relatief kleine waterhoeveelheden die bepaald moeten worden. Het diagram op pagina 6 laat zien dat bij een temperatuur van ca. 20 C een stijging van het vochtgehalte met slechts 2 g/m 3 een verhoging van de luchtvochtigheid betekent van maar liefst 10 procent. Meting van het evenwichtsvochtgehalte van papier In tegenstelling tot bepaling van het absolute vochtgehalte van drukpapier, is het meten van evenwichtsvochtgehalte bij drukken en afwerken gangbare praktijk. Het evenwichtsvochtgehalte heeft betrekking op de verhouding tussen de relatieve vochtigheid van de omgeving en het papier. Als er sprake is van evenwicht, neemt het papier geen vocht op en staat het ook geen vocht af. Daardoor treden er ook geen wijzigingen op in de door vochtgehalte bepaalde eigenschappen van het papier, zoals de afmetingen. Het vaststellen van de relatieve luchtvochtigheid resp. het evenwichtsvochtgehalte van papier gebeurt door meting van de wijzigingen die optreden in een door vochtgehalte bepaalde, meetbare eenheid. Bijvoorbeeld de lengteverandering van haren, het geleidend vermogen van elektrolyten en de wijziging in weerstand van halfgeleiders. In de praktijk worden deze methoden op grote schaal toegepast in meeten regelsystemen. De uiterst nauwkeurige methoden die worden gebruikt voor ijking van meetapparatuur berusten op het principe van condensatiepuntmeting en de bepaling van het psychrometrische verschil of de verdampingskou. De werking van condensatiepuntmeters en psychrometers is beschreven in Praktijkrapport 50 van de FOGRA. Meting van het vochtgehalte van papier Metingen van het vochtgehalte van papier komen in de druken verwerkingsindustrie nauwelijks voor. 16 Praktijkrapport 50 van de FOGRA geeft een uitgebreide beschrijving van de verschillende meetmethodieken. Op deze plaats noemen wij alleen de belangrijkste technieken: De warmtekastmethode De infrarood-drogingsschaal Vochtgehaltemeting aan de hand van microgolfdroging Vochtgehaltemeting op basis van microgolfabsorptie Vochtgehaltemeting volgens de methode Karl-Fischer Overige technieken

19 Elektronische meetapparatuur Voor het meten van vochtgehalten zijn elektronische meetapparaten met digitale displays inmiddels gemeengoed geworden. Dit zijn apparaten die zeer snel reageren op vochtigheidsschommelingen en eenvoudig te gebruiken en te kalibreren zijn. De gangbare apparaten werken in principe op basis van twee meettechnieken meting van geleidend vermogen en capacitieve meting. In het eerste geval worden wijzigingen in het geleidend vermogen van hygroscopische elektrolyten (zoals lithiumchloride) als gevolg van de opname van waterdamp gebruikt als meetsignaal. Bij capacitieve hygrometers is de meting gebaseerd op wijzigingen in de capaciteit van een diëlektrikum (een niet-geleidend materiaal) als gevolg van de opname van waterdamp. In beide gevallen zijn de gemeten wijzigingen het resultaat van verandering in de relatieve vochtigheid van de omgevingslucht. Voor de metingen zijn diverse, technisch onderscheiden apparaten beschikbaar: Zwaardmeters voor metingen in stapels papier Opzetmeters voor metingen bij papier in vellen of op rollen Apparatuur voor meting van de omgevingslucht ten behoeve van de instelling van bevochtigingsinstallaties en airconditioning Zwaardmeter Met de voor dat doel meegeleverde hulpmiddelen kunnen deze apparaten op eenvoudige en betrouwbare wijze worden gekalibreerd. De meetcel wordt daartoe luchtdicht afgesloten. Vervolgens wordt direct onder de meetcel een zoutoplossing aangebracht, waardoor de luchtvochtigheid wordt ingesteld. De waarde die deze zoutoplossing aangeeft, wordt vergeleken met de door het apparaat gemeten waarde. Voor de zoutoplossing geldt een voorgeschreven temperatuur, die altijd moet worden aangehouden. Opzetmeter 17

20 lx Slotopmerkingen De inhoud van deze brochure is het resultaat van ervaringen uit de praktijk en nauwe samenwerking met de FOGRA. Op deze plaats danken wij de FOGRA voor de geboden assistentie FOGRA Forschungsgesellschaft Druck e. V., München en voor het beschikbaar stellen van teksten uit het FOGRA Praktijkrapport 50, Klima, Papier und Druck door Dipl.-Ing. (FH) Karl-Adolf Falter, 1998 Voor het beschikbaar stellen van beeldmateriaal danken wij: Rotronic Messgeräte GmbH, Ettlingen MAN Roland Druckmaschinen AG, Augsburg Wilh. Lambrecht GmbH, Göttingen DRAABE Industrietechnik GmbH, Hamburg 18

21 Omgevingsomstandigheden en papier is een van Sappi's technische brochures. Sappi heeft deze kennis over papier bijeengebracht om onze klanten te inspireren om het maximale uit zichzelf te halen. Water Interference Mottling Water als storende factor in de offsetdruk? Garenloos binden: Lijmtechnieken Ontwikkelingen in de druk- en papierindustrie en de betekenis voor lijmtechnieken in de boekbinderij Mat Verarbeitung papier in de von praktijk Mattpapier Waarom Warum verdienen vereisen matte Mattpapiere papieren speciale aandacht? besondere Beachtung? sappi Vouwen en rillen Verwerking van gestreken papieren na de vellenoffsetdruk Het proces van papierproductie Van hout tot gestreken papier Het drukproces Vellen-offset- en rotatie-offsetdruk sappi sappi sappi sappi idea exchange Deze en andere technische brochures zijn aan te vragen op onze knowledge bank:

22 Omslag HannoArt Gloss 250 g/m 2, binnenwerk HannoArt Gloss 150 g/m 2, 2003, Sappi Europe SA, Sappi Fine Paper Europe Sappi Europe SA 154 Chausseé de la Hulpe B-1170 Brussels Tel Fax sappi The word for fine paper